關(guān)于有機肥腐熟度評價指標的探討

梁小賢　董亞維　白艷武

（1.西安市灞橋區(qū)動物疾病預(yù)防控制中心陜西西安灞橋區(qū)710024；

2.戶縣畜牧獸醫(yī)技術(shù)推廣中心；3.西安市戶縣大王鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站陜西西安戶縣710300）

關(guān)于有機肥腐熟度評價指標的探討

梁小賢1董亞維2白艷武3

（1.西安市灞橋區(qū)動物疾病預(yù)防控制中心陜西西安灞橋區(qū)710024；

2.戶縣畜牧獸醫(yī)技術(shù)推廣中心；3.西安市戶縣大王鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站陜西西安戶縣710300）

本文通過對有機肥腐熟度不同評價指標的介紹、分析和探討，確定在不同條件下各個評價指標的作用、閾值選取范圍、指標適用范圍，以及不同評價指標之間的相互關(guān)聯(lián)。通過對這些評價指標的詳細介紹，為今后有機肥腐熟度的評價提供較為全面系統(tǒng)的評價體系，促進有機肥評價體系的優(yōu)化，從而科學(xué)評價有機肥的制作過程及產(chǎn)品質(zhì)量。

有機肥；腐熟度；評價指標

腐熟度是有機肥廠設(shè)計、運行、堆肥過程控制及堆肥產(chǎn)品質(zhì)量評價的重要依據(jù)，因此，設(shè)計合理的有機肥腐熟度評價指標，確定合理的取值范圍，探討不同糞肥種類、糞肥和其它物料不同添加比例情況下，評價指標的選擇以及取值范圍的選取。

1　外觀物理指標

以張聿柏，李勤奮（2009）試驗為例，將香蕉莖稈和雞糞作為主要填料進行好氧堆肥，當(dāng)香蕉莖稈堆制到類似土壤的氣味，顏色為黑褐色，質(zhì)地較松軟，不再吸引蚊蠅、跳蚤時即為腐熟。這一指標不能準確反應(yīng)不同處理間的數(shù)量變化，因此只適用于實際生產(chǎn)使用。

2　溫度

在有機肥的物理評價指標中，溫度比較常用，堆肥溫度是微生物活動狀況的標志，堆肥溫度的高低決定了堆肥速度的快慢。溫度是直接反映堆肥腐熟度的重要參數(shù)，溫度的變化主要與堆體內(nèi)微生物活動的變化和有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化有關(guān)，其目的是使堆肥無害化和穩(wěn)定化，溫度可以作為輔助判斷堆肥是否腐熟的評價指標。由于溫度這一指標對微生物活動引起的變化能夠靈敏反應(yīng)，因此，這一指標能夠直接反應(yīng)堆肥的高溫腐熟期。堆肥過程中堆體的溫度主要經(jīng)歷4個階段，分別為升溫期、持續(xù)高溫期、降溫期和穩(wěn)定期，堆溫大于50℃的時間達十多天，就能達到糞便無害化衛(wèi)生標準，堆肥后期（50d）溫度自然降低，標志著堆肥已經(jīng)腐熟。在升溫期堆體的溫度會由室溫迅速上升到50℃以上，但是這一溫度會根據(jù)堆肥條件的不同有所差異，然后進入持續(xù)高溫期。在持續(xù)高溫期，嗜熱菌活動頻繁，在嗜熱菌的作用下，堆肥物質(zhì)會發(fā)生變化，之后，堆體的溫度逐漸降低至室溫，即進入降溫期，最后穩(wěn)定在與氣溫相近的階段即穩(wěn)定期。錢宏兵，于倩倩（2015）試驗表明，將雞糞、水稻秸稈作為原料和填充料，進行高溫堆肥，在堆肥60天左右堆體溫度穩(wěn)定在與氣溫相近的溫度階段，堆體進入穩(wěn)定期，達到腐熟。溫度的變化比較靈敏，因此，可將溫度作為測定堆肥腐熟度的一個很直觀重要的指標。

3　有機碳、全氮及C/N

據(jù)張聿柏，李勤奮（2009）報道，以香蕉莖稈和雞糞作為主要填料進行好氧堆肥，分4個試驗處理，分別添加A、B兩種發(fā)酵劑，含量分別為0.3%、0.6%，經(jīng)試驗，4個處理有機碳含量在堆肥前14天下降的幅度最大，平均從51.86%下降到28.20%，到第42天，有機碳含量不再下降，維持到16%左右。

由于大量容易分解的營養(yǎng)物質(zhì)被微生物強烈分解，從堆肥開始到第14天，氮素轉(zhuǎn)化為NH3從堆肥中損失，堆肥中的含氮量從2.02%下降到1.39%，減少約30%；第二階段，由于翻堆和堆肥過程中的高溫影響，從第14天到第42天，氮素的損失在20%左右；堆肥42天后全氮含量基本不再變化，維持在1.1左右。

碳氮比（C/N）這一指標對高溫能夠靈敏響應(yīng)，因此，能直接反應(yīng)堆肥的高溫腐熟期。在堆肥過程中，一般情況下微生物體的C/N約為16，剩余的碳素將會以CO2的形式釋放到大氣中去。部分研究者認為堆體的C/N在理論上應(yīng)該與微生物體的C/N相同，即在16左右，因此，當(dāng)堆體中的物質(zhì)C/ N＜20時可以認為該堆體已經(jīng)基本腐熟。

以錢宏兵，于倩倩（2015）的試驗為例，堆體的C/N呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，最后穩(wěn)定在17左右，堆肥達到完全腐熟。另外，據(jù)張聿柏，李勤奮（2009）報道，C/N由堆肥開始時的25左右下降到28天時的17左右，并穩(wěn)定保持，因此，C/N是被普遍認可的最基本的堆肥腐熟度指標，一般認為堆肥原料的C/N下降到20以下時堆肥達到腐熟，可以直接施用，但Morel等認為C/N小于20只是堆肥腐熟的必要條件。從這一研究結(jié)果可以看出，這一指標比較穩(wěn)定，也可以作為香蕉莖稈堆肥化腐熟度指標之一，但C/N達到17時穩(wěn)定。由此可見，C/N的值和堆肥物料的種類和配比有關(guān)。

根據(jù)李吉進，等（2006）將新鮮雞糞和玉米秸稈作為主要原料混合后進行高溫堆肥，研究表明，C/N由堆制前的14.95下降至堆制后的9.43，在該試驗配方條件下，堆肥達到完全腐熟的C/N在10左右。

4　銨態(tài)氮

目前，對堆體中銨態(tài)氮含量的測定，也能夠反映堆體的腐熟度，但是，堆肥原料和堆肥條件對該參數(shù)的影響較大，堆肥初期，堆體中的銨態(tài)氮含量較高，但隨著堆肥時間的推移，該含量逐漸減少并趨于穩(wěn)定。錢宏兵，于倩倩（2015）的試驗表明，堆體在堆肥0-3天內(nèi)，銨態(tài)氮含量急劇增加，3天后逐漸下降，堆肥30天之后銨態(tài)氮含量下降很緩慢，直至堆肥結(jié)束銨態(tài)氮含量降至911mg/kg。因此，銨態(tài)氮的降低說明堆肥趨向腐熟。

5　種子發(fā)芽率和種子發(fā)芽系數(shù)

由于堆肥產(chǎn)品最終都要作為有機肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，因而種子發(fā)芽系數(shù)被認為是最有效、最能反映堆肥產(chǎn)品植物毒性大小的腐熟度評價指標。

未腐熟的堆肥會抑制植物生長，而腐熟的堆肥可以促進植物生長。錢宏兵，于倩倩（2015）的試驗表明，均勻點播30粒飽滿的小麥種子，堆肥初期的堆肥48h種子發(fā)芽率僅為23%，發(fā)酵結(jié)束時48h種子發(fā)芽率約為90%，則此時堆肥已經(jīng)充分腐熟。種子發(fā)芽率與堆體溫度、碳氮比、銨態(tài)氮含量呈負相關(guān)。

種子發(fā)芽系數(shù)同時考慮了發(fā)芽率和根長2個指標，計算公式為：

Zucconi等報道，水芹種子的發(fā)芽系數(shù)能有效地反映堆肥的植物毒性大小，可用于堆肥腐熟度評價，它不僅考慮了種子的發(fā)芽率，還考慮了植物毒性物質(zhì)對種子生根的影響，另外，當(dāng)水芹種子的發(fā)芽系數(shù)大于50%時，表示堆肥已腐熟，這是一個使用比較普遍的評價指標。意大利政府已經(jīng)將該標準用作有機固體廢棄物堆肥產(chǎn)品的腐熟標準。根據(jù)這一標準，黃國鋒等（2002）設(shè)計了2個試驗處理，分別為豬糞+木屑（處理1）、豬糞+木屑+樹葉（處理2），每個培養(yǎng)皿內(nèi)均勻放入10顆水芹種子做種子發(fā)芽系數(shù)測定的試驗，結(jié)果表明，處理1需要堆漚42d左右才達到腐熟，而處理2僅需35d便可達到腐熟的要求，這表明在用豬糞制作有機肥過程中加入一定量的樹葉有助于縮短豬糞堆肥化處理所需的時間。

李吉進，等（2006）用飽滿的“京綠2號”油菜種子做第24h和48h種子發(fā)芽率測定試驗，結(jié)果表明，有機肥堆制時間對種子發(fā)芽的抑制作用不同。在堆肥初期，24h種子發(fā)芽率僅為1%，這說明堆肥樣品幾乎完全抑制種子發(fā)芽，而堆肥發(fā)酵30天左右的48h種子發(fā)芽率已達到80%以上，可認為此時的堆肥已經(jīng)不影響種子的發(fā)芽，在堆肥結(jié)束時48h種子發(fā)芽率已經(jīng)達到90%左右，證明堆肥已經(jīng)達到完全腐熟。

6　陽離子交換量（CEC）

陽離子交換量能反應(yīng)有機質(zhì)的降低程度，是堆肥的腐殖化程度及新形成有機質(zhì)的重要指標。隨著腐殖化過程的進行，陽離子交換量一般情況下會逐漸增加。Harada等通過對城市垃圾堆肥的研究提出，當(dāng)CEC＞60cmol/kg，可判定為堆肥已經(jīng)達到腐熟。張聿柏，李勤奮（2009）試驗表明，試驗起始平均CEC為34.6cmol/kg，隨著堆肥時間的推移，CEC含量逐漸穩(wěn)定升高，但是沒有達到60cmol/kg。這說明這一指標因堆肥材料不同，最終穩(wěn)定的值不太相同，但變化趨勢是一致的，因此，這一指標可以作為堆肥腐熟度的判定指標。但對于不同堆肥材料及配比情況下，CEC最適宜判斷閾值的確定，還需要結(jié)合其它判定指標，認真仔細確定。另外，因為CEC隨著堆肥進程穩(wěn)定變化，沒有隨溫度和時間變化的明顯節(jié)點，因此需要根據(jù)其它指標確定其閾值。

7　陽離子交換量與有機碳之比（CEC/TOC）

張聿柏，李勤奮（2009）試驗結(jié)果顯示，香蕉莖稈堆肥過程CEC/TOC穩(wěn)定上升，在堆肥結(jié)束時達到3.0左右。Garcia等研究城市垃圾堆肥，認為CEC/TOC在3.5-4時堆肥即達到腐熟，可以作為腐熟度評價指標。而Saharinen研究堆肥過程CEC的變化后發(fā)現(xiàn)CEC/TOC值在堆肥結(jié)束后穩(wěn)定于1.8。以上三個試驗表明，CEC/TOC值可作為堆肥腐熟度的評價指標，但容易受到物料性質(zhì)的影響，因此，也需要根據(jù)不同堆肥材料及配比，結(jié)合其它判定指標，認真確定這一指標最適宜的判斷閾值。另外，因為CEC/TOC隨著堆肥進程穩(wěn)定變化，沒有隨溫度和時間變化的明顯節(jié)點，因此需要根據(jù)其它指標確定其閾值。

8　波譜分析法

波譜分析法系列中的可見光譜法、紅外光譜法、核磁共振法，提供了從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的角度認識堆肥過程和堆肥腐熟度的技術(shù)手段，而紅外光譜法和核磁共振法都可提供堆肥過程中腐殖質(zhì)的官能團信息及腐殖質(zhì)骨架信息，并對堆肥過程中有機成分的轉(zhuǎn)化提供了有利的證據(jù)，由紅外光譜證實了核磁共振光譜的結(jié)果。

另外，pH值、水溶性NH4-N、水溶性NO3-N、水溶性有機氮、胡富比等也是評價有機肥腐熟度的重要指標，在這里不再詳細論述。

綜上所述，堆肥腐熟度評價指標在堆肥生產(chǎn)加工和堆肥產(chǎn)品質(zhì)量評價過程中起著重要作用。通過對目前常見的堆肥腐熟度評價指標的詳細論述，評估每個指標的優(yōu)缺點及適用范圍，期望今后能夠建立更加完善優(yōu)化的堆肥腐熟度評價體系，或者能開發(fā)出更加快速、準確、成本低的檢測指標，更好地評估堆肥生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量。

（略）