几种复合微生物发酵剂发酵废弃桑枝的比较研究*

吴 均 黄传书 刘 艳 赵 珮

(重庆市蚕业科学技术研究院，重庆 400700)

中国桑枝条资源丰富，每年产量可达1040万t，传统处理方式为置于田间地头自然腐烂还田和农村生活燃料，其利用率仅为10%左右，绝大多数都沦为废弃物，不仅造成资源极大浪费还造成农业面污染，且易导致桑树病虫害的暴发，给蚕桑生产带来极大的安全隐患[1-2]。桑枝条有机肥堆肥处理是目前解决废弃桑枝条资源浪费的一条有效途径，使桑枝变废为宝，减少对人们生活环境及农业面污染和蚕桑生产的病虫害安全隐患，增强桑园土壤肥力，减少农作物化学肥料的使用[3]。目前，在堆肥过程中添加微生物发酵剂不仅可以增加微生物数量，加快堆肥快速升温，还可以缩短发酵时间并且彻底地降解有机物[4-6]。市面上微生物发酵菌剂种类较多，但大多是通用型单一发酵剂，没有具体有针对性的复合微生物发酵剂，并且对于桑枝微生物发酵剂的研究也鲜有报道。因此，本研究在一定的堆肥条件下，依据农业部生物有机肥产品检测标准，探究接种不同微生物发酵剂的桑枝堆肥降解过程中水分含量、温度、pH的变化，发酵结束后桑枝堆肥的C/N和发芽指数、发芽率、根长和芽长，旨在研发适宜桑枝有机基质肥快速发酵的复合微生物发酵剂，为废弃桑枝条有机基质肥开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

复合微生物发酵剂：由霉菌、酵母菌、细菌和放线菌按一定比例组合而成的复合微生物发酵剂，编号分别为A、B、C、D，由重庆市蚕业科学技术研究院实验室提供。

桑枝屑：重庆市蚕业科学技术研究院桑园夏伐干桑枝条粉碎获得。

鸡粪：重庆市北碚区西山坪正大蛋鸡养殖场提供。

其他辅料：麦麸、泡沫盒等购自商品市场。

1.1.2 仪器

分析天平FA2204M(上海衡际)、超纯水机WP-UP-LH-40(四川沃特)、超净工作台JH-2S(北京科伟)、DL-1型可控温电炉(北京中兴伟业仪器有限公司)、数显高压立式灭菌器BXM-30R(上海博讯)、恒温培养箱SPX-250(北京科伟)、电热恒温干燥箱(101-2 北京科伟)、振荡培养箱THZ-92B(上海博讯)、超声波清洗仪JP-060S(深圳洁盟)、普通冰箱(海尔)、涡旋振荡器XWH(常州国华)、全自动凯式定氮仪K9860(海能仪器)、pH计PHS-3C(上海雷磁)。

1.2 方法

1.2.1 桑枝生物有机基质肥发酵工艺流程

图1 桑枝生物有机基质肥发酵工艺流程

试验在重庆市蚕业科学技术研究院桑园进行。

发酵处理方法[7]：将原料混合均匀后置于泡沫盒里进行静态发酵。试验设A、B、C、D及不添加微生物发酵剂的空白对照(CK)5个处理，每个处理3次重复,每个重复处理按等量材料，桑枝∶鸡粪(干重)=1∶1，用尿素调节C/N比至30∶1，调节水分含量至65%左右，接种4种不同微生物发酵剂，将原料混合均匀后置于泡沫盒里进行静态发酵，5d翻堆一次，发酵至90d结束(图1)。

1.2.2 发酵堆温度测定

温度作为好氧堆肥的一个重要指标[9]。在每日上午10:00，对每个重复分别选取“品”字型三个点用土壤温度计测量发酵盒内温度。

1.2.3 发酵堆水分测定

参考中华人民共和国农业部NY 884-2012 生物有机肥水分测定方法[10]。

将铝盒置于干燥箱中105℃烘30min，冷却后称量并记录铝盒的质量。向铝盒中加入20g混匀试样并记录质量，将加有试样的铝盒置于干燥箱中105℃下烘5h取出，放入干燥器冷却20min后进行称量并记录。每个试样两次平行。

1.2.4 发酵堆pH测定

pH测定采用NY/T2321-2013中的方法进行测定[11]。

1.2.5 有机堆肥碳氮比(C/N)测定

有机质的测定方法用重铬酸钾容量法[12]，总氮用全自动凯氏定氮仪测定。

1.2.6 有机堆肥毒性测定

种子发芽指数(GI)最能反映发酵产品植物毒性的判断物料无害化和腐熟度的参数[13-14]。本试验选用油菜种子作为指示种子，测定发芽指数、根长和芽长。

称取5g桑枝生物有机肥堆肥样品，用30 mL一级水浸提1h后，再用3层纱布过滤备用；将20粒油菜种子放入铺有滤纸的90mm培养皿内，向培养皿中加入5mL浸提过滤液，以一级水做空白对照，每处理3次重复。30℃恒温培养48 h后测定种子发芽数、芽与根的长度，计算种子发芽率和发芽指数。

1.2.7 数据统计与分析

采用ORIGIN软件对试验数据进行整理分析及图表制作。

2 结果与分析

2.1 发酵堆温度变化

温度是好氧堆肥的重要指标，可依据温度变化情况判断堆肥微生物活动情况，微生物代谢产生热量被保留在泡沫盒中，使得桑枝堆肥温度上升，加快堆肥腐熟[15]。本实验的温度变化分为4个阶段：升温期、高温期、降温期、稳定期。4个处理的温度均呈现出先升高，高温区持续一段时间，下降稳定的趋势。处理A、B的堆肥温度在第2d开始快速升温，在第7d的时候超过50.0℃并保持2d；处理C的堆肥温度在前9d缓慢上升，第10d的时候超过50℃保持1d；处理D在第5d开始迅速升温，第6d超过50.0℃，并保持12d的高温，最高温度达到60.7℃；空白处理的堆肥温度缓慢上升，没有超过50.0℃。4种微生物发酵剂处理的堆肥温度均高于空白处理，并且处理D的发酵温度在高温期保持时间最长，使桑枝条中的有机物充分降解，最大程度地杀灭各种虫卵和病原微生物[16]，说明微生物发酵剂能够加快桑枝发酵的速率，且复合微生物发酵剂D较其他3种发酵效果更佳。

2.2 发酵堆水分变化

在堆肥发酵过程中，微生物生长繁殖会消耗大量水分，微生物繁殖使堆肥的温度升高会使得水分快速蒸发，温度和微生物的共同作用使水分急剧的减少[17]。为减少试验过程中发酵堆水分大量散失，本实验采用封闭泡沫盒发酵，发酵产生水分蒸汽在盒盖凝结后落入发酵堆，结果在整个发酵过程中，没有水分含量急剧下降的阶段，只呈现出缓慢降低的趋势。从图2可以看出，5个处理的水分含量随发酵时间的延长均呈下降趋势，发酵到90d时，样品水分含量分别为：A(36.9%)、B(37.2%)、C(36.9%)、D(30.0%)、空白(48.2%)。发酵结束后将物料从泡沫盒里面取出堆放在地面一段时间自然失水后水分含量可以降至30.0%以下，达到生物有机肥水分含量标准的要求[10]。

2.3 发酵堆pH值变化

据资料记载，在堆肥发酵过程中，发酵前期微生物大量繁殖，发酵有机物产生大量的NH3使pH值上升，随着发酵物料中有机物分解、硝化细菌快速繁殖产生大量的H+使pH值降低，随着发酵的深入，发酵物料的有机酸被逐渐降解，pH值先稍有升高、后降低、最后趋于稳定[18-19]。本试验结果从图3可知，5个处理的初始pH值为8.8左右，发酵前5d pH值上升，最高处理比初始pH值高0.5左右；5～30d左右pH 值下降，最低pH值8左右；30～90d，pH值呈现先稍有升高、再降低、最后趋于稳定，发酵成熟后各发酵物料的pH值为8.2左右，从整个发酵过程看，pH值呈上升、下降、上升、下降，最后趋于稳定的趋势。最后所生成的桑枝生物有机基质料，符合农业部生物有机肥料标准(NY884-2012)pH值为5.5～8.5的规定。

图2 桑枝发酵过程中水分含量的变化

2.4 有机堆肥毒性测定

种子发芽指数(GI)被认为是最敏感、可靠、有效和最能反映发酵产品植物毒性的判断物料无害化和腐熟度的参数，当GI值>50%时，发酵物料对植物已基本没有毒性，发酵物料已基本腐熟；当GI值>80%时，发酵物料完全腐熟[14,20]。本试验用油菜种子作为指示植物，测定其发芽指数、发芽率、芽长、根长。结果(详见表1)，5个处理的油菜种子发芽率均在90%以上，A、B、D三组堆肥处理发芽指数均在80%以上，C组堆肥的发芽指数78.04%、芽长0.787mm(最长)，综合分析，在促进堆肥无害化方面，C组处理堆肥对油菜种子发芽有一定影响，A、B、D三组处理堆肥对植物没有毒性且完全腐熟，其中，D组处理堆肥的发芽率、发芽指数和根长综合效果最佳，优于其他3种复合微生物发酵剂处理。

图3 桑枝发酵过程中pH值的变化

指 标ABCDCK发芽指数/%98.4087.9778.04106.60-发芽率/%98.3095.0091.70100.0096.70芽长/mm0.4660.4000.7870.5050.440根长/mm1.4541.3451.2361.5481.502

2.5 有机堆肥碳氮比(C/N)测定

在生物有机物发酵过程中，有机物为微生物提供碳源和氮源，微生物分解有机物时，产生CO2、H2O等物质，消耗一部分氮又释放出一部分氮，从而使总体的C/N不断降低至稳定[21]。本试验用复合微生物发酵剂发酵桑枝条，结果(详见表2)，堆肥发酵结束，5种处理A、B、C、D和CK的C /N 依次是20.32、21.27、21.56、19.33和25.76，以D处理C/N最低、CK处理最高。说明在桑枝生物有机基质肥发酵处理过程中，添加微生物复合发酵剂有利于其C/N的快速降低，达到桑枝条快速腐熟，符合生物有机基质肥料要求。

表2 接种不同微生物发酵剂的桑枝堆肥前后的C/N

3 小结

本试验通过控制桑枝发酵条件下，对几种复合微生物发酵剂发酵桑枝情况比较。结果表明：

(1)4种复合微生物发酵剂都能达到快速腐熟桑枝目的，综合比较分析4种复合微生物发酵剂对桑枝腐熟效果，以D组复合微生物发酵剂发酵桑枝效果最佳。D组复合微生物发酵剂发酵桑枝，发酵过程中，升温最快，能够快速使发酵堆升温至50.0℃，保持高温时间12d最长，发酵结束，生成的桑枝生物有机肥料水分含量30.0%(<35.0%)，pH值8.16(<8.50)，C/N值19.33，发芽指数(GI)为106.6%，发酵物料完全腐熟，对农作物生产较为安全，符合农业部生物有机肥料标准(NY884-2012)。

(2)利用复合微生物发酵剂发酵废弃桑枝，发酵过程中较长时间的高温可以杀灭发酵堆中的病原菌和寄生虫卵，达到有机基质肥对作物生长安全目的。

(3)本试验仅选择了几种复合微生物发酵剂发酵桑枝条效果比较研究，筛选出适合桑枝有机基质肥料最佳复合微生物发酵剂，但对所生成的桑枝有机基质肥料肥力、肥效等还有待深入研究。