三种单一类型园林废弃物集约化制肥效果研究

宋良红，王 珂，李小康，杨志恒，王志毅

（郑州植物园，郑州 450052）

园林废弃物通常指园林植物养护过程中所产生的落叶、草屑、花败、枯枝以及修剪物等固体废弃物，也有学者称之为园林垃圾［1，2］。园林城市的快速发展引起园林废弃物急增，传统的填埋、焚烧等处置方式已经不符合生态环保发展要求，大量的园林废弃物需要更环保、更经济的处理方式［3，4］。园林废弃物中含有丰富的有机质和木质纤维素等可降解成分［5，6］，通过堆肥处理可转化成有机肥料［7］，这种处理方式能够促进资源再利用，降低园林养护费用，推动城市经济绿色循环发展［8-10］。

近年来，园林废弃物资源化利用研究倾向于混合型物料堆肥。其中，李雅君等［11］通过添加菌剂和动物粪便优选出落叶枯枝混合型园林废弃物堆肥的最优堆肥条件。姚文英等［12］在树叶堆肥发酵过程中添加不同的发酵菌剂发现添加嗜热侧孢霉的处理在堆体中心温度、理化性质、种子发芽率和发芽指数（GI）等方面均优于对照和加入微生物菌剂的处理。但目前利用不同类型园林废弃物通过集成化设备高温制肥技术的研究较少。本研究以3种单一类型园林废弃物为制肥原料，通过不同比例添加物，探究高温制肥过程中有机质、养分含量等指标变化，以期根据不同类型园林废弃物制肥的特点优选经济适宜的制肥配比与制肥模式，为不同类型园林废弃物的资源利用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验依托郑州植物园园林废弃物处理中心，收集的园林废弃物分为草屑类、落叶类和枯枝类。将草屑类与落叶类分别粉碎成粒径为1.0～5.0 mm的颗粒，枯枝类先粗粉成2.0～2.5 cm的颗粒，然后细粉成1.0～5.0 mm的颗粒。羊粪、豆渣均购买于郑州植物园附近的农户。发酵菌剂采用郑州云茂实业有限公司的YM-ZF-A系列发酵设备专用菌，专用菌包括5种细菌（肺炎克雷伯菌、假单胞菌、嗜麦芽窄食单胞菌、热纤梭菌、芽孢杆菌）和11种真菌（康氏木霉、黄绿木霉、木霉、里氏木霉、交链孢属、无孢菌群、硬内囊霉属、曲霉属、黑曲霉、拟茎点霉属、斜卧青霉）。

1.2 方法

试验始于7月，地点位于郑州植物园。设置6个处理，如表1所示，每个处理重复3次。每个堆肥处理按照固定成分配比后，将含水量调节至50%～60%，通过系列集约化发酵设备（郑州云茂实业有限公司的YM-ZF-A系列发酵设备）进行30 min高温灭菌，按照堆体质量添加0.5%发酵专用菌，进行初次发酵。该系列设备包括进料机、出料机、园林废弃物处理机、生物质热风炉，可完成自动搅拌、升温、灭菌、进料、出料等过程，集约化程度高。出仓堆置成直径2.0～3.0 m、高1.2 m的椎体。在堆肥发酵期间每天上午10：00、下午2：00读取堆体温度，取平均值，记录发酵温度变化。在发酵前期（初始混合期）、发酵中期（设备发酵后）、发酵末期（腐熟完成后）测定有机质、pH、全氮、全磷、全钾。在发酵末期进行发芽指数测定。

表1 不同类型园林废弃物堆肥发酵配方

1.3 项目测定

全氮采用H2SO4-H2O2消煮-凯氏定氮法测量；全磷采用H2SO4-HNO3消煮-钼锑抗比色法测量；全钾采用H2SO4-HNO3消煮-火焰光度法测量，具体操作按照中国有机肥标准NY525—2012进行［13］；有机质和pH用YN-8000智能综合检测仪测定；发芽指数（GI）计算公式［14］为GI=［（堆肥处理的种子发芽率×种子根长）/（去离子水处理的种子发芽率×种子根长）］×100%。

1.4 数据处理

试验数据用Excel、SPSS统计软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同物料配比对园林废弃物堆肥温度的影响

堆肥温度是堆肥稳定化和无害化的重要参数［15］，其变化反映了堆体微生物活性的变化，这种变化与堆体中可被分解的有机质含量相关［16］。从表2可以看出，6个堆肥处理中，有5个处理的堆体温度在第1天就达60℃以上，而T2处理在第2天也达60℃以上，表明堆肥处理升温速度快，高度集成化设备将物料进行了高温灭菌和微生物发酵处理，有助于堆体快速升温。

表2 不同处理温度变化主要指标

堆肥周期内从T1到T6处理，均能维持55℃以上高温10 d以上，其中T1处理和T2处理持续时间较长，分别维持27、25 d，其次是T5处理维持20 d，而T3、T4、T6处理维持高温时间较短，分别是12、14、13 d。T1和T2这2个处理主要是由枯枝类构成，而枯枝类中含有较多难降解的有机物质，因此增加了发酵时间。

6个处理达到腐熟所需时间依次表现为T1＞T2＞T3=T4＞T5＞T6，表明草屑类（T5、T6）腐熟速度快，分别用了37、31 d，其次是落叶类（T3、T4），均用了45 d，而枯枝类（T1、T2）腐熟最慢，分别用了53、50 d。草屑类中羊粪、豆渣含量较多时，能够加速堆腐速度；枯枝类中羊粪和豆渣含量较多时，加速了堆腐速度，但是落叶类中2种比例发酵时间基本一致。

2.2 不同物料配比对园林废弃物堆肥p H的影响

pH的变化是反映堆肥过程的重要参数，适宜的pH能够使微生物有效地发挥作用，而pH太高或者太低，都会影响堆肥效率和质量［15］。从表3可以看出，经过集成化设备快速发酵之后，不同处理pH均有所上升，而T3处理出现了略微下降，这可能与微生物活动产生有机酸有关。发酵末期与发酵前期相比各处理pH均呈上升趋势，T1至T6处理的pH均在7.51～8.44，表明各处理的pH均处在中性或弱碱性环境中，对微生物活动更有利。发酵末期各处理pH表现为T6＞T4＞T2，T5＞T3＞T1，表明同一配比条件下，pH大小表现为草屑类＞落叶类＞枯枝类。

表3 不同处理p H变化

2.3 不同物料配比对园林废弃物堆肥有机质的影响

6个处理有机质含量变化如表4所示，各处理有机质含量变化相似，均呈下降趋势。通过高效集成化设备发酵后，各处理有机质含量虽然均有所下降，但是下降量较小。与发酵前期相比，发酵末期各处理下降程度较大，其中，T3、T4、T5、T6处理下降程度较大，分别下降了19.70、17.51、19.36、20.65个百分点，而T1、T2下降程度相对较低，分别下降了13.56、16.96个百分点。表明落叶类和草屑类可降解有机质较多，在整个发酵腐熟过程中大量有机质被分解。

表4 不同处理有机质含量变化（单位：%）

本研究发酵末期，各处理有机质含量表现为T2＞T1＞T4＞T3＞T6＞T5，可 知T2＞T1，T4＞T3，T6＞T5，表明发酵末期，同一类型堆肥中，豆渣和羊粪含量较多时有机质含量较高；同一配比中，有机质含量表现为T2＞T4＞T6，T1＞T3＞T5，表明在同一配比中，枯枝类含有较高的有机质，草屑类有机质含量较低。

2.4 不同物料配比对园林废弃物堆肥养分的影响

园林废弃物堆肥腐熟的过程中，氮素的含量变化是评价其成品质量的重要指标［17］。本试验中发酵末期各处理全氮含量显著高于发酵前期，全氮含量均呈升高趋势（表5）。发酵末期各处理全氮含量大小表现为T6＞T5＞T2＞T4＞T3＞T1，T6、T5处理的全氮含量显著高于其他处理，其次是T2、T4处理，全氮含量最低的是T1、T3处理，表明堆体完全腐熟后，3种单一类型堆肥产品中全氮含量表现为草屑类＞落叶类，草屑类＞枯枝类，羊粪含量较多时全氮含量较高。

表5 不同处理堆肥前后的养分变化 （单位：%）

发酵末期，3种单一类型园林废弃物全钾含量均呈上升趋势，其中，T6、T5全钾含量上升幅度较大，分别是发酵前期的7.76、6.70倍，其次是T4，全钾含量是发酵前期的6.59倍，其余处理的上升量均达3倍以上。发酵末期，各处理全钾含量表现为T6＞T5，T2＞T1，T4＞T3，这表明同一类型中，豆渣和羊粪含量较多时全钾含量较高。

从发酵前期到发酵末期，各处理的全磷含量均有所增长。发酵末期各处理全磷含量表现为T6＞T5，T2＞T1，T4＞T3，表明同一类型中豆渣和羊粪含量较多时，全磷含量较高。从总养分来看，发酵末期，各处理总养分都有不同程度的提升，总养分均在6.00%以上，达到有机肥国家标准NY525—2002总养分≥4%的要求。其中，T5、T6处理总养分含量处于较高水平，更有利于植物生长。

2.5 不同物料配比对园林废弃物堆肥腐熟度发芽指数的影响

由图1可知，6个处理的发芽指数均在80%以上，表明6个处理均已完全腐熟，且达到有机肥国家标准NY525—2002要求，对植物毒害作用较小。6个处理中，T1＞T2，T3＞T4，T5＞T6，表明3种单一类型堆肥产品中，在豆渣羊粪含量较低时对植物的毒害性较小，种子的发芽指数较高，其中，T5处理的发芽率处于相对较高水平，表明豆渣羊粪含量较低的草屑类更有利于种子萌发，堆肥效果较好。

图1 腐熟后不同处理发芽指数

3 小结与讨论

有研究表明，堆体温度通常在开始的3～5 d，从环境温度上升到60℃以上高温［18］，本试验中3种类型绿化废弃物均能通过集成化发酵设备在1～2 d内快速提升堆肥温度至60℃以上，明显缩短堆体升温过程。本研究中草屑类（T5和T6处理）腐熟最快，在堆肥时间上占有优势，而落叶类和枯枝类处理腐熟较慢，这可能与落叶类和枯枝类中存在较多难降解的有机质有关。本研究中各处理在发酵过程中维持55℃高温时间均较长，这可能与堆肥发酵期间夏季高温有关。

堆肥发酵过程中pH的变化是影响堆体内微生物活性和衡量堆肥腐熟质量的重要参数［17］，本研究中各处理发酵过程中pH呈上升趋势，这与王瑞莹等［19］的研究结果一致。本试验发酵末期各处理的pH均在7.51～8.44，处于弱碱环境，能够为微生物活动与生存提供适宜的pH环境［17］。

龚小强等［20］研究表明，添加牛粪可提高纤维素和木质素的降解率，增加堆肥产品中氮、磷、钾等营养元素的含量。本试验各处理的有机质含量均呈下降趋势，发酵末期，同一类型中羊粪含量多的处理，有机质含量下降幅度最大，且堆肥产品中氮、磷、钾等营养元素的含量相对较高。本研究中，同一配比条件下，氮、磷、钾含量均表现为草屑类较高，其次是落叶类，而枯枝类含量最低，这与王瑞莹［19］等研究园林废弃物堆肥过程中树叶类氮、磷、钾养分含量高于枯枝类的结果相一致。

发芽指数是评价腐熟度的常用参数，种子发芽指数体现腐熟堆肥毒性的降低情况，本研究表明草屑类、落叶类、枯枝类的6个处理种子发芽指数均在80%以上，且每种类型中第一种配比，即豆渣：羊粪：枯枝类为1∶1∶8的发芽指数相对较高，对植物毒害性较低，有利于植物生长，堆肥效果较好。其中，草屑类（T5、T6处理）的2种处理具有明显优势，堆肥时间最短，总养分含量较高，pH适中，发芽指数符合要求，有利于植物生长，堆肥效果好。草屑类中的T5处理豆渣羊粪含量较低，可节约一定的成本，生产中草屑类按照豆渣：羊粪：园林废弃物1∶1∶8的比例进行集成化发酵堆肥最为适宜，制肥时间可选择在春季或者秋季，可避免过度高温和低温对制肥带来影响。