绿化植物废弃物热发酵技术及应用

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　　摘  要：随着城市园林绿化的快速发展，绿化植物废弃物的产生量巨大并不断增加，绿化植物废弃物资源化利用高质量技术研究具有重大意义。其研究的绿化植物废弃物的热发酵技术包括粉碎、混合、热发酵;通过高温发酵技术能快速启动微生物发酵腐解过程，加快绿化植物废弃物的腐熟，进而大大缩短了发酵周期，机器化节省了场地，操作简单，发酵完全。其产物为有机覆盖物和有机基质，将绿化植物废弃物资源化利用，实现城市绿地的低成本维护和可持续发展，发挥生态效应。
　　关键词：绿化植物废弃物;热发酵技术;有机覆盖物;有机基质
　　中图分类号：S731          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）33-0139-03
　　Abstract： With the rapid development of urban landscaping， the production of greening plant waste is huge and increasing. The research on high quality technology of resource utilization of greening plant waste is of great significance. The thermal fermentation techniques of greening plant waste include crushing， mixing and thermal fermentation. The high temperature fermentation technology can quickly start the microbial fermentation decomposition process， speed up the ripening of green plant waste， and then greatly shorten the fermentation cycle， machine save the site， simple operation， complete fermentation. The products are organic mulch and organic matrix， which can make use of greening plant waste， realize the low-cost maintenance and sustainable development of urban green space， and give full play to the ecological effect. Keywords： green plant waste; thermal fermentation technology; organic mulch; organic substrate
　　1 概述
　　绿化植物废弃物是指城市绿地或郊区林地中绿化植物自然或养护过程中所产生的乔灌木修剪物、草坪修剪物、落叶、枝条、花园和花坛内废弃草花以及杂草等植物性材料。在我国经济迅速发展的推动下，目前我国城市绿化植物废弃物数量巨大[1]，并不断累积的增加，对于这些绿化植物废弃物，传统的处理方法：一是就地焚烧，焚烧的后果就会造成城市环境污染，加重空气质量的下降;二是拉到垃圾场填埋，填埋的后果就会造成现有资源浪费、占用宝贵的土地资源、增加垃圾处理成本;在现代化城市发展的推动下，处理绿化植物废弃物的传统方法已逐渐被淘汰。因此绿化植物废弃物资源的有效利用关键技术研究具有重大意义。
　　对于绿化植物废弃物资源的有效利用方面，国外一些发达国家已有较多的经验，对园林绿化废弃物收集利用方面已有很大的积累。美国、德国、加拿大等国家对绿化植物废弃物标准化的堆肥处理工艺及应用有着规范的规定，通过对绿化植物废弃物的集中收集、粉碎、堆肥、实地利用，使废弃物有效的利用，同时也使废弃物得到了充分的价值。在注重可持续发展和环保的大趋势下，目前我国各地也逐渐认识到园林废弃物循环利用的意义，由国家林业局科技司规范化处组织的国家林业行业规范《绿化用有机基质》和《绿化植物废弃物处置与应用技术规范》带动下[2]，国内绿化植物废弃物的处理方法、发酵方法有了进一步的研究。
　　但是目前绿化植物废弃物的发酵还处于传统发酵阶段，传统发酵即把粉碎后的绿化植物废弃物就地堆肥发酵，不仅占用大量的场地、操作复杂、消耗人工成本，而且发酵周期较长，长达30～50天，因此，需要研发机器化代替人工的高质量绿化植物废弃物发酵技术。绿化植物废弃物热发酵技术实际上是运用混合機加热的方法控制温度，利用微生物菌剂中微生物在好氧条件下的生命活动代谢产物的过程。
　　2 热发酵原料和方法
　　2.1 热发酵原料
　　热发酵原料为昆山市绿化植物废弃物，经过粉碎机两次粉碎处理，第一次为粗粉碎，第二次为细粉碎，由于粒径越小，接触面积越大，更有利于发酵，因此颗粒状粉碎物越细越好。微生物菌剂，主要成分为纳豆菌、芽孢杆菌、放线菌、酵母菌等多种有益微生物。热发酵辅料为尿素、水。
　　2.2 热发酵方法
　　热发酵是在混合机中进行。将粉碎后的绿化植物废弃物加入混合机中，为了使热发酵过程中物料混合均匀，热发酵物料应不宜超过搅拌器的高度。调节物料含水量、碳氮比、pH值后混合搅拌均匀，静置，使微生物菌剂在此期间繁殖、代谢，然后调节温度在55～80℃进行热发酵处理，发酵周期为3～5天。
　　2.2.1 热发酵原料预处理
　　（1）加入水调节物料含水量。由于热发酵需要适宜的含水量，含水量过高升温慢，含水量过低不利于微生物生长繁殖，因此调节物料含水量在45～60%之间。 　　（2）加尿素调节物料碳氮比。由于碳氮比过高或过低均会影响发酵的腐熟进程，微生物菌剂繁殖分解需要适宜的碳和氮，而绿化植物废弃物大部分是碳元素组成，因此需要调节适宜的碳氮比，碳氮比应调节至25～30：1。
　　（3）加微生物菌剂调节pH值。由于不同的微生物菌剂其pH值不同，其微生物的生长环境也不同，此实验的微生物菌剂的生长环境宜在中性，适宜的pH值可使微生物在此环境中发挥其应有的作用，从而加快热发酵进程，因此pH值调在中性为宜。
　　（4）热发酵原辅料加完后打开混合机搅拌均匀，静置，使微生物菌剂在此期间繁殖、代谢。
　　2.2.2 热发酵处理
　　静置后，调节混合机温度在55～80℃边加热边搅拌，进行热发酵处理，经过升温期、高温期、降温期，得其产物。
　　2.3 测定方法
　　在热发酵期间，对发酵物料进行感官、温度观察并记录，热发酵结束后检测其pH值、EC值、含水量、发芽指数、有机质、总养分。
　　（1）pH值：水饱和浸提-电位法。
　　（2）EC值：水饱和浸提-电导率法。
　　（3）含水量：采用真空烘箱法，称取样品2g，称准至0.0002g，置于50±2℃电热恒温真空干燥箱中干燥2h，计算含水量。
　　（4）发芽指数：生物毒性法，称取样品5g放入离心管中，加入50ml水，混合均匀，调节震荡仪160r/min，震荡1h，静置0.5h后用滤纸过滤，过滤液即为样品过滤液，培养皿中铺上滤纸，滤纸上放置20颗小白菜种子，吸取5ml样品过滤液于培养皿中，同时用去离子水做空白对照，调节培养箱温度为25℃，避光培养48h后，量种子的根长，计算种子发芽指数。
　　（5）有机质：重铬酸钾容量法（100℃水浴）。
　　（6）总养分：总养分为氮+五氧化二磷+氧化钾（以烘干基计）。总氮含量（以N计）：蒸馏法;总磷含量（以P2O5计）：钒钼酸铵比色法;总钾含量（以K2O计）：火焰光度计法。
　　3 结果与分析
　　3.1 热发酵过程中感官的变化
　　热发酵升温期发酵物料颜色慢慢变深，有淡淡的氨气味;热发酵高温期发酵物料颜色继续变深，上面有白色菌丝，并伴有淡淡的氨气味，发酵物料也开始变软;热发酵降温期发酵物料颜色最终变为灰褐色，有生物发酵后的芳香味，发酵物料粒径变细，为粒状，质地松软，表示发酵结束。
　　3.2 热发酵过程中温度的变化
　　热发酵阶段经过升温期、高温期、降温期3个温度变化过程，最终发酵完成，得其产物。
　　（1）升温期主要是微生物生长繁殖、代谢释放的能量使发酵物料温度升高。
　　（2）高温期主要是混合机边加热边搅拌，使温度升高，保证发酵所需的温度。
　　（3）降温期发酵物料温度由最高温度降至室温，此时发酵物料也趋于稳定状态。
　　综上分析，热发酵首先要控制好温度，在微生物生长繁殖升温期温度不宜超过微生物菌剂的耐受温度，这样会使微生物灭活，从而导致发酵不完全;其次，高温期要保证温度达到70～80℃，这样可以保证杀死草籽、虫卵、有害菌等，由此可见热发酵的关键控制指标是要掌握各个阶段的温度变化条件。
　　3.3 热发酵结束后有机基质各项指标检测结果
　　（1）pH值为8.1，呈弱碱性，符合绿化用有机基质的标准。pH值是保证植物营养最基本的参数，直接影响植物养分的有效化、植物对矿物质离子的吸收、植物根部的渗透压[3]、微生物的种类和数量，pH值精确调节有利于植物吸收有机基质中的营养成分，对植物生长发育起重要的影响。
　　（2）EC值为1.06mS/cm，符合绿化用有机基质的标准。EC值即水溶性盐分，高浓度的可溶性盐分易造成较低的养分浓度或导致养分缺乏，会使植物受到损伤或造成植物根系的死亡，为确保植物生长最佳，要控制热发酵的产物EC值在适宜范围内。
　　（3）含水量为38.9%，符合绿化用有机基质的标准。有机基质的水分对植物生长不是越多越好，也不是越少越好，因此有机基质的含水量要控制在适宜范围。
　　（4）发芽指数为120%，符合绿化用有机基质的标准。种子发芽指数是体现发酵物料对植物是否有毒的生物判断方法，发芽指数越高，说明热发酵产物越好，有利于植物生长。
　　（5）有机质为105.7%，符合绿化用有机基质的标准。有机质对植物根系有促进作用，为植物提供营养，为生物提供能量。
　　（6）总养分为2.56%，符合绿化用有机基质的标准。总养分的多少体现了有机基质中肥力的水平，总养分是提供植物生长必需的营养元素，能改善土壤物理性质，养分不足首先出现的症状为氮或磷缺乏，氮缺乏下部叶片皆变黄，当磷缺乏时下部叶片发紫。
　　4 热发酵应用
　　绿化植物废弃物热发酵的产物可作为有机覆盖物和有机基质。目前有机覆盖物和有机基质已在市场上广泛应用。
　　4.1 有机覆盖物
　　有机覆盖物是以绿化植物废弃物为原料直接铺设或初步加工后铺设于土表的均匀碎块或颗粒物质的新型地表覆盖材料[4]。有机覆盖物具有保水、调温改良土壤结构、抑制杂草、减少病虫害、防地表径流和美化景观等功能。有机覆盖物可应用于绿地、公园、道路、游乐场所、家庭园艺、盆栽等，在未来城市建设中具有重要的应用价值。
　　4.2 有机基质
　　有机基质是综合利用绿化植物废弃物加工而成的颗粒性物质。有机基质具有调节土壤理化性质、改善土壤保水保肥能力、为植物生长不断提供养分。有机基质可应用于绿地、林地、家庭园艺、盆栽、土壤改良剂、育苗基质等，提供更加经济环保稳定的土壤环境，满足各种作物生长所需的营养元素，实现城市绿地的低成本维护和可持续发展。
　　5 结束语
　　绿化植物废弃物热发酵技术，包括粉碎、混合、热发酵。粉碎：将集中收集的绿化植物废弃物用粉碎机进行两次粉碎处理，第一次為粗粉碎，第二次为细粉碎;混合：将粉碎后的绿化植物废弃物加入混合机中，加入水，调节含水量，加入尿素，调节碳氮比，加入适量微生物菌剂，调pH值，混合搅拌均匀;热发酵：调节温度在55～80℃进行热发酵处理，为热发酵提供了技术参数，热发酵技术能快速启动发酵腐解过程，加入的微生物菌剂能加快绿化植物废弃物的腐解过程，释放部分速解养分，产生大量氨基酸、有机酸、维生素、多糖、酶类、植物激素等多种促进植物生长的物质，能够促进作物根系发育，生长健壮。从而使发酵周期大大缩短至3～5天，机器化减少了绿化植物废弃物占用的场地，操作简单，节省人工成本，发酵完全，使绿化植物废弃物有效的资源化利用，充分发挥生态效应。微生物菌剂能促进绿化植物废弃物的热发酵进程，但市场上的微生物菌剂耐受温度较低，因此研究能耐受温度高的微生物菌剂很有必要。
　　参考文献：
　　[1]伍海兵.城市绿地土壤物理性质特征及其改良研究[D].南京农业大学，2013.
　　[2]洪霞，张璐.杭州西湖景区园林绿化废弃物资源调研[J].现代园艺，2015（05）：9-10.
　　[3]尚颖.酸碱度对水稻幼苗镉离子吸收转运特性的影响[D].沈阳农业大学，2017.
　　[4]方海兰，吕子文，杨意，等.绿化植物废弃物处置技术规范[J].园林，2012（02）：38-41.
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