好氧發酵腐熟度的判定

摘 要:腐熟度參數及其指標是評價堆肥過程及堆肥產品質量的重要尺度。由于堆肥是一個復雜的動力學和生物學過程，堆肥時間、堆肥原材料的性質與結構以及所有影響堆肥的因素均會影響堆肥腐熟度指標的建立及評價。

關鍵詞:好氧發酵腐熟度指標

中圖分類號:S141.4文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(c)-0125-01

堆肥化(Composting)是在微生物作用下通過高溫發酵使有機物礦質化、腐殖化和無害化而變成腐熟肥料的過程，在微生物分解有機物的過程中，不但生成大量可被植物利用的有效態氮、磷、鉀化合物，而且又合成新的高分子有機物—腐殖質，它是構成土壤肥力的重要活性物質。堆肥化可分為好氧發酵和厭氧發酵，好氧發酵又稱高溫發酵，由于高溫發酵具有耗時短、異味少、有機物分解充分等突出優點，目前正成為研究開發的熱點。

腐熟度是堆肥腐熟的程度即堆肥中的有機質經過礦化、腐殖化過程最后達到穩定的程度。腐熟度參數及其指標是評價堆肥過程及堆肥產品質量的重要尺度。由于堆肥是一個復雜的動力學和生物學過程，堆肥時間、堆肥原材料的性質與結構以及所有影響堆肥的因素均會影響堆肥腐熟度指標的建立及評價。

關于好氧發酵腐熟度的參數及評價指標的研究，已有大量工作報道，也提出了許多評價的方法，主要有物理學指標、化學指標和生物學指標。

1物理學指標

物理學指標通常指的是通過堆肥的表觀特征及一些物理學方法來確定堆肥的腐熟程度。主要包括堆肥的溫度、顏色、氣味以及是否不再滋生蚊蠅等特征。但是這種方法只能初步斷定堆肥的腐熟度，并不能進行定量的分析，因此只能作為堆肥腐熟度的一項輔助指標。

2化學指標

化學指標指的是通過化學方法分析堆肥的各項性質來確定堆肥腐熟度的一項方法。化學指標中目前較為常用的有:陽離子交換量(CEC)，碳氮比，水溶性含氮化合物(銨態氮、硝態氮)，腐殖化指標和有機酸的變化，光譜學分析等。

2.1 陽離子交換量(CEC)

Inbar(1990)等對污泥好氧堆肥的研究發現，CEC隨著腐殖化過程的進行而逐漸增加，Harada(1981)等對城市垃圾堆肥的研究中也有同樣的發現。Jimenez(1991)等以城市垃圾和污泥為原料進行堆肥實驗時認為CEC高于60cmol/kg，(以灰分記)且C/N(水相)小于6時堆肥已腐熟。而Garcia(1992)等研究了不同堆肥原料的堆肥過程，由于堆肥原料的不同，腐熟堆肥的CEC值在41.4～123cmol/kg之間，變化范圍很大，且某些堆肥原料，初始的CEC值就大于60cmol/kg，由此可見CEC的適用性還有待進一步研究。

2.2碳氮比

吳銀寶(2003)等在研究豬糞堆肥腐熟度時發現，當起始固相C/N從30降至20比1以下時堆肥已基本腐熟。Guluoede(1981)指出腐熟的堆肥其碳氮比應小于20。Morel(1985)則認為由于各種堆肥底物碳氮比本身存在差異，不能單純從碳氮比降低到某個值作為堆肥的一個腐熟指標，認為用堆肥的終點碳氮比與起始碳氮比的比值才更能說明問題，經過研究他將這一值定在0.6。

2.3 水溶性含氮化合物

Chanyasak等(1999)對垃圾、污泥、畜牧業廢物等12種不同堆料進行堆肥試驗，認為水溶性有機碳/有機氮在5～6時堆肥達腐熟。Hue等(1995)建議使用水溶性有機碳/總有機氮作為評價指標，提出水溶性有機碳/總有機氮小于0.70作為腐熟參考標準。張橋等(2004)提出水溶性碳與水溶性銨態氮之比值作為堆肥腐熟度的一個新的復合指標，并認為當其比值大于9時堆肥己基本腐熟。

2.4 腐殖化指標

根據堆肥在酸、堿中的溶解性質，可將堆肥中的腐殖質劃分為:腐殖酸(HS)，胡敏酸(HA)，富里酸(FA)，胡敏素(NFA)及非腐殖質成分NHF，它們的含量多少通常以含碳量表示。

有機質的腐殖化程度可通過以下參數來表示:腐殖化率HR[humification ratio，HR=(HA十FA)×100/TOC，TOC為總有機碳]、腐殖化指數HI(humification index，HI=HA/FA)、胡敏酸的百分含量HP(HP=HA×100/HS)及腐殖化度DH(DH%=(CHA+CFA)/TEC×100)。

Hue(1995)等人用造紙污水與稻草堆肥的試驗并對實驗結果進行了檢驗分析表明:腐殖化指數(HI)適合作城市垃圾堆肥的腐殖質物質含量的指標，并且以CHA/CFA表示的HI與C/N比表示出了很好的相關性(p=0.01)經可靠性檢驗的數據表明:可以作為評價堆肥腐熟度的HI最小值是1.40。

3生物學指標

3.1 酶學分析

堆肥過程中，多種氧化還原酶和水解酶與C、N、P等基礎物質代謝密切相關。分析相關的酶活力，可間接反映微生物的代謝活性和酶特定底物的變化情況。Breimerls(1982)等分析了污泥堆肥中尿酶、磷酸酶、蛋白酶、酩蛋白水解酶的活性變化。結果表明，水解酶的較高活性反映了堆肥的降解代謝過程，較低活性時反映堆肥的腐熟度。這與CO2的釋放和ATP濃度變化是一致的。

3.2 種子發芽試驗

從堆肥腐熟的實用意義，植物生長實驗應是評價堆肥腐熟度最終和最具有說服力的方法。植物毒性是堆肥腐熟狀況最直觀的指標，許多研究者都是在以植物毒性的基礎上來篩選其它的腐熟指標的。而測量植物毒性最簡便的方法就是測量種子的發芽力。Zucconi(1981)等提出許多植物種子在堆肥原料和未腐熟堆肥的萃取液中生長受到抑制，而在腐熟堆肥的萃取液中生長得到促進，并以種子發芽指數GI(Germination Index)=(浸提液種子發芽率*發芽長度)/(空白液種子發芽率*發芽長度)，來評價堆肥腐熟度，認為當GI大于50%時堆肥己達腐熟，GI大于85%時堆肥己完全腐熟。國內外許多專家學者都對此表示了極大程度上的認可，紛紛采用這種方法對堆肥腐熟度進行評價，并以此為參數篩選其它的腐熟指標。采用種子發芽指數評價堆肥腐熟度的方法，雖然會因堆肥原料、供試種子不同而不同，但卻是目前被廣泛接受和應用的。

參考文獻

[1]吳銀寶，汪植三，寥新佛等.2003.豬糞堆肥腐熟指標的研究[N].農業環境科學學報，22(2):189～193.

[2]張橋，吳啟堂，黃煥忠等.2004.城市污泥與稻草堆肥的腐熟度指標研究[N].農業環境科學學報，23(4):782～786.