不同來(lái)源有機(jī)肥料成分測(cè)定分析及其在堆肥中的應(yīng)用

曹凱紅，任麗梅*，李曉嬌，侯洪波，王慧，黃波，王斌

(1.保山學(xué)院，云南 保山 678000；2.龍陵恒冠泰達(dá)有限公司(保山龍陵褚橙基地)，云南 保山 678000)

化肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中補(bǔ)充養(yǎng)分的重要途徑，也是作物增產(chǎn)的有效途徑。但化肥所帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)也隨之而來(lái)。尤其是化學(xué)肥料的不合理施用，化學(xué)施用量的逐年增加，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量降低、理化性質(zhì)惡化、肥料利用率下降,以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的污染。有機(jī)肥料主要來(lái)源于植物和動(dòng)物，經(jīng)過(guò)發(fā)酵腐熟的含碳有機(jī)物料，養(yǎng)分全面、含量高、成分簡(jiǎn)單、釋放快，能提高肥料的利用率[1]；能改善土壤結(jié)構(gòu)，有效地協(xié)調(diào)土壤中的水、肥、氣、熱，增強(qiáng)土壤的保肥、供肥能力和緩沖能力；提供植物營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)[2]。2015年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部制定下發(fā)了到2020年化肥和農(nóng)藥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案，有機(jī)肥對(duì)物質(zhì)循環(huán)和環(huán)境保護(hù)有重要作用,施用有機(jī)肥符合有機(jī)農(nóng)業(yè)或生態(tài)農(nóng)業(yè)的要求[2]。為了保證食品安全，正確合理施用有機(jī)肥料顯得尤為重要，提供作物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)，提升土壤肥力，減少作物對(duì)農(nóng)藥的抗性，進(jìn)一步促進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展[3]。高溫發(fā)酵生產(chǎn)堆肥可將廢棄物轉(zhuǎn)化為肥料，有利于廢物無(wú)害化處理和資源化利用[4]。近年來(lái)關(guān)于堆肥研究報(bào)道很多[5-7]，但由于物料來(lái)源不同，堆肥過(guò)程及腐熟產(chǎn)品不同，堆肥的應(yīng)用受到很多阻礙。

本文采用化學(xué)分析方法測(cè)定保山龍陵儲(chǔ)橙基地有機(jī)肥廠的幾種有機(jī)肥源，以及基地4種堆肥方式生產(chǎn)的有機(jī)肥料中營(yíng)養(yǎng)成分含量。以期監(jiān)測(cè)有機(jī)肥料中有機(jī)質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)元素等指標(biāo)變化，合理指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料

7種有機(jī)肥源：灰渣、勐糯肥、煙末、羊糞、甘蔗渣、牛糞和竹鼠糞；4種堆肥方式生產(chǎn)的有機(jī)肥料：一二期肥、一二期夏肥、一二期冬肥和三期肥。

主要儀器：粉碎機(jī)、鼓風(fēng)干燥箱、水浴鍋(HH-6)、酸式滴定管、凱氏定氮裝置、可調(diào)電爐(1000W)、pH計(jì)(PHS-3E)、分析天平(CP214)、微波消解儀(美國(guó)CEM公司MARS6)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(賽默飛世爾科技公司ICAP7400)、常規(guī)玻璃儀器等。

主要試劑：二氧化硅、濃硫酸、重鉻酸鉀、硫酸亞鐵、30%過(guò)氧化氫、氫氧化鈉、硼酸、溴甲酚綠、甲基紅、硝酸、鹽酸，試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

1.2 方法

樣品制備：取適量的7種肥源、4種堆肥方式生產(chǎn)的有機(jī)肥料于干燥箱中60 ℃干燥12 h，取出混勻，用粉碎機(jī)將其粉碎，置于自封袋中保存?zhèn)溆谩?/p>

利用重鉻酸鉀-硫酸亞鐵滴定法測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量[8]，凱氏定氮法測(cè)定N含量[8]，微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測(cè)定K、Ca、Na、Mg、P、Zn、Fe的含量[9]。對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行評(píng)價(jià)，利用Excel規(guī)劃求解[10]優(yōu)化有機(jī)肥源配比。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)質(zhì)及N含量

有機(jī)肥可以提高土壤有機(jī)質(zhì)的含量，并提升N的穩(wěn)固性與連續(xù)性，保證土壤中N含量滿足作物的需求，長(zhǎng)效保持土壤中N元素的含量[11]。有機(jī)肥源中竹鼠糞的有機(jī)質(zhì)含量最高，為94.40%(表1)，灰渣的含量最低，為29.83%。對(duì)于堆肥及施肥碳源需求較高的，可優(yōu)先選擇竹鼠糞。此外，考慮到生態(tài)、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)可以選擇甘蔗渣、煙末作為堆肥肥源，有機(jī)質(zhì)含量分別為92.38%和66.08%。有機(jī)肥源中牛糞的N含量最高，含量為2.10%，灰渣最低，為0.15%。按照《有機(jī)肥料》(NY 525—2012)技術(shù)指標(biāo)要求，有機(jī)質(zhì)>45%為合格，因此，一二期肥、一二期夏肥、一二期冬肥、三期肥均不合格，堆肥時(shí)可選用有機(jī)質(zhì)含量較高的牛糞、竹鼠糞、甘蔗渣、煙末、羊糞來(lái)調(diào)整堆肥配料比。

表1 不同有機(jī)肥源、有機(jī)肥料樣品的有機(jī)質(zhì)及N含量

2.2 ICP-AES測(cè)定元素含量

表2看出，有機(jī)肥源中K、Zn含量牛糞最高，分別為45.07和0.45 g·kg-1，甘蔗渣最低。Ca、Fe含量勐糯肥最高，分別為74.42和6.43 g·kg-1，竹鼠糞最低。Na含量牛糞最高，為4.78 g·kg-1，煙末最低。Mg含量灰渣最高，為10.06 g·kg-1，勐糯肥最低。P含量勐糯肥最高，為11.53 g·kg-1，甘蔗渣最低。作物所需的元素除N、P、K大量元素外，還需要Ca、Mg、S中量元素和Cu、Zn、Fe、B、Mn等微量元素。各種元素要合理配合，任何一種元素過(guò)多或過(guò)少都會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響，甚至死亡[12]。

表2 不同有機(jī)肥源、有機(jī)肥料樣品的ICP-AES測(cè)定結(jié)果

長(zhǎng)期使用有機(jī)肥能提升土壤中磷元素含量，滿足作物的生長(zhǎng)需求。與使用化學(xué)肥料相比，使用有機(jī)肥能明顯提高土壤鉀元素含量，使其在土壤內(nèi)移動(dòng)擴(kuò)散，便于作物的吸收，同時(shí)減少鉀元素的流失[11]。有機(jī)肥中的微生物和有機(jī)質(zhì)在協(xié)同作用下進(jìn)一步促進(jìn)了農(nóng)作物對(duì)土壤中有效磷、鉀等大量元素的吸收，極大地改善了土壤的化學(xué)性質(zhì)，并維持土壤養(yǎng)分以及作物所需營(yíng)養(yǎng)代謝之間的動(dòng)態(tài)平衡，始終維持在促進(jìn)作物生長(zhǎng)的有利生長(zhǎng)環(huán)境中[13]。在堆肥運(yùn)用中可根據(jù)元素含量調(diào)節(jié)肥源配比，添加補(bǔ)充微量元素。實(shí)際施肥中，使用有機(jī)肥與化學(xué)肥料混合，能有效提高土壤中N元素含量，利于作物的生長(zhǎng)[11]。劉艷妮[14]研究發(fā)現(xiàn),在有機(jī)肥料使用基礎(chǔ)上適當(dāng)施加鋅肥可提高小麥產(chǎn)量。

2.3 4種堆肥分析評(píng)價(jià)

褚橙基地有機(jī)堆肥生產(chǎn)在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行，倉(cāng)庫(kù)四周敞開(kāi)，彩鋼瓦封頂避免雨水沖刷，錐形堆肥。以不同有機(jī)肥源配料比，相同的生產(chǎn)工藝，不同堆肥生產(chǎn)季節(jié)下進(jìn)行堆肥生產(chǎn)，添加一定比例的濾泥并每1 t添加2 kg鈣磷鉀肥補(bǔ)充微量元素，所有肥料均堆熟45 d后出庫(kù)使用。基地生產(chǎn)4種有機(jī)肥料,其中:一二期肥(春秋季)、一二期夏肥、一二期冬肥的有機(jī)肥源配比為濾泥40%、羊糞20%、煙末15%、甘蔗渣10%、牛糞10%、灰渣5%；三期肥的有機(jī)肥源配比為勐糯有機(jī)肥54%、濾泥14%、甘蔗渣5%、煙末12%、牛糞5%、羊糞10%。濾泥含有機(jī)質(zhì)38.00%、N 1.22%，濾泥其他元素不參與計(jì)算加權(quán)。有機(jī)肥料配比加權(quán)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3～4。

表3 有機(jī)肥料樣品有機(jī)質(zhì)、N配比加權(quán)的理論值

表4 有機(jī)肥料樣品營(yíng)養(yǎng)元素配比加權(quán)的理論值

碳氮比是有機(jī)肥堆熟的一個(gè)重要指標(biāo)，過(guò)高和過(guò)低都不利于堆肥的腐熟，根據(jù)肥源配方，碳氮比計(jì)算值為25～30∶1(根據(jù)物料碳含量和N含量計(jì)算)[15-16]。從表3看出，一二期肥配比加權(quán)計(jì)算的碳氮比為39.22∶1，高于參考比值，堆肥腐熟后，春秋季、夏肥的碳氮比均高于參考比值，夏肥的有機(jī)質(zhì)及N含量均高于春秋季肥及冬肥，但冬季堆肥碳氮比在參考范圍內(nèi)。另外，有機(jī)質(zhì)實(shí)際值均和理論值有較大差距，可能的原因是，堆肥敞開(kāi)式進(jìn)行，加之基地特殊地理環(huán)境，春夏秋季溫度較高、冬季溫度低的特點(diǎn)，溫度得不到控制，微生物難以繁殖，分解緩慢，有機(jī)質(zhì)及N的轉(zhuǎn)化緩慢。因此，建議春夏秋季堆肥調(diào)節(jié)肥源比例，同時(shí)可改善堆肥腐熟條件，減少堆場(chǎng)的敞開(kāi)面積，在發(fā)酵池頂部覆大棚膜, 即防雨又可透光, 增加發(fā)酵生物肥料的堆肥溫度，并保證通風(fēng)良好[17]。禽糞腐熟最佳溫度控制在70～80 ℃，最佳含水量為48.6%～59.8%，最佳含氧濃度為45～90 kPa[18]。

2.4 堆肥運(yùn)用成本核算規(guī)劃求解比例

在保證碳氮比及肥源充分利用情況下，進(jìn)行規(guī)劃求解。目標(biāo)：每1 t有機(jī)堆肥成本最低情況下的肥源比例。限制條件：1)一二期肥、三期肥的工藝配方中，有機(jī)質(zhì)>45%，N+K2O+P2O5>5%[8]；2)一二期肥配方肥源理論加權(quán)碳氮比在30～35∶1、三期肥配方加權(quán)碳氮比在45～54∶1；3)一二期肥、三期肥的工藝配方中，為滿足肥源的充分利用，原配方要求的每種肥源至少加入50 kg。Excel進(jìn)行規(guī)劃求解，得到優(yōu)化配方表5。

表5 規(guī)劃求解優(yōu)化配方的結(jié)果

生產(chǎn)中要分析肥源的有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀含量、碳氮比、價(jià)格等,選擇價(jià)格相對(duì)較低、有機(jī)質(zhì)含量較高、碳氮比適宜的有機(jī)肥源, 進(jìn)行合理配比, 篩選出性價(jià)比最佳的配方。

規(guī)劃求解后看出，對(duì)原有肥源種類進(jìn)行配比調(diào)節(jié)，一二期肥堆肥成本下降82.04元·t-1，三期肥下降104.64元·t-1。一二期肥有機(jī)質(zhì)理論加權(quán)含量51.85%，碳氮比為34.98∶1，N含量明顯高于原配方。三期肥有機(jī)質(zhì)理論加權(quán)含量64.65%，碳氮比45.02∶1，有機(jī)質(zhì)和N含量均高于原配方(表5)。另外優(yōu)化配方與原配方對(duì)比(表6)可得，即使敞開(kāi)式堆肥，堆肥溫度、水分條件控制不佳，也能使最終碳氮比在30～35∶1。總N+K2O+P2O5>5%，主要元素K、Na、Mg含量增加，一二期肥P增加，三期肥P降低，Ca含量下降。Ca含量下降可通過(guò)添加鈣肥補(bǔ)充。

表6 規(guī)劃求解優(yōu)化配方與原配方的元素配比加權(quán)含量

3 小結(jié)

有機(jī)肥源中竹鼠糞的有機(jī)質(zhì)含量最高，為94.40%，灰渣最低，為29.83%。對(duì)于堆肥及施肥碳源需求較高的，可優(yōu)先選擇竹鼠糞。考慮到生態(tài)、環(huán)保、經(jīng)濟(jì),可以選擇甘蔗渣、煙末作為堆肥肥源，其有機(jī)質(zhì)量分別為92.38%和66.08%。有機(jī)肥料中牛糞的N含量最高，為2.10%，灰渣最低，為0.15%。在堆肥時(shí)根據(jù)測(cè)定的結(jié)果和碳氮比要求適當(dāng)調(diào)整肥源比例配方。需要改善堆肥條件，控制堆場(chǎng)的溫度、水分以及通風(fēng)條件。

有機(jī)肥源中K、Zn含量牛糞最高，分別為45.07 g·kg-1和0.45 g·kg-1，甘蔗渣最低。Ca、Fe含量勐糯肥最高，分別為74.42 和6.43 g·kg-1，竹鼠糞最低。Na含量牛糞最高，為4.78 g·kg-1，煙末最低。Mg含量灰渣最高，為10.06 g·kg-1，勐糯肥最低。P含量勐糯肥最高，為11.53 g·kg-1，甘蔗渣最低。在堆肥中可根據(jù)元素含量調(diào)節(jié)肥源配比，添加補(bǔ)充微量元素。實(shí)際施肥中，有機(jī)肥與化學(xué)肥料混施，能有效地提高土壤中N元素含量，利于作物的生長(zhǎng)。在使用有機(jī)肥的基礎(chǔ)上，結(jié)合化學(xué)肥料施用，保證微量元素滿足植物生長(zhǎng)。

在保證碳氮比及肥源充分利用情況下，進(jìn)行規(guī)劃求解，調(diào)整肥源配比，通過(guò)求解看出，優(yōu)化配方經(jīng)濟(jì)成本下降，碳氮比、N+K2O+P2O5等在允許范圍內(nèi)。