张晶++鲁娟++孙学成++卢琪+隆梦佳++胡承孝++谭启玲

摘要：研究利用稻草、木屑和麸皮为调理剂进行室内城市污泥堆肥模拟试验。同时接种白腐菌，监测堆肥过程中微生物指标、酶活水平及营养成分的动态变化，考察其对堆肥效果的影响。结果表明，与不接种白腐菌的对照相比，接种白腐菌能够提高堆体的温度、真菌数量、纤维素酶和半纤维素酶活性水平，降低氮素损失、促进硝态氮累积，全面提高堆体有效N、P、K含量。其中，接种2%的白腐菌效果最好，使发酵结束时堆料全氮的损失降低8.3个百分点，铵态氮含量降低31.1%，硝态氮含量增加14.2%；全磷、全钾、速效磷、速效钾含量分别提高42.9%、37.5%、33.4%、13.5%。

关键词：白腐菌；城市污泥；调理剂；堆肥效果

中图分类号：X705 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）11-2601-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.11.011

Effects of Inoculating White Rot Fungi on the Quality of Urban Sewage Sludge Compost

ZHANG Jing1，2a，LU Juan1，2b，SUN Xue-cheng1，2b，LU Qi1，LONG Meng-jia1，2b，HU Cheng-xiao1，2b，TAN Qi-ling1，2b

（1.Hubei Provincial Engineering Laboratory for New-Type Fertilizers，Wuhan 430070，China；

2a. Science College； b. Microelement Research Center， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070，China）

Abstract： In this study， effects of inoculating white rot fungi on the quality of sewage sludge compost were investigated by interior simulated composting experiment using straw， sawdust and bran as the modifier， and the microbiological enzyme activity and nutritional components were analyzed. The results showed that after inoculation of white rot fungi， the composting temperature， fungi number， cellulose and hemicellulose enzyme activity were improved， and nitrogen loss was reduced， as well as nitrate nitrogen accumulation was increased. Contents of available N， P， and K in compost were also raised. While 2% of white rot fungi was used to composting， the total nitrogen loss decreased by 8.3%， and ammonium nitrogen concentration was reduced by 31.1% to obtain a 14.2% increase of nitric nitrogen. Meanwhile， total P， total K， available P， and available K increased by 42.9%， 37.5%， 33.4% and 13.5% respectively.

Key words： white rot fungi； urban sewage sludge； modifier； compost effect

城市污泥是指城市生活污水、工业废水处理过程中产生的固体废弃物[1]。2012年中国废水排放总量684.8亿t，污泥产生量也随之显著增加[2]。污泥通常富集大量有毒有害物质，得不到有效处理处置就成为新的污染源，并且给生态环境带来极大的安全隐患。目前常采用填埋、焚烧、堆肥、土地利用等方法处置污泥。其中，填埋不仅需要占用大量空间，且易造成有害成分渗透，增加填埋场处理负荷。污泥焚烧则需要较高的费用和技术，不适合大范围使用。好氧堆肥处理污泥被认为是一种经济有效、有发展前景的污泥处置方法[3]。然而，传统堆肥耗时长，效果差，并且由于长时间堆肥，容易导致大量的N素损失，据统计，城市污泥堆肥化处理过程中N损失量达50%～60%[4]。其中，氨挥发造成氮素养分的损失，不仅降低了其农用价值，还会产生严重恶臭、酸雨等新的环境污染问题[5]。因此如何缩短污泥堆肥腐熟时间、减少氮素损失、提高堆肥品质成为堆肥研究过程中的关键问题。

调理剂是堆肥的重要辅料，堆肥中加入调理剂可以起到调节物料W（C）/W（N）比、含水率、自由空域、堆肥养分等作用，达到好氧微生物对生长环境的要求[6-10]。稻草、麸皮富含纤维素是较好的碳源，来源广泛，适宜用作堆肥调理剂[11]。其中，稻草是中国第一大作物秸秆，其产量占全国农作物秸秆总产量的1/5以上，由于秸秆的综合利用具有限制性导致大量的稻草剩余，焚烧稻草的现象屡禁不止，造成环境污染、影响居民生活。采用稻草为调理剂旨在提高稻草资源化利用，变废为宝，增加其附加值[12]。endprint

在城市污泥堆肥处理过程中，由于许多微生物不能分解木质素，而纤维素有外层木质素的包裹保护，导致纤维素分解也受到限制[13]。稻草富含纤维素、木屑中木质素含量丰富，它们的加入更增加了堆肥中纤维素、半纤维素、木质素的含量。在所有能降解木素质的微生物中，白腐菌是目前研究最充分的、对木质素具有最强降解能力的一类真菌，白腐菌的应用是最有前景的微生物预处理方法[14]。因此，本研究采用稻草、木屑和麸皮为调理剂，接种白腐菌进行城市污泥堆肥试验，为城市污泥、稻草、木屑的资源化、堆肥化利用探索新途径。

1 材料与方法

1.1 供试材料

污泥取自武汉沙湖污水处理厂脱水污泥。稻草取自华中农业大学校内科研基地；木屑取自湖北工业大学木材加工厂；麸皮取自武汉北湖，晒干备用。试验所用白腐菌为黄孢原毛平革菌（BKMF21767），购自武汉大学中国典型培养物中心。试验原料的基本理化性质见表1。

1.2 试验设计与方法

本试验选用稻草、木屑、麸皮组合充当污泥堆肥的调理剂，调整污泥、稻草、木屑、麸皮的添加比例为12∶2∶1∶1.5，C/N为22，共设置4个处理，分别接种0%、1%、2%、5%的白腐菌孢子悬液（接种量为1.6×106个/mL），每个处理3组重复。将脱水污泥与稻草、木屑、麸皮按比例混合，制成体积约13 L，重量约10 kg的堆体进行堆肥试验。堆肥试验装置如图1，塑料桶底垫网筛，外壁钻一孔连接通风机，通风量为0.1 m3/h。桶盖上钻一孔，便于插入温度计测量温度（图1）。

堆肥第四天时翻堆1次，以后每7 d翻堆1次。第八天时，接种白腐菌孢子悬液，并调整堆体含水率均为65%，再继续堆制40 d。试验过程中每3天取1次鲜样用于pH、种子发芽率、纤维素、半纤维素酶活、全氮、全磷、全钾、以及氨态氮、硝态氮含量的测定。

1.3 测定方法

酶活测定：用纤维素酶或半纤维素酶分解待测样品后，采用FPA法检测[15]。

铵态氮、硝态氮含量测定：KCl浸提后，采用流动分析注射仪检测[16]。

全氮含量测定：凯氏定氮法检测[16]。

全磷含量测定：H2SO4-H2O2消解后采用钒钼黄显色法检测[16]。

全钾含量测定：H2SO4-H2O2消解后采用火焰光度计检测[16]。

速效磷含量测定：CH3COONa浸提后，用钒钼黄显色法检测[16]。

速效钾含量测定：CH3COONH4浸提后采用火焰光度计检测[16]。

1.4 统计分析

采用Sigmaplot作图，DPS软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 接种白腐菌对堆肥过程中温度的影响

对于堆肥系统来说，温度是影响微生物活性和堆肥工艺过程的重要因素，又是堆肥状态的具体表现[17]。由图2可知，4个处理污泥堆肥温度变化趋势相同，均经历升温期、保温期、降温期和稳定期四个阶段。在温度下降后的第8天接种白腐菌，之后温度进一步升高。最高温度分别为60.5、60.5、60.8、60 ℃。接种后高温持续4 d后，堆体温度逐渐下降，逐渐进入后熟阶段，4个堆体的温度趋于一致。一般污泥堆肥的较佳温度为50～65 ℃，不能超过80 ℃。本试验4个堆体温度在50～65 ℃之间的天数分别有5、7、7、6 d。所以，接种白腐菌更有利于延长堆料的高温时间，其中接种1%、2%的白腐菌能进一步提高堆肥温度，进而可能提高腐熟效率。

2.2 接种白腐菌对堆肥过程中真菌、细菌数量的影响

真菌的存在对于堆肥物的腐熟和稳定具有重要的意义。堆体真菌数量随堆肥时间变化先降后升，最后逐渐消亡（图3）。产生这一现象的原因可能是由于堆体温度快速升至60 ℃以上，嗜温真菌受到抑制，休眠或死亡。当堆体进入降温期时，真菌又繁殖旺盛，数量增长迅速，在堆肥后期，由于物料中有机物的分解，营养物的消耗，真菌数量开始减少[18]。堆体真菌数量初始值为3.5×104个/g。各处理的堆体真菌数量分别在第12、16、16、16天达到最大，分别为18.7×104、24.1×104、26.2×104、19.0×104个/g，分别比对照增加28.9%、40.1%、1.6%。发酵终点各体系的真菌数量均为0。白腐菌的添加有利于增加堆肥中的真菌数量，其中，接种2%的白腐菌对堆体真菌数量的提高效果更明显。

堆肥体系的温度、养分、水分、通气量均对细菌的生长有着很大的影响。堆肥初期，微生物分解有机质使堆温上升，当温度上升到40 ℃左右，常温菌受到抑制、总菌数有所下降；堆体温度上升到50 ℃左右时，嗜温菌受到抑制，嗜热菌开始活跃，当温度大于60 ℃，嗜热菌部分死亡或休眠，细菌总数和堆肥温度均开始下降。4个处理的总细菌数分别在第16、12、16、16 d达到最大，分别为28.1×108、22.3×108、23.6×108、21.5×108个/g，之后细菌总数呈起伏下降趋势，细菌数量最终分别降至2.6×108、2.0×108、2.2×108、2.0×108个/g。相比对照分别降低23.1%、15.4%、23.1%（图4）。接种白腐菌使得堆肥体系中总细菌数有所减少。可能是白腐菌的添加对堆肥中细菌的繁殖存在竞争、抑制作用。

2.3 接种白腐菌对堆肥过程中纤维素、半纤维素酶活的影响

堆肥中的纤维素、半纤维素均能限制堆肥的腐熟进程，研究纤维素、半纤维素的酶活水平能侧面反映堆肥中纤维素、半纤维素的分解情况。

接种白腐菌能显著增加堆肥过程中纤维素、半纤维素酶活水平。由图5可知，4个处理中纤维素酶活分别在第24、32、24、20天达到峰值，最高值分别为117.1、221.0、238.1、196.5 U/L，纤维素酶活水平按序排列为接种2%白腐菌>接种1%白腐菌>接种5%白腐菌>对照，分别比对照提高103.3%、88.7%、67.8%。堆肥末期，各处理纤维素酶活分别为94.3、198.9、168.5、133.8 U/L，酶活水平按序排列为接种1%白腐菌>接种2%白腐菌>接种5%白腐菌>对照，分别比对照提高110.9%、78.7%、41.9%。endprint

堆肥过程中半纤维素酶活变化如图6所示，4个处理中半纤维素酶活分别在第24、36、24、24 d达到峰值，最高值分别为195.3、364.3、530.9、567.8 U/L，半纤维素酶活水平按序排列为接种5%白腐菌>接种2%白腐菌>接种1%白腐菌>对照，分别比对照提高190.7%、171.8%、86.5%。堆肥末期，各处理半纤维素酶活分别为144.7、361.4、343.8、326.1 U/L，酶活水平按序排列为接种1%白腐菌>接种2%白腐菌>接种5%白腐菌>对照，分别比对照提高149.7%、137.6%、125.4%。

2.4 接种白腐菌对堆肥全氮、全磷、全钾含量的影响

堆肥过程中氮素的转化主要包括两方面，氮素的固定和氮素的释放。通常在堆肥结束后，氮素有大量的损失，这是由于有机氮的矿化和持续性氮的挥发以及硝态氮的反硝化。接种白腐菌能够降低氮素的损失（图7），4个处理，堆肥物料全氮的初始含量均为53 g/kg，第8天均下降至49 g/kg，发酵结束时各处理组堆料全氮含量分别为37、41、42、40 g/kg，比堆肥开始时的含量分别下降了30.1%、22.6%、21.8%、25.9%，相比对照，全氮含量的损失依次减少7.5、8.3、4.2个百分点，接种2%白腐菌处理组全氮含量下降最少。由于白腐菌在堆肥发酵的第8天接种，前8 d全氮的下降，主要是由有机氮的矿化和氨持续性挥发造成的。此后，氮含量的下降主要是后期由于硝态氮的反硝化作用加强造成[19]。

在微生物的作用下，有机质被分解，加之水分不断蒸发，使全磷、全钾含量浓缩上升。堆料全磷含量随着堆制天数的延长逐步上升（图8）。各处理堆料初始全磷含量为7 g/kg，发酵结束时全磷含量分别为14、17、20、17 g/kg，分别增加了100%、142.9%、185.7%、142.9%。相比对照，全磷含量分别增加21.4%、42.9%、21.4%。从图9可以看出，4个处理的全钾初始含量均为12 g/kg，发酵结束时全钾含量分别为16、20、22、19 g/kg，分别增加了33.3%、66.7%、83.3%、58.3%。相比对照，全钾含量分别增加25%、37.5%、18.8%。接种白腐菌有利于加速堆料有机质的分解，提高腐熟程度，从而显著增加发酵结束时堆体中全磷、全钾含量。

2.5 接种白腐菌对堆肥过程中堆料NH4+-N、NO3--N的影响

堆肥化处理特别是好氧发酵处理过程中，伴随有机物料快速分解而产生大量的NH4+-N，造成氨挥发损失，若堆肥中NH4+-N质量分数高于400 mg/kg便会对作物产生盐分毒害作用。接种白腐菌能够显著降低堆肥中NH4+-N的含量，4个处理NH4+-N的初始含量均为998.4 mg/kg，第四天达到最大，均为1432.2 mg/kg，发酵末期NH4+-N含量分别为504.0、382.4、347.5、377.0 mg/kg，分别比对照降低24.1%、31.1%、25.2%，NH4+-N含量的变化情况如图10所示。硝态氮是作物最佳氮源，4个处理硝态氮含量变化均呈先下降后迅速上升的趋势（图11）。接种白腐菌显著提高了堆肥硝态氮含量，腐熟后期各处理硝态氮含量分别为1 469.5、1 519.2、1 677.6、1 589.0 mg/kg，分别比对照增加3.4%、14.2%、8.1%。

2.6 接种白腐菌对堆肥过程中堆料速效磷、速效钾的影响

在堆肥过程中，有机物中难被植物吸收利用的磷可以随有机物的腐解转变成植物较易吸收的形态，从而可提高磷的有效性及磷的利用率[6]。堆体中的速效磷含量在堆肥过程中均呈先升后降的趋势（图12）。堆肥初期有效磷含量均为4 255.0 mg/kg，堆肥过程中有效磷的最大值分别为6 132.2、6 112.6、6 875.2、8 223.3 mg/kg，堆肥结束时各处理有效磷含量分别降到4 523.1、5 643.3、6 034.4、5 858.4 mg/kg，相比对照分别增加24.8%、33.4%、29.5%。白腐菌的添加能显著增加堆体中有效磷的含量，一方面可能是由于白腐菌对有机物分解产生了有机酸和腐殖质，这些物质由于其本身具有酸性或含有大量酸性基团，从而具有较强的溶解难溶磷的能力；另一方面可能是由于有机质的分解、调理剂的腐解产生可溶性磷，使得有效磷含量增加。但堆肥后期部分有效磷转化为缓效磷，使得有效磷的含量逐渐降低。

速效钾的初始含量均为5 328.8 mg/kg，4个处理堆料的速效钾含量分别在第40、40、48、40 d达到最大，分别为7 943.9、7742.7、9 745.0、8 145.0 mg/kg。堆肥结束时不同处理速效钾含量分别为7 541.5、 7 340.4、8558.9、7 742.7 mg/kg，相比对照，接种1%的白腐菌使速效钾含量降低2.7%，接种2%、5%的白腐菌使速效钾含量分别增加13.5%、2.7%（图13）。

3 结论与讨论

1）试验结果表明，以稻草、木屑、麸皮为调理剂（比例为12∶2∶1∶1.5），接种2%白腐菌悬液，进行城市污泥堆肥模拟试验，能使堆体达到最佳腐熟效果。

2）4个处理的污泥堆肥温度变化趋势相同，均经历升温期、保温期、降温期和稳定期4个阶段。接种白腐菌能够提高堆肥温度、延长堆料高温期。温度一定程度影响微生物的繁殖，在一定的温度范围内，温度每升高10 ℃，有机体生化反应速率提高1倍[20]。试验中添加2%的白腐菌，堆体最高温度及高温持续时间均高于其他处理组。堆体真菌数量明显增加，有利于提高纤维素、半纤维素酶活水平，进而加速纤维素、半纤维素分解，促进堆肥进程。

3）堆肥过程中有机氮的矿化和持续性氮的挥发以及硝态氮的反硝化均能造成氮素的损失。接种白腐菌能够促进氮源转化为硝态氮，降低氮源向铵态氮的转化，减少氮的挥发，从而降低氮素的损失，提高堆肥质量。其中接种2%的白腐菌效果最好，能使发酵结束时堆料全氮的损失降低8.3个百分点，硝态氮含量增加14.2%，铵态氮含量降低31.1%。endprint

4）磷、钾属于不挥发和降解元素，全磷和全钾含量在堆肥过程中的变化趋势相同，均随着有机质的降解及水分的蒸发呈逐步增加的趋势。其中接种2%的白腐菌使全磷、全钾、速效磷、速效钾含量比对照分别增加42.9%、37.5%、33.4%、13.5%。

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-11-04.

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