森林枯枝落叶堆肥过程中理化性质变化规律探究

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摘要：摘 要 以森林枯枝落叶和枯草芽孢杆菌腐熟菌剂为主要原料进行堆肥过程中，测定了温度、pH值、含水率、铵态氮和硝态氮含量等理化性质的变化。其中温度在30～35 d共出现升温、高温、降温和腐熟4个显著温度变化阶段;pH值在10～30 d先上升后稳定，幅度变化为7.0～

　　摘 要 以森林枯枝落叶和枯草芽孢杆菌腐熟菌剂为主要原料进行堆肥过程中，测定了温度、pH值、含水率、铵态氮和硝态氮含量等理化性质的变化。其中温度在30～35 d共出现升温、高温、降温和腐熟4个显著温度变化阶段;pH值在10～30 d先上升后稳定，幅度变化为7.0～8.8;5～7 d，NH4+-N含量由7.8 g·kg-1快速降低至3.5 g·kg-1，在7～30 d逐步缓慢降低至2.2 g·kg-1;N-NO3-含量在7～10 d由3.1 g·kg-1逐渐增加到5.7 g·kg-1，10～30 d增加幅度较小并保持在8.5 g·kg-1。约30 d后堆肥結构松散，无结块、霉烂和酸败气味。

　　关键词 森林;枯枝落叶;堆肥;方法

　　森林中的枯枝落叶是森林生态系统中的一部分，对维持森林生态系统物质循环和能量循环起到重要的作用。森林生态系统中的生物是枯枝落叶分解过程中的主要参与者，其中土壤动物使枯枝落叶实现物理性分解，土壤微生物则使枯落物碎片进一步分解为简单无机分子或转化为腐植质[1]。森林凋落物分解能使养分归还于土壤层，激发微生物和酶的活性，维护土地生产力，是森林生态系统养分循环的一个重要过程[2]。森林凋落物的分解使得含有丰富营养元素的有机化合物降解为简单的小分子[3]，从而形成土壤腐植质，调控整个森林生态系统的物质循环功能。森林凋落物从新鲜状态到腐植质的分解过程中会释放大量营养元素，其中氮和磷对植物的生长起到重要作用[4]。

　　微生物参与堆肥熟化过程，人为添加微生物菌剂可以显著提高堆肥品质，提升物料淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶等的活性，从而加快堆肥发酵和熟化过程。如在堆肥进程中接种枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)可抑制枯萎病病原菌[5]，并加速物料的腐熟进程，还能降解生物毒性物质[6]。

　　在作物生长过程中，合理施肥是增产增收的重要因素之一。由枯枝落叶生产的堆肥是一种有机肥料，含有无机元素和有益微生物。在农田中施用有机肥能够明显提升农作物的产量和抗性，改善土壤的理化性质。传统生产中广泛使用的化肥，成分和功能相对较为单一，而堆肥含有丰富的营养元素和有机质，养分含量高、持续性好，能更好地满足农作物的生长需求。在堆肥中添加有机功能菌，不仅可以加快发酵进程，还具有催生根系、改良土质、再造养分等功能，对植物的生长有着良好的促进作用。

　　用枯枝落叶生产堆肥，来源广泛、价格低廉、易于获得，肥料使用的成本相对较低。而经高温腐熟的有机肥，还能杀死土壤中的虫卵和病原物，也可从根源上减少作物病虫害发生的概率。本研究以云南林业职业技术学院实习林场内产生的枯枝落叶为主要原料，通过添加枯草芽孢杆菌腐熟菌剂，研究静态好氧堆肥生产有机肥的方法，从而为资源化利用提供试验依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 材料

　　枯枝落叶取自云南林业职业技术学院实习林场。林分结构中乔木主要有云南松、华山松、滇油杉、栓皮栎、蓝桉、黑荆树、滇朴、冲天柏和桤木;灌木主要有油茶、小铁子、火棘、厚皮香、杨梅、覆盆子和茶梅等;草本植物主要有紫茎泽兰、鬼针草、鼠曲草、野古草和马鞭草等。枯草芽孢杆菌由本实验室保存。

　　试剂：氯化钾(KCl)，天津市福晨化学试剂厂;苯酚(C6H5OH)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)，天津科密欧化学试剂有限公司;硝基铁氰化钠[Na2Fe(CN)5NO2H2O]、酒石酸钾钠(KNaC4H4O6·4H2O，化学纯)，上海麦克林生化科技有限公司;次氯酸钠(NaClO)、磷酸钠(Na3PO4·12H2O)，国药集团化学试剂有限公司;氢氧化钠(NaOH)，广州化学试剂厂;磷酸氢二钠(Na2HPO4·7H2O)，北京化工厂;次氯酸钠(NaClO)，天津市光复科技发展有限公司;浓硫酸(H2SO4)，北京化工厂。所有试剂均为分析纯。

　　1.2 方法

　　1.2.1 腐熟菌剂的制备

　　将实验室保存的枯草芽孢杆菌(B.subtilis)菌株活化，先在NA固体培养基上30 ℃条件下划线培养，挑取单个菌落接种到50 mL种子液培养基中，相同温度下置于转速为250 r·min–1的摇床中培养 24 h，制得菌株的活化种子液。

　　菌株扩大培养时，在发酵罐中装入15 L发酵培养液，调节pH为7.0±0.2，加入适量灭菌消泡剂，121 ℃条件下蒸汽灭菌30 min，待发酵液温度下降至40 ℃后，按1%的体积分数接种150 mL种子液至发酵罐中，于250 r·min–1、30 ℃条件下发酵培养。发酵20 h后每隔1 h从发酵罐中取样制片，结晶紫染色后将其置于光学显微镜下观察菌体形态和芽孢产生情况，当芽孢生成率>95%且芽孢形态均一时结束发酵。

　　将发酵液分装后，以25 ℃、3 600 r·min–1离心30 min，

　　弃上清液，按沉淀质量的5%添加CaCO3作为载体填料喷制菌粉。将制得的菌粉低温密封保存，使用前测定芽孢含量，计算芽孢存活率。作为腐熟菌剂使用时，含菌量为2.5×1010 CFU·g-1。

　　1.2.2 物料制备

　　将枯枝落叶粉碎，物料颗粒直径<7 mm。每吨物料拌入枯草芽孢杆菌(B. subtilis)腐熟菌剂和尿素各1 kg，控制水分含量65%左右，调整pH值为7.0～7.5。

　　1.2.3 渥堆发酵

　　露天渥堆时平均气温要求达到15 ℃以上。渥堆规格为：堆高1.5 m、宽2.0 m、长度约4.0 m。堆内发酵温度控制在65 ℃以下，堆内温度过高时应及时翻堆降温和补充水分。

　　1.2.4 指标检测

　　参照常规检测方法，每3 d检测堆肥中心温度、pH值、含水率等理化性状。将堆内温度降至常温作为发酵结束的主要依据之一，同时要求物料外观黑褐色、结构松散，无结块、霉烂和酸败气味。

　　推荐阅读：《森林工程》(双月刊)创刊于1985年，是经国家科委和国家新闻出版署审核批准，由中华人民共和国教育部主管，东北林业大学主办、全国公开发行的国家级学术期刊，是中国林学会的刊物之一。

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