隨著全球水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，每年都會(huì)產(chǎn)生大量海藻、牡蠣殼等廢棄物。這些廢棄物通常被堆放在垃圾填埋場和近海灘涂或直接丟棄到海洋中，對(duì)土壤、自然水域及海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的環(huán)境影響。為促進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展，中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所馮大偉團(tuán)隊(duì)在海藻、牡蠣殼等廢棄物資源化利用及其土壤改良技術(shù)上取得突破性進(jìn)展。通過有機(jī)-無機(jī)共堆肥策略、堆肥過程精細(xì)化調(diào)控與復(fù)合材料應(yīng)用等措施，大大提升了廢棄物資源化利用效率，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展開辟了一條新路徑。相關(guān)成果發(fā)表在Waste Management、Environmental Technology & Innovation、Chemosphere等重要期刊。
針對(duì)海藻和玉米淀粉渣堆肥體系，引入了生物炭、磷酸鹽和MgO等添加劑，旨在優(yōu)化堆肥過程中的有機(jī)質(zhì)分解、氮素轉(zhuǎn)換及腐殖化水平。研究證明，生物炭、磷酸鹽和MgO提高了嗜熱期氧氣利用率和纖維素酶活性，增強(qiáng)了蛋白質(zhì)溶解轉(zhuǎn)化以及纖維素的降解效率。平行因子分析揭示，高緩沖力條件下，有機(jī)質(zhì)降解與腐殖化顯著加強(qiáng)，較對(duì)照組可提升28.6%-33.8%；HA/FA比率增長高達(dá)37.1%-49.6%。特別是，富含高緩沖性的配方，促進(jìn)了NO3--N以及NH4+-N的形成，創(chuàng)造了利于氮素保留的理想微環(huán)境，氮含量提升了約4.80%。研究進(jìn)一步確認(rèn)，處理樣本均保持甚至強(qiáng)化了海藻的植物刺激作用，發(fā)芽指數(shù)超過101%。
圖1 添加劑對(duì)海藻堆肥的影響
以雞糞和玉米秸稈為基礎(chǔ)，研究團(tuán)隊(duì)探索了牡蠣殼粉摻入的最佳比例，評(píng)估其對(duì)酸性土壤改良及油菜栽培性能的影響。結(jié)果表明，添加40%牡蠣殼粉時(shí)，堆肥效果最佳，既減少了氮素流失又提高了有機(jī)質(zhì)降解與腐殖質(zhì)積累（胡敏酸含量增加86.1%）。同時(shí)，堆肥過程可以激活鈣元素，添加20%牡蠣殼粉的鈣活化效率最高（37.5%）。盆栽試驗(yàn)證實(shí)，牡蠣殼堆肥產(chǎn)物能有效緩解酸性土壤問題，促進(jìn)油菜增產(chǎn)。相較于單一堆肥或堆肥后混合牡蠣殼粉，加入牡蠣殼的堆肥明顯上調(diào)了土壤pH值、有機(jī)碳和交換態(tài)Ca、Mg濃度，證實(shí)了有機(jī)-無機(jī)共堆肥策略在牡蠣殼資源化利用上的可行性和高效性，為雞糞、玉米秸稈及牡蠣殼等廢棄物綜合管理提供科學(xué)依據(jù)。
圖2 堆肥裝置示意圖及重要實(shí)驗(yàn)成果展示
針對(duì)海藻和糖渣共堆肥過程研究，探討了添加5%生物炭（T1）、10%生物炭（T2）和10%牡蠣殼粉（T3）對(duì)關(guān)鍵理化性質(zhì)、產(chǎn)品質(zhì)量和微生物群落動(dòng)態(tài)的影響。結(jié)果表明，所有處理都保留了海藻的植物刺激效應(yīng)，并促進(jìn)了海藻酸鹽的降解。T1和T2有機(jī)質(zhì)降解效率分別較對(duì)照提升31.2%和26.4%。EEM光譜分析揭示，T1和T2腐殖質(zhì)比例分別增加434%和423%，顯著高于對(duì)照組（289%）。尤其是10%生物炭處理改善了海藻酸鹽的降解和種子發(fā)芽指數(shù)，推測是海藻中存在生物刺激素和Cobetia屬細(xì)菌豐度增加所致。微生物宏基因組分析指出，T2和T3顯著提高了細(xì)菌群落的多樣性和豐富度。值得注意的是，牡蠣殼粉雖未能大幅提升腐殖化程度，卻有效減少了廢棄物的量（OM損失為43.57%，遠(yuǎn)超CK的35.34%），在維持堆肥質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了廢棄物減量化。
圖3?三維熒光光譜?(a-e)?及區(qū)域積分體積百分比相對(duì)于原樣的變化?(f)
以上研究得到了國家自然科學(xué)基金、山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才、煙臺(tái)市科技發(fā)展計(jì)劃等項(xiàng)目資助。
