有機物料腐植酸和碳氮比對有機肥品質的影響

收稿日期：2013-09-26

基金項目：國家科技支撐項目“華北集約化農區農業面源污染防控技術集成與示范”（2012BAD15B02）

作者簡介：徐長英（1957-），男，研究員，主要從事植物營養與肥料研究。

*通訊作者

摘要：本試驗通過對7種不同物料的總氮（N）、有機質（OM）和總腐植酸（HA）測定，計算腐殖化率（HR）和碳氮比（C/N）。結果表明，糠醛渣和風化煤有機質含量較高，分別為78.61%和85.84%，C/N比也高，腐殖化率則較低，而沼渣、污泥、草炭有機質含量在44.63%～55.03%之間，其C/N低，但腐殖化率較高，特別是草炭，腐殖化率在90%左右。

關鍵詞：有機肥；有機物料；腐殖質；腐殖化率；碳氮比

中圖分類號：TQ440.2 ⁺ 2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2013）12-0069-04

全國農業技術推廣中心統計，2008年我國共有商品有機肥企業3 021家，年設計總生產能力為4 742萬噸，實際生產總量為2 488萬噸，近兩年，還以每年10%左右的速度在迅速增加。其中有機-無機復混肥料企業1 011家，占總量的33.5%，生物有機肥企業270家，占總量的8.9% ^[1]。與此同時，有機肥產業格局也在悄然發生變化，我國有機肥行業迎來了產業化發展的大好時機^[2]。

目前生產有機肥的原料多種多樣，農作物秸稈、農業廢棄物、畜禽糞便、生活垃圾、草炭、風化煤、城市污泥、河道淤泥、食品加工企業的廢料以及造紙廠、糠醛廠、酒廠的廢渣等工業廢棄物，都可作為生產有機肥的原料^[3～6]。農業部2012年6月1日頒布實施了NY 525-2012有機肥料最新標準^[7]，有機肥料的技術指標見表1。該標準適用于以畜禽糞便、動植物殘體和以動植物產品為原料加工的下腳料為原料，并經發酵腐熟后制成的有機肥。有機物料發酵腐熟是有機肥從原料到商品轉化過程的關鍵，原料經過微生物分解轉化才能變成可被植物和土壤小動物吸收的養料^[8，9]。有機肥料的品質由于原料來源不同差異很大^[10，11]，由于NY 525中并未將腐熟度列為有機肥質量指標，有些生產廠家為了達到有機質≥45%的指標，添加了一部分未完全腐熟或難腐熟的原料，雖然使得產品有機質達到了國家標準，但作物難以利用。本試驗通過對不同有機肥原料進行全氮（N）、有機質（OM）和總腐植酸（HA）等主要參數的測定，計算出腐殖化率（HR）及碳氮比（C/N），分析了它們相互之間的關系。

1材料與方法

1.1材料

分別取有機肥原料食用菌渣、糠醛渣、污泥、沼渣和礦源原料風化煤、泥炭（又稱草炭）等進行全氮、有機質和總腐植酸的測定。

1.2分析方法

1.2.1總氮的測定硫酸-過氧化氫消煮-蒸餾-滴定^[7]。

1.2.2有機質的測定（重鉻酸鉀容量法）以重鉻酸鉀-硫酸溶液氧化試樣中的有機碳，剩余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標準溶液滴定。以試劑空白為基準，根據試樣氧化前后氧化劑消耗體積，計算出有機碳含量，乘以換算系數1.724即為有機質含量^[7]。

1.2.3總腐植酸的測定用堿性焦磷酸鈉溶解試料中的腐植酸，在硫酸溶液中，用重鉻酸鉀將腐植酸中的碳氧化成二氧化碳，根據重鉻酸鉀消耗量和腐植酸的碳系數和氧化系數計算出總腐植酸的含量^[12]。

2結果與分析

2.1不同有機肥原料中有機質與腐殖化率的關系

本試驗選取的7種常見有機肥原料測定結果見表2。同時引入新的參數腐殖化率（HR）來反映原料腐熟程度^[13，14]：

HR （%）=[（HA+FA）/TOC]×100

即樣品的總腐植酸含量（包括胡敏酸HA和富里酸FA）與有機碳（TOC）的比值。

由表2可以看出，供試樣品的有機質含量為44.63%～85.84%，有機碳含量為25.89%～49.79%，總腐植酸含量20.80%～29.72%，腐殖化率48.18%～90.26%。從表2中還可明顯看出，1、2號和5號原料有機質含量高，但腐殖化率較低，在有機肥生產中需要加強腐化條件提高腐植酸轉化率，有機質才能轉化為作物可以吸收利用的形態。而3、4、6、7號原料有機質含量雖然較低，但腐殖化率較高，特別是草炭，腐殖化率均在90%左右，這是由于草炭本身就是植物殘體經微生物氧化分解而形成的^[15，16]。

2.2不同有機肥原料中有機質與碳氮比的關系

C/N是堆肥過程中重要的影響因素，也是堆肥最常用的腐熟度評價指標之一，可以判斷原料發酵腐熟的程度。許多研究表明腐殖化過程中C/N在（20～30）∶1較為適宜，有利于微生物的正常繁殖和有機物的降解。未完全腐熟的堆肥C/N較高，物料是仍保持原形態特征結構的植物殘體，施入土壤會繼續腐熟而造成植物缺氮^[17～21]。因為微生物體的C/N在16左右，在堆肥過程中，眾多的碳素將轉變成CO² 。因此，一些研究者認為，腐熟的堆肥的C/N理論上將趨向于微生物菌體的C/N，即降低到20以下時，可以認為已經腐熟。但由于有機肥原料復雜，不同物料的初始和終點C/N值差異很大，而且許多堆肥原料的C/N值本身較低，因此應用該參數時還應具體分析。從表2中看出，2、5號原料有機質含量較高，C/N在60左右，均未完全腐熟。3、4、6、7號原料的C/N均在20以下。1號原料食用菌渣C/N雖然達到18.3，但由于在栽培食用菌過程中調節了氮的含量，因此并不能說明其完全腐熟。

3結論與討論

3.1有機質

有機質含量是有機肥料最重要的指標之一，有機質按其分解程度不同可分為：①粗有機質——分解很少但仍保持原形態特征的植物殘體；②半分解有機質——正在分解中的植物殘體，以及微生物生命活動的各種產物；③腐殖質——與原來有機質性質發生了很大改變，復合成特殊性質的有機質。未發酵腐熟的粗有機質中養分多為有機態或緩效態，不能被作物直接吸收利用，只有在復合微生物的氧化和分解能力使碳素物質在一定的溫度、濕度和pH值等條件下轉化降解成速效態，形成一種穩定的腐殖質（腐植酸、氨基酸等）才能被作物吸收利用^[22]。因此，在有機肥生產中要強化腐化條件，提高腐植酸的轉化率。

3.2腐殖質

腐殖質的形成過程也就是有機物料的腐熟過程，包括：①腐植酸，也稱胡敏酸（HA）——僅溶于堿溶液；②黃腐酸，也稱富里酸（FA）——既溶于堿，又溶于酸溶液和水；③腐黑物，又名胡敏素（HM）——不溶于任何溶液的腐殖有機物質。黃腐酸（FA）一般含量很少，而腐黑物又很難與其他有機物（非腐殖質）區分開，也難于提取和測定，因此習慣上把腐植酸（HA）含量作為腐殖質的主要指標。測定腐植酸（HA）含量就代表了腐殖質的近似值。本研究通過計算腐殖化率，建立起腐植酸與有機質之間的聯系，可以更直觀地說明有機肥料的品質。

3.3碳氮比

C/N是堆肥化操作中一個關鍵因素，是國內應用較廣的判斷腐熟度的指標。但由于物料種類不同造成的C/N差異較大，一些原料（例如污泥）本身C/N便不足15∶1。因此，難以將C/N的某一特定數值作為廣義的指標參數使用。國外有人用“T值”評價不同物料堆肥腐熟度，如Morel等^[23]建議采用T=（終點C/N）/（初始C/N）來評價城市垃圾堆肥腐熟度，提出T<0.6時達到腐熟。Vuorinen等^[24]研究豬糞與稻草混合堆肥，指出0.46[25]研究包裝廢物堆肥T值在0.53～0.72之間。T值作為不同物料堆肥腐熟度的適用范圍同樣有待于進一步試驗。作者認為應加強對有機物料肥化的研究，增加對生產有機肥原料腐熟度評價指標。

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