优化蔬菜废弃物和玉米秸秆配比对堆肥腐熟度的影响

摘    要：为了寻求蔬菜废弃物和玉米秸秆好氧堆肥时的最佳配比，探索不同比例对堆肥腐熟度的影响，将蔬菜废弃物和玉米秸秆按照体积比5∶0（T1）、4∶1（T2）、3∶2（T3）、2∶3（T4）、1︰4（T5）设置5个堆肥处理组合，通过测定或计算温度、电导率（EC）、铵态氮和硝态氮、碳氮比（C/N）及种子发芽指数对堆肥产品的发酵效果和腐熟度进行评价。结果表明，T3、T4处理＞55 ℃的高温持续时间均不低于5 d，堆肥25 d时EC均低于3 mS·cm-1，符合蔬菜废弃物无害化标准；T1～T5各处理的铵态氮含量（w，后同）均随堆肥时间的延长先增加后减少，堆肥结束后硝态氮含量均高于堆肥0 d时，在堆肥25 d时T3、T4处理铵态氮含量相比于堆肥0 d时分别减少了75.5%、68.8%，硝态氮含量则分别增加了3.6、4.3倍；T3、T4处理的种子发芽指数均大于70%，达到了腐熟标准和对种子无害化要求。综上所述，在实际生产操作中，将蔬菜废弃物和玉米秸秆体积比控制在3∶2和2∶3之间有利于堆料的腐熟和养分的保持。

关键词：蔬菜废弃物；玉米秸秆；堆肥；腐熟度

中图分类号：S606+.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）02-049-07

Effects of the ratio of vegetable waste and corn straw on compost maturity

XIANG Juan， LI Bing， WU Di， LI Yan

（Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin 300384， China）

Abstract： To get the proper ratio of vegetable waste and corn straw for aerobic composting and explore the influence of different ratios on the maturity of composting， five composting treatment groups were set up based on the volume of vegetable waste and corn straw： 5∶0（T1）， 4∶1（T2）， 3∶2（T3）， 2∶3（T4）， 1∶4（T5）. The fermentation effect and maturity of composting products were evaluated by measuring or calculating temperature， electrical conductivity（EC）， ammonium nitrogen and nitrate nitrogen， C/N and seed germination index. The duration of high temperature > 55 ℃ in T3 and T4 groups was not less than 5 days， and the EC value was less than 3 mS·cm-1 after 25 days， which met the safe standard of vegetable waste; The ammonium nitrogen content（w）in T1-T5 groups increased first and then decreased with composting， while after composting the content of nitrate nitrogen is higher than that of composting 0 day. At 25 days of composting， the content of ammonium nitrogen in T3 and T4 groups decreased by 75.5% and 68.8% respectively compared with that at 0 day of composting， while the content of nitrate nitrogen increased by 3.6 and 4.3 times respectively. The germination index value of T3 and T4 groups was more than 70%， which met the maturity standard and the requirements for seed safety. In the actual production operation， the volume ratio of vegetable waste to corn straw is controlled between 3∶2 and 2∶3， which is conducive to the maturity of compost and the maintenance of nutrients.

Key words： Vegetable waste; Corn straw; Composting; Maturity

中国既是蔬菜生产大国，又是蔬菜消费大国。根据国家统计局发布的数据，2021年全国蔬菜种植面积约2 198.57万hm2，产量约7.75亿t[1]。由于蔬菜是时令产品，其生产、采摘、保鲜和贮存较难，蔬菜损失率在30%以上，在厨房加工过程中蔬菜的平均废弃率为20.5%[2]。若将蔬菜产量与蔬菜废弃物产生量（均为鲜质量）按1∶1测算[3]，我国蔬菜废弃物年产生量高达7亿t，占农作物秸秆总量的9.09%，而其中70%的蔬菜废弃物未被利用[4]。蔬菜废弃物若处置不当，会产生恶臭气体、滋生蚊蝇、传播疾病，对食品安全和人体健康产生巨大威胁，给生态环境带来巨大压力[5]。因此，蔬菜废弃物的有效处理与处置已经成为亟待解决的重大问题。

好氧堆肥是好氧菌对有机物进行吸收、氧化及分解后转变为腐殖质的过程，从而形成有机肥料，具有操作简单、处理量大、杀灭病原菌等优点。目前蔬菜废弃物资源化利用的方式主要有直接还田、饲料化、肥料化、基质化、能源化等[6]。我国对于蔬菜废弃物的好氧堆肥工艺尚处于发展阶段，蔬菜废弃物碳氮比（C/N）低、含水率高、容重大、易腐烂变质，导致蔬菜废弃物单独堆肥效果不佳，另外蔬菜废弃物种类繁多、性质差异大[7]，在实际生产中导致发酵不稳定。因此研究者提出通过添加畜禽粪便、水稻秸秆、杂草、花卉废物等辅料，调节发酵物料的含水率、C/N以及孔隙结构来提高堆肥质量[8]，但是关于生物量较大的玉米秸秆与氮、磷含量较高的瓜果类蔬菜废弃物混合堆肥技术尚缺乏系统研究。笔者以瓜果类蔬菜废弃物资源化利用为目标，采用好氧发酵的方式，监测堆肥过程中发酵指标和有机肥的养分变化，优化蔬菜废弃物和玉米秸秆堆肥的配比，保证好氧发酵的稳定运行和发酵产品的质量，对推进蔬菜清洁生产、发展绿色循环农业、建设美丽乡村具有非常重要的意义。

1 材料和方法

1.1 材料

试验所用黄瓜+番茄废弃物和玉米秸秆均采自天津市农业科学院武清创新基地秸秆站，黄瓜+番茄废弃物主要包括黄瓜和番茄的藤蔓、烂黄瓜、烂番茄等。秸秆站将收取的黄瓜+番茄废弃物和玉米秸秆切割成3～5 cm备用，堆肥装置为200 L发酵反应器，反应器底部和顶部设有通风口，为自然通风方式。试验地点选择在天津市农业科学院武清创新基地秸秆站，堆期为2021年12月5－30日。黄瓜+番茄废弃物和玉米秸秆的理化性质见表1。

1.2 试验设计

以黄瓜+番茄废弃物和玉米秸秆为原料进行联合好氧发酵，分别按照黄瓜+番茄废弃物和玉米秸秆体积比5∶0、4∶1、3∶2、2∶3、1∶4均匀混合，且分别记为T1、T2、T3、T4、T5，每个处理设置3个重复，添加自来水调节混合物料含水率均为65%左右，装入发酵桶内进行好氧堆肥发酵。堆肥过程中每天同一时间用温度计插入堆体表面下60 cm处测定堆温，分别于堆肥的第0、2、4、6、9、13、17、21、25天采集样品，从堆深10、60、120 cm处3点采样求平均值。样品分为1式3份，1份约50 g用于采样当日测定含水率，1份约200 g鲜样用于pH值、电导率（EC）、铵态氮（NH4+-N）含量、硝态氮（NO3--N）含量、种子发芽指数（germination index，GI）的测量，另1份约200 g自然风干后用于测定有机质、全氮（total nitrogen，TN）含量。

1.3 测定指标与方法

从不同配比堆肥中称取30 g鲜样置于干燥箱（PH-140A，Blue Pard，上海）105 ℃的条件下烘干6 h以上至恒质量，计算含水率。从不同配比堆肥中称取20 g堆肥鲜样与去离子水按照1∶10（质量∶体积）混合，振荡2.0 h，静置0.5 h，离心过滤后取滤液用多参数分析仪（S470-K，METTLER TOLEDO，上海）测定pH值、EC。取上述浸提液10 mL加入置有滤纸的培养皿中，加入10粒大小基本一致、饱满的萝卜种子，放入（25±2） ℃的培养箱（PH-140A，Blue Pard，上海）中避光培养48 h，统计发芽率，测量主根长后计算发芽指数（GI）。以去离子水为对照，计算公式如下：

GI=[浸提液种子发芽率×根长去离子水种子发芽率×根长]×100%；（1）

从不同配比堆肥中称取5 g新鲜样品和2 mol·L-1的KCl溶液按照1∶10（m/V） 混合，置于水平摇床振荡2 h后，静置0.5 h。离心过滤后使用连续流动分析仪（Auto Analyzer 3，Seal，德国）测定NH4+-N、NO3--N含量。

有机质含量的测定参照标准NY/T 525—2021[9]。具体步骤如下：取过1 mm筛的风干试样0.4 g于500 mL三角瓶中，加入0.8 mol·L-1重铬酸钾溶液50 mL和硫酸（ρ=1.84 g·mL-1）50 mL，沸水水浴30 min，冷却至室温。将三角瓶内反应物无损转入250 mL容量瓶中，定容摇匀。取50 mL溶液和50 mL水于三角瓶内，加2～3滴邻啡啰啉指示剂，用硫酸亚铁标准溶液滴定，溶液由绿色变成暗绿色，再逐滴加入硫酸亚铁溶液直至砖红色，有机质含量以质量分数（w）表示，计算公式如下：。

w/%=[c（V0-V）×3×1.724×Dm×（1-X0）×1000×100]； （2）

式中：c为硫酸亚铁标准溶液的浓度，单位为mol·L-1；V0为空白试验时，消耗硫酸亚铁标准溶液的体积，单位为mL；V为样品测定时，消耗硫酸亚铁标准溶液的体积，单位为mL；3为四分之一碳原子的摩尔质量，单位为g·mol-1；1.724为由有机碳换算为有机质的系数；m为风干样质量，单位为g；X0为风干样含水量，单位为%；D为分取倍数，定容体积/分取体积，250/50。

采用自动定氮仪法并参照标准NY/T 2419—2013[10]测定TN含量。

1.4 数据分析

使用Excel2013进行数据整理，应用SPSS 22.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 堆体的温度变化

由图1可以看出，整个堆肥过程中环境温度保持在5～10 ℃，堆肥第1天各处理的堆体温度均有所上升并高于环境温度。各处理温度变化均符合典型堆肥的特征，经历了升温期、高温期、降温期和腐熟期4个阶段。T1～T5处理分别于堆肥第5、11、3、2、1天温度上升至55 ℃以上，进入高温期，高温期分别持续了3、1、5、7、1 d。T1、T2处理升温较慢且高温持续时间短，T5处理升温较快但持续时间短，仅有T3组和T4组堆体温度大于55 ℃的持续时间不低于5 d，最高温度分别达到了68.6 ℃和73.4 ℃。T1～T5处理高温期平均温度分别为62.5、80.8、62.0、63.7、63.8 ℃，高温期平均温度大小依次为T2＞T5＞T4＞T1＞T3。