三种微生物菌剂对柑橘皮好氧堆肥促生效果的影响

王林林，施 宠，王传哲，曹 彬，罗文炫，吴梓涵

（新疆农业大学资源与环境学院，新疆乌鲁木齐 830052）

柑橘是世界上重要的经济作物之一[1]。我国是世界上最大的柑橘原产地，柑橘种植面积及产量均居于世界第1 位。2021 年，我国柑橘产量达到5 595.6 万t[2]。柑橘在食用和加工过程中会产生大量的柑橘皮，占到果实总量的50%以上[3]。柑橘皮通常含有约占95%总固体的有机物，含水量可达90%，且pH 值较低（通常在3.5～5.8），这使柑橘皮很容易腐烂和发酵[4]。通常，柑橘皮的主要去向是焚烧、制备饲料、作为炼制工业中的原料等[5]。但这些传统的柑橘皮处理方式，存在影响环境、处置成本高昂等问题[6]。因此，随着柑橘皮总量的增加，开发柑橘皮环保处理方法已经成为一个亟待处理的问题。

堆肥是一种把柑橘皮转化为农产品的经济且对环境友好的方式[7]。有研究表明，加入柑橘皮堆肥可以增加土壤的有机质含量，并增强植物对土传病原体的抗性[8]。近年来，将柑橘皮与其他含有木质纤维素的农业废弃物进行共同堆肥已成为一种趋势[9]。然而，由于柑橘皮中原有微生物群落的数量不足且可生物降解性较差，故需要较长的堆肥时间才能获得成熟的产品[10]。目前，有研究者开始关注堆肥中微生物的生物强化作用，希望借此加速堆肥过程并提高堆肥质量[11]。此次研究分别在柑橘皮堆肥中添加酵素菌剂、EM 菌剂及木霉菌剂后，比较堆肥液对黑麦草种子萌发的影响及固体肥渣对黑麦草植株生长的影响，探讨不同微生物菌剂对柑橘皮好氧堆肥产物的促生效果，为通过接种微生物菌剂强化柑橘皮堆肥提供基础参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试柑橘皮为新疆农业大学校园内水果店、饮品店及校内师生鲜食产生，破碎成约1 cm×1 cm 大小备用。麸皮由乌鲁木齐市当地某面粉厂提供。

供试菌剂有EM 菌剂，购自杭州果优生态环境科技有限公司；酵素菌剂，购自淮安大华生物科技有限公司；木霉菌剂，购自山东木鱼石生物科技有限公司。

供试植物为黑麦草（Lolium perenne），购于乌鲁木齐市农资店。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

1）堆肥试验。试验于2023 年5—6 月在室内高60 cm、直径35 cm 的堆肥桶中进行，平均室温23 ℃，设计不添加菌剂的自然堆肥为对照（T1），以添加酵素菌剂（T2）、EM 菌剂（T3）及木霉菌剂（T4）为堆肥试验的4 个处理组。每组处理设3 个重复，共计堆肥12 桶，每桶加入柑橘皮3 kg，按照柑橘皮鲜质量与麸皮干质量1.5∶1.0 的比例加入麸皮调节碳氮比，并加入Ca(OH)210 g调节pH值。每桶按2%堆体质量的量接种微生物菌剂并混合均匀，每桶堆料的碳氮比约为25，pH 值约为7.0，水分含量约为60%。每隔5 d对堆体进行1次翻堆，确保堆料得到充足的氧气。

2）堆肥液对黑麦草种子萌发的影响试验。在30 d堆肥结束后，将收集到的堆肥渗滤液通过0.22 μm 针头式过滤器过滤，灭菌后供种子萌发试验用。将堆肥结束后的固体肥渣自然风干供后续盆栽试验用。使用75%酒精溶液浸泡黑麦草种子5 min 进行表面消毒后，用无菌水洗涤3～5 次，放置于有双层滤纸的培养皿中，每皿放置20粒黑麦草种子。将各处理产生的堆肥液分别稀释10、20、50、100 倍，稀释后加入培养皿中，每皿10 mL，并以添加等量蒸馏水的处理为对照组（CK1），每组处理的每个稀释倍数设5 个重复。置于恒温箱在黑暗25 ℃的条件下萌发7 d。

3）固体肥渣对黑麦草植株生长的影响试验。将堆肥固体肥渣与普通商品花卉土以1∶4的体积比均匀混合，置于高11 cm、直径21 cm 的花盆中，以无固体肥渣的处理为对照（CK2），每盆培植20株黑麦草，每个处理3个重复，期间给予正常管理。

1.2.2 测量指标

在整个堆肥过程中每2 d 分别在10:00 和16:00 用温度计插入堆体中心测量温度，将二者平均值作为当天的堆体温度。在种子萌发试验过程中，每天观察种子萌发数，试验结束后使用游标卡尺测量芽长，并根据公式（1）至公式（3）分别计算黑麦草种子的发芽率（Gr）、发芽势（Gp）（发芽势统一采用第5 d的发芽数计算）、发芽指数（Gi）[12]。在盆栽试验过程中，待植株生长3 个月后，每盆随机选取10 株植株用软尺测量地上部分高度，用游标卡尺测量叶片宽度及茎粗。将植株剪去根系保留地上部分，先在105 ℃杀青30 min，然后于70 ℃烘干12 h 至质量恒定后，称其干质量。

式中：n种子发芽数，粒；n1为供试种子发芽高峰数，粒；N为供试种子总数，粒；nt为不同时间的发芽数，粒；t为相应发芽日数，d。

1.3 数据处理

采用Excel 2016 软件进行数据整理，采用SPSS 23.0软件进行单因素方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同微生物菌剂对柑橘皮好氧堆肥温度的影响

温度是反映堆肥过程最直接、最敏感的指标[13]。由表1 可知，在堆肥过程中，T2、T3、T4处理堆体最高温度显著高于T1处理（p＜0.05），T3、T4处理堆体平均温度显著高于T1处理（p＜0.05），T3处理堆体平均温度与最高温度最高，分别高于T1处理23.43%、30.43%。各处理堆体达到最高温度的速度顺序为T2=T4＞T3＞T1，且T2、T3、T4处理堆体均有≥40 ℃的持续天数，而T1处理堆体最高温度并未达到40 ℃。结果表明，柑橘皮好氧堆肥中添加微生物菌剂相较于自然堆肥能提高堆肥温度，但添加菌剂的3 个处理对堆体温度的影响差异并不显著（p＞0.05）。

表1 三种微生物菌剂对柑橘皮好氧堆肥温度的影响

2.2 堆肥液对黑麦草种子萌发的影响

由表2可知，T1、T2、T3、T4处理的堆肥液在稀释10、20 倍的条件下，黑麦草种子的发芽率、发芽势均显著低于CK1（p＜0.05）。在稀释50 倍的条件下，T4处理发芽率为82.00%，发芽指数为16.24，分别较CK1提高23.62%、42.33%，且显著高于其他处理组及其他稀释倍数（p＜0.05）；T2与T3处理发芽指数显著高于CK1（p＜0.05），但二者之间差异并不显著。在稀释100 倍的条件下，T3处理芽长显著高于CK1（p＜0.05）。结果表明，添加菌剂的处理T2、T3、T4组的堆肥液分别在稀释50 倍与100 倍的条件下均对黑麦草种子的萌发有不同程度的促生作用，其中添加木霉菌剂的T4处理的堆肥液在稀释50倍的条件下，较添加酵素菌剂的T2与添加EM 菌剂的T3处理组显著促进了黑麦草的发芽率与发芽指数（p＜0.05），可能是由于木霉菌剂降解纤维素的能力更强，使堆肥腐熟得更加彻底。

表2 堆肥液对黑麦草种子萌发的影响

2.3 固体肥渣对黑麦草植株生长的影响

由表3 可知，相较于CK2，4 个处理组能显著提高黑麦草的叶宽、茎粗和地上部分干质量（p＜0.05）。添加菌剂的T2、T3、T4处理的固体肥渣相较于自然堆肥的T1处理能显著提高黑麦草的株高、茎粗和地上部分干质量（p＜0.05）。添加菌剂的处理中T2与T4处理的茎粗显著高于T3（p＜0.05），T4处理的地上部分干质量显著高于T2与T3处理（p＜0.05），且相较CK2提高1.28倍，相较于T1提高0.71 倍。T3处理株高最高、叶宽最宽，分别为28.74 cm 和4.42 mm，较CK2分别提高26.89%和27.38%，但相较T4处理均无显著性差异。结果表明，堆肥形成的固体肥渣培植黑麦草均有较明显的促生作用，添加菌剂相较于自然堆肥促生作用更加显著，且在添加菌剂的处理中，添加木霉菌剂的T4处理有相对更强的促生作用。

表3 固体肥渣对黑麦草植株生长的影响

3 讨论

好氧堆肥中主要依靠微生物的分解作用，加入合适的外源微生物菌剂是加快堆肥物料腐熟的主要方式[14]。温度是堆肥的一个重要因素，热量是由微生物活动产生的，温度直观反映了微生物新陈代谢强度[15-16]。在赵建等的研究中，在堆肥中加入地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）后堆肥最高温度可以达到73 ℃，实现了柑橘皮渣堆肥物料的快速脱水[17]。魏启航等研究发现，添加真菌菌剂可以加快堆肥的热量积累，确保堆肥保持较长时间的高温，与此次研究中添加微生物菌剂相较于自然堆肥能提高柑橘皮堆肥温度的结果一致[18]。但在此次研究中，所有处理组的最高温度均未超过50 ℃，可能是由于堆体体积小，不利于温度积累。

柑橘皮中有大量的纤维素、半纤维素及木质素等大分子物质，是普通微生物难以降解的[19-20]。因此，高效降解柑橘皮中的纤维素、果胶等物质是柑橘皮好氧堆肥制备有机肥的关键。此次研究中虽然添加酵素菌剂、EM 菌剂和木霉菌剂后的堆肥产物都对黑麦草种子萌发和植株生长有一定的促生作用，但添加木霉菌剂堆肥后的堆肥液对黑麦草种子萌发的促进作用最为显著，且木霉菌剂处理的固体肥渣对黑麦草生长的促进效果也最好。究其原因，可能是因为木霉菌（Trichodermaspp.）作为一种典型的腐生菌，可分泌大量纤维素酶、木质素酶等降解酶，可以高效降解柑橘皮中的纤维素和木质素等大分子有机物[21]。同时，木霉菌可提升其他微生物尤其是细菌的活性，增强整个堆肥系统的代谢活跃性，从而加速堆肥熟化过程[22-23]。总而言之，木霉菌剂可促进柑橘皮中营养成分的高效转化和释放，加快堆肥熟化进程，添加木霉菌剂的处理组堆肥液和固体肥渣对黑麦草种子萌发及植株生长的促生效果最好，也侧面反映出添加木霉菌剂的处理组最终产出了养分成分更丰富、质量更好的堆肥产品。

此次研究初步证明了木霉菌剂可提高柑橘皮好氧堆肥产品的促生效果，后续可在其基础上开发更高效、经济、环保的微生物堆肥制剂，实现柑橘果皮等农业废弃物的规模化、资源化利用，促进农业可持续发展。

4 结论

柑橘皮堆肥过程中添加微生物菌剂可显著提高堆肥温度，加速腐熟。添加木霉菌剂处理的堆肥液在稀释50倍的条件下能显著提高黑麦草种子的发芽率与发芽指数（p＜0.05），分别较CK1提高23.62%与42.33%。且用木霉菌剂处理的固体渣培植黑麦草植株可显著提高其地上部分干质量（p＜0.05），是CK2的2.28 倍，是T1的1.71 倍。故在橘皮堆肥中添加木霉菌剂后所形成的堆肥液及固体肥渣对黑麦草的促生效果最佳。