有機廢棄物CO2施肥發(fā)酵過程中基質理化性狀變化及殘渣培肥土壤的作用.pdf

1、本文針對農業(yè)有機廢棄物(秸稈和畜禽糞便)處理難、大棚土壤退化嚴重、生物有機肥貨架期短和實際生產中有機肥用量不足等問題，采用實驗室和生產相結合的方法，研究了有機廢棄物CO2施肥發(fā)酵過程對堆肥中抗生素降解、堆肥溫度、pH、C、N、微生物和病原菌的影響，并研究了土壤中添加堆肥對抗生素的吸附作用；研究了蠟狀芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和EM菌對黃瓜和番茄枯萎病菌的抑制作用；在堆肥結束時，將有益微生物接種到發(fā)酵殘渣中，施于大棚連作土壤，以番茄(Lyco

2、persicum esculentum Mill)作為供試作物，探討了殘渣對連作土壤的改良和培肥作用及對番茄生長的促進作用，以進一步完善堆肥對大棚退化土壤的修復和培肥技術體系。主要研究結果如下：
　　 ⑴土壤和堆肥中四環(huán)素類抗生素(TCs)的提取和HPLC檢測方法及其吸附和降解研究。用1 mol·L-1 NaCl/0.5 mol·L-1草酸/乙醇(25/25/50，v/v/v)混合溶液可以有效提取土壤和堆肥樣品中的土霉素(OTC

3、)、四環(huán)素(TC)和金霉素(CTC)等3種四環(huán)素類抗生素，其回收率在76.0％-92.5％之間。利用高效液相色譜法(HPLC)對上述3種抗生素的測定條件和方法探索結果表明，采用AgilentEclipse XDB-C8(4.6×150 mm，5μm)色譜柱，流動相為0.01 mol·L-1草酸/乙腈/甲醇(79/10.5/10.5，v/v/v)，流速1.0 mL·min-1，進樣量5μL，紫外檢測波長268 nm，以外標法定量，在20

4、min內就可將它們完全洗脫并達到基線分離；在0-10 mg·L-1范圍內，抗生素濃度與峰面積呈顯著的線性關系，相關系數R2均>0.999。吸附試驗表明，壤土(Haplaquents)和紅土(Kandiudox)和土壤/堆肥混合物對四環(huán)素、土霉素和金霉素的吸附均符合Freundlich模型，吸附量隨抗生素濃度的增加而增加；3種抗生素在基質中的吸附能力依次為：CTC>TC>OTC；堆肥對抗生素的吸附能力顯著高于土壤和土壤/堆肥混合物；紅土的

5、吸附能力高于壤土。抗生素在土壤中的吸附受土壤pH、有機碳含量和CEC含量影響。土壤中加入堆肥可以增加對抗生素的吸附，加入的堆肥越多，對抗生素的吸附越多。當加入到土壤中的堆肥使得土壤中有機碳的含量達到5％時，有機質對其吸附的影響占主導地位。四環(huán)素、土霉素和金霉素在不同電解質溶液中的吸附趨勢為：0.01 mol·L-1KCl≥0.01 mol·L-1CaCl2。降解試驗表明，抗生素在降解過程中出現可逆的異構化反應，其降解速率除受土壤性質影響

6、外，還與四環(huán)素本身的結構和理化性質有關。
　　 ⑵有機廢棄物CO2施肥發(fā)酵過程堆溫、pH、C、N、微生物、病原菌和抗生素的變化。連續(xù)記錄結果表明，采用秸稈和畜禽糞便發(fā)酵進行大棚CO2施肥，其堆體升溫非常迅速，在第5 d時即達到最高值64.5℃。整個發(fā)酵過程堆溫在50℃以上持續(xù)了12 d，55℃以上持續(xù)了7 d；堆肥第35 d開始，糞大腸菌群值MPN在10-1-10-2之間，均符合國家《糞便無害化衛(wèi)生標準(GB7959-87)》規(guī)

7、定的標準。發(fā)酵過程中，pH先迅速上升，在第14 d時達到最高，由初始值7.09上升到8.06；之后逐漸下降，在結束時又略有升高。NH4+-N濃度也呈先上升后迅速下降態(tài)勢，最終穩(wěn)定在0.45 g·kg-1；NO3--N則由開始幾乎為0升高到0.67g·kg-1；有機C含量和C/N比分別降至233 g·kg-1和18/1；堆肥結束時，基質的總C和總N分別損失了69.8％和38.0％。堆肥過程中，細菌數量呈現高-低-高趨勢，放線菌和真菌則呈現

8、先升高后降低并最終達到穩(wěn)定的趨勢。達到了糞便無害化衛(wèi)生標準的要求。發(fā)芽指數試驗表明發(fā)芽率達到98％，另外，堆肥可以迅速降低TCs的濃度。堆肥第7 d時，OTC、TC和CTC分別減少了77.6％，77.5％和86.8％。CTC在第14 d，土OTC、TC在第42 d則可被全部降解。試驗結果表明該發(fā)酵方法實現了有機廢棄物的無害化、減量化和資源化。吸附試驗結果顯示土壤中加入堆肥可以顯著提高對四環(huán)素類抗生素的吸附能力，降低其環(huán)境風險。
　

9、　 ⑶蠟狀芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和EM菌對枯萎病菌的抑制作用。對峙試驗結果表明蠟狀芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和EM菌對黃瓜及番茄枯萎病菌具有明顯的抑制效果。其中，蠟狀芽孢桿菌對4種致病菌的抑制效果最好，抑制率為20％-50％?？莶菅挎邨U菌和EM菌對致病菌的抑制率為6.7％-34.8％。孢子萌發(fā)試驗結果表明，當拮抗菌和EM菌的稀釋倍數≤20時，基本可以抑制枯萎病菌孢子的萌發(fā)，而濃度為108cfu·mL-1的拮抗菌和 EM菌則可以完全抑制枯萎

10、病菌孢子的萌發(fā)。
　　 ⑷發(fā)酵殘渣接種有益微生物對大棚連作土壤的修復和培肥作用。試驗選用棚齡為5年的水稻土和棚齡為10年的潮土為供試土壤，番茄為供試作物。結果表明，發(fā)酵殘渣配施蠟狀芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和/或EM菌均可以不同程度地促使退化土壤pH值增加，EC值降低，尤其是同時接種3種微生物的處理效果最明顯，這對有效緩解土壤酸化和次生鹽漬化起到一定的效果。兩種土壤的N、P、K等速效養(yǎng)分和土壤有機質含量顯著增加，這可以促進農作物對養(yǎng)