园林绿化废弃物堆肥用作蔬菜育苗基质的效果研究(10页).doc

-园林绿化废弃物堆肥用作蔬菜育苗基质的效果研究-第 9 页园林绿化废弃物堆肥用作青菜育苗基质的效果研究王浩1，陈玉梅1，周婷1，周根娣2，王繁1,2收稿日期：2014年9月基金项目：杭州市社会发展科研专项（20120433B16）*通讯作者：王繁，男，副研究员，硕士生导师，主要从事城乡有机废弃物资源化利用等研究E-mail：wangfan，1.杭州师范大学 生命与环境科学学院，浙江 杭州 3100362.杭州师范大学 生态系统保护与恢复杭州市重点实验室，浙江 杭州310036摘 要：园林绿化废弃物是城市有机固体垃圾的重要组成，堆肥处理是其资源化利用的主要途径之一。以园林绿化废弃物为主，添加适当比例茶叶渣和猪粪进行混合好氧堆肥，利用堆肥制备育苗基质，比较堆肥、园土和草炭三种基质的青菜种子育苗效果。试验结果显示：在调节供氧情况下，堆体能够迅速升温，并且维持5天以上高温期，28天后堆肥达到腐熟要求；利用腐熟堆肥制备育苗基质，其基本理化性质符合蔬菜育苗基质行业标准；堆肥基质的青菜种子出苗率和菜苗长势等指标均显著优于园土，接近草炭的育苗效果。关键词：园林绿化废弃物；堆肥；基质；育苗；青菜Effect of Green Waste Compost used as Substrate for Growing Vegetable Seedlings WANG Hao1, YUAN Yiquan1, WANG Yaqi1, ZHOU Gendi2, WANG Fan1,2*1. College of Life and Environmental Sciences, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, China2. Key Laboratory of Hangzhou City for Ecosystem Protection and Restoration, Hangzhou Normal University, Hangzhou 310036, ChinaAbstract: Green waste is one of the most important parts of organic solid waste in city. And compost treatment is the dominant method for its resource utilization. In this study, the mixed compost was performed to prepare seeding substrate, using the green wastes as main materials. And the vegetable seeding effects of three substrates of compost, garden soil, and the turf. The results showed that the green waste composted with appropriate proportion of tea-leaves and manure could heat up fast and keep high temperature for over 5 days, when their initial C:N ratio and moisture contents were adjusted well. And the physicochemical properties of the product in this present study are according with the standard of vegetable seeding substrate. The emergence rate by plug seeding and the vegetable growth using green waste compost product were all prior to those using garden soil, however, approach to the seeding results by turf. Key words: Green waste; Compost; Substrate; Grow seedlings; Vegetable 随着城市建设的快速发展，城市园林绿化将产生大量的废弃物，包括枯枝落叶、树枝和草坪修剪物及其他绿化废弃物等。传统上园林绿化废弃物主要通过焚烧和填埋处理，这种处理方式不仅污染环境，而且也造成潜在资源的浪费1。随着可持续发展意识的逐步提高，城市园林绿化废弃物的资源化利用已经是大势所趋2。美国等国家在园林绿化废弃物的收集和利用方面已经积累了较多的经验，美国环境保护署1994年专门颁布了园林废弃物堆肥的EPA530-R-94-003法则，对园林绿化废物的收集、分类、发酵和后加工的工艺程序，相关激励政策、产品质量标准和应用技术都有严格规定3。因此，堆肥化处理以其成本低、除臭和杀灭菌效果好，能有效改变废弃物的理化性状等优点而备受关注，已经成为当前园林绿化废弃物无害化和资源化的重要途径之一2,4。我国在城市园林绿化废弃物资源化利用研究方面起步较晚。目前，国内对园林绿化废弃物堆肥的研究已有一些报道，包括堆肥的理化性质和控制参数等，主要应用于苗木5、草坪6、花卉7和果树8的栽培以及土壤改良9等方面，在蔬菜育苗上的应用较少10。通常草炭是优良的蔬菜育苗基质材料，但是其为不可再生资源，大量开采草炭资源也破坏了环境11。因此，不论从循环经济的角度，还是从环境保护的角度考虑，开发价格低廉、营养丰富的蔬菜育苗基质来替代草炭十分必要。基于国内外对园林废弃物堆肥及应用的研究现状，本研究以园林绿化废弃物为主要原料，添加茶叶渣和猪粪进行混合堆肥处理，腐熟后制备成育苗基质，与园土、草炭一起进行青菜种子穴盘育苗试验，比较三种基质的育苗效果，探讨利用园林绿化废弃物堆肥制备育苗基质替代园土和草炭的可行性，为园林绿化废弃物资源化利用探索新的途径。1 材料和方法1.1园林绿化废弃物堆肥试验试验采用的园林绿化废弃物为城市道路绿化修剪下来的植物枝叶，其主要成分是树叶和直径不超过3cm的细枝条，利用园林树枝粉碎机将采集的植物枝叶打碎成颗粒小于5mm的混合物。茶叶渣为茶饮料企业产生的有机废弃物，猪粪为杭州萧山某养猪场的新鲜湿猪粪。茶叶渣和猪粪不需额外处理。表1 主要堆肥原料的基本理化性质Tab. 1 Basic physical and chemical properties of compost material堆肥材料含水率（%）含碳量（%）含氮量（%）C/NpHEC(µs/cm)容重（g/cm3）园林绿化废弃物42.1948.950.9352.626.456800.12湿猪粪77.1744.721.4131.946.664400.34茶叶渣58.5247.313.5413.476.883400.19 采用自制小型堆肥反应器控制堆肥试验12。反应器为立式圆筒形，采用厚度10 mm的有机玻璃制成，圆筒直径40 cm，高85 cm，容积约100 L。反应器从顶部进料，顶部盖子中心有一个透气孔。反应器底部有通气管和渗滤液排出孔，与通气管依次相连的是气体流量计、气泵和定时器，能够为反应器定时定量通风供氧。距反应器底部5 cm处有一透气隔板，将堆料与通气管隔开。反应器的筒壁上有3个测温孔，方便测量堆肥内部温度。反应器外包裹着保温隔层。图1 自制堆肥反应器Fig. 1 Self-made compost reactor将园林废弃物、茶叶渣和湿猪粪按照重量比2:1:1的比例放入搅拌器搅拌均匀，调节堆肥材料初始碳氮比（C/N）约为30，含水率60%左右，在反应器内进行好氧堆肥。堆肥过程每天定时测温，并且根据温度变化，采用变流量循环通风方式。堆肥初始通风流速为240L/H，升温后第4天调至280L/H，第7天调至260L/H，第14天以后调回至240L/H，可以保障堆体温度不超过60。在第1、4、7、14、21、28天进行翻堆并且采样。堆肥全程设计35天，其中反应器内堆肥周期为28天，反应器外再静置腐熟7天。根据堆肥样品的pH、电导率（EC）和C/N判断堆肥的腐熟程度13。1.2 青菜种子穴盘育苗试验设计育苗材料包括园林绿化废弃物堆肥、园土和草炭土。其中，园土来自郊区菜地土壤，经风干磨碎后过2 mm筛孔。草炭为市售普通草炭。育苗基质由园土、堆肥和草炭三种材料分别制成的纯基质。青菜种子采用日本进口青菜种子。表2 育苗基质配方设计Tab. 2 Compound design of seedlings growing substrates处理名称基质材料配比处理1园土100%处理2堆肥100%处理3草炭100%采用育苗盘进行青菜种子育苗试验14。每个处理50个穴孔，每个穴孔放入2粒青菜种子。育苗时先将基质填满育苗盘穴孔的3/4，浇透水放入种子后，再覆上一层基质，轻洒水使基质和种子湿透，然后将育苗盘放于保温保湿并且透光的育苗箱内，每天定时观察出苗情况。育苗周期为15天。1.3 样品测试与数据分析 采样测试堆肥材料和堆肥过程样品的基本理化性质，包括pH、EC、容重、含水率、含氮量和含碳量等。育苗开始前，测试育苗基质的理化性质，包括pH、EC、有机质、容重、孔隙度等。育苗结束后，从每个处理中选择长势一致的青菜苗，分别测量叶宽、叶柄长、株高、株鲜重等指标，计算青菜种子出苗率和菜苗活力指数15。基质样品测试参照土壤农化分析方法16。2 结果与分析2.1园林绿化废弃物混合堆肥效果情况对于好氧堆肥而言，堆体必需有足够长时间的高温期，才能够将堆料中有害病原菌杀死，这是保证堆肥质量的重要基础17。本次堆肥过程每天定时监测反应器内部的堆肥温度，并与室温对照。从图2中看出，堆肥物料在反应器内升温迅速，第三天温度就迅速升到55以上，并且能够维持一段时间。随后堆体温度逐渐下降，进入缓慢的腐熟阶段。国家卫生标准要求堆肥维持在50至55的高温期为5天，或者维持55以上高温期至少3天18。从图2中可以看出，本次堆肥内部维持了50以上高温期5天，满足堆肥国家卫生标准要求。图2 堆肥过程温度变化情况Fig. 2 Temperature changes in composting process情况堆肥过程定期翻堆并且采样测量堆肥的pH、电导率、碳氮比等基本理化性质，以此评价堆肥腐熟程度。已有研究表明，腐熟的堆肥一般呈弱碱性，pH值可以作为堆肥腐熟的一个必要条件19。从图3可以看出，本次堆肥过程pH先降后升，堆料开始时的pH接近中性，堆肥结束后pH为偏碱性。同类研究表明，堆肥初期可利用的能量物质较多，微生物繁殖快，其活动产生的有机酸使pH值下降；随着堆肥温度升高，乙酸等有机酸挥发，同时含氮有机物所产生的氨也使堆肥的pH逐渐回升，最后稳定在较高的水平20。图3 堆肥过程pH变化情况Fig. 3 PH changes in composting processEC变化情况EC是堆肥腐熟的另一个必要条件21。当堆肥EC值小于9.0 ms/cm时，对种子发芽没有抑制作用。图4显示本次堆肥过程电导率呈先升后降趋势，其变化趋势与pH变化趋势相反。有研究表明，堆肥初期微生物繁殖快，其活动产生的大量有机酸使EC值升高，并且在高温期末达到峰值；在堆肥高温期过后，微生物活动趋缓，并且有机酸和氨根离子不断挥发，使堆体中可溶性离子减少，EC开始缓慢下降并趋于稳定22。图4 堆肥过程电导率变化情况Fig. 4 EC changes in composting processC/N变化情况有研究表明，C/N是反映堆肥腐熟程度的重要参考指标之一21。图5显示，本次堆肥过程C/N呈下降趋势，7天左右降到20以下，以后数周C/N平稳下降至15左右。研究表明，堆肥初期高温阶段，微生物大量繁殖，有机物迅速分解，碳含量减少，氮含量相对增加，C/N显著下降；堆肥后期，随着堆肥温度逐渐降低，有机质分解速度趋缓，碳和氮含量逐渐平衡22，腐熟堆肥的C/N理论上应趋向于微生物菌体的C/N19。图5 堆肥过程碳氮比变化情况Fig. 5 C/N changes in composting process综合考虑堆肥过程温度、pH、EC和C/N的变化情况，可以判断园林绿化废弃物经过28天的堆肥，已经达到腐熟要求，可以进行青菜育苗试验。2.2 青菜种子穴盘育苗效果比较育苗基质的理化性质是影响育苗效果的关键因素之一。根据农业部蔬菜育苗基质的行业标准（NY/T 2118-2012）23，理想的蔬菜育苗基质pH在5.5-7.5之间，电导率在0.1-0.2 ms/cm，容重在0.2-0.6 g/cm3之间，总孔隙度大于60%，其中通气空隙度大于15%，持水孔隙度大于45%，有机质含量35%以上等。本试验对3种处理的育苗基质理化性质进行测定，测定结果见表3。从表3可以看出，由园林绿化废弃物堆肥制备的育苗基质（处理2）除了电导率略高外，其他指标均符合农业部行业标准要求。而且堆肥基质具有较低的容重，较高的通气性和保水性，显著的养分供应能力等，各方面指标均和草炭（处理3）接近，并且远远优于园土（处理1）。具体育苗效果需要进一步通过育苗试验来验证。表3 不同育苗基质的基本理化性质Tab. 3 Basic physical and chemical properties of different substrates处理名称pH电导率 (µs/cm)容重(g/cm3)总孔隙度(%)通气空隙(%)持水孔隙(%)有机质(%)氮(%)磷(%)处理15.549.231.3938.960.4838.481.430.130.04处理26.5360.330.5877.3335.6041.7346.052.510.31处理35.7270.330.7575.9517.2658.7259.741.850.08本次育苗试验的每个处理分别播种100粒青菜种子，图6为育苗期间3种基质的青菜种子发芽情况。可以看出，处理2和处理3的种子从第5天开始大量发芽，15天后发芽个数分别为95个和94个，出苗率均在90%以上，而处理1的种子发芽率明显较低。蔬菜育苗基质标准要求基质的出苗率不低于90%23。育苗结果说明，堆肥制备的育苗基质对于青菜种子出苗没有抑制作用，并且能够促进种子发芽，出苗率满足育苗行业标准要求，出苗效果优于草炭基质。图6 不同育苗基质的青菜种子出苗率Fig. 6 Green vegetable seedlings emergence rate of different substrates育苗结束后，从每个处理中选择长势一致的青菜苗，分别测量叶宽、叶柄长、株高、株鲜重等指标，计算菜苗活力指数。活力指数=W×发芽指数，W：为10株平均单株鲜重，单位：mg。发芽指数：发芽指数=(GtDt)，G为在时间t日种子的发芽个数，D为t 日的发芽天数。测定结果见表4。从表4可以看出，处理1的青菜种苗长势较差，叶面积小，菜苗低矮，活力指数仅有0.64，各项指标均低于处理2和处理3；处理2菜苗较大，长势良好，活力指数达到1.09，各项指标均与处理3接近；处理3菜苗更大，叶面较大，长势非常好，活力指数达到1.23。育苗结果显示，草炭基质的育苗效果最好，园土育苗效果较差，而由园林绿化废弃物堆肥制备的基质育苗效果接近草炭，可以替代草炭作为规模化育苗的主要基质来源之一。表4 不同育苗基质的青菜苗长势（平均值）Tab. 4 Average growing results of green vegetable seedlings in different substrates处理名称叶数叶宽(mm)叶柄长(mm)株高(mm)株鲜重(mg)活力指数处理125.742.7411.4844.170.64处理226.963.4917.7180.651.09处理328.754.9118.5890.481.233 结论园林绿化废弃物添加茶叶渣和猪粪进行混合堆肥，堆料能够快速升温并且保持50以上高温期5天；在小型反应器内堆沤28天后，堆料的pH、EC和C/N均能达到腐熟要求，显著减少了堆肥反应时间；由园林绿化废弃物堆肥制备的育苗基质在容重，孔隙度、有机质含量等指标方面均与草炭接近，并且远远优于园土，基本符合农业部行业标准要求；不同植物对于EC值得适应范围不完全一样，堆肥育苗基质对于青菜种子出苗没有抑制作用，并且能够促进菜苗生长，育苗效果非常接近草炭。因此，堆肥生产蔬菜育苗基质是资源化处置城市园林绿化废弃物的有效途径之一。参考文献：1 梁晶,吕子文,方海兰.园林绿色废弃物堆肥处理的国外现状与我国的出路J.中国园林,2009,25(4):1-5.2 孙克君,阮琳,林鸿辉.园林有机废弃物堆肥处理技术及堆肥产品的应用J.中国园林,2009,25(4):12-14.3 吕子文,方海兰,黄彩娣.美国园林废弃物的处置及对我国的启示J.中国园林,2007,23(8):90-94.4 陈祥,易吉林,包兵，等.园林植物废弃物堆肥的理化性状及参数研究J.北方园艺,2010,(12）:225-2285 江定钦,徐志平,阮琳.园林垃圾堆肥化过程中理化性质的变化及堆肥对几种园林植物生长的影响J.中国园林,2004,20(8):63-65.6 郝瑞军,方海兰,郝冠军，等.园林废弃物堆肥对黑麦草产量及养分吸收的影响J.园林科技,2010,9(3):25-28.7 张强,孙向阳,任忠秀，等.园林绿化废弃物堆肥用作花卉栽培基质的效果评价J.中南林业科技大学学报,2011,31(9):7-13. 8 张璐,孙向阳,田赟.园林废弃物堆肥用于青苹果竹芋栽培研究J.北京林业大学学报,2011,33(5):109-114.9 顾兵,吕子文,方海兰，等.绿化植物废弃物堆肥对城市绿地土壤的改良效果J.土壤, 2009, 41 (6): 940946.10 田锁霞,陈清,龚建英，等.蘑菇渣和园林废物堆肥复配基质在黄瓜育苗上的应用效果J.中国蔬菜,2011,(12):37- 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