废弃蘑菇堆肥和生物炭两段共生堆肥过程中物理，化学和微生物特性的变化外文翻译资料

 2022-03-11 10:03

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废弃蘑菇堆肥和生物炭两段共生堆肥过程中物理，化学和微生物特性的变化

摘 要：这项研究确定是否可以使用两阶段共堆肥将绿色垃圾（GW）转化为有用的堆肥。绿色垃圾是与废弃蘑菇（SMC）（0％，35％和55％）和生物炭（BC）（0％，20％和30％）共堆肥。通过联合添加SMC和BC，大大提高了堆肥产品的养分含量，提高了堆肥温度，粒度分布，自由空气层，阳离子交换量，氮转化，有机质降解，腐殖化，元素含量，需氧异养菌的丰度，脱氢酶活性和对萌发种子的毒性。GW中添加了35％SMC和20％BC，并且通过两阶段共堆肥技术导致仅在24天内生产最高质量的堆肥产品，而不是传统堆肥所需的90-270天。

关键词：堆肥；绿色垃圾；菇渣；生物炭；两阶段联合堆肥

1 引言

有机固体废弃物，如农业和森林废弃物以及城市固体废弃物已成为世界发达国家和发展中国家的主要环境和社会问题。在中国，绿色垃圾（GW）被认为是一种城市固体垃圾，主要包括公园和花园垃圾和碎屑。GW一直被焚烧或存放在垃圾填埋场，这是不受欢迎的做法，因为它们产生大量的温室气体，占用宝贵的农地。与传统处理方法相比，堆肥作为处理和利用有机废物的环境可接受的方式受到越来越多的关注。堆肥可以被定义为在有氧条件下生物分解和稳定废物的过程，可以将有机废物转化成稳定的最终产物，其不具有植物毒性，不含病原体，并且可以用作底物和营养素 植物生长的来源或作为改善土壤性质的调理剂。术语“共堆肥”是指同时堆肥几种残余物质，如脱脂坚果壳，稻草和动物粪便; 橄榄油厂废水污泥和农业废弃物; 城市生活垃圾和家禽粪便;大豆残渣和叶子。联合堆肥不仅可以同时处理不同的有机废物，还可以通过综合利用多种废物特性来提高堆肥质量。另外，当两种或更多种有机废物堆肥在一起而不是分开时，发酵时间可以缩短。

目前的研究涉及GW与废菌堆肥（SMC）和生物炭（BC）的共堆肥。 SMC是蘑菇产业的一种废品，含有蘑菇菌丝体和高含量的有机物质，氮（N），磷（P）和钾（K）等残余营养物质。 作为堆肥成分，SMC还具有许多其他所需的特性，包括高含水量，低堆积密度，和没有植物病原体。此外，SMC含有许多残余的酶，如蛋白酶，纤维素酶，半纤维素酶，LiP，MnP和漆酶。虽然在中国生产的SMC数量很高，但并没有得到有效的处理。大多数SMC要么撒在土地上，要么倾倒在垃圾填埋场中，只有很小一部分用作土壤改良剂或灌封材料。由于GW含有大量的木质素，所以当与GW堆肥时，SMC可能特别有效。 木质素是一种顽固的有机聚合物，可抑制微生物进入纤维素和半纤维素，从而减缓堆肥过程。SMC可以增强降解木质素，因为它含有木素降解酶和一个大型和活跃的微生物群落。然而，SMC对GW堆肥的影响尚未确定。

堆肥也可以通过添加诸如BC的填充剂来增强，所述BC是在低氧条件下通过生物质慢速热解产生的富碳材料。作为可再生能源生产的副产品，BC是一种廉价的可再生资源，可以改善土壤结构，促进植物生长。作为有机废弃物堆肥中的一种填充剂，BC可以降低堆密度（从而减缓通气，增加水分保留），提高阳离子交换容量（CEC），从而改善最终堆肥。而且，BC可以增强气态NH3和水溶性的吸收，从而减少N损失。 BC的高表面积和孔隙度还可以帮助结合营养，防止浸出造成的损失，为有益微生物提供栖息地，并提高氧气和水的利用率;这些影响可以刺激微生物的活动和繁殖，从而加速有机废物的退化。Dias等报道，当鸡粪与BC以1：1（w / w）的比例混合时，有机物质降解73.2％。然而，关于BC对GW堆肥的影响的信息很少。

目前的研究评估了GW与SMC和BC的两阶段共堆肥是否缩短了组成阶段并产生了高质量的堆肥。堆肥的物理，化学和微生物特性的变化是在共堆肥过程期间和结束时测量，以确定SMC和BC的最佳比例。

2 方法

2.1.原料堆肥材料

GW主要包括中国北京城市景观维护产生的落叶和枝条。SMC，从北京京普源生物工程有限公司（中国）获得，主要由蘑菇降解由蘑菇栽培产生的稻草。BC是由椰壳纤维（椰子壳纤维）制成的，在低温热解设备中在约450℃下生产。在堆肥过程中使用竹醋，因为它减少了氮的挥发; 竹醋购自北京凯因有机肥有限公司（中国）。为加速初始堆肥过程，原料被接种微生物，其为木霉属混合物（60％，v / v）和黄孢原毛平革菌（40％，v / v）。在堆肥实验开始之前测量了原始堆肥材料的选定物理化学性质（表1）。确定方法在2.4节中描述。

2.2.堆肥设置和设计

原料经历了两个阶段的共堆肥过程，包括一次发酵（PF）和二次发酵（SF）。有了这个新的方法，高温阶段（50-60℃）可达到两次（PF期间一次，SF期间一次）。这增加了微生物活性，并减少了获得成熟堆肥所需的时间。

在共堆肥过程开始之前，将GW切成1cm的块，将SMC切成0.5cm的块，将BC通过0.2cm的筛子。如表2所示，将SMC和BC与GW以9种不同的比率混合。然后，通过施用尿素将每种混合物的C/N比调节至25-30，并且水分含量为通过加水调节至60-70％; 这种水分含量在整个堆肥过程中保持不变。用SK-100水分计（日本东京）每天测定堆肥混合物的含水量。 最后根据最初的GW的干重，计算微生物接种量。 然后将微生物接种物喷在堆肥混合物上，混合物均匀混合。

在第0天（共堆肥开始和PF开始），将堆肥混合物添加到消化池中，该消化池是未覆盖的水泥容器。 每个消化池长6米，宽2米，高1.5米，并有一个自动堆肥转向和浇水系统。 九个处理池中的每一个都由三个重复消化单元代表。 在PF期间，每天将混合物转动40分钟。 当混合物的温度升高到60-70℃时，每100kg GW（干重）加入竹醋液（2L稀释在2L水中）。 当溶液被转动时，将醋溶液撒在混合物上。 当第6天所有的温度降到45-55℃时，PF被认为完成。

对于SF，每个消化池中的混合物再次用稀释的竹醋处理，然后在第6天形成三条。每条长2米，宽1.5米，高1米。 每3天用一台小型挖掘机翻草40分钟，以确保氧气供应。 SF期间，每6天加入一次稀释的竹醋液，最后，当堆放的温度下降到环境温度时，堆肥被认为是成熟的。

2.3 现场采样和监测

在第0, 2, 4, 6, 12, 18, 21, 24, 28和30天使混合物开始转动时，对每个消化池或者长条的顶部，中部和底部进行取样。将三个子样品（200g每个子样品）混合以制造每个消化器的一个复合样品。每个复合样本分成三部分。第一部分风干（含水量3-5％），第二部分在65℃烘箱干燥。将所有干燥的样品在小型研磨机中粉碎，通过土壤筛（0.25和0.1mm），用于分析。空气干燥样品用于测定物理性质，CEC，总磷（TP），总可溶性氮（TSN），总凯氏氮（TKN），可溶性有机碳（SOC），总有机碳（TOC）， -N和-N，有机质（OM），腐殖酸（HA）和黄腐酸（FA）。用烘箱干燥的样品进行元素分析，总钾（TK）和常量、微量营养素的含量测定。第三部分未干燥，保存在4℃的塑料容器中;它被用来量化总需氧异养菌（TAH）和脱氢酶活性（DHA）的丰度，也被用于种子发芽试验。

在整个共堆肥过程中，在堆肥混合物翻转之前，使用具有温度刻度盘和1m长棒的自制温度传感器每天测量沿着堆肥混合物中间长度的三个点的温度，浇水。每个堆肥混合物的三个读数取平均值。环境温度也被记录下来。

2.4 物理、化学和微生物分析

当确定原料和堆肥样品具有相同的物理或化学性质时，使用相同的步骤。如表和图所示，在整个共堆肥过程中测量了一些性质，其他只在最后测量。

2.4.1物理性质

根据下式计算自由空间（FAS）：FAS（％）= 100（1le;BD/ SG），其中BD是体积密度（g cmle;3），SG是原料或堆肥混合物比重（g /cm 3）的。BD和SG按照Kulcu等人的描述进行估计。 根据Zhang等人的方法确定最终堆肥的粒度分布。粗糙度指数（CI）表示为gt; 1mm颗粒的百分比（基于空气干燥重量）。

2.4.2 化学性质

pH和EC由1:10（w/v）原料组成的浆料：用MP521 pH/EC计量器（中国上海）。用醋酸铵在pH=7.0测量CEC。用2 M KCl（1:100比1 h）提取-N和-N，并进行比色分析。OM（挥发性固体）含量用马弗炉在550℃下测量6小时。根据以下等式，从OM的初始（OMi）和最终（OMf）OM含量计算OM的损失：OM损失（％）= 100[100（OMi-OMf）]/[OMi（100-OMf）]。根据含有0.02％（w/v）样品的0.05 M NaHCO3溶液的吸光度测定465nm（对于HA）和665nm（对于FA）的E4/E6比率。使用Vario EL III CHNOS元素分析（Hanau，德国）测量元素的含量，包括碳（C），氢（H），氧（O）和N（氮），并用百分数表示。根据Huang等人的方法获得堆肥样品的含水提取物。使用Shimadzu TOC-5000A总有机碳分析仪（日本京都），用滤液测定SOC和TOC TSN和TKN在凯氏定氮消化后用靛酚蓝法测定。C/N固体比= TOC/TKN; C/N液体比= SOC/TSN。用721分光光度计（中国上海）采用反Mo-Sb分光光度法测定TP。TK是通过使用425火焰光度计（中国上海）的火焰光度法测定的。用硫酸消解微量营养素和大量营养素，通过电感耦合等离子体质谱法分析消解的液体。

2.4.3 微生物特性

根据Tiquia（2005），通过直接铺板在合适的培养基上对堆肥样品中的TAH数量进行定量。 使用比色法测量DHA。参照用TPF标准制备的校准曲线计算所产生的三苯甲酰（TPF）的量。

2.5 种子发芽试验

在不同取样时间的堆肥中，从堆肥中获得的水提取物（1：5，w/v）进行发芽试验。提取物按照Zhang等人的方法获得。在这个测试中，1ml 堆肥提取物是添加到无菌培养皿（90mm直径）中的两片无菌滤纸中。 然后将二十粒小白菜种子加入到培养皿中。 每个处理（包括蒸馏水控制）重复三次。在黑暗中25℃48小时后，测定每个培养皿中发芽种子的数量和根部长度。通过以下等式计算发芽指数（GI）：GI（％）= 100（每皿发芽种子平均数/每皿平均根长）/（发芽指数（GI）的平均数）控制的平均根长度）。

2.6.统计分析

使用单因素方差分析（ANOVA）来确定处理之间的物理，化学和微生物特性是否不同。 当ANOVA显着时，用LSD测试分离手段。如前所述，每个采样时间将从单个消化池单元和个体料堆收集的样品重复进行处理。所有统计分析均采用SPSS16.0。

3 结果与讨论

3.1 温度

在PF期间，处理T1的第4天，温度升高到50-60℃有效堆肥的嗜热范围;在第3天处理T2，T3，T4和T7;在第1天进行处理得到T5，T6，T8和T9（图1a）。在PF中，在处理T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8和T9中达到的最大温度分别为50.1, 51.5, 52.7, 53.8, 59.2, 56.9, 53.3, 55.1和54.3℃。所有的温度然后在第6天降到45-55℃。随后，他们开始增加到SF中的第二嗜热相。对于T6，T7，T8和T9，在第9天达到嗜热温度;在第17天处理T2，T3，T4和T7;并在第21天处理T1。 SF期间，T1，T2，T3，T4，T5，T6，T7，T8和T9所达到的最大值分别为50.8, 51.6, 53.5, 55.0, 61.0, 58.3, 54.7, 57.2和56.4℃。这些温度高于PF期间的温度。在达到峰值之后，处理T1的温度开始下降并在30天时达到室温;T2，T3，T4和T7在28天达到室温; T5，T6，T8和T9在24天达到室温。在此过程中，最高温度出现在处理T5，最低温度出现在T1。

如果嗜热阶段持续时间超过3天，堆肥将满足卫生要求，即不含杂草种子和病原体。在处理T5，T6，T8和T9（均包括SMC和BC）中的嗜热阶段在PF中持续3-4天，在SF中持续7-8天，表明由这些处理产生的所有堆肥符合卫生标准。其他处理的嗜热阶段在PF中持续1-2天，在SF中持续2-4天。处理T5（PF 4天，SF 8天）的嗜热期最长，处理T1最短（PF 1天，SF 2天）。由于SMC和BC的初始百分比不同，PF和SF达到嗜热温度所需的时间也不同。结果表明，联合添加SMC和BC，尤其是35％SMC和20％BC的最佳组合，导致更快的获得和更长的高温维持，因此有机废物的更快速降解。根据Khalil（2008）的说法，传统的堆肥需要90-270天才能生产成熟的产品。然而，在本研究中，在没有SMC和BC的情况下通过两阶段共堆肥来生产成熟和稳定的堆肥仅需要30天，并且最优加入SMC和BC比例仅需要24天。

对结果的一种解释是，SMC中的丰富的微生物群落迅速攻击易分解的有机物并产生大量热量。另外，高SMC的高保水性可能增加了嗜热相的持续时间。 这些结果和解释与Paredes等人的一致。BC可能通过改善BD和曝气以及通过增加表面积和水分保持来增强肥。

3.2 自由空间（FAS）

由于有机废物的降解，FAS随着堆肥过程的进行而下降，这与之前的结果一致（图1b）。所有处理的最终FAS均低于初始值。在这个过程中，FAS处理T5，T6，T8和T9，结合SMC和BC，比其他处理要低；处理T1的值最高，处理

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