doi：10.13360/j.issn.1000-8101.2015.04.012中图分类号：S714.8
杨宁1，刘红权1，孙芳芳2
（1.济南市园林花卉苗木培育中心，济南 250102；2.济南市百合园林集团有限公司）
摘要：为了筛选出适于园林绿化废弃物堆腐的菌剂，改善传统园林绿化废弃物堆腐工艺，以园林绿化废弃物为主要底料，选取5种农业废弃物堆肥化处理中常用的微生物菌剂进行高温堆肥试验，分析堆肥腐熟度和不同处理时间堆肥的养分含量、pH和电导率的变化。结果表明，所有添加菌剂处理的堆肥C/N比均低于18，发芽指数大于100%，堆肥达到腐熟程度；其中添加酵素菌更有利于堆肥的快速腐熟，添加微生物菌剂显著影响了堆肥中的养分含量，添加酵素菌处理的养分总量最高。所有处理的腐熟堆肥，均为碱性，pH大于8.0。因此，在园林绿化废弃物堆肥化处理过程中，加入酵素菌发酵效果好。
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关键词 ：园林绿化废弃物；堆肥；菌剂；发酵效果
收稿日期：2015-01-04
修回日期：2015-03-17
基金项目：济南市科技计划项目（201101088）。
作者简介：杨宁（1979-），男，工程师，主要从事园林设计工作。E?mail：377399613@qq.com
The effect of different bacteria agent on decomposing of garden waste compost
∥
YANG Ning，LIU Hongquan，SUN Fangfang
Abstract：The aim of this study is to select suitable bacterium agent for decomposing garden waste compost and improve the traditional decomposing technique of garden waste compost. An experiment for decomposing garden waste under high temperature condition was conducted by adding 5 different bacterium agents. Changes of nutrient content， pH and electric conductivity in different degree of decomposing and different processing time were analyzed. The results showed that C/N ratio of compost with all different fungus agents added was below 18， germination index was greater than 100%， the degree of decomposing was high. Bacterial enzyme was in favour of fast decomposing of garden waste. The nutrient content of compost was significantly increased by adding bacteria agents. The total nutrient content of compost was the highest when bacterial enzyme was added. Fully decomposing compost of all treatments was alkaline， pH of all rotten compost was greater than 8.0.In the process of garden waste composting trentment，the effect adding enzyme bacteria fermentation is significant.
Key words：garden waste； composting； bacteria agent； effect of fermentation
First author’s address： Jinan Garden Flowers Nursery Stock Cultivate Center， Ji’nan 250102， China
园林绿化废弃物主要是指园林植物自然凋落或人工修剪所产生的植物残体，主要包括树叶、树木、草屑和灌木剪枝等，有研究者称之为园林垃圾［1］。园林绿化废弃物具有总量大、种类多、不易处理的特点。园林绿化废弃物通过堆腐处理，可用作花木栽培基质、土壤有机覆盖物、土壤改良添加剂和有机肥等，是土壤学、园艺学和环境工程学等研究的热点。园林绿化废弃物传统的堆腐工艺存在升温慢、时间长、易产生恶臭等问题［2-5］。为提高堆肥效率、改善堆肥质量、缩短发酵时间，不少研究者采用添加微生物菌剂的方法。目前，园林绿化废弃物堆肥化处理中应用的菌剂并不是针对园林绿化废弃物成分研发的，大多是农业废弃物堆肥化处理中应用的菌剂［6］。因此，需要通过实验筛选适宜在园林绿化废弃物堆肥化处理中应用的菌剂，以确保菌剂在堆肥化处理中充分发挥作用。本试验选取市场普遍应用与推广，在秸秆、菇渣、粪便堆肥上有较好效果，不同厂家、不同种类，经济实惠的发酵菌剂进行试验，通过试验来探究适于园林废弃物堆腐的菌剂，为改善传统园林废弃物堆腐工艺提供依据。
1材料与方法
1.1供试材料
园林绿化废弃物为粒径1.5 cm左右的碎屑，主要来自济南市各公园、林场及济南市园林花卉苗木培育中心。
堆肥试验在济南市园林花卉苗木培育中心的园林绿化废弃物处理站进行。试验以园林绿化废弃物为主要底料，用尿素调节原料的碳氮比［7］。试验原材料化学性质见表1。
1.2试验设计
选取5种农业废弃物堆肥化处理中常用的微生物菌剂进行试验（表2）。每个堆料200 kg（干质量，约合湿料体积2.1 m3），为高1.2 m的垛形锥体。调节含水量为60%后，用尿素调节碳氮比约为30∶1。发酵菌剂添加量均为1∶100（堆料干质量）。各处理重复3次。试验为期60 d，统一人工翻堆和补水，每5 d翻堆1次，每10 d取样1次。
1.3指标测定
参照有机肥料标准（NY 525—2012）及绿化用有机基质标准（LY/T 1970—2011）进行测定。
每天上午9∶00监测堆体上、中、下部的温度（平均）和堆制现场的环境温度；pH、电导率、发芽指数：用水浸提鲜样，固液比为1∶10，过滤后滤液保存于4 ℃冰箱中待测，pH用S-3C型pH计，电导率用DDS-307型电导率仪，发芽指数的测定是取上述浸提液8 mL于垫有滤纸的培养皿中，取10粒大小一致饱满的小白菜种子放置于培养皿中，并在（25±1）℃的培养箱中培养，在48 h测定发芽率。用发芽指数来评价堆肥的毒性，发芽指数（%）=［（浸提液种子发芽率×根长平均值）×100］/（对照种子发芽率×根长平均值）；有机质：重铬酸钾容量法；全氮：硫酸-过氧化氢消煮-凯氏定氮法；全磷：硫酸-过氧化氢消煮-钒钼黄比色法；全钾：硫酸-过氧化氢消煮-离子火焰光度法。
1.4堆肥发酵效果评价
不同发酵条件对堆肥各指标的影响各异，所以仅考虑单个指标的大小无法正确判断该条件下堆肥的发酵效果。在堆肥各指标中，考虑到密度、有机碳含量及通气孔隙度与发酵效果并不存在完全的正向关系，故本试验选择总孔隙度、全氮、全磷、全钾、发芽指数、pH、电导率、碳氮比（C/N）等8项指标共同作为发酵效果的参评指标，其中，前5项指标在堆肥过程中越大越好，后3项在允许范围内越小越好。
将所有参评指标通过极差标准化统一量纲后进行主成分分析，可得堆肥发酵效果主成分分析表。在某种程度上特征值可以看作是表征主成分影响程度大小的指标，根据主成分分析的相关原理，主成分的提取个数为主成分对应的特征值大于1的前n个主成分，用来反映系统变异信息。根据特征值和参评指标在主成分上的载荷量，可以得到发酵效果的主成分函数模型，再将标准化数据代入即可得到堆肥发酵效果的综合评价分值［8］。
1.5数据处理分析
采用Excel 2007及SPSS 13.0数据分析软件进行数据整理和统计学分析。
2结果与分析
2.1对堆肥温度的影响
堆肥过程中温度的变化是堆肥发酵腐熟的重要参数之一，低温条件下，接种发酵菌剂加速有机物质降解，使堆肥快速升温，维持适当高温期杀死病原菌、虫卵和草籽，然后温度降低以有利于腐殖质的形成和养分释放，当其趋于环境温度时，表明堆肥已稳定［9］。研究指出，堆体温度在55 ℃条件下保持3 d以上（或50 ℃以上保持5~7 d）可保证堆料中所含致病微生物基本杀死，这是保证堆肥无害化和腐熟的重要条件［10］。由不同处理堆肥温度变化情况（图1）可知，整个发酵周期添加菌剂处理的升温效果显著高于对照。PY、EM和JS相对其他两种菌剂有利于堆肥温度的迅速增加。在本试验中，各处理维持55 ℃以上高温天数以CM持续时间最长，达到31 d，其次为GY（30 d）和JS（29 d）。在后期，各处理温度均接近于室温，添加菌剂的处理温度略高于对照处理。结果表明，添加的微生物菌剂能快速大量繁殖，并有效地分解堆肥有机物质，缩短其达到腐熟的时间。
2.2对堆肥理化性质的影响
2.2.1总孔隙度
生产上栽培基质的总孔隙度一般要求在54%~96%之间［11］。由总孔隙度的变化情况（图2）可知，各处理的总孔隙度均在适宜范围内。发酵结束后，添加菌剂各处理的总孔隙度均高于CK，这与加入菌剂后，微生物活动导致堆肥孔隙增加有关，其中GY和JS更加有利于堆肥总孔隙度的增加。
2.2.2pH及电导率
土壤中有机物质分解、矿物质的溶解、氧化还原、微生物活动强度及酶参与的生化反应速度均受pH的影响［12］。由堆肥pH的变化情况（图3）可知，各处理pH变化趋势为先升高后降低再升高。随着堆肥处理时间的延长而升高，不同微生物菌剂处理升高的幅度也不同。前期缓慢上升与含氮有机物分解产生大量的氨有关；随着发酵的进行，大量的氨挥发，pH下降；而后pH又升高，最后稳定在8.0左右；添加发酵菌剂处理的pH均高于CK处理，以EM菌最高，达到8.21，符合腐熟堆肥pH在8.0~9.0的标准。从整个过程看，除PY外，其余处理电导率整体高于CK。发酵结束后，PY及CM处理电导率低于CK，即添加PY及CM利于降低堆肥电导率，减少对植物根系的盐害（图4）。
2.2.3有机碳
添加菌剂后，整个堆肥过程中有机碳含量均低于CK（图5），即添加微生物菌剂有利于堆肥纤维素、半纤维素及木质素等有机碳的降解。发酵前后相比，有机碳的降解率分别为25.21%，19.39%，27.39%，17.25%，25.15%，13.76%，以JS处理降解率最高。
2.2.4养分含量
全氮整体呈现上升趋势，添加菌种的处理全氮含量增加趋势十分显著，即添加菌种有利于氮素的固定［13-14］。各菌剂对比，以PY固氮效果最为显著，其次为JS，而GY固氮效果最低（图6）。相对于发酵前，全磷、全钾含量均有所增加，添加菌剂的处理均高于CK，可见，添加微生物菌剂有利于堆肥磷和钾的固定，添加JS对磷的固定最佳，而添加EM菌对钾的固定作用最明显。添加JS处理的养分总量最高（图7）。
2.3对堆肥腐熟效果的影响
2.3.1碳氮比
碳氮比（C/N）可间接反映该阶段堆肥的腐熟特征。据研究，堆肥发酵后期，碳氮比倾向于微生物菌体碳氮比，即16∶1，即可初步判定堆肥腐熟，可用于生产利用［15］。由碳氮比变化情况（图8）可知，本试验发酵结束后，添加菌剂处理堆肥C/N为12.5∶1~16.6∶1，说明均初步达到腐熟状态。CK处理的C/N为23.5∶1，未达到腐熟状态。各菌剂相比，JS处理在第30天碳氮比已接近16∶1，说明添加JS更有利于堆肥的腐熟。
2.3.2发芽指数
种子发芽指数是对堆肥低毒性和高毒性的综合表现，是评价堆肥腐熟度的重要指标。它既考虑种子的发芽率，又考虑植物毒性物质对种子生根的影响。理论上，当种子发芽指数<100％，判断为有植物毒性。通常当发芽指数>50％时，即表明堆肥已达到可接受的腐熟度，即基本上没有毒性；若发芽指数>80％则表明堆肥已完全腐熟［16］。由发芽指数变化情况（图9）可知，添加菌剂有利于缩短堆肥腐熟时间，加快腐熟进度。各堆肥处理在发酵结束时发芽指数均大于100%，JS在第30天时发芽指数首先达到80%以上，添加JS更有利于园林绿化废弃物堆肥快速腐熟。
2.4堆肥发酵效果评价
首先对参评指标进行标准化，然后通过主成分分析，可得堆肥发酵效果主成分分析表（表3）。由表3可知，前3个主成分特征值分别为4.846，1.713和1.510。全磷、全氮、总孔隙度、pH、碳氮比、发芽指数在F1上有较高载荷，全钾、1/大小孔隙比在F2上有较高载荷，电导率在F3上有较高载荷，即F1、F2和F3可以反映所有指标信息无遗失。
根据特征值和因子载荷量，得到发酵效果的主成分函数模型：
Y=0.226 8ZX1+0.006 2ZX2+0.307 1ZX3+0.281 8ZX4+0.072 9ZX5-0.108 7ZX6+0.163 0ZX7+0.306 4ZX8+0.279 3ZX9。
式中，ZX1~ZX9分别代表全磷、全钾、全氮、总孔隙度、1/大小孔隙比、pH、电导率、碳氮比、发芽指数的标准化数据。
将标准化数据代入可得综合评价分值（表4）。由表4可知，各处理堆肥发酵效果表现为：酵素菌>圃园发酵菌曲>金宝贝发酵助剂>根源生物发酵菌>EM菌>CK（不添加菌剂）。在不考虑成本等其他因素条件下，添加酵素菌发酵效果最佳。
3结论
添加发酵菌剂对堆肥腐熟及质量提升具有极大的促进作用。添加PY及CM利于降低堆肥电导率，减少对植物根系的盐害；添加酵素菌处理的养分总量最高，且有机碳降解最完全；添加菌剂的处理发芽指数均大于100%，可直接用于绿化应用。5种不同发酵菌剂堆肥发酵效果表现为：酵素菌>圃园发酵菌曲>金宝贝发酵助剂>根源生物发酵菌>EM菌。在不考虑成本等其他因素条件下，添加酵素菌发酵效果最佳。
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（责任编辑 田亚玲）