全 文 ：孙德民 ,李萍萍 ,朱咏莉 ,等.接种微生物的醋糟堆肥腐熟过程研究 [ J].江苏农业科学 , 2011(1):435-437.
接种微生物的醋糟堆肥腐熟过程研究
孙德民 , 李萍萍 , 朱咏莉 , 赵青松
(江苏大学农业工程研究院 ,江苏镇江 212013)
　　摘要:通过接种微生物的醋糟堆肥试验 ,研究醋糟堆肥过程中生物学指标 、物理指标和化学指标的变化。结果表
明 ,接种促进了醋糟堆肥的物质转化 ,但对其稳定过程没有显著影响;堆温 、可溶性碳含量会因含水率过低而降低 , 堆
温接近环境温度 、可溶性碳含量降到 15 g/kg以下仅是醋糟堆肥腐熟的必要条件;醋糟堆肥中硝态氮含量过低 , 作为
腐熟指标的可靠性还有待证实;pH值降到 7以下 、碳氮比降至 16、铵态氮含量降到 4 g/kg左右可以作为醋糟堆肥腐
熟的评价指标。
　　关键词:醋糟;堆肥;腐熟度;接种
　　中图分类号:TQ920.6　　文献标志码:A　　文章编号:1002-1302(2011)01-0435-03
收稿日期:2010-04-13
基金项目:国家农业科技成果转化资金(编号:2008GB2C100106);江
苏省镇江市科技成果转化资金(编号:CZ2007011)。
作者简介:孙德民(1985—),男 ,河南浚县人 ,硕士研究生 , 从事有机
固体废弃物生物处理研究。 E-mail:sunzhenyu0127@126.com。
通信作者:李萍萍 , 博士 , 教授 , 博士生导师。 E-mail:lipingping@
ujs.edu.cn。
　　醋糟是酿醋工业废弃物 ,长期以来给企业生产及城市环
境带来了很大的负担 。堆肥化处理是解决有机固废资源化利
用的有效途径 ,但有机物的中间代谢产物如有机酸等会对植
物产生毒害作用 ,并且未达到一定腐熟度的堆肥产品施用于
土壤可能因为微生物生命活动旺盛造成植物根系缺氧 [ 1] 。
因此 ,以确定的指标判断堆肥腐熟度来保证堆肥产品质量合
格在堆肥生产中是非常重要的 。
国内外学者针对堆肥腐熟度评价进行了深入的研究 ,除
了用堆温作为直观的评价指标外 ,碳氮比(C/N)、可溶性碳氮
等参数因反映物质转化过程并与堆肥时间有较强的相关性而
被认为评价堆肥腐熟度的可靠指标 [ 2 -7] 。由于堆肥原料千差
万别 ,物质转化过程不尽相同 ,很难以统一的指标评价不同原
料堆肥的腐熟度 。关于醋糟堆肥腐熟度的研究鲜见报道 ,笔
者将通过综合分析堆肥过程中醋糟理化指标如堆温 、pH值 、
灰分 、碳氮比(C/N)、可溶性碳 (DOC)、铵态氮(NH4 + -N)、
硝态氮(NO3 - -N)等的变化和生物学指标发芽指数(GI)的
变化 ,确定合适的腐熟度评价指标 ,为醋糟堆肥化生产提供可
靠指导 。
1　材料与方法
1.1　菌种
菌种(分别命名为 OP-2、FM1和 SL10)从自然堆肥的醋
糟中筛选得到 ,其中 OP-2为嗜高温细菌 , FM1、SL10为根霉
属真菌 。将各菌株分别接种于 PDA液体培养基中 ,摇床培养
48 h后接种于米糠麸皮混合培养基中 ,接种量 1∶10(体积 ∶
质量),室温下培养 2d后用于堆肥试验。
1.2　堆肥材料
堆肥材料为恒顺醋业股份有限公司所产新鲜醋糟 , C/N
21.9 ,水分 67.8%, pH值 4.3,有机质 91.78%,全氮 2.45%,
全磷 0.25%,全钾 0.11%。
1.3　堆肥方案
将醋糟装入麻袋 ,每袋装醋糟约 80kg,高约 70 cm,直径
约 50cm。试验分设 3个处理 ,分别为:(1)单菌种处理(接种
3 kgOP-2);(2)混合菌处理 (接种 OP-2、FM1和 SL10各
1 kg);(3)对照(不接种)。
堆肥过程中 ,每天 10:00测量堆温 ,分别于 5、10、15、22、
27、32、42、52d人工翻堆并以 4分法取样装入保鲜袋 , 4℃下
冷藏并及时测定其理化指标 ,其中在 15、22、27、32、42 d取样
后加水 ,调节含水率到 55% ～ 60%。
1.4　测定指标与测定方法
堆温以煤油温度计于料堆正中向下 20 cm处测定;pH值
在 1 g∶10mL以干物质计算用 pH值计测定 。干样用真空干
燥箱在 65 ℃、0.15 Mpa真空度下制得 ,用植物粉碎机粉碎
后 ,以 H2 SO4 -H2O2消化流动分析仪测定总氮 ,马弗炉 550
℃灼烧至恒重测定灰分 ,并以挥发份作为有机质 ,以有机碳占
有机质的 58%计算有机碳含量 [7 -8] 。
称取相当于 3g干物质的鲜样 ,加 50 mL去离子水 ,摇床
30 min后过滤得到浸提液 ,流动分析仪测铵态氮和硝态氮;以
质量体积比 1∶10(醋糟干物质 ∶去离子水)浸提鲜样 ,平板
培养法测定发芽指数 [ 9] ,试验选用上海青白菜种子 。
2　结果与分析
2.1　生物学指标———发芽指数
发芽指数 [ GI=(堆肥浸提液种子发芽率 ×种子根长 )/
(蒸馏水种子发芽率 ×种子根长)] 。发芽指数可以反映堆肥
对植物的毒害程度 。当 GI大于 50%时 ,堆肥对植物基本没
有毒害作用;当 GI大于 80% ～ 85%时 ,该堆肥施入土壤对植
物已完全没有毒性 [ 14 ] 。由图 1可知 , 新鲜醋糟的 GI低于
10%,对植物有严重的毒害作用 ,随着堆肥时间延长 GI总体
呈逐渐上升趋势 。 2个接种处理在 20 ～ 32 d之间上升到
50%以上 ,对照在 32 ～ 42 d之间上升到 50%以上 ,而两者 GI
升到 80%的时间均在 32 ～ 42 d之间 ,当堆肥结束时 , GI在
120%左右 ,对植物生长有促进作用 。
—435—江苏农业科学　2011年第 1期
DOI :10.15889/j.issn.1002-1302.2011.01.072
2.2　物理指标———堆温
堆温是堆肥过程中微生物活动是否旺盛的标志 ,可以直
接判别堆肥腐熟与否的指标之一 [ 10] 。堆肥试验中 ,水分散失
较快 ,分别于 15、22、27、32、42 d翻堆后加水 ,造成堆温在堆
肥中期呈波浪式变化(图 2)。堆肥开始后 ,堆温很快升高 ,说
明新鲜醋糟极不稳定 ,从堆温变化过程看 ,单菌种处理与混合
菌处理没有明显差异 ,而对照的升温速度慢于接种处理并且
在降温阶段堆温略高于接种处理 ,说明前者的腐熟进程略慢
于后者 ,这与发芽指数的变化过程基本一致。堆肥 42 d,翻堆
前后的各处理堆温接近于环境温度 ,并且含水率在 50% ～
60%,排除了水分过低造成堆温下降的情况 ,可以认为此时物
料基本稳定 ,发芽指数在 100%左右 ,表明在排除水分等因素
影响的情况下 ,堆温接近环境温度可以作为醋糟堆肥腐熟的
指标 。
2.3　化学指标
2.3.1　pH值　pH值的变化与堆肥物质转化紧密相关 ,一方
面中间代谢产物有机酸的生成使 pH值降低 ,挥发性有机酸
的散失使 pH值升高;另一方面有机氮转化为铵态氮使 pH值
升高 ,而铵态氮转化为氨气并逸失或经硝化作用转化为硝态
氮则会使 pH值下降 ,总之 , pH值的变化是堆肥物质转化综
合效应的反映 。从图 3可知 ,醋糟堆肥 pH值呈升高 -稳定
-下降变化过程 。接种处理在堆肥开始后即快速上升 ,而对
照在前 5 d变化不明显 ,在 5 ～ 10d则急速升高 。堆肥中期 ,
pH值基本稳定在 7.2 ～ 7.8之间 ,堆肥 32d后 pH值逐渐下
降 ,堆肥42d后 , pH值降至 7.0以下 ,结合出芽指数 ,可以将
pH值低于 7作为醋糟堆肥腐熟的参考指标 。
2.3.2　碳氮比　C/N是表征堆肥腐熟度的常用指标 ,一般认
为 ,当物料 C/N降到 16左右即接近微生物菌体的 C/N时 ,微
生物代谢微弱 ,物料基本稳定 ,可认为物料腐熟 [ 11-12] 。另外 ,
Morel等提出以 T值 [ (终点 C/N)/(初始 C/N)]作为评价堆
肥腐熟度的指标 ,对于不同的物料堆肥 , T值在 0.5 ～ 0.7之
间 [ 4 ] 。由图 4可知 ,本试验中物料初始 C/N在 22左右 ,堆肥
过程中各处理 C/N不断下降 , 堆肥 32d降到 16左右 , 32 d
之后 C/N变化不大 。另外 ,堆肥结束时 , T值低于 0.7,这与
Morel等的结论 [ 4 ]一致。
2.3.3　铵态氮 、硝态氮 　Zucconi等认为 , 当污泥堆肥中
NH4 + -N含量小于 0.04%时 , 堆肥达到腐熟 [ 13] 。 Tiquia等
则认为 ,当猪粪堆肥中 NH4 + -N含量小于 0.05%时 ,堆肥达
到腐熟 [ 14] 。醋糟堆肥过程中 , NH4 + -N含量经历先上升后
下降的过程(图 5),结合发芽指数变化过程 ,可以将 NH4 + -
N含量降至 4g/kg(0.4%)左右作为醋糟堆肥腐熟的指标 ,这
比污泥 、猪粪堆肥的腐熟指标高一个数量级 [13 -14] 。
　　NO3 - -N含量也可作为判断堆肥腐熟度的指标之一 。
但 NO3 - -N最终含量同样因原料的不同而有很大差
异 [ 15-16 ] 。本次醋糟堆肥试验中 , NO3 - -N含量与 GI呈显著
正相关(r=0.93)。由图 6可知 , NO3 - -N含量变化过程中
出现 2个峰和 2个谷 ,本试验中没有堆肥 15 d和 27 d的发芽
指数数据 ,相关系数无法反映这一状况 。由于 NO3 - -N含
量很低(比铵态氮低 2个数量级),不同的堆肥条件很可能对
其造成很大影响 ,作为腐熟度评价指标的可靠性还有待进一
步验证 。
2.3.4　可溶性碳(DOC)、可溶性碳 /总有机氮 (DOC/TON)
　不同的研究者给出的可溶性碳腐熟指标不同 。 Hue等认为
—436— 江苏农业科学　2011年第 1期
DOC含量低于 10 g/kg时 , 堆肥腐熟 [ 2] , Bernal等认为是
17 g/kg[ 16 ] , Zmora-Nahum等则认为应以 4 g/kg为物料腐熟
的临界值 [ 7 ] 。由图 7可知 ,醋糟堆肥试验中 , DOC含量变化
与堆温变化相一致 , 经历升高 、稳定 、下降 3个阶段 , 这与
Zmora-Nahum等市政垃圾 、牛粪 、污泥堆肥试验中 DOC含量
在整个堆肥过程中始终下降的变化趋势 [ 7]不同 。新鲜醋糟
DOC含量约 5 g/kg,堆肥开始后 DOC含量迅速上升 ,堆肥中
期起变化范围为 15 ～ 25 g/kg,堆肥 32 d之后 ,基本稳定在
15 g/kg左右 ,醋糟腐熟 。在堆肥 15 d,接种处理含水率降到
25%左右 ,对照约 40%,与之相对应的是 ,接种处理 DOC含
量分别从堆肥 10 d19.58 g/kg、23.06g/kg降到 16.21 g/kg、
17.82g/kg,而对照则从 20.92 g/kg微升至 21.14 g/kg。表
明含水率过低导致可溶性碳的消耗量大于生成量 ,从而使
DOC含量下降 。因此 , DOC含量低于 15g/kg是醋糟堆肥腐
熟的必要条件 。
由于醋糟堆肥试验中有机氮含量变化幅度较小 , 因此
DOC/TON的变化过程与 DOC含量基本一致(图 7、图 8),堆
肥 15 d的 DOC/TON显著高于 32d之后的 DOC/TON,与 DOC
含量低于 15 g/kg相比 , DOC/TON低于 0.7更适合作为醋糟
堆肥腐熟指标 。
3　结论
接种加速了堆肥早期的物质转化过程 ,并且使堆肥 GI较
早升到 50%以上 , 但从堆肥后期 pH值 、DOC含量 、C/N、
NH4 + -N含量 、NO3 - -N含量等指标的变化看 ,接种处理与
对照的物质稳定过程没有显著差异;堆肥结束时 ,醋糟堆肥
GI高于 100%,对植物生长有促进作用 。当排除含水率过低
的因素 ,堆温接近环境温度可以作为醋糟堆肥腐熟的标志;
DOC含量受含水率影响较大 , DOC含量低于 15 g/kg可作为
醋糟堆肥腐熟的参考指标 , DOC/TON较 DOC含量可靠 ,
DOC/TON低于 0.7时 ,可以认为醋糟堆肥基本腐熟;NO3 - -N
含量与发芽指数有较强相关性 ,但由于其含量很低 ,作为腐熟
指标的可靠性有待进一步研究;pH值 、C/N、NH4 + -N含量
在堆肥后期持续下降 , 当 pH值降到 7以下 、C/N降至 16、
NH4 + -N含量降到 4g/kg左右可以认为醋糟堆肥腐熟 。
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