我国是农业大国，蔬菜产业是我国农业重要的组成部分^[1]。据国家统计局统计，2020 年中国蔬菜产量达 74912.90 万 t，云南省蔬菜产量达 2507.90 万 t^[2]。蔬菜高产的同时也会产生大量蔬菜废弃物，蔬菜废弃物结构性差且经济价值低，所以大多被弃置在田间地头或是焚烧，造成严重的环境污染和巨大的资源浪费，而且蔬菜废弃物长期大量堆放会导致病菌滋生、污染环境甚至危及人类健康，所以采取有效措施对蔬菜废弃物进行无害化和资源化处理成为一个急需解决的问题^[3]。根据国内外经验，有机固体废弃物的处理应以资源化利用为主导方向，主要的技术途径之一就是通过生物堆肥处理，实现废弃物的减量化、无害化和资源化^[4]。好氧堆肥是处理叶菜废弃物的有效途径^[5-7]，但叶菜废弃物含水率高、易腐烂、在堆肥过程中易造成孔隙度的减少，难以单独进行好氧发酵，需要添加农作物秸秆、畜禽粪便以调节混合物料的碳氮比（C/N）、含水率、有机质、孔隙度等，以提高发酵效率，保证发酵产品的质量^[8-9]。C/N 是高效堆肥的关键因素，其对微生物的正常活动和有机肥的品质有重要影响。 C/N 值过低，导致氮素损失而降低肥效，C/N 值过高，则限制微生物分解有机物料，导致发酵周期延长^[10-11]。本研究将叶菜废弃物分别与玉米秸秆、玉米秸秆 + 牛粪按不同配比混合进行好氧堆肥，并接种微生物菌剂，设置 3 组不同 C/N，研究不同 C/ N 对叶菜废弃物好氧堆肥效果的影响，获得叶菜废弃物好氧堆肥的最佳 C/N，为叶菜废弃物无害化和资源化利用提供支撑和依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试原料

供试叶菜类蔬菜废弃物取自云南省昆明市蒜村农贸市场，切割至 2～4 cm，并进行晾晒处理（水分晾晒至 70% 左右）；玉米秸秆取自云南省保山市昌源县农户种植田，用粉碎机粉碎至 1～2 cm；牛粪取自云南省草地动物科学研究院。供试原料的基本理化性质见表1。

1.1.2 供试菌剂

VT-1000 菌剂购自北京沃土天地生物科技股份有限公司，主要参数如表2。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计及采样

试验于 2021 年 6 月在云南农业大学建筑工程学院实验教学基地移动大棚内进行，堆肥采用四周均匀打孔的泡沫箱（长 60 cm、宽 44.5 cm、高 36 cm，容积约为 100 L）为好氧发酵装置。试验设 2 种物料配比：1（叶菜废弃物 + 玉米秸秆）、2（叶菜废弃物 + 玉米秸秆 + 牛粪），每种物料设 3 个梯度的 C/N（A：15、B：20、C：25），共 6 组处理，分别记为 A1、A2、B1、B2、C1、C2。各处理物料配比情况如表3 所示。将粉碎好的物料人工混匀后接种 5‰ VT-1000 微生物菌剂，混匀后装进泡沫箱内，经调节后含水率均在 60% 左右，堆肥箱随机摆放，箱与箱间隔 0.5 m。试验周期为 18 d，于试验开始后第 0、3、7、12、18 d 进行取样。在翻堆充分混匀后，采用五点取样法，每个堆体每次采集约 200 g 混合样，将所取得的混合样品分成 2 份，其中一份样品风干后粉碎过 1 mm 筛备用，用于测定堆肥样品有机质、全氮、全磷、全钾等指标；另一份样品置于 20℃的条件下冷冻保存备用，用于测定 pH 值、电导率（EC 值）、种子发芽指数（GI 值）等指标。

1.2.2 测定指标及方法

（1）GI 值的测定：称取 10 g 鲜样，按照固液比 1∶10 加入 100 mL 去离子水，在 25℃下 200 r/min 转速振荡 30 min，将混合液过滤后备用。取 10 mL 上清液于垫有 2 张定性滤纸的 9 cm 培养皿中，其上均匀放入 10 粒颗粒饱满的黄瓜种子，在（25±2）℃ 的培养箱中避光培养 48 h，统计发芽率和测量主根长，同时以蒸馏水作空白实验。计算方法见式（1）：

GI=（有机肥浸提液的种子发芽率 × 平均根长）/ （对照组种子发芽率 × 平均根长）×100%（1）

（2）pH 值和 EC 值的测定：取 5 g 堆肥样品与 50 mL 去离子水混合摇匀（堆肥样品∶水 =1∶10），室温下在 180 r/min 转速的摇床上连续震荡 30 min，再静置 30 min，

取上清液，用 pH 计和 EC 计测定。

（3）有机质和全氮、全磷、全钾的测定：按照中华人民共和国农业行业标准 NY 525-2021 中的测定方法测定。

1.2.3 数据统计与分析

采用 Excel 2016 对原始数据进行汇总处理及制图，采用 SPSS 20.0 对实验数据进行方差分析、差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同堆肥处理种子发芽指数的变化

GI 是用肥料浸出液做种子发芽试验，用其对种子的生物毒性来评价堆肥产品无害化的有效指标，还能体现堆肥腐熟度。当 GI>50% 时，表示堆肥产品基本没有毒害；当 GI>80% 时，表示堆肥完全腐熟^[12]。如表4 所示，堆肥初期，堆料形成的有毒物质抑制种子的萌发，A1～C2 处理的 GI 仅在 16.43%～25.50% 之间。发酵第 3 d 时，各处理的 GI 均有不同程度地下降，说明堆料对种子的毒害作用增强。随着发酵的进行，物料进一步降解，小分子物质进一步代谢合成，发酵堆料的植物毒性逐渐解除，GI 逐渐增大。在发酵第 6 d 时各处理 GI 基本超过 50%，发酵第 12 d 时，B1、B2 处理最先达到 80% 以上，分别为 85.07%、93.57%，表明堆料已达到完全腐熟，A1、C1、A2、C2 处理相对滞后，未达到完全腐熟，说明堆料通过有机酸等产生的植物毒性没有得到有效地降解和转化，不利于好氧发酵快速进行。发酵 18 d 后，各处理内 GI 较发酵起始时均显著提高，A1、B1、C1、A2、B2、C2 分别为 84.33%、115.30%、102.30%、88.60%、126.77%、 107.90%，均达到对种子无毒害的要求，表明堆肥已完全腐熟，所有处理的 GI 大小顺序为 B2>B1>C2>C1>A2>A1，其中 B1、B2 处理的 GI 值较高，较快的解除了堆料对种子的植物毒性，表明 C/N 为 20 时，堆肥物料腐熟程度最高，腐熟效果最好。相同碳氮比条件下，堆肥底料中添加适量牛粪可以提高堆体物料的腐熟程度。

注：不同小写字母表示同发酵时间不同处理之间显著差异（P<0.05），不同大写字母表示不同发酵时间同处理之间显著差异（P<0.05）。

2.2 不同堆肥处理 pH 和电导率的变化

pH 值是影响堆肥的重要因素，可影响微生物分解有机物的能力。堆肥的 pH 值一般会受堆肥物料的影响，腐熟的堆肥一般呈弱碱性，pH 值在8～9 之间^[13]。如图1 所示，发酵 18 d 后各处理 pH 值较起始均显著提高，A1、B1、C1、A2、 B2、C2 处理 pH 值分别为 8.27、8.45、8.59、8.51、 8.56、8.62，A1、B1 处理满足国家有机肥腐熟标准 （pH 为 5.5～8.5），其他处理略高于 8.5 的标准。各处理间 pH 值无显著差异。对比不同物料配比，相同 C/N 条件下，堆料发酵 18 d 后堆肥底料中添加牛粪的处理组 pH 值略高于不添加牛粪的处理组，但无显著性差异。

注：图柱上不同小写字母表示同一发酵天数处理间差异显著（P<0.05）。

EC 值反映好氧发酵物料中可溶性盐的浓度，可以反映堆肥中可溶性盐对植物的毒害作用，EC 值超过 4 mS/cm 时会对作物产生毒害作用^[14-15]， EC 值小于 4 mS/cm 时可以安全使用^[12]。由图2 可知，堆肥结束后，A1、B1、C1、A2、B2、C2 处理的 EC 值分别为 1.64、1.72、1.34、1.76、1.62、 1.43 mS/cm，均 <2 mS/cm，表明各处理堆肥均不会对作物产生毒害作用。在相同 C/N 的条件下，堆肥原料中添加牛粪与不添加牛粪 EC 值呈显著差异。

注：图柱上不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。

2.3 不同堆肥处理有机质含量的变化

堆肥过程中，碳素是堆肥微生物的基本能量来源，随微生物对堆肥中碳素的分解利用，各处理有机质含量呈下降趋势。由图3 可知，与初始物料相比，发酵 18 d 后各处理有机质含量均降低， A1、B1、C1、A2、B2、C2 分别降低了 18.43%、2 2.71%、21.01%、16.16%、20.65%、19.88%，这是由于随着堆肥的进行，有机质在微生物作用下逐步分解为小分子物质。下降幅度高低顺序为 B1>C1>B2>C2>A1>A2，其中 B1、B2 处理有机质降低率较高，表明 C/N 为 20 时，堆肥物料有机质分解率最高。相同 C/N 条件下，混合底料中添加牛粪的处理组有机质降解率低于未添加的处理组。

注：图柱上不同小写字母表示同一发酵天数不同处理间差异显著 （P<0.05）。下同。

2.4 不同堆肥处理全氮、全磷、全钾养分含量的变化

氮素是衡量堆肥养分含量的一个重要指标。堆肥过程中氮素的转化很复杂，主要包括氮素固定和氮素释放。其中氮素的释放主要指有机氮的矿化、氨的挥发以及硝态氮的反硝化。图4 是不同处理好氧发酵第 0、18 d 全氮、全磷、全钾含量的变化。由图4A 可知，各处理全氮含量都有不同程度的增加，A1、B1、C1、A2、B2、C2 分别提高了 5.36%、26.61%、16.79%、1.58%、22.40%、15.26%，原因是发酵过程中堆体体积和重量减少产生浓缩效应，且浓缩量大于氨气挥发氮素的损失量。按照增加幅度高低为 B1>B2>C1>C2>A1>A2，其中 B1、B2 处理全氮含量增加幅度最大，表明 C/N 为 20 时，堆肥的保氮能力最强。相同 C/N 条件下，混合底料中添加牛粪的处理组全氮含量增加幅度低于未添加的处理，是由于底料中添加牛粪的处理氨气挥发量大于未添加牛粪的处理。磷和钾元素是堆肥过程中较稳定的元素，其绝对含量一般不会随着发酵过程的进行而出现显著的变化，但是由于“浓缩效应”其相对含量会有所增加^[16]。由图4B 可知，发酵 18 d 后，各处理全磷含量都有所增加，A1、B1、C1、A2、B2、C2 分别为 53.11%、62.17%、54.43%、51.92%、60.02%、 52.35%，按照增加幅度高低为 B1>B2>C1>A1>C2>A2，其中 B1、B2 全磷含量增加幅度最大。相同 C/N 条件下，混合底料中添加牛粪的处理全磷含量增加幅度低于未添加的处理。由图4C 可知，各处理全钾含量都有所增加，A1、B1、C1、A2、B2、C2 增加幅度分别为 54.22%、57.23%、55.30%、45.75%、47.24%、46.18%，其中 B1 处理全钾增加幅度最大，相同 C/N 条件下，混合底料中添加牛粪的处理组全钾含量增加幅度均低于未添加的处理。

3 讨论

堆肥是利用微生物降解固体废弃物实现有机物转化为腐殖质的复杂生化反应过程，碳素是堆肥微生物的基本能量来源，在分解含碳有机物的同时，微生物还有要利用部分氮素来构建自生细胞体。C/N 过高，微生物繁殖速度低，有机质分解速度慢，发酵时间长；C/N 过低，微生物生长繁殖所需的能量来源受到限制，氮过量并以氨气的形式释放，有机氮损失大，还会散发难闻的气味。合理调节堆肥原料的 C/N，是加快堆肥腐熟，提高堆肥质量的有效途径。本试验设置不同的 C/N 进行好氧堆肥，研究不同 C/N 对叶菜废弃物好氧堆肥效果的影响，以获得叶菜废弃物好氧堆肥的最佳 C/N。GI 是判断堆肥腐熟程度的重要指标之一，当 GI>50% 时表明堆肥样品基本无毒性，当 GI>80% 时表明堆肥样品对植物生长完全没有毒害作用，且堆肥达到腐熟程度^[17]。在本试验中，B1、B2 处理的 GI 增长最快，仅在堆肥第 12 d 时 GI 就分别达到 85.07%、 93.57%，较快的解除了堆料对种子的植物毒性。发酵 18 d 后各处理 GI 较发酵起始时均显著提高且 GI 均大于 80%，表明所有处理均达到完全腐熟，其中 B1、B2 处理的 GI 值较高。这可能是 C/N 为 20 时更适宜于微生物生长，加快发酵进程，在短时间内解除种子毒性。相同 C/N 条件下，堆肥底料中添加适量牛粪可以提高堆体物料的腐熟程度。这可能是牛粪含氮量较多，为微生物提供了更多的氮素来构建自身细胞体，能更有效地降解抑制种子发芽的毒性物质。pH 的变化是反映堆肥过程的重要参数。刘成琛等^[10]在研究 C/N 对猪粪-玉米秸秆混合堆肥的影响时认为，随着堆肥的进行有机物料分解产生有机酸，然后有机酸进一步分解，产生氨气，pH 值开始升高，最后随着氨气的挥发，pH 趋于稳定。本试验发酵 18 d 后各处理 pH 值范围在 8.27～8.62 之间，pH 在 8～9 时堆体属于腐熟^[18]。A1 处理的 pH 值低于其他 5 组处理，是由于低 C/N 会产生大量的氨气，且易挥发^[10，13]。同时，发酵 18 d 后各处理的 EC 值范围在 1.43～1.76 mS/cm 之间，均 <2 mS/cm，符合堆肥腐熟度的要求，对植物的生长无抑制作用^[19]。

在本试验中，B1、B2 处理有机质降解率较高，表明 C/N 为 20 时，堆肥物料有机质分解率最高，可能是 20 的 C/N 条件更适宜于堆料中微生物的代谢和繁殖，加速有机质的分解。相同 C/N 条件下，混合底料中添加牛粪的处理组有机质降解率低于未添加的处理组，这可能是物料含碳量高，微生物活动会因为受碳源的限制而导致分解有机物速度减缓，导致有机碳含量下降率较低^[10]。在好氧堆肥过程中，微生物不断分解有机物，由于氨气等挥发、有机物的降解、堆体质量与体积的减小及水分散失导致的“浓缩效应”，使得发酵后全氮、全磷和全钾含量因相对浓缩效应而增加^[20-22]。本试验中氮、磷、钾含量变化趋势同前人研究结果一致，且堆肥 18 d 后各处理养分含量均符合有机肥标准 （总养分含量≥5%）。其中 B1 处理在堆肥过程中养分流失最低，堆肥结束时总养分（全氮、全磷和全钾）含量为 6.4%。这是浓缩效应和淋溶作用损失共同作用的结果，与刘成琛等^[10]、刘文杰等^[23]、王晓莉^[24]的研究结果一致。

4 结论

试验结果表明，从 GI 来看，C/N 为 20 时，堆肥物料腐熟效果最好。相同 C/N 条件下，堆肥底料中添加适量牛粪可以提高堆体物料腐熟程度。从 pH 值和 EC 值来看，所有处理均达到无害化要求。 B1 处理有机质降解率最高；相同 C/N 条件下，堆肥底料中添加牛粪的处理有机质降解率低于未添加的处理。B1 处理全氮、全磷、全钾含量增加幅度最大，分别增加了 26.61%、62.17%、57.23%；相同 C/N 条件下，混合底料中加入牛粪的处理全氮、全磷、全钾增加幅度低于未添加的处理。综合以上指标，B1 处理各项均达到堆肥无害化要求且发酵效果最好，全效养分含量最高。堆肥底料中添加适量牛粪可以提高堆体温度和物料腐熟程度。

参考文献