不同堆沤方式对蚕沙部分理化指标动态变化的影响

陈芳艳，钟杨生，李文楚，王叶元，马 冲，林健荣

(华南农业大学 动物科学学院，广东 广州 510642)

蚕沙是蚕桑养殖业的主要废弃物，每生产100 kg 蚕茧可得600 kg 风干蚕沙［1］，我国每年生产蚕茧约65 万t，养蚕产出的蚕沙数量极其可观.蚕沙干物中含氮15～30 g/kg，磷(P2O5)1～10 g/kg，钾(K2O)20～35 g/kg［2-3］，是优质的有机肥料.目前，蚕沙的处理，除工厂收集极少一部分用于提取叶绿素外，大多数蚕区的蚕沙被随意丢弃或直接施回桑田，不仅污染环境，而且隐藏于蚕沙中的病原微生物又会大量繁殖，通过桑叶回传蚕房，成为二次感染病原诱发蚕病，严重影响到蚕业生产的可持续发展.因此，将蚕沙通过堆肥的方式处理，是实施蚕沙无害化、资源化利用的有效途径，其目的是通过堆肥发酵产生的高温杀灭蚕沙中的病原微生物，同时使蚕沙中不稳定的有机物、营养物质逐步降解为性质稳定、对桑树等植物无害并可改良土壤的有机肥料.有关蚕沙肥的堆肥方式、蚕沙肥的肥效研究虽有一些报道［4-8］，但对蚕沙堆肥过程中的理化性质变化缺少系统的研究分析［2，9］.为此，本研究模拟单户蚕农单批次的蚕沙产量进行研究，测定了蚕沙堆沤过程中温度、pH、氮、磷、钾、有机质含量的变化，为蚕沙的使用及今后进一步开展堆肥研究提供参考依据.

1 材料与方法

1.1 材料

5 龄新鲜蚕沙，由广东省蚕业技术推广中心提供.

1.2 蚕沙的堆沤处理及采样分析

收集5 龄蚕在同一天排泄的粪便(蚕沙).称取50 kg 新鲜蚕沙4 份.2 份置于底部有孔的塑料大桶中，进行开放式的好氧堆沤处理，桶中插入圆形通心的管子通氧(T1);另外2 份蚕沙用塑料袋包好，袋口扎紧，然后置于塑料桶中进行封闭式厌氧堆沤(T2).分别于0、5、10、20、30、40、50 d 时多点取样，每次约取蚕沙500 g 左右，混匀后用保鲜袋密封带回实验室.鲜物立即测定含水率、pH 和种子发芽指数，剩余蚕沙风干，粉碎后过1 mm 筛，备用.

1.3 测定项目与方法

温度、pH、含水率、有机质、腐殖酸、氮、磷、钾采用常规理化分析方法［10］.发芽指数的测定参照陈晓萍等［11］的方法.

2 结果与分析

2.1 蚕沙堆沤过程中温度、pH 及含水率的变化

蚕沙堆沤过程中的温度变化见图1.T1 堆沤方式从第1 天开始升温，第2 天可达50℃以上，第5 天达最高温度56℃，第10 天才降至50℃以下;第31天起，蚕沙堆体的温度出现小幅的上升，第36 天时降至环境温度，出现了2 次发酵的现象.T1 第1 次升温期温度高(50～56℃)持续时间长(9 d)，有足够的热量来杀灭病原菌［12］，符合我国粪便无害化卫生标准GB7959—1987［13］规定的要求.第2 个温度峰的出现可能是由于嗜温细菌活跃，分解剩余的难降解的纤维素引起［14-15］.T2 没有出现升温的过程，这可能与厌氧条件下微生物繁殖速度慢有关.可见采用封闭式堆沤发酵速度慢、温度低，无法达到使蚕沙无害化之目的.

图1 堆沤过程中温度的变化Fig.1 Changes of temperature during composting process

图2 堆沤过程中pH 的变化Fig.2 Changes of pH during composting process

蚕沙含水量为65%，随着时间的延长，T2 含水率呈缓慢上升的趋势，而T1 含水率则在波动中略有下降(图3).T1 在高温期水分蒸发快，因此含水率相对低些，但高温期过后，仍然有少量微生物的活动，而此时堆体温度低，如果环境湿度大，会造成水分蒸发慢，含水率上升.由于南方地区空气湿度大，水分难以蒸发，因此蚕沙含水率较高.T2 虽然有机质分解速度慢，但水分无法蒸发，因此含水率较T1高，含水率波动变化相对较稳定.

图3 堆沤过程中含水率的变化Fig.3 Changes of moisture percentage during composting process

2.2 蚕沙堆沤过程中有机碳、氮及w(C)/w(N)的变化

蚕沙有机碳的变化情况见图4.T1 在前期(0～30 d)有机碳的含量持续下降，后期出现上升的趋势.这与初期有机碳分解速度快，后期分解速度慢［18］，以及堆体的总质量下降有关.T2 由于作用缓慢，有机碳的含量基本无变化.

图4 蚕沙堆沤过程中有机碳的变化Fig.4 Changes of organic carbon during composting process

全氮量在堆沤过程中的变化见图5.在堆沤过程中，T2 全氮量基本上没变化;T1 的全氮量在5～10 d 和30～40 d 时分别出现了1 次明显的上升，将全氮量这种变化趋势与堆沤温度变化曲线(图1)进行综合比较分析，全氮量的上升恰好在高温期(5～10 d)和第2 次升温期(30～40 d)，可见升温对全氮量起到浓缩的作用.T2 速效氮的含量缓慢上升，而T1速效氮的含量除了在第5 天时略有上升外，其他时间段含量与堆沤前接近.

图5 蚕沙堆沤过程中全氮量、速效氮的变化Fig.5 Changes of total nitrogen and available nitrogen during composting process

由图6 可知，T2 的w(C)/w(N)基本无变化，T1 的w(C)/w(N)在第5～10 天第1 次高温期时出现显著下降，之后趋于平稳，w(C)/w(N)由最初的15.84 降至10.71.蚕沙w(C)/w(N)不高，为了提高蚕沙堆沤的肥效，应考虑添加w(C)/w(N)高的材料混合进行发酵.

图6 堆沤过程中w(C)/w(N)的变化Fig.6 Changes of w(C)/w(N)during composting process

2.3 蚕沙堆沤过程中磷、钾及腐殖酸的变化

在堆沤过程中全磷的绝对总量理论上是不变的，之所以全磷含量呈上升或下降的趋势是由于受到堆体总质量下降的影响.图7 结果表明，T2 全磷和速效磷的含量总体变化平缓，这与封闭式堆沤发酵速度慢有关;T1 全磷和速效磷的含量在20～40 d时呈较明显上升趋势，之后下降.

图7 蚕沙堆沤过程中全磷、速效磷含量的变化Fig.7 Changes of total phosphorus and rapidly available phosphorus during composting process

全钾和速效钾的含量在蚕沙堆沤过程中的变化见图8.在堆沤过程中全钾的绝对总量理论上不会变化，但由于堆体绝对质量的减少，因此全钾的含量呈逐渐上升的趋势.蚕沙中的钾几乎全部为可直接利用的速效钾.

图8 蚕沙堆沤过程中全钾及速效钾的变化Fig.8 Changes of total potassium and available potassium during composting process

腐殖化是堆肥腐熟的评价指标［19］.堆沤过程中腐殖酸的变化结果见图9，T1 腐殖酸的含量在堆沤的0～20 d 时呈上升趋势，20～30 d 开始下降，30 d以后趋于稳定;T2 腐殖酸的含量在整个堆沤期相对较稳定，说明堆沤进程慢，基本没有腐殖化.

图9 堆沤过程中腐殖酸占总碳量比值的变化Fig.9 Changes of the ratio of humus acid to organic carbon during composting process

2.4 对种子发芽指数的影响

种子发芽指数(GI)是评价堆沤腐熟度的一个非常重要的指标，当GI＞50%时，即表明堆沤已经达到可接受的腐熟度;GI＞80%则表明堆沤已达到完全腐熟［17］.T1 在20 d 时发芽指数已超过50%，T2 处理50 d 发芽指数仍低于50%.

3 结论

蚕沙开放式堆沤发酵速度快，发酵温度高，50℃以上的温度可持续9 d，能达到杀灭病原菌的温度要求;而封闭式堆沤发酵温度低、速度慢，因而蚕沙堆沤以开放式堆沤为好.经过20 d 的开放式堆沤，蚕沙有机碳的质量分数为352.41 g/kg，w(C)/w(N)为11.01，全氮、全磷(P2O5)、全钾(K2O)的含量分别为32.0、10.58、38.6 g/kg，总养分(N +P2O5+K2O)质量分数为81.2 g/kg，pH 7.14，发芽指数＞50%，经过堆沤处理的蚕沙基本符合有机肥的技术标准.蚕沙w(C)/w(N)低于20∶1，含水率多数在60%以上，要提高蚕沙肥的质量，应选择合适的调理剂.

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