不同來源有機肥料成分測定分析及其在堆肥中的應用

曹凱紅，任麗梅*，李曉嬌，侯洪波，王慧，黃波，王斌

(1.保山學院，云南 保山 678000；2.龍陵恒冠泰達有限公司(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。但化肥所帶來的負面效應也隨之而來。尤其是化學肥料的不合理施用，化學施用量的逐年增加，導致土壤有機質含量降低、理化性質惡化、肥料利用率下降,以及對生態(tài)系統(tǒng)造成的污染。有機肥料主要來源于植物和動物，經(jīng)過發(fā)酵腐熟的含碳有機物料，養(yǎng)分全面、含量高、成分簡單、釋放快，能提高肥料的利用率[1]；能改善土壤結構，有效地協(xié)調土壤中的水、肥、氣、熱，增強土壤的保肥、供肥能力和緩沖能力；提供植物營養(yǎng)，促進作物生長，提高農(nóng)產(chǎn)品的品質[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)藥使用量零增長行動方案，有機肥對物質循環(huán)和環(huán)境保護有重要作用,施用有機肥符合有機農(nóng)業(yè)或生態(tài)農(nóng)業(yè)的要求[2]。為了保證食品安全，正確合理施用有機肥料顯得尤為重要，提供作物生長所需的營養(yǎng)，提升土壤肥力，減少作物對農(nóng)藥的抗性，進一步促進綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展[3]。高溫發(fā)酵生產(chǎn)堆肥可將廢棄物轉化為肥料，有利于廢物無害化處理和資源化利用[4]。近年來關于堆肥研究報道很多[5-7]，但由于物料來源不同，堆肥過程及腐熟產(chǎn)品不同，堆肥的應用受到很多阻礙。

本文采用化學分析方法測定保山龍陵儲橙基地有機肥廠的幾種有機肥源，以及基地4種堆肥方式生產(chǎn)的有機肥料中營養(yǎng)成分含量。以期監(jiān)測有機肥料中有機質及營養(yǎng)元素等指標變化，合理指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料

7種有機肥源：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、鼓風干燥箱、水浴鍋(HH-6)、酸式滴定管、凱氏定氮裝置、可調電爐(1000W)、pH計(PHS-3E)、分析天平(CP214)、微波消解儀(美國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，實驗用水為蒸餾水。

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)的有機肥料于干燥箱中60 ℃干燥12 h，取出混勻，用粉碎機將其粉碎，置于自封袋中保存?zhèn)溆谩?/p>

利用重鉻酸鉀-硫酸亞鐵滴定法測定有機質含量[8]，凱氏定氮法測定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)測定K、Ca、Na、Mg、P、Zn、Fe的含量[9]。對營養(yǎng)成分進行評價，利用Excel規(guī)劃求解[10]優(yōu)化有機肥源配比。

2 結果與分析

2.1 有機質及N含量

有機肥可以提高土壤有機質的含量，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，長效保持土壤中N元素的含量[11]。有機肥源中竹鼠糞的有機質含量最高，為94.40%(表1)，灰渣的含量最低，為29.83%。對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)濟可以選擇甘蔗渣、煙末作為堆肥肥源，有機質含量分別為92.38%和66.08%。有機肥源中牛糞的N含量最高，含量為2.10%，灰渣最低，為0.15%。按照《有機肥料》(NY 525—2012)技術指標要求，有機質>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，堆肥時可選用有機質含量較高的牛糞、竹鼠糞、甘蔗渣、煙末、羊糞來調整堆肥配料比。

表1 不同有機肥源、有機肥料樣品的有機質及N含量

2.2 ICP-AES測定元素含量

表2看出，有機肥源中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，任何一種元素過多或過少都會對作物的生長產(chǎn)生不良影響，甚至死亡[12]。

表2 不同有機肥源、有機肥料樣品的ICP-AES測定結果

長期使用有機肥能提升土壤中磷元素含量，滿足作物的生長需求。與使用化學肥料相比，使用有機肥能明顯提高土壤鉀元素含量，使其在土壤內(nèi)移動擴散，便于作物的吸收，同時減少鉀元素的流失[11]。有機肥中的微生物和有機質在協(xié)同作用下進一步促進了農(nóng)作物對土壤中有效磷、鉀等大量元素的吸收，極大地改善了土壤的化學性質，并維持土壤養(yǎng)分以及作物所需營養(yǎng)代謝之間的動態(tài)平衡，始終維持在促進作物生長的有利生長環(huán)境中[13]。在堆肥運用中可根據(jù)元素含量調節(jié)肥源配比，添加補充微量元素。實際施肥中，使用有機肥與化學肥料混合，能有效提高土壤中N元素含量，利于作物的生長[11]。劉艷妮[14]研究發(fā)現(xiàn),在有機肥料使用基礎上適當施加鋅肥可提高小麥產(chǎn)量。

2.3 4種堆肥分析評價

褚橙基地有機堆肥生產(chǎn)在倉庫內(nèi)進行，倉庫四周敞開，彩鋼瓦封頂避免雨水沖刷，錐形堆肥。以不同有機肥源配料比，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鈣磷鉀肥補充微量元素，所有肥料均堆熟45 d后出庫使用?；厣a(chǎn)4種有機肥料,其中:一二期肥(春秋季)、一二期夏肥、一二期冬肥的有機肥源配比為濾泥40%、羊糞20%、煙末15%、甘蔗渣10%、牛糞10%、灰渣5%；三期肥的有機肥源配比為勐糯有機肥54%、濾泥14%、甘蔗渣5%、煙末12%、牛糞5%、羊糞10%。濾泥含有機質38.00%、N 1.22%，濾泥其他元素不參與計算加權。有機肥料配比加權的計算結果見表3～4。

表3 有機肥料樣品有機質、N配比加權的理論值

表4 有機肥料樣品營養(yǎng)元素配比加權的理論值

碳氮比是有機肥堆熟的一個重要指標，過高和過低都不利于堆肥的腐熟，根據(jù)肥源配方，碳氮比計算值為25～30∶1(根據(jù)物料碳含量和N含量計算)[15-16]。從表3看出，一二期肥配比加權計算的碳氮比為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，夏肥的有機質及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，有機質實際值均和理論值有較大差距，可能的原因是，堆肥敞開式進行，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，溫度得不到控制，微生物難以繁殖，分解緩慢，有機質及N的轉化緩慢。因此，建議春夏秋季堆肥調節(jié)肥源比例，同時可改善堆肥腐熟條件，減少堆場的敞開面積，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，進行規(guī)劃求解。目標：每1 t有機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，有機質>45%，N+K2O+P2O5>5%[8]；2)一二期肥配方肥源理論加權碳氮比在30～35∶1、三期肥配方加權碳氮比在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)化配方的結果

生產(chǎn)中要分析肥源的有機質、氮磷鉀含量、碳氮比、價格等,選擇價格相對較低、有機質含量較高、碳氮比適宜的有機肥源, 進行合理配比, 篩選出性價比最佳的配方。

規(guī)劃求解后看出，對原有肥源種類進行配比調節(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。一二期肥有機質理論加權含量51.85%，碳氮比為34.98∶1，N含量明顯高于原配方。三期肥有機質理論加權含量64.65%，碳氮比45.02∶1，有機質和N含量均高于原配方(表5)。另外優(yōu)化配方與原配方對比(表6)可得，即使敞開式堆肥，堆肥溫度、水分條件控制不佳，也能使最終碳氮比在30～35∶1?？侼+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含量下降可通過添加鈣肥補充。

表6 規(guī)劃求解優(yōu)化配方與原配方的元素配比加權含量

3 小結

有機肥源中竹鼠糞的有機質含量最高，為94.40%，灰渣最低，為29.83%。對于堆肥及施肥碳源需求較高的，可優(yōu)先選擇竹鼠糞?？紤]到生態(tài)、環(huán)保、經(jīng)濟,可以選擇甘蔗渣、煙末作為堆肥肥源，其有機質量分別為92.38%和66.08%。有機肥料中牛糞的N含量最高，為2.10%，灰渣最低，為0.15%。在堆肥時根據(jù)測定的結果和碳氮比要求適當調整肥源比例配方。需要改善堆肥條件，控制堆場的溫度、水分以及通風條件。

有機肥源中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)元素含量調節(jié)肥源配比，添加補充微量元素。實際施肥中，有機肥與化學肥料混施，能有效地提高土壤中N元素含量，利于作物的生長。在使用有機肥的基礎上，結合化學肥料施用，保證微量元素滿足植物生長。

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