摘 要：本文以杨树皮为原料，研究不同粒径大小及微生物菌剂添加量对树皮腐熟的影响。结果表明：经过70d的堆置，各处理容重增到0.4g/cm3以上，总孔隙度大于60%，水气比高于初始值。杨树皮在堆腐过程中，pH及EC值呈升高趋势，各处理堆腐物最终偏碱性;粗粒径杨树皮（0.5cm≤粒径≤2cm）腐熟后的EC值在0.51～0.54ms/cm间，而细粒径（粒径<0.5cm）的EC值略偏低;粗粒径杨树皮的T值[（终点C/N）/（初始C/N）]均小于0.7，而细粒径的T值大于0.7。综合分析，粗粒径杨树皮的腐熟效果优于细粒径杨树皮，而微生物菌剂添加剂量（0.3%、0.5%、1%）对杨树皮的腐熟无显著影响。

关键词：杨树皮;有机基质;腐熟;粒径大小;微生物菌剂

中图分类号：S-3

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20190715015

杨树（Populus spp.）为我国重要的用材树种，营林面积多达600万hm2，超过世界其他国家杨树人工林面积总和[1]。杨树皮泛指干枝微管形成层以外的所有组织结构，约占干枝的10%左右[2]。然而，长期以来人们只注重如何利用杨树木材，却忽略了杨树皮的资源化利用，在杨树木材加工厂，树皮仅作为燃料使用或废弃，导致资源的浪费。这些绿色废弃物如进行再利用，作为有机覆盖物或有机肥，经进一步加工成基质，能够解决当前泥炭资源匮乏的问题。树皮作为栽培基质和有机覆盖物的研究已引起国内外研究者的日益重视，而且对松杉[3， 4]、桉树[5]等树种树皮进行了研究，并在生产中广泛应用。本文以杨树皮为原料，研究不同微生物菌剂添加量对不同粒径大小杨树皮的腐熟效果，旨在为杨树皮的有机基质化利用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

杨树皮取自江苏省泗洪县杨树木材加工基地，树种为南林895杨树（Populus euramericana‘N-895）。树皮晒干后用BEARCAT （Model 70380）柴油粉碎机将杨树皮粉碎，过筛分为2种粒径大小：细粒径（粒径<0.5cm）、粗粒径（0.5cm≤粒径≤2cm）。复合微生物菌剂（有机肥发酵剂Ⅰ）购买于北京京圃园生物工程有限公司;尿素（全碳含量为20%，全氮含量为46.3%）为中石化生产。杨树皮的部分理化性质见表1和表2。

1.2 试验条件及堆置方式

试验于南京林业大学国家林业局南方林木种子检验中心实验室进行，环境温度控制为25℃。

杨树皮堆体呈长方体，长90cm、宽70cm、高50cm。为了提高堆温、减少水分散失并改善堆腐物质量，采用了棚膜覆盖法[6]。

1.3 试验设计

试验采取2因素完全随机区组设计。因素1为杨树皮粒径大小，设为2水平，即粗粒径与细粒徑;因素2为微生物菌剂添加量，设为3水平，即0.3%、0.5%、1%（以杨树皮干重计），共6个处理，分别为M1、M2、M3、M4、M5、M6（表3），每个处理3次重复。堆料必须达到适宜的碳氮比，才能进行理想的堆肥[7]，以尿素为氮源[8]，粗粒径杨树皮各处理分别添加0.4kg尿素，细粒径杨树皮各处理分别添加0.6kg尿素，使得各处理最终的C/N达到28[9]。将微生物菌剂、尿素与40kg的水混合，均匀喷洒于各处理杨树皮上后，经多次翻堆，混合均匀。

1.4 翻堆及取样

分别于堆制的第0、7、14、21、31、41、55、69天翻堆，以保证堆体氧气的供应。翻堆时将堆体各部位材料混合均匀，采取多点取样（取样点>10）方法抽取2000g左右样品，再采用四分法[10]分缩至500g。鲜样用于物理及部分化学指标的测定，其余样品风干后粉碎，过1mm筛后密封，于避光处储存备用。

1.5 理化指标测定

1.5.1物理指标

含水率：称取5g左右的新鲜堆肥于铝盒中，105℃下烘至恒重[11];

容重、总孔隙度、水气比（持水孔隙与通气空隙之比）参照连兆煌的方法[11]。

1.5.2 化学指标

pH值、EC值的测定：新鲜样品与去离子水按1：5（W：V）比例混合，经振荡离心提取上清液，分别用PHS-3C型pH计和DDS-307型电导率仪测定pH和EC值;

全氮的测定采用H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法测定;

全磷的测定采用H2SO4-H2O2消煮，钒钼黄比色法测定;

全钾的测定采用H2SO4- H2O2消煮，火焰光度计法测定[12];

有机碳采用直接测定法（灼烧法）[13];

T值，为 （终点C/N）/（初始C/N）。由于堆肥原料的不同，一些已达腐熟的堆料其碳氮比在8：[KG-*9]1～29：[KG-*9]1之间，相差很大，因而Hirai等建议采用利用最终堆肥的碳氮比与初始碳氮比的比值来评判堆肥腐熟的程度[14]。

2 结果与分析

2.1 腐熟杨树皮物理性质

经过70d的堆腐，各处理杨树皮的物理性质均发生较大变化，其容重、水气比（持水孔隙与通气孔隙之比）增大。由表4可知，各处理杨树皮容重均在0.4～0.46g/cm3之间，没有显著性差异，较初始值均有所增大，其中粗粒径杨树皮容重增加幅度为154%，细粒径容重增幅为69%。各处理杨树皮总孔隙度均大于60%，M6的总孔隙度最小，为60.6%，M4的总孔隙最大，为69.2%。由于粗粒径杨树皮经过堆腐处理后，大颗粒逐渐降解呈小颗粒状，物料间空隙变小，造成了总孔隙度的下降，而细粒径杨树皮本身颗粒较小，堆肥化过程通气孔隙不会有明显的变化，持水孔隙增多使其总孔隙度增大。粒径大小及微生物菌剂添加量对堆腐物最终孔隙度影响不显著。各处理杨树皮的水气比均大于初始值，但各处理最终水气比差异不显著。M1的水气比增幅最大，达到471%。

2.2 腐熟杨树皮的化学性质

杨树皮堆腐处理后，其化学性质也发生了较大变化，EC值、全P、全K含量均高于初始值。粗粒径杨树皮的EC值在0.5～0.6ms/cm之间，显著高于细粒径杨树皮的EC值;微生物菌剂添加量对粗粒径杨树皮最终EC值的影响不显著，而对于细粒径杨树皮而言，添加1%微生物菌剂与添加0.3%、0.5%的2个处理均达到了显著性差异。各处理初始pH中性偏酸，堆肥70d后，pH值高达8以上。由于有机质不断分解成CO2和H2O而散失，堆体的体积随之减小，全P、全K因此被浓缩而含量有所增加[15]。粗粒径杨树皮堆体体积下降明显，导致了养分被浓缩，腐熟程度更佳，所以粗粒径杨树皮的全P、全K含量均高于细粒径杨树皮，其中全K含量差异达到显著水平 （表5）。

粗粒径杨树皮各处理的T值均小于0.7，其中M2的T值小于0.6，而细粒径各处理的T值大于0.7，由此可见，粗粒径杨树皮基本达到了腐熟化标准，而细粒径杨树皮降解程度较低，没有达到腐熟的标准。粒径大小对T值的影响达到了显著性水平（P<0.01），而微生物菌剂添加水平对影响T值差异不显著。

3 讨论

栽培有机基质一般起到支持锚定植物、保持水分、透气、缓冲等作用，因此在选用有机基质材料时应从容重、总孔隙度、水气比、pH、EC等方面考虑[16]，本文综合了以上因素，并加入了能反映杨树皮腐熟程度的T值及反映养分状况的全P、全K含量，综合分析了各处理的腐熟状况及基质化程度。

栽培基质的容重宜在0.1～0.8g/cm3之间[17]，过低对植物的固着力差，过高则会增加设施栽培的成本。栽培基质材料往往面临着容重过小的问题，经常需要添加黄沙、土壤等容重较大的材料才能锚定植物。杨树皮经过堆腐化处理后，容重均达到了0.4g/cm3以上。孔隙度直接影响水分和空气的含量，是最重要的理化性质参数，一般来说，基质的总孔隙度在54%～96%范围内即可，适宜的基质孔隙状况能同时提供20%的空气和20%～30%易利用水，水气比在1.5～4范围内[17]。各处理杨树皮经过70d的堆腐，总孔隙度与通气孔隙降低，而持水孔隙增加。谢兆森等利用木屑发酵腐熟，也得出了相同的变化规律[18]。虽然总孔隙度均达到理想栽培基质的要求，然而水气比仍低于理想栽培基质要求，这说明杨树皮虽经堆肥化处理，但孔隙仍较大，持水、保肥能力欠佳，不宜单独作为栽培基质使用。

EC值是栽培基质重要的化学性状，表明基质内可电离盐类的溶液浓度，反映了基质中可溶性盐分的多少，直接影响浇灌营养液的平衡。李谦盛等经过大量的植物栽培试验，获得了EC值与植物生长之间的关系（表6）[19]。由此可见，只有粗粒径杨树皮的EC值满足要求，细粒径均低于0.36ms/cm，在具体使用时，可以通过喷施肥料或营养液提高基质的可溶性盐含量。张沛健等以桉树皮及尿素為原料进行堆肥实验，其EC值位于0.46～0.58ms/cm之间[5]，接近于粗粒径杨树皮的EC值。Cunha-Queda等研究认为松树皮堆腐物的EC值为0.22ms/cm，而桉树皮的却高达1.45ms/cm[20]。事实上，相较于阔叶树种树皮，针叶树皮的可溶性盐含量更低[21]。pH值直接影响着基质养分的存在形态、转化和有效性，是基质肥力的重要因素之一。优良基质的酸碱性一般为中性偏酸较为适宜， 基质过酸（pH<5.5）或过碱（pH>7.5）可能直接影响到植物根系的生长;可能会影响到营养元素的平衡、稳定性和对植物的有效性[22];当有机基质的pH值在5.5～7之间时，植物对P、K、Mg、Fe、B等元素的利用率达到最佳，随着pH的升高或降低利用率大幅降低。然而，随着堆腐进行，各处理杨树皮pH值呈升高趋势，最后呈碱性，这与李艳霞等人的研究结果一致，即腐熟后的堆腐物呈弱碱性，一般pH值在8～9之间[23]。根据栽培植物对酸碱性的喜好，对其进行相应改良，一般可以添加硫酸亚铁及酸性风化煤以降低基质pH值，同时改良基质结构。全P及全K含量反映了堆肥内营养元素的丰富程度，中国有机肥国家标准规定堆肥总养分（N+P2O5+K2O）含量应大于4%（NY525-2002），各处理的总养分含量均不达标。然而生产上对于栽培基质的营养元素含量并没有做明确的要求，由于不同植物对营养元素种类、数量需求差异大;可以通过简单有效地方法改善基质营养状况，对植物生长加以调控。

未腐熟的堆肥会产生挥发性有害物质如酚、单宁等，抑制植物生长，因而评价各处理的腐熟度至关重要。C/N比是常用的堆肥腐熟度评价方法之一。赵由才认为腐熟后的堆肥碳氮比应该在16左右[24]。但由于堆肥原料的不同，一些已达腐熟的堆料其碳氮比相差很大，一般在8：[KG-*9]1～29：[KG-*9]1之间，因而本文使用T值作为堆肥腐熟标准，考虑到堆肥原料为难降解的植物性材料，当T值在0.5～0.7时堆肥已腐熟[9]，由此可见，粗粒径杨树皮的腐熟效果优于细粒径杨树皮。粗、细2种材料分别来自于杨树表皮的不同部位，固有的理化性质有所差异;粗粒径杨树皮堆体的孔隙度更大，通气状况优于细粒径杨树皮堆体，因而好氧微生物活性更强，腐熟效果更佳。因而，细粒径杨树皮的翻堆周期过长，堆体供氧量不足，降低了微生物的活性，今后可缩短翻堆周期以改善细粒径杨树皮的通气状况，理想的翻堆周期有待进步研究。此外，本实验仅结合了大多数学者对理想栽培基质理化指标的探讨结论，但由于不同植物对栽培基质理化性质的要求差别较大，因此今后需利用杨树皮堆腐物进行栽培试验，以探讨其对特定植物的栽培效果。

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作者简介：

李焕应（1964-），男，农艺师，研究方向：作物栽培。