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

有機(jī)肥；腐熟度；評價指標(biāo)

腐熟度是有機(jī)肥廠設(shè)計(jì)、運(yùn)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(jì)合理的有機(jī)肥腐熟度評價指標(biāo)，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(biāo)的選擇以及取值范圍的選取。

1　外觀物理指標(biāo)

以張聿柏，李勤奮（2009）試驗(yàn)為例，將香蕉莖稈和雞糞作為主要填料進(jìn)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(biāo)不能準(zhǔn)確反應(yīng)不同處理間的數(shù)量變化，因此只適用于實(shí)際生產(chǎn)使用。

2　溫度

在有機(jī)肥的物理評價指標(biāo)中，溫度比較常用，堆肥溫度是微生物活動狀況的標(biāo)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(jī)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(biāo)。由于溫度這一指標(biāo)對微生物活動引起的變化能夠靈敏反應(yīng)，因此，這一指標(biāo)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(dá)十多天，就能達(dá)到糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，堆肥后期（50d）溫度自然降低，標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(yàn)表明，將雞糞、水稻秸稈作為原料和填充料，進(jìn)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(jìn)入穩(wěn)定期，達(dá)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(biāo)。

3　有機(jī)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(jìn)行好氧堆肥，分4個試驗(yàn)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(yàn)，4個處理有機(jī)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(jī)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(qiáng)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(biāo)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(rèn)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(rèn)為該堆體已經(jīng)基本腐熟。

以錢宏兵，于倩倩（2015）的試驗(yàn)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(dá)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(rèn)可的最基本的堆肥腐熟度指標(biāo)，一般認(rèn)為堆肥原料的C/N下降到20以下時堆肥達(dá)到腐熟，可以直接施用，但Morel等認(rèn)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(biāo)比較穩(wěn)定，也可以作為香蕉莖稈堆肥化腐熟度指標(biāo)之一，但C/N達(dá)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(jìn)，等（2006）將新鮮雞糞和玉米秸稈作為主要原料混合后進(jìn)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(yàn)配方條件下，堆肥達(dá)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(yàn)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(jī)肥用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，因而種子發(fā)芽系數(shù)被認(rèn)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(biāo)。

未腐熟的堆肥會抑制植物生長，而腐熟的堆肥可以促進(jìn)植物生長。錢宏兵，于倩倩（2015）的試驗(yàn)表明，均勻點(diǎn)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(fù)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(biāo)，計(jì)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(biāo)。意大利政府已經(jīng)將該標(biāo)準(zhǔn)用作有機(jī)固體廢棄物堆肥產(chǎn)品的腐熟標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，黃國鋒等（2002）設(shè)計(jì)了2個試驗(yàn)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(yàn)，結(jié)果表明，處理1需要堆漚42d左右才達(dá)到腐熟，而處理2僅需35d便可達(dá)到腐熟的要求，這表明在用豬糞制作有機(jī)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(jìn)，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(yàn)，結(jié)果表明，有機(jī)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(dá)到80%以上，可認(rèn)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(dá)到90%左右，證明堆肥已經(jīng)達(dá)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(jī)質(zhì)的降低程度，是堆肥的腐殖化程度及新形成有機(jī)質(zhì)的重要指標(biāo)。隨著腐殖化過程的進(jìn)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(dá)到腐熟。張聿柏，李勤奮（2009）試驗(yàn)表明，試驗(yàn)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(dá)到60cmol/kg。這說明這一指標(biāo)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(biāo)可以作為堆肥腐熟度的判定指標(biāo)。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(biāo)，認(rèn)真仔細(xì)確定。另外，因?yàn)镃EC隨著堆肥進(jìn)程穩(wěn)定變化，沒有隨溫度和時間變化的明顯節(jié)點(diǎn)，因此需要根據(jù)其它指標(biāo)確定其閾值。

7　陽離子交換量與有機(jī)碳之比（CEC/TOC）

張聿柏，李勤奮（2009）試驗(yàn)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(dá)到3.0左右。Garcia等研究城市垃圾堆肥，認(rèn)為CEC/TOC在3.5-4時堆肥即達(dá)到腐熟，可以作為腐熟度評價指標(biāo)。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(yàn)表明，CEC/TOC值可作為堆肥腐熟度的評價指標(biāo)，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(biāo)，認(rèn)真確定這一指標(biāo)最適宜的判斷閾值。另外，因?yàn)镃EC/TOC隨著堆肥進(jìn)程穩(wěn)定變化，沒有隨溫度和時間變化的明顯節(jié)點(diǎn)，因此需要根據(jù)其它指標(biāo)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(rèn)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(tuán)信息及腐殖質(zhì)骨架信息，并對堆肥過程中有機(jī)成分的轉(zhuǎn)化提供了有利的證據(jù)，由紅外光譜證實(shí)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(jī)氮、胡富比等也是評價有機(jī)肥腐熟度的重要指標(biāo)，在這里不再詳細(xì)論述。

綜上所述，堆肥腐熟度評價指標(biāo)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(biāo)的詳細(xì)論述，評估每個指標(biāo)的優(yōu)缺點(diǎn)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(zhǔn)確、成本低的檢測指標(biāo)，更好地評估堆肥生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量。

（略）