花卉蔬菜秸秆太阳能辅助堆肥试验分析与研究

1、科类 理学 本科生毕业论文花卉蔬菜秸秆太阳能辅助堆肥试验分析与研究Flower vegetables straw compost solar assisted analysis of test花卉蔬菜秸秆太阳能辅助堆肥试验分析与研究摘要：现有堆肥方法耗时多，效率较低，还田易造成连作障碍，不适于滇池固废的收集和无害化处理，故此，寻找一种高效、快速的农田固废太阳能辅助高温水解堆肥处理利用技术，从而提高滇池流域农业固废收集率和无害化处理利用水平。本次试验，采用不同颜色塑料膜太阳能辅助增温堆肥装置进行堆肥实验。结果表明太阳能辅助增温堆肥装置堆肥分解效率高于一般堆肥方法；可以发现覆盖透明塑料薄膜能使堆体

2、有效的吸收太阳能辐射，从而起到增温作用；同时发现在堆体表面覆盖一层农用地膜，能进一步提高堆肥效率。关键词：太阳能辅助增温堆肥装置；无害化处理利；地膜Flower vegetables straw compost solar assisted analysis of test(College of Resource and Environment ,Yunnan Agriculture University, Kunming 650201,ChinaAbstract: Existing composting method more time-consuming, inefficient, eve

3、n for easily lead to field obstacles, not suitable for solid waste collection and Dianchi harmless treatment, therefore, find an effective, fast high-temperature hydrolysis of solar assisted agricultural solid waste composting Using technology to improve agriculture and solid waste collection in Dia

4、nchi Lake Basin and the harmless treatment rate of utilization. The experiment, using different colors of plastic film solar assisted temperature composting device for composting experiment. The results show that the installation of solar assisted composting compost decomposition temperature higher

5、than the efficiency of composting methods; can be found covered with transparent plastic film can pile the absorption of solar radiation effective to play a warming effect; also found in the heap surface covered with a layer farm film, can further improve the efficiency of composting.Key words: Sola

6、r assisted temperature composting device; Innocuous treatment of interest; film花卉蔬菜秸秆太阳能辅助堆肥试验分析与研究引言：对于滇池沿湖周边地区来说，制约农业固废循环利用的最大影响因素是作物秸秆遗留大量有害病菌，直接还田会造成连作障碍，导致下茬作物减产等问题，从而广大农民不愿利用。同时应充分考虑滇池流域的实际情况全面“禁养”政策使流域内传统农户分散养殖方式基本上转变为以集中规模化养殖为主。因此，本研究在不添加畜禽粪便的条件下，通过其它方式（添加尿素等）调节C/N比，研究采用物理、化学及生物处理技术的组合应用，找到一

7、种高效、快速的农田固废太阳能辅助高温水解堆肥处理利用技术，从而提高滇池流域农业固废收集率和无害化处理利用水平。1堆肥试验工艺及装置1.1试验工艺操作流程本试验的工艺操作流程见图1-1。生物指标1.2试验装置2.试验材料与方案设计2.1试验材料（1） 花卉、蔬菜等秸秆 堆肥试验材料选用滇池流域典型的花卉、蔬菜秸秆（玫瑰花、康乃馨、水竹、白菜、西芹、青花菜、青笋、生菜等秸秆）采自呈贡斗南花卉市场、晋宁昆阳等地农田，采集后风干、剪碎、混匀，测定其基本理化性质。以混合秸秆为应用实验对象。（2）调理剂选用小麦等秸秆碎屑混合部分风化褐煤粉为好氧堆肥调理剂。（3）快腐菌剂ETM菌剂、VT-1000菌剂、自制

8、菌剂等（4）不同颜色的塑料薄膜（透明、黑色、黄色、蓝色）2.2初始物料配比微生物的生存需要营养物质，如碳、氮、磷等元素，而C/N对微生物的生长有重要的作用，大量研究表明初始C/N比在25:135:1范围内比较适宜。有关堆肥最适C/N比国内外已有大量的研究，因此本试验在总结前人研究成果的基础上选取初始物料C/N比为25：1，对最适初始C/N不做过多研究。从表2-1得知花卉秸秆的C/N比明显高于蔬菜秸秆，试验选取尿素来调节C/N比，并用小麦秸秆碎屑混合部分风化褐煤粉为好氧堆肥调理剂，使其初始物料配比控制在C/N比25：1左右，含水率60%左右，以达到最佳的发酵物料配比，具体物料配比详见表2-1。表

9、2-1初始物料的基本理化性质及配比原 料重量（kg）含水率(%有机碳(g/kg全氮(g/kgC/N比玫瑰花-65.06483.1410.4546.25康乃馨-78.35518.2016.4631.48水竹叶-80.91404.0810.5838.24白菜茎叶-90.53429.4249.408.69西芹茎叶-86.20466.8333.2814.01青花菜茎叶-86.66439.8242.8310.27小苦菜茎叶-94.65351.3841.058.56青笋茎叶-94.75400.6021.1518.94生菜茎叶-92.92410.8234.1611.92混合秸秆1087.27415.6312

10、.5733.07尿 素0.10.62110.62465.20.25褐煤粉0.2520.73769.538.7687.85小麦秸秆0.512.5434.211.9236.43混合后10.8560%426.4416.7325.50注：蔬菜、花卉秸秆粒径控制在0.5cm1cm左右2.3试验堆肥方法试验设11个处理，每个处理堆料和菌剂混合充分后堆成金字塔状，并在堆体表面覆盖一层农用塑料地膜，用来保持温度和水分。最后在倾斜面上覆上不同颜色的塑料膜，分别堆在简易的太阳能辅助木箱中，让其在太阳能辅助自然通风条件下稳定腐熟。各个处理随机排列：A：混合堆料 （CK）B：混合堆料 + ETM菌剂C：混合堆料 +

11、VT-1000菌剂D：混合堆料 + ETM菌剂（0.3Kg）+ 太阳能辅助（黑色塑料薄膜）E：混合堆料 + VT-1000菌剂（50ml）+ 太阳能辅助（黑色塑料薄膜）F：混合堆料 + ETM菌剂（0.3Kg）+ 太阳能辅助（蓝色塑料薄膜）G：混合堆料 + VT-1000菌剂（50ml）+ 太阳能辅助（蓝色塑料薄膜）H：混合堆料 + ETM菌剂（0.3Kg）+ 太阳能辅助（黄色塑料薄膜）I：混合堆料 + VT-1000菌剂（50ml）+ 太阳能辅助（黄色塑料薄膜）G：混合堆料 + ETM菌剂（0.3Kg）+ 太阳能辅助（透明塑料薄膜）K：混合堆料 + VT-1000菌剂（50ml）+ 太阳能辅

12、助（透明塑料薄膜）堆肥期间分别于0 d、3 d、6 d、9 d、12 d、18 d、21 d进行采样，且在第3 d、6 d、9 d、12 d、18 d、21 d进行翻堆，共计6次，并且根据每次采样所测的含水率、堆体高度及堆料容重，调节堆料的水分，使其含水率保持在50%左右，在自然腐熟阶段保持在40%左右。在堆肥期间于每天的9:00,14:00,17:00记录温度。2.4堆肥试验参数与分析方法（1）采样方法采样的时间：堆肥前对堆料进行基本性质分析，在堆肥过程中于第3，6，9，12，15，18，21d采样分析。采样具体操作如下：在每次采样时间里，翻堆前后均测定6个点温度，取平均值为堆体温度。在每次

13、翻堆充分拌匀后，按5点采样法，每个处理每次采集6个混合样，其中3个混合样风干测定全量，3个混合样保存于4冰箱中以测定水溶性指标。（2）参数测定方法表2-2分析项目所用方法编号测定项目分析方法备注1堆肥温度酒精温度计2含水率75鼓风干燥法3PH值PH计（PHS-3D）4有机碳（挥发固体）55灼烧法8h5全氮硫酸水杨酸催化剂消化法6NO3-N紫外分光光度法7NH4-N靛酚蓝8全磷钒钼黄比色法9全钾火焰光度法2.5腐熟度判断标准（1）外观评分法采用外观评分法综合考虑物理评价指标中各表观特征，结合堆肥操作条件，通过观察堆肥物理性状及堆积情况，对堆肥腐熟度进行评分，从而实现量化判别的方法。该方法的评分标

14、准见表2-3。对照表2-3中各项目的评分标准对堆肥进行现场评价打分，合计总得分，得分在30分以下为未腐熟，3170分为半腐熟，71分以上为完全腐熟。表2-3堆肥现场评价腐熟度判断标准评价指标评分标准颜 色黄至黄褐色：2分；褐色：5分；黑褐色至黑色：10分形 状原状：2分；相当大的变化：5分；蓬松颗粒状（粉末）：10分臭 味臭味大：2分；臭味小：5分；堆肥臭（湿润的泥土气味）：l0分水 分用手紧握水从指间滴出，70以上：5分；紧握粘在手上，60左右：10分；紧握不太粘手，50左右：20分堆肥过程中的最高温度50以下：2分；5060：10分；6070：15分；70以上：20分翻堆次数2次以下：5分

15、；36次：10分；7次以上：20分强制通风没有：0分；有：l0分（2）通过NO3-N含量的测定来判断腐熟度NO3-N含量的增加也可以作为堆肥稳定度的一个评价指标因为在堆肥的高温阶段，由于高温环境强烈抑制了硝化细菌的生长活动，所以NO3-N在高温阶段的含量极低，接近于零。之后，随着温度的下降，硝化细菌快速繁殖生长，一部分 NH4-N被转化为NO3-N而使其含量迅速提高。可以认为，当堆肥中出现NO3-N或其含量开始升高时，表明堆肥已经过强烈的高温分解过程，已达稳定。3.试验结果与分析3.1堆体温度时间变化从图3-1可以看出，对照A在不做任何处理条件下，堆体温度随时间的变化基本没有改变。对照B、C在

16、只加菌剂不覆盖塑料薄膜的条件下，温度在第3天左右有小幅度的增长，到第9天时就开始明显下降并保持16左右不变。处理D、E温度上升缓慢，在第8天左右达到最大值，并维持高温阶段5天后堆体开始下降。其余处理温度在第2天就出现了明显的起爆阶段，到第4天均达到60以上，并保持7天的高温阶段，到12天以后温度又开始下降直到21天逐渐趋于室温。从处理F、G、H、I、J、K的温度变化情况，可以看出几个处理均经历了三个发酵时期，即升温期、高温期和降温期。几个处理中均出现如陈同斌等提出的在堆肥的起始阶段，堆体还要经历一个从低温到高温的起爆阶段，维持7天左右的高温期后过后进入降温阶段，堆体温度在12天后有较大的波动，

17、于20天后逐渐降至室温。透明薄膜，因此纯透明薄膜对堆体的温度增温效果最明显。3.2气味和色度在处理A、B、C的堆肥初期，从发酵仓中持续散发出恶心的蛋白质发酵的臭味，同时还伴有强烈刺鼻的氨味。随着时间的延长，蒸发的量增大堆体水分含量降低，臭味逐渐消失。堆料颜色由绿色逐渐变黄绿，最终产品为黄干状物料。在处理D、E的堆肥初期，从发酵仓中散发出恶心的蛋白质发酵的臭味，同时还伴有其强烈刺鼻的氨味和臭鸡蛋气味，由于其中以小麦秸秆为调理剂，同时小麦秸秆也对气体起了过滤的作用。随着堆肥时间的延续，堆料的颜色由绿色逐渐变浅，最终产品为浅灰色夹杂着一些白色丝状真菌。在处理F、H、G、I、J、K的堆肥过程中，尤其是

18、在第二发酵阶段（高温阶段），从发酵仓中散发出一些氨味和臭鸡蛋气体气味（堆肥臭），其臭味要比其它处理轻得多，气味也比较单一；随着堆肥时间的延长，堆料的颜色由绿色逐渐变深灰色，最终产品为深褐色蓬松颗粒状。3.3含水率的变化从图3-2中，可以看出，处理A中堆体水分含量随时间变化，逐渐降低于10%左右。与B、C处理比较，堆肥初期B、C中，由于微生物水解发酵作用会产生一定量的水分，但蒸发量大于水解发酵作用，总体含水率仍是呈下降趋势。到9天时水分含量已低于40%，微生物水解发酵作用降低，总含水率下降趋势更加明显。堆肥D、E处理中，由于温度增长相对缓慢，含水率到第9天达到峰值63.45%，之后缓慢降低。处理

19、F、G、H、I、J、K中，含水率由起初的60%，于第3天增加到了最高值65%左右，到高温度阶段（5-12天）结束，含水率减至25%左右。再到降温阶段含水率保持在33%左右。堆肥处理F、G、H、I、J、K中，整个发酵阶段堆料的含水率降低变化十分明显。3.4 NO3-N时间变化入高温阶段。处理F、G、H、I、J、K在第3天急剧降低，又在9天以后急剧增长。这说明在第3天时的高温环境强烈抑制了硝化细菌的生长活动，使NO3-N含量很低。在第9天以后，随硝态氮（NO3-N）在堆肥化过程中的含量变化见图3-3。从图3-3中可以看出：堆肥化过程中堆料初始的NO3-N含量为124.64 mg/kg，处理A、B、

20、C在整个堆肥过程中，没有大的变化。处理D、E在堆肥前期有缓慢的增加，到第9天后迅速减少，说明在温度在9天才开始进着温度的下降，硝化细菌快速繁殖生长，一部分NH4-N被转化为NO3-N而使其含量迅速提高。图3-3的NO3-N时间变化趋势也和硝化细菌温度随时间变化的硝化和反硝化作用相一致。3.5堆肥产品的腐熟度判断当堆肥期到21天时，11个堆肥处理中大部分温度已经趋于环境温度，再没的大的温度变化，颜色多以黑褐色为主。因此对照前文的腐熟度判断标准，来判定它的腐熟程度。通过外观评分法，发现处理A只有15分，处理B、C也只有24分，说明处理A、B、C未腐熟；处理D、E分别为62分和59分，说明这两个处理

21、未完全腐熟；处理F、G、H、I、J、K通过外观评分法，均达到80分以上，说明这6个处理都完全腐熟。其中以J、K堆肥处理分数最高，分别达到了89分和88分，也说明了这两个处理的腐熟程度最高。同时，还可以通过化学指标NO3-N含量的测定来判断腐熟度。从图3-3的NO3N随时间的变化趋势可以清楚的进行腐熟度判断，其结果也基本与外观评分相一致。3.6堆肥产品的养分含量表3-4不同处理堆肥养分含量比较（g/kg）处理全氮全磷（P2O5）全钾（K2O）A13.53a1.276a9.432aB15.64a1.164a8.956aC16.03a1.225a9.433aD19.82b2.306b14.632bE

22、19.15b2.248b15.887bF29.65A3.985A24.685AG27.47A3.432A24.046AH28.26A3.861A23.864AI26.79A3.147A23.821AJ30.05A4.058A25.134AK28.94A3.719A25.328A从表3-4中可以看出对照处理A中的全氮含量最低（13.53g/kg）。对照组B、C中全氮含量也较低，对照组之间没有显著性差异。由于处理D、E没有完全腐熟，其全氮含量较对照组中的高，但又比覆盖塑料薄膜的低。对比处理F、G、H、I、J、K处理中的全氮含量，比对照组有极显著性差异，其中以J、K处理（透明塑料薄膜）中全氮含量最高

23、。对比不同菌剂处理间的全氮含量，说明用VT-1000菌剂处理的堆肥中全氮含量要好于ETM菌剂。从表3-4中可以看出三个对照组之间，全磷含量没有显著性差异。D、E处理全磷含量要显著高于对照组，又低于显著低于用其它颜色覆盖的塑料薄膜。对比处理F、G、H、I、J、K处理中的全磷含量，比对照组有极显著性差异，其中以J、K处理（透明塑料薄膜）中全磷含量最高。对比不同菌剂处理间的全磷含量，说明用ETM菌剂处理的堆肥中全磷含量要好于VT-1000菌剂。比较堆肥中全钾含量与全氮、全磷含量类似。对照组之间没有显著性差异，用黑色塑料薄膜覆盖处理全钾含量要显著低于用其它塑料薄膜，其中以透明塑料薄膜覆盖处理全钾含量最

24、高。4.讨论堆体温度是堆肥化过程中最重要的参数之一，决定着有机物降解速率。对照B、C在只加菌剂不覆盖塑料薄膜的条件下，温度在第3天左右有小幅度的增长，到第9天时就开始明显下降并保持16左右不变。其原因这可能是堆体表面没有覆盖一层农用塑料地膜，使其水分蒸发量大，从而抑制了微生物的发酵作用。黑色覆盖塑料薄膜处理温度上升缓慢，其余处理温度在第2天就出现了明显的起爆阶段，到第4天均达到60以上，其原因这可能是覆盖黑色塑料薄膜，表面对太阳光有很强的吸收作用，只对塑料膜表面有增温作用（由于黑色膜是覆盖在箱体上，并不是直接覆在堆体表面），而对堆体增温效果不明显，若黑色覆盖塑料薄膜直接覆在堆体表面增温效果将大

25、大提高。在有机固体废物堆肥化过程中，合适的堆料含水率是堆肥微生物赖以生存的必要条件。通常情况下，堆肥过程中堆肥物料水分一方面由于有机物的氧化分解所产生的水分而增加，另一方面由于通风作用以水蒸气的形式挥发而降低，含水率的变化是这两方面因素叠加的结果。堆肥处理F、G、H、I、J、K中，整个发酵阶段堆料的含水率降低变化十分明显，这主要是由几方面的原因造成，一方面是加入小麦秸秆调节空隙率堆料比较松散，通风带走的水分比较大，一方面是由于混合秸秆C/N比适宜，有利于易降解有机物的高温快速降解，有机质量的减少也影响的堆料的水分含量。另一方面是因为处理中堆体表面覆盖一层农用塑料地膜，有效地保持水分，减少了蒸发

26、量。这与李国学等以多种有机物料堆肥水分变化的研究结果一致。通过外观评分法或NO3-N含量的测定来判断腐熟度得知，使用太阳能辅助装置（特别是覆盖透明塑料膜）腐熟度明显高于一般堆肥；全氮，全磷，全钾最后含量与腐熟度呈正比，符合阳能辅助装置（特别是覆盖透明塑料膜）堆肥效率较高特点。其原因这可能是太阳能辅助装置采用覆盖膜倾斜角为27°，为昆明地区全年最佳太阳辐射吸收角度且透明塑料膜可透射各波段的光。同时，地膜的覆盖也起到只要重要，在加入小麦秸秆调节空隙率堆料比较松散，通风好的情况下，地膜能保温调湿度，为分解细菌提供良好生存环境。5.结论5.1太阳能辅助堆肥装置在堆料相同情况下，堆肥效率高于一般堆肥方式。5.2太阳能辅助堆肥装置（斜面为27°）中堆肥效率：透明膜覆盖且堆