呂 南,張小勤,張業(yè)懷

1.玉林市蠶業(yè)技術(shù)推廣站,廣西 玉林 537000 2.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué),廣西 南寧 530007

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,在國家多項(xiàng)政策推動下,廣西壯族自治區(qū)的蠶桑產(chǎn)業(yè)也得到快速發(fā)展?！笆濉逼陂g,廣西采取多種措施繼續(xù)推進(jìn)蠶桑產(chǎn)業(yè)縱向延伸和橫向拓展,在養(yǎng)殖規(guī)模、經(jīng)濟(jì)效益方面都取得了很好的效果,為廣西鄉(xiāng)村振興做出了特別貢獻(xiàn)。

2020年,廣西桑樹種植面積、蠶種養(yǎng)殖數(shù)量及蠶繭產(chǎn)量都創(chuàng)歷史新高,繼續(xù)位居全國第一;蠶桑產(chǎn)業(yè)覆蓋71個(gè)縣,桑園面積298.21萬畝(1畝≈666.67 m2),蠶繭產(chǎn)量37.65萬t,涌現(xiàn)出一批蠶桑新村和種養(yǎng)大戶,蠶桑產(chǎn)業(yè)成為了當(dāng)?shù)剞r(nóng)村重要且具有特色的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)[1]。

目前,廣西蠶桑產(chǎn)業(yè)雖然取得了顯著成績,但仍存在蠶沙廢棄物處理問題。農(nóng)村地區(qū)大部分蠶沙廢棄物隨意堆放,不經(jīng)安全處理便直接施到果園、倒進(jìn)河流或放魚塘喂魚。一方面會導(dǎo)致病原擴(kuò)散。蠶沙廢棄物可能存在著能誘發(fā)蠶病的多種病原微生物,隨意堆放有污染蠶區(qū)環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn),可導(dǎo)致蠶區(qū)蠶病的暴發(fā)流行,給蠶農(nóng)帶來經(jīng)濟(jì)損失。另一方面會破壞土地資源。在養(yǎng)蠶過程中,為降低蠶發(fā)病率常常用石灰進(jìn)行消毒,故蠶沙廢棄物中含有較多的石灰,長期使用或過量施用會改變土壤結(jié)構(gòu),導(dǎo)致作物減產(chǎn)。

隨著廣西蠶桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展,養(yǎng)蠶所產(chǎn)出的蠶沙數(shù)量非常大。因此必須重視蠶沙安全處置。到目前為止,蠶沙的堆肥處理研究也比較多,但由于桑蠶在養(yǎng)殖過程中使用了石灰等消毒藥品,堆肥處理效果不佳。針對上述問題,試驗(yàn)通過設(shè)計(jì)牛糞和蠶沙混合堆肥,以減輕石灰等消毒藥品對堆肥過程的影響。從市場購進(jìn)發(fā)酵菌劑投加到牛糞和蠶沙混合堆肥中進(jìn)行堆肥試驗(yàn),評價(jià)其堆肥效果,為廣西蠶沙廢棄物的資源化利用提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 堆體物料來源

天等縣養(yǎng)牛合作社提供牛糞;從南寧市周邊的農(nóng)戶中收集5齡蠶沙廢棄物。牛糞和蠶沙按1：1均勻混合。

1.1.2 發(fā)酵菌劑來源

本試驗(yàn)使用的發(fā)酵菌劑購自山東君德生物科技有限公司,發(fā)酵菌劑含有放線菌、酵母菌、木霉菌等多種高效微生物,有效活菌數(shù)不小于100億/mL。

1.2 方法

試驗(yàn)設(shè)計(jì)2個(gè)處理,處理1為對照組,不加菌劑,自然堆肥;處理2為試驗(yàn)組添加100 mL/m3發(fā)酵菌劑。每個(gè)處理按150 kg牛糞和蠶沙混合物與1 kg玉米粉比例混合;調(diào)整含水率在50%～55%,堆成高為80 cm錐狀體,蓋上防雨膜,以防止雨水沖涮。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù),堆肥處理30 d。

1.3 堆肥的腐熟度評價(jià)指標(biāo)及測定方法

選擇堆體物理指標(biāo)(顏色、氣味、堆溫)、化學(xué)指標(biāo)(pH值)和生物指標(biāo)(種子發(fā)芽率)作為堆肥腐熟度評價(jià)指標(biāo)。堆體物料顏色指標(biāo)采用目測法測定。堆體物料氣味采用鼻嗅法進(jìn)行測定。

堆體物料溫度測定方法:采用有機(jī)肥發(fā)酵電子溫度表以堆體頂上中心往下20 cm處為測量點(diǎn),每天10:00和16:30測定溫度,取兩者平均值作為堆肥當(dāng)天溫度。同時(shí)測定環(huán)境溫度并做好記錄。

pH值測定方法:以土壤采樣器從上述測溫處采樣,采樣約200 g備用,按1：10(質(zhì)量濃度)比例,用蒸餾水將樣品混合制成懸濁液,室溫170 r/min振蕩1 h后靜置,用雷磁pH計(jì)S-25型測定上清液pH值。

發(fā)芽指數(shù)的測定方法:參照陳曉萍 等[2]的方法,具體按以下步驟操作。①取10 g新鮮樣品,加入100 mL純水,振蕩30 min,室溫下浸提1 d,取上清液用快速濾紙過濾,濾液備用。②在直徑90 mm培養(yǎng)皿內(nèi)放入相應(yīng)大小的1張濾紙并鋪平,均勻地撒入20粒均勻度一致的小白菜種子,用移液器取5.0 mL堆肥濾液加入培養(yǎng)皿中。并置于(25±1)℃、80%濕度培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。觀察結(jié)果,測種子發(fā)芽率和根長,并計(jì)算種子發(fā)芽指數(shù)(GI)。GI=(堆肥浸提液處理的種子發(fā)芽率×堆肥浸提液處理的種子根長)/(蒸餾水處理的種子發(fā)芽率×蒸餾水處理的種子根長)×100%。每隔5 d取樣調(diào)查GI。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程物理指標(biāo)變化

堆肥初始時(shí)顏色以墨綠色為主,隨著堆肥過程時(shí)間的增加顏色逐漸加深,至結(jié)束時(shí)呈深褐色和黑色。試驗(yàn)組和對照組的堆體體積在堆肥前后都有所下降,其中試驗(yàn)組堆體體積減少約25%,對照組堆體體積減少約10%。

試驗(yàn)組的堆體外觀比較干爽,質(zhì)地比較松散、且由于有較多真菌的生長呈現(xiàn)灰白色;而對照組堆體則相對潮濕,呈灰黑色。在堆肥初期,試驗(yàn)組和對照組堆體都有臭味產(chǎn)生,但隨著堆肥的腐熟進(jìn)程,試驗(yàn)組堆體散發(fā)的臭味逐漸減輕并消失,后期有泥土氣息;而對照組堆體則在堆肥過程中一直存在臭味,只是略有減輕。

2.2 堆肥過程溫度變化

檢驗(yàn)堆肥是否正常發(fā)酵最直接的一個(gè)指標(biāo)是溫度,它的變化直接反映堆體內(nèi)微生物活力的變化及有機(jī)物的腐熟情況。在適宜條件下微生物大量繁殖、強(qiáng)烈分解有機(jī)質(zhì)的同時(shí)產(chǎn)生大量的熱量,促進(jìn)堆體溫上升高。

圖1顯示,試驗(yàn)組和對照組的堆體溫度都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,試驗(yàn)組在堆肥4 d時(shí)達(dá)到56 ℃,且持續(xù)50 ℃以上13 d。在第4天對照組堆體升溫至47 ℃,持續(xù)50 ℃以上8 d,且最高溫度只有52 ℃。試驗(yàn)組最高溫度比對照組高出9 ℃。由此說明了加入菌劑后,可加速堆體內(nèi)有機(jī)物質(zhì)的分解,產(chǎn)生更多熱量,從而引起堆體溫度快速升高,而在高溫階段,嗜高溫微生物大量繁殖使更多的有機(jī)物被分解和利用,使高溫階段持續(xù)時(shí)間更長,達(dá)到堆肥的完全腐熟。

圖1 牛糞和蠶沙混合堆肥過程中的溫度變化

2.3 堆肥過程中化學(xué)指標(biāo)(pH值)變化

在堆肥過程中,隨著堆體物料中的有機(jī)質(zhì)被微生物降解和利用,在此過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸和含氮有機(jī)物也會發(fā)生改變,堆體物料的pH值也隨之變化。在本試驗(yàn)中,pH值隨時(shí)間和溫度的變化而變化,試驗(yàn)組和對照組變化趨勢基本一致。從圖2可以看出,試驗(yàn)組和對照組堆體的pH值均呈現(xiàn)先下降后上升,接著再下降至平穩(wěn)的趨勢。引起這種變化的原因可能是開始堆肥水分含量高,在缺氧狀態(tài)下厭氧菌活力增強(qiáng),產(chǎn)生更多的有機(jī)酸,造成pH值下降;隨著有機(jī)酸的增多,嗜酸微生物大量增殖,含氮有機(jī)物分解產(chǎn)生的氨氣使得堆體pH值上升;在后期由于嗜高溫微生物大量繁殖需要氨氣被利用或其代謝產(chǎn)物的增加而產(chǎn)生大量酸,堆體pH值再一次回落至穩(wěn)定,堆肥結(jié)束時(shí),堆體內(nèi)環(huán)境的pH值維持在8～9。因此,投加菌劑后對pH值影響不大,維持在8～9,在多數(shù)微生物適宜生長環(huán)境需求的pH值范圍內(nèi)。

圖2 牛糞和蠶沙混合堆肥過程中的pH值變化

2.4 堆肥過程中生物學(xué)指標(biāo)(GI)變化

測定堆肥發(fā)酵后的產(chǎn)物能否適合于回田利用,最直接最有效的方法之一是測定GI。如果其GI大于50%,表示堆肥已沒有毒性,堆肥基本腐熟;大于80%,堆肥完全腐熟[3]。從圖3可以看出,試驗(yàn)組第20天的堆肥處理種子,其GI已經(jīng)達(dá)到75%,說明堆肥物料基本腐熟狀態(tài),而同期的對照組其GI僅為55%;試驗(yàn)組第30天GI達(dá)到98%,而對照組只達(dá)70%,這也說明了投加菌劑后能夠加快堆肥腐熟進(jìn)程。

圖3 牛糞和蠶沙混合堆肥對種子發(fā)芽指數(shù)的影響

3 結(jié)束語

本試驗(yàn)將發(fā)酵菌劑投加到牛糞和蠶沙混合堆肥中,結(jié)果表明,投加菌劑試驗(yàn)組堆體溫度可達(dá)到61 ℃,持續(xù)50 ℃以上13 d。試驗(yàn)組與對照組相比,在堆肥前期溫度上升較快,說明投加的菌劑在堆肥初期能夠很快適應(yīng)堆體內(nèi)環(huán)境并較快增殖,增加了堆體內(nèi)微生物總量,能快速提前啟動纖維素降解程序,產(chǎn)生更多的熱量,更有利于堆肥腐熟。投加菌劑處理養(yǎng)殖固體廢棄物,可加快堆體溫度升溫,縮短堆肥過程,提高肥效。楊萍萍 等[4]研究結(jié)果顯示,堆肥過程接種外源菌種能提高堆體中微生物群落的豐度,提高在高溫堆肥階段高溫期優(yōu)勢菌的所占比例。黃翠 等[5]采集農(nóng)業(yè)堆肥高溫期的樣品篩選得到15株嗜熱纖維素分解菌,發(fā)現(xiàn)添加篩選菌不但能提高堆肥溫度、延長高溫期并顯著地降低堆肥產(chǎn)品的C/N和有機(jī)質(zhì)含量,并能顯著降低纖維素和半纖維素含量,但對堆肥pH值變化無顯著影響。

本試驗(yàn)中菌劑試驗(yàn)組在堆肥25 d時(shí)GI為85%,提前達(dá)到完全腐熟狀態(tài),其原因可能是投加菌劑中各類微生物在適宜的環(huán)境下生長良好,可更好地降解堆體中的物料,并和堆體中其他微生物發(fā)揮協(xié)同作用將有害物質(zhì)快速轉(zhuǎn)化,從而提高種子的萌發(fā)率,提高生長性能。未達(dá)到腐熟狀態(tài)的堆肥中含有大量有機(jī)酸及多酚等對植物產(chǎn)生毒害作用的物質(zhì),這些物質(zhì)會抑制植物生長。而這些影響植物生長的物質(zhì)隨著堆肥逐漸腐熟而逐漸地被削弱,因此,在實(shí)踐中人們常以堆肥水浸提液對植物種子的毒性實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)腐熟度,即測定GI。李杰 等[6]研究發(fā)現(xiàn),菌劑3處理堆肥效果好,堆肥提前20 d符合完全腐熟堆肥標(biāo)準(zhǔn)。本研究結(jié)果與李杰等研究相似。

近年來,在堆肥上投加發(fā)酵菌劑的研究逐漸從有單一發(fā)酵菌劑轉(zhuǎn)向復(fù)合發(fā)酵菌劑。復(fù)合發(fā)酵菌劑菌種多樣,不僅能增加堆體內(nèi)功能菌株的數(shù)量和種類,豐富堆肥中微生物的群落的構(gòu)成,而且能通過種菌株間代謝產(chǎn)物互相利用及促進(jìn)作用,使堆肥腐熟提前并提高腐熟度。今后的研究應(yīng)在本研究的基礎(chǔ)上增加對物料預(yù)處理環(huán)節(jié),調(diào)節(jié)堆體物料的pH值,使其適合多數(shù)微生物生長;同時(shí)尋找多株環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、適合牛糞和蠶沙混合堆肥的中高溫降解菌并進(jìn)行拮抗、協(xié)同作用試驗(yàn),構(gòu)建高效組合發(fā)酵菌劑,為廣西蠶桑生產(chǎn)產(chǎn)生的蠶沙廢棄物的無害化處理提供更簡易、有效的方法。