好氧堆肥过程中杂草种子和病原菌的灭活效果及参数研究

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随着现代农业的快速发展,集约化农业产生了大量的农业废弃物,这些废弃物若不能得到及时有效的处理,不仅会环境污染,其中的重金属、抗生素、杂草种子和病原菌等有害物质和生物还会对作物的生长造成严重影响甚至威胁人类健康。有研究表明,即使经过高温腐熟阶段,有机肥中仍有可能存在未灭活的杂草种子和人畜共患病原菌,其施入土壤后会对生态环境、作物生长和人类健康造成危害。本研究以农业废弃物中的杂草种子和病原菌为研究对象,探讨好氧堆肥过程及部分好氧堆肥参数对它们灭活的影响。
  本论文首先对市售商品有机肥的质量进行检测,以确定其是否符合有机肥料行业标准(NY 525-2012)的要求,并检测其中杂草种子和人畜共患病原菌的灭活情况;在此基础上分别以猪粪和鸡粪为主料进行好氧堆肥,研究投入堆体的杂草种子在堆肥过程中发芽率和存活率的变化,及好氧堆肥对人畜共患病原菌的灭活效果;最后以杂草种子、大肠杆菌和青枯菌为对象,研究温度、pH、铵态氮和挥发性有机酸对杂草种子发芽率和存活率、大肠杆菌和青枯菌生长的影响。主要结果如下:
  1.对照NY525-2012标准,调查的25种市售商品有机肥中,pH合格率为80%,含水量合格率为76%,有机质含量合格率为40%,总养分含量合格率为100%,综合技术指标合格率为32%;在其中的1种商品有机肥中检测到未灭杀的杂草种子,通过稀释涂布和16SrRNA鉴定,所有25种商品有机肥中均未检测出人畜共患病原菌。
  2.堆体A(主要原料为猪粪)和堆体B(主要原料为鸡粪)的温度自堆肥开始后迅速上升,在堆肥第3d进入高温期。堆肥第4d时,投入堆体A和B的日本看麦娘(Alopecurus japonicus)、狗尾草(Setaria viridis L.Beauv.)、牛筋草(Eleusine indica (L.)Gaertn.)和稗草(Echinochloa crusgalli L.Beauv.)4种杂草种子的发芽率都降到0,且在堆肥第5d被全部灭活。堆肥第8d时,堆体A和B中的志贺氏菌被全部灭活,深红沙雷氏菌的活菌数量也显著降低。
  3.堆肥原料、堆肥第4、8d的样品浸提液对杂草种子的萌发和根系生长有显著的抑制;此外,温度、pH4、pH9、铵态氮和挥发性有机酸处理均可显著影响杂草种子的发芽率和存活率,且温度越高、铵态氮含量和挥发性有机酸含量越高,杂草种子的发芽率和存活率越低;50℃、60℃、pH4、pH9、铵态氮和挥发性有机酸处理杂草种子20d后,杂草种子仍不能完全灭活,而70℃下也需要4-12d才能将杂草种子彻底灭活。高温、pH4、pH9、铵态氮和挥发性有机酸对大肠杆菌DH5α和青枯菌QL-RS1115的生长有显著的抑制,且铵态氮含量和挥发性有机酸含量越高,其生长受到的抑制作用越显著。
  综上所述,供试市售商品有机肥中杂草种子和病原菌的安全风险较低,仅极少产品存在未灭活的杂草种子。好氧堆肥可有效杀灭杂草种子和人畜共患病原菌。高温、pH4、pH9、铵态氮和挥发性有机酸处理对病原菌生长有显著的抑制。高温、pH4、pH9、铵态氮和挥发性有机酸处理均可显著降低杂草种子的发芽率和存活率,推断好氧堆肥过程中杂草种子的灭活是高温和堆体中的物质共同作用的结果。研究结果可为好氧堆肥的无害化及其中杂草种子和病原菌的灭活提供理论依据。
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