次仁吉保 趙聯(lián)芳 王成

摘要[目的]探究葡萄冬剪枝條資源再利用。[方法]采用好氧堆肥技術(shù)，將葡萄冬剪碎枝條與鮮雞糞按不同比例混合進(jìn)行堆肥處理，研究添加菌劑及雞糞量對葡萄枝條堆肥進(jìn)程及腐熟效果的影響。[結(jié)果]各處理中葡萄碎枝條與鮮雞糞1：1比例混合、添加菌劑的處理4堆肥效果最好。在堆肥過程中，其溫度能夠在3d內(nèi)上升至50 ℃以上，并能持續(xù)22 d以上的堆肥高溫期，能夠有效的殺菌及降解難降解有機(jī)物。在堆肥40d時，其種子發(fā)芽率為88.2%，C/N降為18.01，總養(yǎng)分含量為4.85%。[結(jié)論]該研究將葡萄冬剪枝條堆肥化處理，對葡萄產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)中實現(xiàn)減量、再利用和再循環(huán)具有重要意義。

關(guān)鍵詞冬剪枝條;雞糞;堆肥;資源再利用

中圖分類號S141.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611（2019）02-0071-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.02.021

近年來，我國居民對葡萄酒的需求日益增加，致使葡萄種植面積急劇增加。據(jù)2016年葡萄與葡萄酒組織發(fā)布的最新行業(yè)統(tǒng)計，2000—2015年內(nèi)，我國占全世界葡萄園面積從4%上升到11%，截至2015年我國的葡萄種植面積增長到83萬hm2。葡萄果樹因其自身生長需求需要修剪枝條，每年冬季都會產(chǎn)生大量的枝條，但農(nóng)民對枝條的利用率不高，常用作生活燃料，嚴(yán)重污染生態(tài)環(huán)境，所以提高葡萄枝條的資源利用率是亟待解決的問題[1-3]。

葡萄枝條中含有豐富的生物質(zhì)能源，因堆肥具有降解木質(zhì)素、環(huán)保、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，能將葡萄枝條資源再利用，目前已受到越來越多的關(guān)注，有著非常廣闊的前景[4]。陳雅娟等[5]研究秸稈、稻殼等易降解有機(jī)物堆肥，而對于果樹枝條等難降解的有機(jī)物，目前還缺少相關(guān)的研究報道。

在葡萄枝條變?yōu)楦旆柿系倪^程中，需要考慮各個因素，如水分含量、物料粒徑、C/N等因素影響堆肥物料轉(zhuǎn)化效率，其中在堆肥過程中C/N對有機(jī)物的分解速率具有重要影響，因此，研究一個合適的C/N能夠使堆肥有理想的分解速度[6-7]。同時據(jù)研究表明，在堆肥過程中添加菌劑能夠加快堆肥中木質(zhì)素的降解效率，因此添加生物降解菌可提高難降解有機(jī)物的降解效率[8-11]。

為探究其葡萄枝條堆肥的實際效果，將3種C/N和有無菌劑的條件下對堆肥物料的腐熟程度開展研究，分析堆肥過程中的pH、水分含量、C/N等因素的變化對堆肥腐熟效率的影響，促進(jìn)葡萄冬剪枝條的堆肥化處理及其應(yīng)用，對葡萄產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)中實現(xiàn)減量、再利用和再循環(huán)具有重要意義。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗所用的葡萄碎枝條品種為巨峰葡萄果樹枝條，來自江蘇省句容市白兔鎮(zhèn)永豐農(nóng)莊葡萄果園修剪的枝條。枝條粉碎的粒徑為0.5～2.5 cm的小段，雞糞來自江蘇東臺市旺德福肥料有限公司。微生物堆肥菌劑為廣州微元有限公司生產(chǎn)的堆肥快速腐熟劑。堆肥的基本理化性質(zhì)見表1。

1.2試驗設(shè)計

該試驗設(shè)計6個處理，處理1：葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶0.8混合;處理2：葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶0.8混合添加菌劑;處理3：葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1混合;處理4：葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1混合添加菌劑;處理5：葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1.5混合;處理6：葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1.5混合添加菌劑。將葡萄冬剪碎枝條和雞糞充分混合進(jìn)行堆肥處理，使混合物料含水率調(diào)節(jié)至50%～60%，添加微生物菌劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%。堆肥反應(yīng)器為容積15 L的密閉式發(fā)酵桶，試驗共40 d，在0～20 d，每4 d翻堆一次，在20～40 d，每周翻堆1次。在堆肥期每隔2 d取樣1次，每次在堆肥前、后、左、右和中部選5個點(diǎn)進(jìn)行取樣，并充分混合后帶回實驗室，樣品分成2份，l份為鮮樣，儲存于4 ℃冰箱中，24 h 內(nèi)分析完畢;另1份自然風(fēng)干，粉碎留做干樣待測。

1.3項目測定

每天11：00用超長水銀溫度計測量堆體多個中心部位溫度，然后取溫度平均值，同時記錄環(huán)境溫度。水分、pH、有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷和總鉀的測定按《有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)NY 525—2012 方法》測定。為了測定堆肥的效果，試驗在 滅菌的培養(yǎng)皿（直徑9 cm）內(nèi)墊一張濾紙，均勻放入30粒油菜種子，然后加入堆肥浸提液5.0 mL（10g樣品中加入100 mL蒸餾水浸泡24 h后過濾），放置在（25±1） ℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，測定發(fā)芽率和根長，每樣品重復(fù)3次，以去離子水作空白對照，計算GI值。

GI=（堆肥處理的種子發(fā)芽率×種子根長）/（蒸餾水處理的種子發(fā)芽率×種子根長）×100%（1）

2結(jié)果與分析

2.1堆肥物料養(yǎng)分變化及效果評價

如圖1顯示，在堆肥階段后期，各處理有機(jī)質(zhì)含量明顯減少，主要原因是堆體內(nèi)的微生物將物料中的有機(jī)質(zhì)降解并轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)[12-13]，其降幅范圍為18.96%～35.05%。其中處理4的養(yǎng)分降幅最大，這是因為菌劑的添加使堆體內(nèi)降解木質(zhì)素等難降解有機(jī)物菌群的數(shù)量增加，同時合適的C/N能夠促進(jìn)微生物菌群的發(fā)展，增加對有機(jī)物的降解效率。

各處理組堆肥中總氮、總磷、總鉀含量都有所增加，主要原因是堆肥升溫提高了微生物的活性、增加降解有機(jī)物的效率，生成大量可被植物吸收的有效態(tài)氮、磷、鉀等化合物，同時合成新的高分子腐殖質(zhì)，從而提高肥料肥力。各處理組的增幅范圍分別為0.06%～0.16%、0.04%～0.12%、0.06%～0.16%。

堆肥過程中添加菌劑的處理比未添加菌劑的處理養(yǎng)分增幅程度高。主要是因為菌劑的添加能夠增加堆體中降解有機(jī)物的微生物數(shù)量，加快堆肥反應(yīng)進(jìn)程。從總養(yǎng)分含量分析，處理4的總養(yǎng)分值最高，主要原因是處理4在堆肥高溫期時間及降解有機(jī)物的效率均高于其他處理組，且各處理組堆肥后總養(yǎng)分含量均高于4%，均達(dá)到《有機(jī)肥國家標(biāo)準(zhǔn)NY525—2002》中總養(yǎng)分≥4的要求。

2.2種子發(fā)芽指數(shù)的變化

種子發(fā)芽指數(shù)（GI）是判斷堆肥樣品對植物毒性和堆肥是否腐熟的重要參數(shù)之一。Wang等[14]認(rèn)為當(dāng)發(fā)芽指數(shù)大于80%時，可認(rèn)為堆肥沒有植物毒性，堆肥基本腐熟或堆肥產(chǎn)品質(zhì)量合格。該試驗以油菜種子為材料，測定6組處理不同取樣時間下的堆肥物料對其發(fā)芽指數(shù)的影響。

由圖2可知，隨堆肥時間的延長，各處理組的種子發(fā)芽指數(shù)呈先下降后升高的趨勢，這是因為堆肥前3 d內(nèi)，堆肥浸提液中含有大量病菌，對植物的生長產(chǎn)生毒性，導(dǎo)致各處理組種子發(fā)芽指數(shù)降低，堆肥第3天之后，各處理組相繼進(jìn)入堆肥高溫期，微生物中的高溫菌種能夠有效地殺滅病菌，降解有機(jī)碳源轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)，提高堆肥養(yǎng)分，因此各處理組種子發(fā)芽指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢。各處理組最初的種子發(fā)芽指數(shù)在27.1%～28.5%;堆肥第20天時，各處理組間種子發(fā)芽率差異較明顯，范圍在39.5%～63.2%，堆肥第40天時，范圍在63.2%～88.2%。從種子發(fā)芽指數(shù)大于80%這一標(biāo)準(zhǔn)判斷，在堆肥結(jié)束后，處理4、處理5、處理6均能達(dá)到要求。其中處理4的種子發(fā)芽率達(dá)到88.2%，表明該堆肥的產(chǎn)品質(zhì)量符合且優(yōu)于其他處理。

2.3堆體理化性質(zhì)的變化

由圖3可知，各處理組堆肥物料之間的溫度變化趨勢大致相似，經(jīng)歷升溫期、高溫期、冷卻期和穩(wěn)定期4個階段。在堆肥升溫階段，接種菌劑的處理升溫速度明顯快于對照組，這是因為添加的微生物菌劑增加堆體中的微生物總量，加快對有機(jī)物的分解速率[15-17]。處理4的升溫速度較其他處理升溫快，堆肥高溫期時間長。在堆肥后第4天迅速進(jìn)入高溫階段，超過50? ℃的高溫階段天數(shù)為22 d，物料溫度維持在50～69 ℃，能夠有效利用高溫菌種降解木質(zhì)素等難降解有機(jī)物。同時在整個堆肥過程中，堆體溫度與氣溫之間的相關(guān)系數(shù)在0.55～0.75，相關(guān)性明顯，因此外界氣溫對堆肥的影響較為明顯。

圖4顯示了堆肥理化性質(zhì)的變化，堆肥中各處理堆肥的起始含水量為58.6%～59.5%，滿足最佳含水量范圍50% ～ 60% 的要求。在堆肥過程中，各處理組的含水量均呈現(xiàn)隨時間遞減的趨勢，每個處理組間的含水量下降變化趨勢接近，在第30天時除處理1、2外，其余的含水量<30.0%。此時處理1、2的含水率分別為33.5%、31.1%，處理組1、2含水量高，這主要是因為堆體中雞糞比例較高引起透氣性能降低，氧氣供應(yīng)不足，升溫困難，有機(jī)物降解速率降低，導(dǎo)致堆肥周期延長。

在堆肥初始階段，各處理組的pH范圍為7.09～7.46。之后隨堆體溫度升高，各處理pH表現(xiàn)出隨時間先升后降的變化趨勢，這是因為在升溫期的堆肥過程中NH4+-N 累積導(dǎo)致pH上升，高溫期后，堆肥中的NH4+-N 濃度因微生物的同化作用、NH3 揮發(fā)損失及硝化作用而逐漸降低，導(dǎo)致pH 降低[18]。堆肥結(jié)束時pH保持在8.2～8.4范圍內(nèi)，符合生物有機(jī)肥產(chǎn)品要求范圍。其中處理4的pH變化較其他處理上升速度快，在各時間內(nèi)pH也均高于其他處理，這與堆肥的升溫進(jìn)程是一致的，表明該處理堆肥中微生物最活躍。

堆肥初始階段，合適的C/N決定了堆肥腐熟的效率，同時C/N變化是檢驗堆肥腐熟的一個重要指標(biāo)。在堆肥過程中，微生物將有機(jī)碳源降解轉(zhuǎn)化為CO2和腐殖質(zhì)，氮源一部分以氨氣的形式散失，其余部分轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，堆肥腐熟時C/N降至10～20[19-20]。

由圖4可知，各處理組C/N值呈現(xiàn)先增后降的趨勢，最后趨于穩(wěn)定，這是因為堆肥前期溫度、pH升高，加快微生物降解有機(jī)物速率，但因堆體中葡萄枝條所含難降解的木質(zhì)素較多，導(dǎo)致微生物降解有機(jī)氮的速率高于有機(jī)碳，因此在堆肥初期C/N 值呈現(xiàn)上升趨勢;堆肥后期隨著有機(jī)碳的持續(xù)降解，C/N呈現(xiàn)緩慢降低趨勢。其中處理4的C/N值在第5天達(dá)到最高峰，之后呈現(xiàn)緩慢的下降趨勢，30 d時達(dá)到穩(wěn)定。

3結(jié)論與建議

（1）在各堆肥處理組中，對養(yǎng)分、種子發(fā)芽指數(shù)的指標(biāo)進(jìn)行比較，各處理組堆肥中總氮、總磷、總鉀含量都有所增加，其中葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1混合添加菌劑的處理4總養(yǎng)分為4.8%，種子發(fā)芽指數(shù)達(dá)到88.2%，表明該堆肥的產(chǎn)品質(zhì)量符合且優(yōu)于其他處理。

（2）從堆肥的理化性質(zhì)出發(fā)，在各處理堆肥中，葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1混合添加菌劑的處理4 堆肥溫度超過50 ℃的天數(shù)為22 d，物料溫度維持在50～69 ℃，有效利用高溫菌種降解木質(zhì)素等難降解有機(jī)物。其pH變化較其他處理上升速度快，與堆肥的升溫進(jìn)程一致，進(jìn)一步說明處理4中添加菌劑使堆肥中微生物更加活躍，其初始C/N為28左右，在3 d內(nèi)升溫到50 ℃以上，處理4堆肥腐熟效率優(yōu)于其他處理。說明適合的C/N比值對堆肥腐熟是至關(guān)重要的。

（3）葡萄碎枝條與鮮雞糞1∶1混合添加菌劑的處理4肥效優(yōu)于其他處理組，同時該試驗為冬剪葡萄枝條資源再利用提供了一條經(jīng)濟(jì)有效的途徑，將葡萄枝條堆肥進(jìn)行大力推廣，能夠?qū)⑵咸阎l資源循環(huán)利用，也能夠為農(nóng)民節(jié)省購買肥料的支出。葡萄冬剪枝條的堆肥化處理及其應(yīng)用，對葡萄產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)實現(xiàn)減量、再利用和再循環(huán)具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] LIU W，WANG S T，ZHANG J，et al.Biochar influences the microbial community structure during tomato stalk composting with chicken manure[ J].Bioresource technology，2014，154：148-154.

[2] 楊彩娟.果園修剪枝條處理工藝及機(jī)械研究[D].保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[3] 王敦球，龍騰銳，張學(xué)洪.城市固體廢棄物堆肥工藝條件試驗研究[J].環(huán)境工程，2003，21（1）：50-52.

[4] 王引權(quán).葡萄冬剪枝條高溫堆制化機(jī)理研究[D].蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

[5] 陳雅娟，霍培書，程旭艷，等.物料C/N對雞糞鋸末高溫堆肥腐熟過程主要指標(biāo)的影響研究[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，17（5）：118-123.

[6] AZIM K，F(xiàn)AISSAL Y，SOUDI B，et al.Elucidation of functional chemical groups responsible of compost phytotoxicity using solid-state 13C NMR spectroscopy under different initial C/N ratios[J].Environmental science & pollution research international，2018，25（4）：3408-3422.

[7] JIANG J S，LIU X L，HUANG Y M，et al.Inoculation with nitrogen turnover bacterial agent appropriately increasing nitrogen and promoting maturity in pig manure composting[J].Waste management，2015，39：78-85.

[8] 樸仁哲，姜成，金玉姬，等.微生物菌群對雞糞堆肥腐熟中物質(zhì)變化的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，45（1）：110-113.

[9] 馮紅梅，秦永勝，李筱帆，等.添加菌劑和雞糞對園林廢棄物堆肥效果的影響[J].北方園藝，2015（15）：156-160.

[10] AWASTHI M K，WANG Q，CHEN H Y，et al.Beneficial effect of mixture of additives amendment on enzymatic activities，organic matter degradation and humification during biosolids co-composting[J].Bioresource technology，2018，247：138-146.

[11] ZHANG M，LI J Y，CHEN D Y.Effects of inoculating microorganism agents on aerobic composting of chicken manure[J].Advanced materials research，2012，518-523：3345-3348.

[12] BERNAL M P，ALBURQUERQUE J A，MORAL R.Composting of animal manures and chemical criteria for compost maturity assessment.A review[J].Bioresource technology，2009，100（22）：5444-5453.

[13] DIAS B O，SILVA C A，HIGASHIKAWA F S，et al.Use of biochar as bulking agent for the composting of poultry manure：Effect on organic matter degradation and humification[J].Bioresource technology，2010，101（4）：1239-1246.

[14] WANG P，CHANGA C M，WATSON M E，et al.Maturity indices for composted dairy and pig manures[J].Soil biology & biochemistry，2004，36（5）：767-776.

[15] PEIRCE C A E，SMERNIK R J，MCBEATH T M.Phosphorus availability in chicken manure is lower with increased stockpiling period，despite a larger orthophosphate content[J].Plant and soil，2013，373 （1/2）：359 -372.

[16] JIANG J S，HUANG H，HUANG Y M，et al.Relationship between maturity and microbial communities during pig manure? composting by phospholipid fatty acid （PLFA） and correlation analysis[J].Journal of environmental management，2018，206：532-539.

[17] CHOWDHURY M A，DE NEERGAARD A，JENSEN L S.Composting of solids separated from anaerobically digested animal manure：Effect of different bulking agents and mixing ratios on emissions of greenhouse gases and ammonia[J].Biosystems engineering，2014，124：63-77.

[18] MARTINS O.Loss of nitrogenous compounds during composting of animal wastes[J].Bioresource technology，1992，42（2）：103-111.

[19] SROBINSON J.Release of nitrogen and phosphorus from poultry litter[J].J Evion Qual，1995，24：62-67.

[20] STEINER C，DAS K C，MELEAR N，et al.Reducing nitrogen loss during poultry litter composting using biochar[J].Journal of environmental quality，2010，39（4）：1236-1242.