張?chǎng)╃?,李建安,吳玲利,唐?rùn)鈺,王 楠,朱宏達(dá),熊 利,黃志勤
(中南林業(yè)科技大學(xué) a.經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;b.經(jīng)濟(jì)林育種與栽培國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 長(zhǎng)沙 410004)
油茶Camellia oleifera為山茶屬木本油料植物,是中國(guó)主要的木本食用油料樹(shù)種,與棕櫚、椰子和油橄欖合稱為世界四大木本油料樹(shù)種[1-3],油茶在我國(guó)已有2 300 多年的栽培歷史。湖南作為油茶大省,截至2020年底,全省油茶林總面積為144.1 萬(wàn)hm2,產(chǎn)油量32.51 萬(wàn)t,均位列全國(guó)首位。
油茶產(chǎn)業(yè)是湖南省四大林業(yè)產(chǎn)業(yè)之一,油茶低產(chǎn)林改造是發(fā)展油茶產(chǎn)業(yè)的重要舉措,發(fā)揮著重要作用。2018年,湖南全省低產(chǎn)林超過(guò)86.6 萬(wàn)hm2,占全省油茶林總面積的64%;2021年,全省完成油茶低產(chǎn)林改造7.2 萬(wàn)hm2[4]。在低產(chǎn)林改造過(guò)程中,林地清理和整形修剪會(huì)帶來(lái)大量的枝條、樹(shù)干、樹(shù)葉等剩余物,常規(guī)處理方式是就地填埋或焚燒,不僅浪費(fèi)資源,還對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了污染。將剩余物粉碎后經(jīng)過(guò)發(fā)酵制備輕型育苗基質(zhì),可提高剩余物的利用率,減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染,還可減少育苗成本。前期研究結(jié)果表明,油茶低產(chǎn)林改造剩余物可以用來(lái)制備有機(jī)肥[5],為使用油茶低產(chǎn)林改造剩余物制備輕基質(zhì)提供了可能。
近年來(lái),輕基質(zhì)育苗技術(shù)越來(lái)越被廣泛認(rèn)可,并且在林業(yè)生產(chǎn)中被推廣應(yīng)用。與傳統(tǒng)育苗基質(zhì)相比,輕基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)豐富,保水保肥性能好,為根系發(fā)育創(chuàng)造了良好的生長(zhǎng)環(huán)境;輕基質(zhì)育苗,能有效減少根系在移栽時(shí)受到的物理傷害,提高造林成活率[6];輕基質(zhì)質(zhì)量輕,方便長(zhǎng)途運(yùn)輸,能有效降低運(yùn)輸成本;不同的輕基質(zhì)混配可起到互補(bǔ)的作用,可調(diào)節(jié)酸堿度、提高土壤肥力等。目前,用于育苗的輕基質(zhì)多由珍珠巖、蛭石、泥炭、發(fā)酵或者碳化的農(nóng)林廢棄物等混合而成。農(nóng)林廢棄物所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富,但其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,含有較多容易被微生物分解的物質(zhì)[7]。有關(guān)利用油茶低產(chǎn)林改造剩余物發(fā)酵堆肥的研究報(bào)道較少,僅見(jiàn)關(guān)于油茶殼發(fā)酵堆肥和油茶餅粕生物發(fā)酵的研究報(bào)道。在油茶殼發(fā)酵堆肥試驗(yàn)中,楊治華等[8]、羅健[9]、詹孝慈等[10]發(fā)現(xiàn),通過(guò)調(diào)整發(fā)酵物的碳氮比,尿素+微生物菌劑或者復(fù)合肥+微生物菌劑能發(fā)酵腐熟油茶殼,使油茶殼達(dá)到輕基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。在油茶餅粕生物發(fā)酵研究中,張暉等[11]通過(guò)試驗(yàn)得出添加黑曲霉能更好地發(fā)酵油茶餅粕,使油茶餅粕的養(yǎng)分有效釋放。本試驗(yàn)中選用尿素、復(fù)合肥、發(fā)酵雞糞作為氮源,以EM 菌、酵素菌、強(qiáng)興發(fā)酵菌劑3 種復(fù)合微生物菌劑為發(fā)酵菌劑,調(diào)整碳氮比分別為25∶1、30∶1、35∶1,通過(guò)正交試驗(yàn),研究各處理間發(fā)酵物理化性質(zhì)的差異,了解氮源、菌劑、碳氮比對(duì)油茶低產(chǎn)林改造剩余物發(fā)酵的影響,旨在找出以油茶低產(chǎn)林改造剩余物制備輕基質(zhì)的最佳方法。
試驗(yàn)地位于長(zhǎng)沙縣圣恒農(nóng)業(yè)科技有限公司,屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),光溫豐富,雨水充沛,空氣濕潤(rùn),四季分明。年均溫16 ~23 ℃,年均降雨量1 200 ~1 700 mm。
1.2.1 發(fā)酵外源添加劑
尿素含氮量46%,購(gòu)于中盈化肥有限公司;復(fù)合肥含氮量15%,購(gòu)于中農(nóng)集團(tuán)有限公司;發(fā)酵雞糞含氮量1.5%,購(gòu)于花諾園藝;EM 菌0.5 kg/t,富含乳酸菌、硝化細(xì)菌等,每克菌劑的有效活菌數(shù)量不少于200 億,購(gòu)于菜保姆生物科技有限公司;酵素菌3 kg/t,富含米根霉、枯草芽孢桿菌等,每克菌劑的有效活菌數(shù)量不少于0.50億,購(gòu)于大華生物科技有限公司;強(qiáng)興發(fā)酵菌劑0.2 kg/t,富含絲狀真菌、芽孢桿菌等,每克菌劑的有效活菌數(shù)量不少于200 億,購(gòu)于強(qiáng)興生物科技有限公司。
1.2.2 低改材料
低改材料由湖南省林業(yè)種苗中心提供,是油茶低產(chǎn)林改造環(huán)節(jié)中產(chǎn)出的剩余物,由油茶枝丫、植株粉碎混合而成,將低改材料過(guò)3 目網(wǎng)篩(8 mm 孔徑)。純油茶木屑理化性質(zhì)為容重0.28 g/cm3、總孔隙度59.62%、持水孔隙度41.08%、通氣孔隙度18.54%、pH 4.84、電導(dǎo)度0.005 7 mS/cm、碳氮質(zhì)量比119∶1、含水量20%。
1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
油茶木屑用量均為138.5 kg,根據(jù)碳氮質(zhì)量比值計(jì)算不同氮源的添加量,根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明確定微生物菌劑添加量,共設(shè)計(jì)9 個(gè)處理(表1)。通過(guò)比較初始階段、30 ℃階段、50 ℃階段、70 ℃階段、結(jié)束階段、第1 次翻堆、完成發(fā)酵時(shí)9 個(gè)處理中發(fā)酵物理化性質(zhì)的差異,得出適合用于油茶低產(chǎn)林改造剩余物發(fā)酵的氮源和菌劑。
表1 油茶木屑堆肥試驗(yàn)處理及其碳氮質(zhì)量比?Table 1 Composting of C.oleifera sawdust and its C and N mass ratio
1.3.2 試驗(yàn)步驟
將各處理的木屑、菌劑、氮源稱量好,放入ZF5.5-2 型發(fā)酵罐(湖南碧野生物科技有限公司生產(chǎn))內(nèi),將水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)整至65%(根據(jù)純木屑含水量20%,每份處理加入55.4 kg 水)。根據(jù)發(fā)酵罐設(shè)定的發(fā)酵程序,前3 h 為升溫階段,后2 h 為高溫發(fā)酵階段,當(dāng)機(jī)器將物料攪拌勻后即初始階段(未啟動(dòng)發(fā)酵T0)取1 次樣(400 g),隨后當(dāng)發(fā)酵罐內(nèi)的物料溫度升至30 ℃(T1)、50 ℃(T2)、70 ℃(T3)和罐內(nèi)發(fā)酵結(jié)束(T4)時(shí)各取1 次樣(400 g)。發(fā)酵罐工作結(jié)束后,將發(fā)酵好的物料輸出,堆放成1.5 m×1.2 m×0.9 m 的圓錐形堆體,進(jìn)入發(fā)酵后熟階段。每日9:00 和18:00,將LCD-110 型數(shù)顯溫度計(jì)插入堆體50 cm 深處測(cè)物料溫度。堆肥后每10 d 翻堆1 次,至物料不再升溫時(shí)完成發(fā)酵。在后熟階段第1 次翻堆前(T5)、完成發(fā)酵(T6)時(shí)各取1 次樣(400 g)。每次均采用“五點(diǎn)取樣法”取樣,風(fēng)干樣品后測(cè)定其理化性質(zhì)。
1.3.3 理化指標(biāo)測(cè)定
稱取風(fēng)干好的150 g 發(fā)酵物,用粉碎機(jī)(規(guī)格為200 g)進(jìn)行2 次粉碎,過(guò)20 mm 篩,測(cè)定全氮、全磷、全鉀、全碳、有機(jī)質(zhì)的含量,重復(fù)3 次。采用飽和浸提法測(cè)定pH 和電導(dǎo)率,參照郭世榮[12]的方法測(cè)定容重、孔隙度(總孔隙度、持水孔隙度、通氣孔隙度、大小孔隙比),均重復(fù)3 次。
使用SPSS 26.0 軟件分析處理數(shù)據(jù),使用Excel 軟件繪制圖表。
2.1.1 物料溫度的變化
1)在發(fā)酵罐內(nèi)各處理物料的升溫用時(shí)。根據(jù)發(fā)酵罐前3 h 升溫、后2 h 穩(wěn)定高溫發(fā)酵的程序設(shè)定,將30 ℃≤t(物料溫度)<50 ℃劃為第1 階段(Ⅰ),50 ℃≤t<70 ℃劃為第2 階段(Ⅱ),70 ℃≤t至結(jié)束劃為第3 階段(Ⅲ)。發(fā)酵罐內(nèi)物料在各升溫階段的用時(shí)如圖1所示。由圖1可見(jiàn),各處理第1 階段物料升溫用時(shí)差異不大,除了C處理和F 處理用時(shí)超過(guò)1 h,其他處理物料升溫用時(shí)在50 min 以內(nèi),其中處理I 用時(shí)最少,不超過(guò)40 min。大部分處理在第2 階段的升溫用時(shí)比第1階段長(zhǎng),其中處理C、F、I 用時(shí)均超過(guò)60 min,處理D 第2 階段升溫用時(shí)少,不超過(guò)40 min。第3 階段為發(fā)酵罐的高溫發(fā)酵階段,處理C 和處理F在發(fā)酵階段的物料升溫用時(shí)最少,處理H 在發(fā)酵階段的用時(shí)最長(zhǎng),超過(guò)了120 min。綜上可以得出,雞糞或尿素與強(qiáng)興發(fā)酵菌劑組合能縮短物料在發(fā)酵罐內(nèi)的高溫發(fā)酵時(shí)長(zhǎng)。
圖1 發(fā)酵罐內(nèi)物料在各升溫階段的用時(shí)Fig.1 The time of materials in fermentation tank in each heating stage
2)后熟階段各處理物料溫度的變化。后熟階段物料日均溫的變化如圖2所示。由圖2可見(jiàn),除處理E外,其余處理后熟堆肥階段經(jīng)過(guò)了“升溫—高溫—降溫”3 個(gè)過(guò)程,并且各處理在堆肥2 ~3 d時(shí)溫度有小幅度下降,處理E 則是在堆肥5 d 時(shí)溫度降至谷底。這是因?yàn)槲锪蠌陌l(fā)酵罐內(nèi)輸出后進(jìn)行了堆體轉(zhuǎn)移,相當(dāng)于進(jìn)行了1 次翻堆,使得溫度擴(kuò)散。為了方便比較,堆體溫度的第1 次測(cè)定均從物料輸出后的次日早上開(kāi)始。由圖2可見(jiàn):C處理的物料在后熟階段能達(dá)到60 ℃,而處理E、F 的物料升溫幅度均較?。惶幚鞟、B、C 的物料維持30 ℃以上的時(shí)長(zhǎng)明顯比其他處理長(zhǎng),說(shuō)明尿素和3 種菌劑組合能有效延緩后熟堆肥時(shí)長(zhǎng),使得油茶木屑充分發(fā)酵。進(jìn)行1 次翻堆后,各處理的物料溫度均有不同程度的下降,除了處理D、H、I 的物料不再升溫,其他處理均在翻堆后升溫,堆肥20 d 后各處理的物料溫度均在30 ℃以下,并且第2 次翻堆后不再升溫,完成整個(gè)發(fā)酵過(guò)程。
圖2 后熟階段物料日均溫的變化Fig.2 Change of daily temperature of material during post-ripening stage
2.1.2 物料電導(dǎo)率的變化
發(fā)酵過(guò)程中物料電導(dǎo)率的變化如圖3所示。由圖3可見(jiàn),在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中,處理G、H、I 的物料電導(dǎo)率均高于其他處理,說(shuō)明復(fù)合肥作為氮源參與發(fā)酵能加劇發(fā)酵的程度。處理D、E、F的物料電導(dǎo)率變化不明顯,這可能與雞糞已發(fā)酵過(guò)1 次有關(guān),與發(fā)酵菌劑組合未產(chǎn)生劇烈的反應(yīng)。到后熟階段第1次翻堆(T5)時(shí),處理A、B、C、G、H、I 的物料電導(dǎo)率均大幅度上升,這是因?yàn)槎逊蔬^(guò)程中菌劑與氮源組合使得物料中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被分解釋放,翻堆后微生物的發(fā)酵作用逐漸減弱,隨著發(fā)酵的完成,電導(dǎo)率逐漸穩(wěn)定。從圖3可以看出,從罐內(nèi)發(fā)酵結(jié)束(T4)到完成發(fā)酵(T6)期間,物料的電導(dǎo)率與pH 的變化趨勢(shì)相同,均為先上升、后下降、最后趨于穩(wěn)定。發(fā)酵后各處理的物料電導(dǎo)率均比發(fā)酵前低,說(shuō)明發(fā)酵物中可溶性物質(zhì)發(fā)生了流失,同時(shí)從各處理物料電導(dǎo)率的變化可以看出氮源是影響電導(dǎo)率變化的重要因素。
圖3 發(fā)酵過(guò)程中物料電導(dǎo)率的變化Fig.3 Changes in the electrical conductivity of materials during fermentation
2.1.3 物料其他物理性質(zhì)的變化
發(fā)酵前后物料其他物理性質(zhì)的變化見(jiàn)表2。由表2可知,發(fā)酵后各處理物料的容重均增大。其中:發(fā)酵前后處理E 物料容重的差值最大,為0.17 g/cm3;其次是處理F,為0.14 g/cm3;變化最小的是處理H、I,均為0.01 g/cm3。容重過(guò)大會(huì)使育苗基質(zhì)過(guò)于緊實(shí),不利于根系生長(zhǎng);容重過(guò)小說(shuō)明育苗基質(zhì)疏松,一定程度上影響根系的穩(wěn)定性。根據(jù)文獻(xiàn)[12]中的規(guī)定,容重為0.2 ~0.5 g/cm3的輕基質(zhì)更適合用作育苗基質(zhì),各處理物料的容重均能達(dá)到要求。
表2 發(fā)酵前后物料孔隙度和容重的變化Table 2 Changes of porosity and bulk density of materials before and after fermentation
在發(fā)酵完成后,各處理物料的持水孔隙度得到提升,處理A 物料的持水孔隙度在發(fā)酵前后的變化最大,處理I 的變化最小。發(fā)酵完成后物料顆粒度變小,儲(chǔ)水空間增加,保水性能得到改善;相應(yīng)地,發(fā)酵完成后各處理物料的通氣孔隙度減小,用作育苗基質(zhì)時(shí)可以與顆粒度大的基質(zhì)組合育苗。根據(jù)文獻(xiàn)[13]中對(duì)林木輕基質(zhì)孔隙度(總孔隙度大于60%、通氣孔隙度15%~30%、持水孔隙度45%~60%)的要求,發(fā)酵后處理A 和處理B 物料的孔隙度最接近標(biāo)準(zhǔn)。其中,在發(fā)酵前后處理I 物料孔隙度的變化幅度比其他處理小,說(shuō)明發(fā)酵效果最差,即復(fù)合肥和強(qiáng)興發(fā)酵菌劑組合的發(fā)酵程度不如其他處理劇烈。
發(fā)酵后物料物理性質(zhì)的極差分析結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知,氮源對(duì)發(fā)酵物物理性質(zhì)變化的影響最明顯,其中尿素和復(fù)合肥對(duì)發(fā)酵物物理性質(zhì)的影響大于雞糞的影響。
表3 發(fā)酵后物料孔隙度和容重的極差分析結(jié)果Table 3 Range analysis results of porosity and bulk density of materials after fermentation
2.2.1 物料pH 的變化
發(fā)酵過(guò)程中各處理物料pH 的變化如圖4所示。由圖4可見(jiàn),發(fā)酵后各處理的物料pH 略高于發(fā)酵前。發(fā)酵前后處理A 的物料pH 差值最大,為2.51;發(fā)酵前后處理G、H、I 的物料pH 較其他處理小。處理A、B、C、F 的物料pH 明顯有1 個(gè)先降、后升的過(guò)程,到后熟階段第1 次翻堆(T5)后各處理的物料pH 均呈上升趨勢(shì),并且上升幅度較大,處理A 的物料pH 達(dá)到8.12,完成發(fā)酵(T6)后均有小幅度下降,處理A、B、C 的物料pH 穩(wěn)定在7.60以上;處理D、E、F 的物料pH 穩(wěn)定在7.60 左右;處理G、H、I 的物料pH 穩(wěn)定在7.00 左右。
圖4 發(fā)酵過(guò)程中物料pH 的變化Fig.4 The changes of pH value during the fermentation of C.oleifera sawdust
處理A、B、C 的氮源為尿素,后熟階段氮代謝中尿素被分解為NH3,導(dǎo)致pH 上升,完成發(fā)酵后逐漸穩(wěn)定,呈弱堿性。pH 過(guò)高或者過(guò)低均不利于有益微生物的活動(dòng)。文獻(xiàn)[12]中規(guī)定林木輕基質(zhì)pH 在5.0 ~8.0 更適合作為育苗基質(zhì),發(fā)酵后各處理的物料pH 均能達(dá)到要求。使用呈弱堿性的基質(zhì)培育喜酸植物時(shí),可以和偏酸性的基質(zhì)(如椰糠)復(fù)配。
2.2.2 物料化學(xué)成分的變化
發(fā)酵前后物料化學(xué)成分的變化見(jiàn)表4。由表4可知,發(fā)酵后處理A、B、C、G、I 的物料全氮含量增加,其余處理的物料全氮含量均有不同程度的減少,說(shuō)明不同氮源的用量均對(duì)發(fā)酵物全氮含量的變化有著一定的影響。處理H 的物料全磷含量變化最大,發(fā)酵完成后流失了2.3 g/kg。完成發(fā)酵后,除了處理I 的物料全鉀含量有所增加,其余處理的物料全鉀含量均有不同程度的減少,其中處理A 物料鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少了1.45 g/kg。處理D 的物料有機(jī)質(zhì)含量變化最大,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)比發(fā)酵前減少10 個(gè)百分點(diǎn);處理I 的物料有機(jī)質(zhì)含量變化最小,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)比發(fā)酵前增加了0.5 個(gè)百分點(diǎn)。發(fā)酵完成后,處理A 的物料碳氮質(zhì)量比值降到19.85,達(dá)到生物有機(jī)肥腐熟的要求(碳氮質(zhì)量比小于20),發(fā)酵效果最好;處理D、E、F 的物料碳氮質(zhì)量比值普遍高于35,這是因?yàn)殡u糞氮含量低,不能有效降低碳氮質(zhì)量比,發(fā)酵效果較差。
表4 發(fā)酵前后物料化學(xué)成分的變化Table 4 The changes in chemical properties of C.oleifera sawdust before and after fermentation
2.2.3 物料化學(xué)性質(zhì)的方差分析
發(fā)酵前后物料化學(xué)性質(zhì)的方差分析結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知,氮源對(duì)發(fā)酵物化學(xué)成分的變化有顯著影響。
表5 發(fā)酵前后物料化學(xué)性質(zhì)的方差分析結(jié)果?Table 5 Variance analysis of chemical properties of C.oleifera sawdust before and after fermentation
進(jìn)一步對(duì)不同氮源處理下發(fā)酵前后物料的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行方差分析,結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知,在3 種氮源中,尿素對(duì)發(fā)酵物化學(xué)性質(zhì)變化的影響最大,其次是復(fù)合肥,雞糞的影響最小。
表6 不同氮源處理下發(fā)酵前后物料化學(xué)性質(zhì)變化的方差分析結(jié)果?Table 6 The influence of nitrogen sources on the chemical properties of C.oleifera sawdust after fermentation
基于本試驗(yàn)結(jié)果得出,處理A(尿素+EM 菌+碳氮質(zhì)量比25∶1)是油茶低產(chǎn)林改造剩余物發(fā)酵堆肥的最優(yōu)組合。尿素能腐熟油茶低產(chǎn)林改造剩余物,使其達(dá)到林木輕基質(zhì)的要求;微生物菌劑對(duì)油茶低產(chǎn)林改造剩余物發(fā)酵前后理化性質(zhì)的改變影響不大,但與尿素或復(fù)合肥搭配能更好地腐熟油茶低產(chǎn)林改造剩余物。從成本考慮,EM 菌較其他2 種菌劑便宜,故選擇EM 菌更合適。發(fā)酵前降低發(fā)酵物料的碳氮質(zhì)量比,可以加快腐熟速度。
溫度是評(píng)價(jià)發(fā)酵穩(wěn)定性的重要指標(biāo),溫度的變化反映了發(fā)酵過(guò)程中微生物活性的變化,當(dāng)溫度趨近于環(huán)境溫度時(shí),表明有機(jī)質(zhì)的分解接近完全,可判定已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[14]。堆肥發(fā)酵要把控好物料溫度,溫度過(guò)高或者過(guò)低均影響微生物的活性[15]。物料的發(fā)酵包括發(fā)酵罐內(nèi)的高溫發(fā)酵和發(fā)酵罐外的堆肥后熟2 個(gè)階段。在發(fā)酵罐內(nèi)的階段,強(qiáng)興發(fā)酵菌劑與部分氮源(雞糞、尿素)組合能使物料更快到達(dá)80 ℃左右,結(jié)束罐內(nèi)發(fā)酵工作,少于常規(guī)用時(shí)(5 h),其余處理均耗費(fèi)5 h 以上。這與尚秀華等[16]得出的不同氮源對(duì)稻殼腐熟效果影響的部分結(jié)果一致,該試驗(yàn)中添加有機(jī)氮源雞糞處理的物料升溫速度高于添加無(wú)機(jī)氮源處理。在發(fā)酵罐外的堆肥后熟階段,強(qiáng)興發(fā)酵菌劑和尿素組合能使物料溫度在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到60 ℃以上,復(fù)合肥或尿素與各種菌劑組合處理中物料均能在50 ℃以上維持一段時(shí)間,且無(wú)顯著差異。這與羅健[9]得出的不同氮源、菌劑以及碳氮質(zhì)量比對(duì)油茶殼腐熟效果的影響結(jié)果不一致,該試驗(yàn)中添加酵素菌能使油茶殼堆體在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到高溫,這可能與加入的氮源量以及發(fā)酵條件不一致有關(guān)。發(fā)酵雞糞與EM 菌組合能使物料在50 ℃維持短暫的時(shí)間,與酵素菌、強(qiáng)興菌劑組合能使物料大多維持在40 ℃,并且在后熟堆肥階段處理D、E、F的物料發(fā)酵完成要早于其他處理。
容重和孔隙度是衡量農(nóng)林廢棄物發(fā)酵效果的重要物理指標(biāo),關(guān)系到育苗對(duì)象根部生長(zhǎng)的環(huán)境。目前,生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)基質(zhì)容重和孔隙度的把控不嚴(yán)格,僅依靠經(jīng)驗(yàn)選擇基質(zhì),未形成科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)[14]。本試驗(yàn)中通過(guò)對(duì)各處理物料容重和孔隙度的分析,來(lái)判斷發(fā)酵物物理性狀的優(yōu)劣。一般來(lái)說(shuō),容重大,總孔隙度偏小,反之孔隙度偏大。發(fā)酵前后各處理物料的容重、總孔隙度、持水孔隙度增大,通氣孔隙度減小,基質(zhì)變得更加疏松,可以容納更多的空氣和水分,對(duì)育苗對(duì)象根系的生長(zhǎng)起促進(jìn)作用,這與白永娟[17]、羅健[9]、高軼楠[14]的研究結(jié)果一致。根據(jù)文獻(xiàn)[13]中的規(guī)定,林木育苗輕基質(zhì)要求容重0.20 ~0.50 g/cm3、總孔隙度大于60%、持水孔隙度45%~60%、通氣孔隙度15%~30%。發(fā)酵完成后處理A 的物料能完全達(dá)到這個(gè)要求,使用其余處理的物料育苗時(shí)可以將其與珍珠巖、蛭石混合,增大通氣孔隙,也可以將其與椰糠、稻殼等保水率較好的基質(zhì)混合,提高保水性能。
pH 和電導(dǎo)率是評(píng)價(jià)農(nóng)林廢棄物發(fā)酵堆肥效果的重要指標(biāo)。油茶木屑發(fā)酵堆肥過(guò)程中,微生物需要適宜的環(huán)境降解基質(zhì),pH 過(guò)高或者過(guò)低均會(huì)抑制微生物的活動(dòng)。在發(fā)酵罐內(nèi)階段,各處理基質(zhì)pH 均呈下降趨勢(shì),但下降幅度不大。在發(fā)酵罐外的后熟堆肥階段,各處理基質(zhì)pH 先升、后降,然后逐漸穩(wěn)定。隨著堆肥溫度的升高,添加尿素處理的物料中菌群更加活躍,使堆體釋放更多的氨態(tài)氮,物料pH 隨之升高。翻堆后物料溫度下降,其pH 也隨之下降且趨于穩(wěn)定,這與吉春明等[18]在以食用菌菇渣為機(jī)插秧育苗基質(zhì)的堆肥研究中得出的結(jié)論一致。完成發(fā)酵后,各處理的物料呈弱堿性,這與李國(guó)建等[19]得出的堆肥腐熟度指標(biāo)一致。與發(fā)酵初始階段相比,各處理的物料電導(dǎo)率均有所下降,以復(fù)合肥為氮源的物料電導(dǎo)率在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中均高于其他處理,這與Herrera 等[20]得出的發(fā)酵腐熟后材料的電導(dǎo)率通常較高的研究結(jié)果部分一致。根據(jù)文獻(xiàn)[13]中的規(guī)定,發(fā)酵后處理A、B、C、D、E、F 的物料電導(dǎo)率均符合要求,處理G、H、I 的物料電導(dǎo)率高于規(guī)定的值,后期可通過(guò)添加試劑進(jìn)行調(diào)節(jié)。物料電導(dǎo)率和pH 的改變受發(fā)酵材料和發(fā)酵條件的影響,所以僅能用作判斷發(fā)酵程度的必要條件[14]。
碳氮質(zhì)量比是反映油茶木屑腐熟程度的指標(biāo)之一。粉碎后的純油茶木屑的碳氮質(zhì)量比偏高,根據(jù)生物有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)[21],碳氮質(zhì)量比降至20 ∶1以下時(shí),基質(zhì)達(dá)到腐熟程度。在加入氮源和菌劑并攪拌均勻后的初始階段,各處理物料的碳氮質(zhì)量比迅速下降,以尿素或復(fù)合肥為氮源的物料碳氮質(zhì)量比的下降幅度大于以發(fā)酵雞糞為氮源的處理。由本試驗(yàn)結(jié)果可知,調(diào)整碳氮質(zhì)量比后能加快物料腐熟。發(fā)酵前后大部分處理的物料氮含量升高,全碳含量下降,這與Biswas 等[22]的研究結(jié)果一致,小部分處理發(fā)酵后物料氮含量下降,說(shuō)明碳氮質(zhì)量比與氮源及其用量密切相關(guān),處理D、E、F、H 的物料氮含量的降低也可能與氨形成后氮的損失有關(guān)[23]。
育苗基質(zhì)中氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)的含量影響著植物的生長(zhǎng)。發(fā)酵完成后各處理物料的營(yíng)養(yǎng)元素有不同程度的流失。張沛健等[24]經(jīng)桉樹(shù)皮腐熟試驗(yàn)得出,在堆肥過(guò)程中有機(jī)廢棄物中營(yíng)養(yǎng)元素被微生物分解,轉(zhuǎn)化成能被植物利用的氮、磷、鉀等。從試驗(yàn)結(jié)果得出,添加尿素有利于氮的形成,添加復(fù)合肥有利于有機(jī)質(zhì)的形成,添加雞糞有利于磷的形成,這與肖春霞[25]對(duì)桉樹(shù)渣腐熟發(fā)酵的研究結(jié)果一致,且該試驗(yàn)結(jié)果還表明,隨著生物對(duì)有機(jī)物的分解,基質(zhì)中的磷轉(zhuǎn)變?yōu)橹参镆孜盏臓顟B(tài),腐熟完成后物料中磷元素的損失導(dǎo)致其含量降低。發(fā)酵后各處理物料的鉀含量均減少,這與張沛健等[24]的研究結(jié)果基本一致。根據(jù)方差分析結(jié)果,可以看出復(fù)合肥對(duì)物料鉀含量變化的影響大于其他2 種氮源。下一步將通過(guò)育苗試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)油茶低產(chǎn)林改造剩余物發(fā)酵肥替代泥炭的育苗效果。