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摘要沉水植物近年来广泛应用于水质净化，其生物量迅速增加。为了解决其残体问题，研究了6种沉水植物自身的理化性质，包括质地、含水率、酸碱度、有机质和碳氮比，分析其进行好氧堆肥的可行性，提出了水生植物好氧堆肥需要解决的问题，并对其堆肥前景进行了展望。
关键词沉水植物；好氧堆肥；理化性质；可行性
中图分类号S141.4文献标识码A文章编号0517-6611（2015）29-258-02
沉水植物是整个植物体沉没在水下的植物类群，属于大型草本植物。太湖流域是我国著名的鱼米之乡，在我国经济持续健康发展中处于重要的战略地位。人类的生产生活活动使大量的工业、农业和生活废弃物排入水中，严重污染水源。长期以来，党中央国务院和流域内的地方政府都高度重视太湖流域水环境的治理。高效、安全的处理方式是治理太湖水环境的首要考虑条件。自20世纪70年代开始，水生植物的水体净化及治污能力受到了人们的极大关注。沉水植物是水生植物的重要组成部分，是水体生态系统中主要的初级生产者，其通过增加空间生态位、抑制生物性和非生物性悬浮物、改善水下光照和溶解氧条件，为形成复杂的食物链提供了食物、场所和其他必要条件，且其不仅能够对水体和底泥中的氮磷和难降解有机污染物进行吸收、转化、合成自身物质，对富营养化的水体起到净化作用，而且还能调节水生生态系统的物质循环速度，增加水体生物多样性，控制藻类生长，从而有效提高水质，改善水体环境[5-7]。因此，近年来沉水植物生态修复被广泛应用。
目前，沉水植物的生态修复工程主要是依靠政府拨款运行。为了改变现状，拟开发具有自我造血功能的生态修复工程体系，探索沉水植物堆肥资源化利用的经济补偿模式。迄今为止，鲜少有沉水植物堆肥情况的报道，报道最多的是水葫芦堆肥的情况。因此，笔者意在根据几种常见沉水植物基本理化性质的情况，探究其堆肥的可行性。
1基于基本理化性质的几种典型沉水植物堆肥可行性研究
试验材料取自无锡市太湖东部的贡湖湾，选取了贡湖湾春夏季节比较常见的6种沉水植物：马来眼子菜（Potamogeton wrightii Morong）、篦齿眼子菜（Potamogeton pectinatus）、微齿眼子菜（Potamogeton maackianus）、穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）、金鱼藻（Ceratophyllum demersum）、菹草（Potamogeton crispus）。对各沉水植物多次取样，测定其基本理化性质，研究并分析植物体纤维质地、含水率、酸碱度、总养分及有机质的含量，为堆肥可行性判断提供理论依据。
1.1纤维质地
通过目测、触摸和研磨等方法判断以上沉水植物的质地情况。发现马来眼子菜、微齿眼子菜及菹草质地比较接近，纤维含量比较高，用研钵研磨时比较困难，而金鱼藻、穗花狐尾藻和篦齿眼子菜则相对质地柔软，纤维含量低。就堆肥而言，前3种沉水植物有利于堆体的通风供养，后3种沉水植物则更易腐熟。
1.2含水率
在堆肥工艺中，堆肥原料的含水率对发酵过程影响很大。水的作用：一是溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；二是可以调节堆肥温度，当温度过高时可通过水分的蒸发，带走一部分热量。水分太低妨碍微生物的繁殖，使分解速度缓慢，甚至导致分解反应停止。水分过高则会导致原料内部空隙被水充满，使空气量减少，造成向有机物供氧不足，形成厌氧状态。同时因过多的水分蒸发而带走大部分热量，使堆肥过程达不到要求的高温阶段，抑制了高温菌的降解活性，最终影响堆肥的效果。试验测得，6种沉水植物的含水率
分别为：马来眼子菜84.45%、篦齿眼子菜90.19%、微齿眼子菜85.92%、穗花狐尾藻88.62%、金鱼藻92.49%、菹草90.21%，
均在95%以上。
可见，由于沉水植物整株生活在水下，其含水率相当高。实践表明，一般堆肥的最适初始含水率在60%～70%。翟红等研究了不同初始含水率对沼渣和秸秆混合堆肥的影响，研究建议沼渣与稻草混合堆肥的初始含水率宜采用70%。鉴于沉水植物的高含水率，如果要将其堆肥，首先需要降低或者调节其含水率。
1.3有机质
沉水植物的有机质是指存在于植物体中所有含碳的有机物质，又称植物腐殖质。堆肥过程中，有机质给微生物提供维持生命的碳源，故一般堆肥对有机质的含量有要求，如果含量过低，则堆肥不能顺利进行。
试验测得6种沉水植物有机质含量分别为：
马来眼子菜80.08%、篦齿眼子菜82.06%、微齿眼子菜95.26%、穗花狐尾藻61.75%、金鱼藻73.15%、菹草49.46%。
可见，眼子菜类有机质含量最高，菹草含量最低。总体看来，该6种植物的有机质含量均在40%以上。研究表明，高温好氧堆肥过程中，最适宜的有机物含量变化范围为20%～80%，太大太小都不合适。
当有机质含量<20%时，不能产生足够的热量来维持堆肥过程所需要的温度，影响无害化处理。同时，有机质含量过低，还限制堆肥微生物的生长繁殖，最终导致堆肥工艺失败。
当有机质含量>80%时，因为此时对通风量的要求很高，往往达不到完全好氧而产生恶臭，也不能使好氧堆肥工艺顺利进行。以往实践证明，在堆肥过程中，需要适量的无机物等增大堆肥的孔隙率，为通风供养提供环境。
1.4酸碱度
堆肥化过程主要是在人工控制的条件下，依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程。而pH是微生物生长的一个重要的环境条件，适宜的pH可以增加微生物的活性，使其有效地发挥作用。王飞等研究了初始pH对猪粪堆肥的影响，其得出结论，对于猪粪堆肥，其初始pH控制在6.33比较合适，而以往实践也证明，堆肥的最适pH为6.5～7.5。 为了了解植物体系的大致酸碱度情况，笔者对植物体的pH进行了测定。测定方法有两种，一是测定植物体鲜样，一是测定烘干样，试验数据见表1。由表1可知，该6种沉水植物的干样比鲜样pH要低，变化范围在0.4±0.07，所有沉水植物的酸碱度大致在6～8之间，偏于中性，易于微生物生长。
碳氮比是判断堆肥原料适合与否的最重要的一个因素。有机物被微生物分解的速度随着碳氮比的变化而变化，碳氮比的范围越接近微生物自身的碳氮比，其分解的效率越高。若碳氮比过低，微生物生长繁殖所需的能量来源受到限制，发酵温度上升缓慢，氮过量并以氨气的形式释放，有机氮损失大，还会散发难闻的气味；碳氮比过高，微生物生长繁殖所需要的氮素来源受限，微生物繁殖速度低，有机物分解速度慢，发酵时间长，有机原料损失大，同时，堆肥的产品也会碳氮比过高。这样的肥料施用于田地，会造成土壤缺氮。微生物自身的碳氮比一般在10～25之间。
表2为实验室测得的6种植物的碳氮比，总有机碳含量与于建光等测得的水葫芦的有机碳含量范围相当，总氮含量与郝贝贝等测得的云南高原湖泊中沉水植物的总氮含量相当。由此可知，沉水植物的碳氮比均比较高，碳源充足，氮素缺乏。其中马来眼子菜和金鱼藻的碳氮比最高，达到200以上，其余4种植物碳氮比在150左右。
2结论与展望
2.1沉水植物堆肥可行性
目前，研究沉水植物堆肥的文献比较少见。但是鉴于沉水植物的高有机质含量，并参照水葫芦堆肥的研究，以及其自身的理化性质表明，沉水植物进行堆肥是可行的。但是为了达到好的堆肥效果，在堆肥前期还需要对沉水植物进行预处理。
2.2沉水植物堆肥需要进行的预处理
沉水植物堆肥需要解决两大问题，一是含水率；二是碳氮比。沉水植物的含水率均在85%以上，有机质含量在50%以上，则其堆肥最适含水率为60%～70%左右。如何有效降低植物含水率，是当前许多学者研究的问题。江苏省农科院杜静等自主研发了SHJ～400型水葫芦固液分离机，能够将水葫芦粉碎并降低含水率至80%[15]；王岩等首次将滚轮式压榨机应用于水葫芦脱水，经过3次碾压后，水葫芦渣的含水率为65%～68%[16]。沉水植物在脱水时可以参考水葫芦脱水的方法降低其含水率。
试验测得，沉水植物的碳氮比都比较高，碳源充足，而氮素相对缺少。为了达到堆肥最适的碳氮比，需要进行调节。一般用于补充氮素的原料有畜禽粪便、河道底泥、市政污泥等。陆伟东等利用水葫芦与猪粪混合堆肥[17]，王丽芬等利用水葫芦与污泥混合堆肥[18]，均取得了不错的堆肥效果。
除了含水率和碳氮比以外，原料的颗粒度对堆肥也有影响，所以在堆肥前需要对沉水植物进行破碎；沉水植物的pH在中性左右，一般无需调节。根据沉水植物的基本性质，为了增强通风的效果，保证好氧堆肥的充足供养，除了曝气外，还可以添加木屑、菌菇渣之类的辅料，使堆肥原料疏松多孔。
2.3沉水植物堆肥的前景
我国堆肥市场的需求大，从农田、花卉到苗木都需要堆肥基质。近年来，关于水生植物净化水质的研究越来越受国内外学者的青睐，沉水植物作为水生植物中处理效果最好的，其使用量必然逐步增加。随着沉水植物产量的增加，其残体的处理是必须要考虑的问题。而堆肥为有机植物体的资源化、无害化提供了出路，且堆肥技术成熟，工艺简单，堆肥产品可以产生经济效益，无二次污染。
参考文献
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[2] 杨继武.凤眼莲在净化废水方面的应用[J].重庆环境科学，1993，15（2）：47-50
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[4] 王华，逄勇，刘申宝，等.沉水植物生长影响因子研究进展[J].生态学报，2008（8）：3958-3968.
[5] 赵安娜，冯慕华，李文潮，等.沉水植物伊乐藻光合放氧对水体氮转化的影响[J].生态环境学报，2010，19（4）：757-761.
[6] 刘燕，王圣瑞，金相灿，等.水体营养水平对三种沉水植物生长及抗氧化酶活性的影响[J].生态环境学报，2009，18（1）：57-63.
[7] 王天阳，王国祥.玄武湖菹草种群空间格局分析及其环境效应[J].生态环境学报，2007，16（6）：1660-1664.
[8] 罗佳，刘丽珠，王同，等.水葫芦和猪粪混合堆肥发酵条件的研究[J].江苏农业科学，2014，42（6）：336-339.
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[11] 王飞，张硕.堆充物和初始pH值对猪粪堆肥效果的影响[J].浙江农业科学，2005（4）：298-300.
[12] 吕黄珍，韩鲁佳，杨增玲.猪粪麦秸反应器好氧堆肥工艺参数优化[J].农业机械学报，2008，39（3）：101-105.
[13] 于建光，常志州，李瑞鹏.水葫芦渣粪便混合物蚯蚓堆制后微生物活性及物理化学性质的变化[J].江苏农业学报，2010，26（5）：970-975.
[14] 郝贝贝，吴昊平，史俏，等.云南高原10个湖泊沉水植物的碳、氮、磷化学计量学特征[J].湖泊科学，2013，25（4）：539-544.
[15] 杜静，常志州，叶小梅，等.水葫芦粉碎程度对脱水效果影响的中试[J].农业工程学报，2012，28（5）：207-211.
[16] 王岩，张志勇，张迎颖，等.一种新型水葫芦脱水方式的探索[J].江苏农业科学，2013，41（10）：286-288.
[17] 陆伟东，冯焕豪，钟俊云.水葫芦与猪粪好氧厌氧交替堆肥特征研究[J].韶关学院学报，2014，35（4）：46-50.
[18] 王丽芬，邓辅唐，孙珮石，等.水葫芦渣与污泥混合好氧堆肥试验研究[J].资源环境与节能减灾，2012（1）：117-119.
关键词沉水植物；好氧堆肥；理化性质；可行性
中图分类号S141.4文献标识码A文章编号0517-6611（2015）29-258-02
沉水植物是整个植物体沉没在水下的植物类群，属于大型草本植物。太湖流域是我国著名的鱼米之乡，在我国经济持续健康发展中处于重要的战略地位。人类的生产生活活动使大量的工业、农业和生活废弃物排入水中，严重污染水源。长期以来，党中央国务院和流域内的地方政府都高度重视太湖流域水环境的治理。高效、安全的处理方式是治理太湖水环境的首要考虑条件。自20世纪70年代开始，水生植物的水体净化及治污能力受到了人们的极大关注。沉水植物是水生植物的重要组成部分，是水体生态系统中主要的初级生产者，其通过增加空间生态位、抑制生物性和非生物性悬浮物、改善水下光照和溶解氧条件，为形成复杂的食物链提供了食物、场所和其他必要条件，且其不仅能够对水体和底泥中的氮磷和难降解有机污染物进行吸收、转化、合成自身物质，对富营养化的水体起到净化作用，而且还能调节水生生态系统的物质循环速度，增加水体生物多样性，控制藻类生长，从而有效提高水质，改善水体环境[5-7]。因此，近年来沉水植物生态修复被广泛应用。
目前，沉水植物的生态修复工程主要是依靠政府拨款运行。为了改变现状，拟开发具有自我造血功能的生态修复工程体系，探索沉水植物堆肥资源化利用的经济补偿模式。迄今为止，鲜少有沉水植物堆肥情况的报道，报道最多的是水葫芦堆肥的情况。因此，笔者意在根据几种常见沉水植物基本理化性质的情况，探究其堆肥的可行性。
1基于基本理化性质的几种典型沉水植物堆肥可行性研究
试验材料取自无锡市太湖东部的贡湖湾，选取了贡湖湾春夏季节比较常见的6种沉水植物：马来眼子菜（Potamogeton wrightii Morong）、篦齿眼子菜（Potamogeton pectinatus）、微齿眼子菜（Potamogeton maackianus）、穗花狐尾藻（Myriophyllum spicatum）、金鱼藻（Ceratophyllum demersum）、菹草（Potamogeton crispus）。对各沉水植物多次取样，测定其基本理化性质，研究并分析植物体纤维质地、含水率、酸碱度、总养分及有机质的含量，为堆肥可行性判断提供理论依据。
1.1纤维质地
通过目测、触摸和研磨等方法判断以上沉水植物的质地情况。发现马来眼子菜、微齿眼子菜及菹草质地比较接近，纤维含量比较高，用研钵研磨时比较困难，而金鱼藻、穗花狐尾藻和篦齿眼子菜则相对质地柔软，纤维含量低。就堆肥而言，前3种沉水植物有利于堆体的通风供养，后3种沉水植物则更易腐熟。
1.2含水率
在堆肥工艺中，堆肥原料的含水率对发酵过程影响很大。水的作用：一是溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；二是可以调节堆肥温度，当温度过高时可通过水分的蒸发，带走一部分热量。水分太低妨碍微生物的繁殖，使分解速度缓慢，甚至导致分解反应停止。水分过高则会导致原料内部空隙被水充满，使空气量减少，造成向有机物供氧不足，形成厌氧状态。同时因过多的水分蒸发而带走大部分热量，使堆肥过程达不到要求的高温阶段，抑制了高温菌的降解活性，最终影响堆肥的效果。试验测得，6种沉水植物的含水率
分别为：马来眼子菜84.45%、篦齿眼子菜90.19%、微齿眼子菜85.92%、穗花狐尾藻88.62%、金鱼藻92.49%、菹草90.21%，
均在95%以上。
可见，由于沉水植物整株生活在水下，其含水率相当高。实践表明，一般堆肥的最适初始含水率在60%～70%。翟红等研究了不同初始含水率对沼渣和秸秆混合堆肥的影响，研究建议沼渣与稻草混合堆肥的初始含水率宜采用70%。鉴于沉水植物的高含水率，如果要将其堆肥，首先需要降低或者调节其含水率。
1.3有机质
沉水植物的有机质是指存在于植物体中所有含碳的有机物质，又称植物腐殖质。堆肥过程中，有机质给微生物提供维持生命的碳源，故一般堆肥对有机质的含量有要求，如果含量过低，则堆肥不能顺利进行。
试验测得6种沉水植物有机质含量分别为：
马来眼子菜80.08%、篦齿眼子菜82.06%、微齿眼子菜95.26%、穗花狐尾藻61.75%、金鱼藻73.15%、菹草49.46%。
可见，眼子菜类有机质含量最高，菹草含量最低。总体看来，该6种植物的有机质含量均在40%以上。研究表明，高温好氧堆肥过程中，最适宜的有机物含量变化范围为20%～80%，太大太小都不合适。
当有机质含量<20%时，不能产生足够的热量来维持堆肥过程所需要的温度，影响无害化处理。同时，有机质含量过低，还限制堆肥微生物的生长繁殖，最终导致堆肥工艺失败。
当有机质含量>80%时，因为此时对通风量的要求很高，往往达不到完全好氧而产生恶臭，也不能使好氧堆肥工艺顺利进行。以往实践证明，在堆肥过程中，需要适量的无机物等增大堆肥的孔隙率，为通风供养提供环境。
1.4酸碱度
堆肥化过程主要是在人工控制的条件下，依靠自然界中广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，人为地促进可生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的微生物学过程。而pH是微生物生长的一个重要的环境条件，适宜的pH可以增加微生物的活性，使其有效地发挥作用。王飞等研究了初始pH对猪粪堆肥的影响，其得出结论，对于猪粪堆肥，其初始pH控制在6.33比较合适，而以往实践也证明，堆肥的最适pH为6.5～7.5。 为了了解植物体系的大致酸碱度情况，笔者对植物体的pH进行了测定。测定方法有两种，一是测定植物体鲜样，一是测定烘干样，试验数据见表1。由表1可知，该6种沉水植物的干样比鲜样pH要低，变化范围在0.4±0.07，所有沉水植物的酸碱度大致在6～8之间，偏于中性，易于微生物生长。
碳氮比是判断堆肥原料适合与否的最重要的一个因素。有机物被微生物分解的速度随着碳氮比的变化而变化，碳氮比的范围越接近微生物自身的碳氮比，其分解的效率越高。若碳氮比过低，微生物生长繁殖所需的能量来源受到限制，发酵温度上升缓慢，氮过量并以氨气的形式释放，有机氮损失大，还会散发难闻的气味；碳氮比过高，微生物生长繁殖所需要的氮素来源受限，微生物繁殖速度低，有机物分解速度慢，发酵时间长，有机原料损失大，同时，堆肥的产品也会碳氮比过高。这样的肥料施用于田地，会造成土壤缺氮。微生物自身的碳氮比一般在10～25之间。
表2为实验室测得的6种植物的碳氮比，总有机碳含量与于建光等测得的水葫芦的有机碳含量范围相当，总氮含量与郝贝贝等测得的云南高原湖泊中沉水植物的总氮含量相当。由此可知，沉水植物的碳氮比均比较高，碳源充足，氮素缺乏。其中马来眼子菜和金鱼藻的碳氮比最高，达到200以上，其余4种植物碳氮比在150左右。
2结论与展望
2.1沉水植物堆肥可行性
目前，研究沉水植物堆肥的文献比较少见。但是鉴于沉水植物的高有机质含量，并参照水葫芦堆肥的研究，以及其自身的理化性质表明，沉水植物进行堆肥是可行的。但是为了达到好的堆肥效果，在堆肥前期还需要对沉水植物进行预处理。
2.2沉水植物堆肥需要进行的预处理
沉水植物堆肥需要解决两大问题，一是含水率；二是碳氮比。沉水植物的含水率均在85%以上，有机质含量在50%以上，则其堆肥最适含水率为60%～70%左右。如何有效降低植物含水率，是当前许多学者研究的问题。江苏省农科院杜静等自主研发了SHJ～400型水葫芦固液分离机，能够将水葫芦粉碎并降低含水率至80%[15]；王岩等首次将滚轮式压榨机应用于水葫芦脱水，经过3次碾压后，水葫芦渣的含水率为65%～68%[16]。沉水植物在脱水时可以参考水葫芦脱水的方法降低其含水率。
试验测得，沉水植物的碳氮比都比较高，碳源充足，而氮素相对缺少。为了达到堆肥最适的碳氮比，需要进行调节。一般用于补充氮素的原料有畜禽粪便、河道底泥、市政污泥等。陆伟东等利用水葫芦与猪粪混合堆肥[17]，王丽芬等利用水葫芦与污泥混合堆肥[18]，均取得了不错的堆肥效果。
除了含水率和碳氮比以外，原料的颗粒度对堆肥也有影响，所以在堆肥前需要对沉水植物进行破碎；沉水植物的pH在中性左右，一般无需调节。根据沉水植物的基本性质，为了增强通风的效果，保证好氧堆肥的充足供养，除了曝气外，还可以添加木屑、菌菇渣之类的辅料，使堆肥原料疏松多孔。
2.3沉水植物堆肥的前景
我国堆肥市场的需求大，从农田、花卉到苗木都需要堆肥基质。近年来，关于水生植物净化水质的研究越来越受国内外学者的青睐，沉水植物作为水生植物中处理效果最好的，其使用量必然逐步增加。随着沉水植物产量的增加，其残体的处理是必须要考虑的问题。而堆肥为有机植物体的资源化、无害化提供了出路，且堆肥技术成熟，工艺简单，堆肥产品可以产生经济效益，无二次污染。
参考文献
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