商品有機肥容重測定方法的建立及不同原料對有機肥容重的影響

陳紅金，姚燕來，朱有為，段麗麗，薛智勇，朱鳳香，王衛平，陳曉旸，洪春來，忻舒婷

（1.浙江省農業科學院環境資源與土壤肥料研究所，浙江杭州 310021；2.浙江省種植業管理局，浙江杭州 310020；3.嘉興八福生態農業開發有限公司，浙江嘉興 314007）

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商品有機肥容重測定方法的建立及不同原料對有機肥容重的影響

陳紅金2，姚燕來1，朱有為2，段麗麗2，薛智勇1，朱鳳香1，王衛平1，陳曉旸1，洪春來1，忻舒婷3

（1.浙江省農業科學院環境資源與土壤肥料研究所，浙江杭州 310021；2.浙江省種植業管理局，浙江杭州 310020；3.嘉興八福生態農業開發有限公司，浙江嘉興 314007）

摘 要：商品有機肥是化肥的重要替代品。目前我國商品有機肥主要采用重量計量的方式進行出售。由于商品有機肥原料來源廣泛，且經加工以后難以辨別，因而給商品有機肥的摻假造假提供了可乘之機。本文通過顆粒度、含水率和測定方式等影響商品有機肥容重測定因素的篩選和優化，建立了商品有機肥容重測定的方法。運用該方法對商品有機肥生產3類主要畜禽糞原料、常見8類輔料及污泥和土壤的容重進行測定，結果表明，不同物料容重之間存在差異性，而有機肥的容重與原料組成相關，且與添加量存在顯著線性關系。在明確原料組成的情況下，有機肥容重測定可用于判斷其真實性。土壤和污泥等容重顯著高于木屑、菇渣、大糠等常規有機肥生產輔料，成為有機肥摻假的重要驅動因子。測定浙江省96個商品有機肥樣品容重，結果均值為0.526 g· cm-3，對其中11個容重＞0.700 g·cm-3的有機肥樣品和4個容重＞0.45 g·cm-3的牛糞有機肥樣品進行篩分鑒別，均發現摻入了大量泥土、砂石等雜質，存在明顯摻假行為，證實了容重在有機肥摻假行為鑒別中具有一定的可行性。

關鍵詞：商品有機肥；容重；污泥；土壤

文獻著錄格式:陳紅金，姚燕來，朱有為，等.商品有機肥容重測定方法的建立及不同原料對有機肥容重的影響［J］.浙江農業科學，2016，57（6）: 945-950.

姚燕來（1981—），男，浙江余姚人，副研究員，博士，從事廢棄物資源化利用研究工作，E-mail: yaoyl0679 @ hotmail.com。

商品有機肥料作為化肥的替代品，其推廣應用，對減少化肥施用，保持、改善和提高我國土壤肥力，促進農作物高產、

優質、高效，有著不可替代的作用，是解決目前我國畜禽養殖污染，加快推進畜禽糞便、動植物殘體等農林生物質廢棄物的無害化處理和資源化利用的主要途徑和模式［1-4］。2014年1月1日開始實施的《畜禽規模養殖污染防治條例》，明確規定支持利用畜禽養殖廢棄物制造有機肥。目前已有北京、上海、浙江、江蘇、山東、河南等多個省份出臺了商品有機肥補貼政策。

商品有機肥補貼政策極大地促進了我國商品有機肥產業的發展，但不斷出現的質量安全問題引起了社會各界的擔憂和嚴重關切。據多個地區對商品有機肥的抽查結果，我國商品有機肥的整體合格率較低，如2010年3月廣東省化肥質量檢測所抽查的18個批次的商品有機肥中，僅3個批次產品合格，合格率僅為16.7%（http://www.chinatt315.org.cn/bgtai/2014-5/13/12568.aspx）；湖南省農業廳土肥站抽檢了33家登記在冊的肥料生產企業的50個產品，有機肥合格率僅為27.27%（http://www.xfrb.com.cn/news/2015/03/27/14274275525.htm），這種情況在全國范圍內或多或少都存在，嚴重侵害了農民的利益。另外由于使用不合格的有機肥造成的農作物傷苗或者減產等也常見于報道。而在生產過程中，我國有機肥生產企業多數規模較小，缺乏對原料和生產過程的質量控制，部分企業為降低生產成本，增加商品有機肥重量，獲取非正當收益，刻意在有機肥生產過程中加入土壤、河道底泥、泥沙，甚至污水處理廠污泥等高容重且有機肥料（NY525—2012）標準中不允許的物質，部分物質如污泥等本身含有大量的重金屬、有機污染物，這些物質的添加不僅直接侵害了農民利益，而且也可能使得有機肥中重金屬、有機污染物等嚴重超標，成為農田土壤的主要污染源，嚴重威脅耕地質量安全［5-9］。

NY525—2012標準中雖然規定有機肥料以畜禽糞便、動植物殘體和以動植物產品為原料加工的下腳料為原料，但有機肥原料來源廣泛，成分復雜，標準僅對有機肥料中有機質和總養分含量、5種重金屬含量及pH值、含水率等進行了檢測，而這些指標難以鑒別摻入污泥、土壤、泥沙等容重大價值低的雜質生產的“合格有機肥”。研究有機肥摻假造假鑒別的新指標，規范有機肥生產企業的生產行為，杜絕有機肥料摻假行為的發生，保證有機肥料質量，保護農民利益，已成為確保我國有機肥產業發展的當務之急。

容重的大小與物質的質地、結構、緊實度、含水率等多項性質相關，是物質綜合性狀的一種反映。在我國及世界各國中，許多糧食都以容重作為定等分級的基礎指標，其中小麥質量標準中更是被列為質量標準的首位［10］。在土壤質量評價中，土壤容重是土壤腐熟程度和土壤肥力的重要指標之一［11］。在有機肥生產過程控制及質量評價中，容重也是一項重要的物理參數，不同原料的有機肥容重存在顯著差異，但目前在有機肥的質量控制中其作用還未引起足夠的重視，缺乏對其深入研究［12］。

本文通過對影響商品有機肥料容重測定主要因素的篩選和優化，建立商品有機肥容重測定方法，對采集的商品有機肥主要生產原料、輔料及常見摻假材料的容重進行了測定，以期為建立有機肥質量評定的容重指標提供理論基礎，為完善我國商品有機肥質量控制標準提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 商品有機肥原料、輔料、摻假材料及成品樣品采集

試驗采集浙江省杭州、嘉興、金華等不同地區商品有機肥生產主要畜禽糞原料11份，包括豬糞5份、雞糞3份、牛糞3份；有機肥生產輔料樣品20份，其中，以木屑最多，共計6份，其余依次為菇渣4份、茶葉渣3份、大糠2份；采集易摻假材料4份，包括2種浙江省主要類型的土壤，分別為青紫泥和小粉土，及來自不同污水處理廠的出廠污泥2份。其中，用于試驗的純豬糞有機肥和牛糞有機肥由豬糞和牛糞在未添加任何輔料的情況下堆置發酵獲得。96個商品有機肥樣品采集自浙江省注冊商品有機肥生產企業。

1.2 有機肥容重測定條件優化和方法建立

有機肥容重方法的建立參照NY/T2118—2012蔬菜育苗基質，并對顆粒度、測定方式及含水率進行優化。

1.2.1 顆粒度對容重測定影響的比較

將風干純豬糞有機肥樣品經10.0，5.0，2.0 和1.0 mm4個不同孔徑篩網過篩后，采用200 mL標準環刀測定其容重，比較不同顆粒度組成對容重測定的影響。

1.2.2 容重測定方式的優化

以風干過2.0 mm孔徑篩網的純豬糞有機肥為研究對象，選擇了50，100和200 g的標準砝碼，并分別作用0，1，2，3，4和5 min，研究不同重量和時間作用對有機肥容重測定的影響，確定最適的測定方式。

1.2.3 含水率對容重測定影響的比較

隨機選擇采集的58個有機肥樣品，測定其風干、過2.0 mm篩及烘干3種不同含水率狀態的容重，每個樣品平行測定3次。其中風干狀態是將樣品在自然狀態下風干后直接進行測定；過2.0 mm篩是將風干樣品粉碎過2.0 mm篩后進行測定；烘干則將粉碎過篩的樣品平攤于金屬托盤，厚度不超過2.0 cm，然后置于105℃烘箱中烘干4 h以上至恒重，取出冷卻15 min后馬上進行測定。

1.3 商品有機肥主要原料、輔料、易摻假材料及成品容重的測定

將待測樣品風干粉碎過篩后，在105℃烘箱中烘干4 h以上至恒重，取出后冷卻15 min，待測。在精確度為0.01 g的天平上，稱量帶底環刀重量（W0）后，將環刀置于水平桌面上，再將烘干樣品在托盤中充分混勻，不銹鋼鏟從底部舀起，在離環刀3.0 cm的距離內將樣品從頂部倒入環刀中直至高于環刀2.0 cm，且填滿整個環刀，期間不要碰撞或者震動水平面，從環刀一側逐層將高出環刀的樣品削去，直至與環刀切面平齊為止，將環刀外表用刷子清理干凈后，連同樣品置于天平上稱量并記錄重量（W1）。容重的計算公式:

式中: W0為環刀重量（g）；W1為環刀和樣品重量（g）；V為標準環刀體積（200 cm3）。

1.4 數據的處理方法

數據分析采用統計學軟件SPSS 16.0，其中，多重比較采用Tukey方法比較不同試驗結果的差異，作圖采用Graphpad Prism5（Version 5.02）軟件。

1.5 容重測定主要儀器設備

數顯不銹鋼鼓風干燥箱（GZX-9070 MBE）:上海博迅實業有限公司醫療設備廠生產；400 g搖擺式高速萬能粉碎機（DFY-400）:溫嶺市林大機械有限公司生產；電子天平:梅特勒TOLEDO生產，測定精度0.01 g；200 mL標準環刀。

2 結果與分析

2.1 商品有機肥容重測定方法的建立

2.1.1 不同顆粒度對容重測定的影響

NY/T2118—2012蔬菜育苗基質中未規定測定基質的顆粒度，但我國商品有機肥由于原料及輔料來源廣泛、工藝差異較大等，不同有機肥企業生產的有機肥顆粒度差異較大，采集的96個浙江省商品有機肥＞10，＞5～10，＞2～5，1～2和＜1 mm平均顆粒度組成比例為2.84%，11.81%，32.90%，21.79%和30.66%，而顆粒度是影響容重的重要因素，確定適宜的顆粒度對于有機肥樣品的容重測定和比較具有重要影響。測定了純豬糞有機肥樣品通過不同孔徑篩網后的容重，圖1中A表明，隨著過篩孔徑的減小，有機肥容重逐漸增大。方差分析顯示，不同顆粒度有機肥容重存在極顯著差異（P＜0.01）。經Tukey多重比較，過10.0和5.0 mm篩樣品之間差異顯著（P＜0.05），而當過篩孔徑＜2.0 mm時，有機肥樣品的顆粒度趨于均一化，其容重極顯著大于10.0和5.0 mm，且隨著過篩孔徑的減小，容重顯著增加，孔徑為1.0 mm的容重最大。

2.1.2 容重測定方式的優化

NY/T2118—2012中采用65 g重物作用于基質3 min后測定樣品容重，研究不同重量和不同時間對有機肥容重測定的影響結果如圖1中B所示。經方差分析，不同重量和不同時間對有機肥樣品容重的測定影響不顯著，因此有機肥容重采用不加重物直接進行測定。

2.1.3 不同含水率狀態對容重測定的影響

NY525—2012中有機質等指標的測定采用風干樣品，但風干樣品的含水率仍存在一定差異。為比較含水率對有機肥容重的影響，測定了隨機選取的58個浙江省商品有機肥樣品風干、過2.0 mm篩及烘干3種不同狀態的容重。從圖1中C可見，同一樣品過篩和烘干2種狀態的容重較為接近，而風干樣品的容重與其他2種狀態下的容重差異較大。

測定結果表明，風干狀態容重測定誤差較大，而過篩和烘干狀態下誤差較小。對3種狀態下容重測定重復之間極差進行統計分析（圖1中D），風干樣品容重測定極差差異較大，分布區間在0～0.060，過篩后測定極差分布區間變窄，烘干后進一步縮小。風干、過篩及烘干樣品的容重測定極差均值分別為0.021，0.016和0.012，對應的容重測定極差＜0.020的樣品比例分別為51.72%，74.14%和91.38%，因此通過風干過2.0 mm篩再烘干至恒重，使得有機肥的顆粒度和含水率均一化，能有效減小有機肥容重測定誤差，測定結果具有較好的重復性。

2.2 浙江省商品有機肥主要生產原料、輔料容重及常見摻假材料的容重

采用建立的有機肥容重測定方法，測定了浙江省3類商品有機肥主要生產原料、8類常見輔料及2類常見摻假材料的容重（圖2）。浙江省商品有機肥生產3大類原料主要包括豬糞、雞糞及牛糞，它們的容重均值分別為0.496，0.515和0.287 g· cm-3。采集的輔料樣品按其來源分成8類，不同輔料樣品的容重差異較大，使用最為廣泛的木屑容重均值為0.124 g·cm-3，菜籽餅的容重為0.491 g· cm-3，不同菇渣樣品的容重差異較大，最大容重為0.564 g·cm-3，最小容重為0.350 g·cm-3，其余類別輔料樣品容重均值為0.100～0.500 g· cm-3。測定的商品有機肥生產主要原料和輔料最大容重值＜0.600 g·cm-3。土壤和污泥是較為常見的低值、易獲取的有機肥摻假材料，測定結果表明，土壤的容重較高，浙江省分布較廣的小粉土及青紫泥分別為1.009和0.963 g·cm-3，污泥容重低于土壤容重，分別為0.899和0.796 g·cm-3，但均要極顯著高于采集的有機肥原料及輔料容重。

2.3 輔料及易摻假材料添加對有機肥容重變化的影響

商品有機肥生產過程中為了加速堆肥發酵，需要在新鮮畜禽糞中加入木屑、大糠等輔料，以調節水分和透氣性。選擇容重差異較大的純豬糞和牛糞發酵有機肥及常用木屑輔料，測定不同重量比例的木屑添加對有機肥容重影響，結果如圖3所示。純豬糞和牛糞有機肥的容重與原料容重較為接近。隨著木屑添加比例的增加，豬糞和牛糞有機肥容重均顯著下降。對容重變化進行回歸分析，豬糞和牛糞有機肥容重均隨木屑添加比例的增加而顯著呈線性減小。

圖1　不同因素對有機肥容重測定結果的影響

圖2　有機肥常見原料、輔料及易摻假材料的容重

土壤和污泥是常見的易摻假材料，選擇其中的小粉土添加對有機肥容重影響發現（圖3），隨著小粉土添加比例的增加，牛糞和豬糞有機肥容重顯著增加。對容重變化進行回歸分析，牛糞和豬糞有機肥容重也均隨小粉土添加量的增加呈極顯著線性增加。

圖3　木屑、小粉土添加對豬糞和牛糞有機肥容重的影響

2.4 浙江省商品有機肥樣品的容重

試驗共采集浙江省商品有機肥樣品96個，其中牛糞有機肥樣品13個，容重測定結果如圖4所示。商品有機肥的容重差異較大，容重均值為0.526 g·cm-3，與豬糞及雞糞原料的容重相近，最小值為0.204 g·cm-3，最大值為0.823 g· cm-3。對容重分布頻率進行統計分析表明，80%的有機肥容重＜0.615 g·cm-3，有10%的樣品容重＞0.705 g·cm-3。采集有機肥樣品中明確以牛糞為主要原料的有機肥共有13個，牛糞有機肥樣品容重均值為0.383 g·cm-3，但容重差異較大，最大值為0.700 g·cm-3，顯著高于牛糞原料容重。

3 討論

在國家和各省出臺商品有機肥補貼的背景之下，研究和建立商品有機肥摻假或者造假鑒別的有效方法，保障有機肥質量，杜絕摻假劣質有機肥，成為當前商品有機肥推廣應用的重要環節。但商品有機肥由于原料來源廣泛，成分復雜，采用單一的理化指標難以全面反映有機肥組成，難以鑒別摻假有機肥。容重是物質多種理化性狀的綜合反映，目前，關于容重在有機肥質量控制中的研究還鮮見報道，有機肥容重測定方法還不成熟。通過選擇影響有機肥容重測定的主要因素，研究其對有機肥容重測定的影響發現，含水率、顆粒度是影響容重測定的重要因素。為了使不同有機肥容重具有可比性，樣品含水率和顆粒度應具有一致性，將風干有機肥粉碎過2 mm篩，可將樣品的顆粒度達到均一化的要求，而將粉碎后的有機肥烘干至恒重狀態，可避免水分對容重測定的影響，重復測量之間誤差較小。按照試驗優化的方法，有機肥樣品容重只與原料組成相關，不同樣品之間具備可比性。

圖4　浙江省商品有機肥樣品的容重

在建立有機肥容重測定方法的基礎上，測定了浙江省常見有機肥生產畜禽糞原料、輔料、易摻假材料及采集的浙江省商品有機肥成品的容重。去除含水率和顆粒度等因素的影響，不同原料、輔料及易摻假材料由于其自身性質的差異，容重存在顯著差異性。按容重的差異有機肥生產畜禽糞原料可分成2大類，分別為容重較低的牛糞和容重較高的豬糞及雞糞。輔料類別較多，容重差異較大，但所有符合NY525—2012標準允許輔料的容重均低于0.600 g·cm-3，其中使用最為廣泛的木屑其容重均值僅為0.124 g·cm-3。而不同材料添加試驗表明，在含水率、顆粒度保持一致情況下，添加木屑等低容重輔料使有機肥容重呈線性顯著下降，添加高容重的輔料使有機肥的容重呈線性增加。土壤、污泥等容重顯著高于原料和常見輔料，添加這些材料使有機肥容重隨添加比例的增加呈線性顯著增加，成為用于有機肥摻假的重要驅動因子。以上結果說明，有機肥容重與原料組成和其比例相關，在明確主要原料組成情況下，可以通過測定有機肥的容重以判斷其真實性。

有機肥的造假主要是摻入低值高容重的物質以增加重量。通過對96個浙江省商品有機肥樣品容重的測定發現，其中10個樣品容重＞0.70 g· cm-3，對這部分樣品在未粉碎情況下重新進行直接篩分，均發現了大量泥土、砂石等顆粒（圖5），存在明顯的摻假行為，在去除摻假樣品后商品有機肥樣品容重均值為0.499 g·cm-3。對容重＞0.450 g·cm-3的4個牛糞有機肥樣品進行篩分，也發現了大量泥土、砂石等顆粒，存在明顯摻假的行為，去除摻假樣品后，容重均值為0.318 g· cm-3，與牛糞原料相接近。以上結果說明，在現有登記制度中明確原料組成情況下，采用本文建立的容重測定方法，可為有機肥摻假鑒別提供依據。

圖5　部分摻假有機肥及經分離后的摻假雜質

4 小結

通過對影響有機肥容重測定影響因素的研究，建立了有機肥容重測定方法。通過對有機肥主要生產畜禽糞原料、輔料、常見易摻假材料及浙江省96個商品有機肥的容重測定，表明不同原料、輔料及常見易摻假材料之間容重存在顯著差異性，而有機肥容重與原料種類及其組成比例呈線性顯著相關。土壤、污泥等常見摻假材料的容重顯著大于常規有機肥生產原料及輔料，成為摻假的重要原因。相關研究結果可為有機肥質量控制標準的改進提供參考依據。但有機肥原料廣泛，輔料多樣，亦存在其他摻假材料，如用于國內其他地區有機肥摻假行為的判定時，可進一步通過對相關生產原料和輔料進行容重測定，以提高判定的精確性。

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（責任編輯：吳益偉）

中圖分類號：S146+.2

文獻標志碼：A

文章編號：0528-9017（2016）06-0945-06

DOI：10.16178/j.issn.0528-9017.20160645

收稿日期:2016-04-15

基金項目:公益性（農業）行業項目（201203050-1）；農業部948項目（2011-G27）；新疆生產建設兵團科技援疆專項（2013AB008）；浙江省農業科學院青年人才培養項目

作者簡介:陳紅金（1968—），男，浙江義烏人，高級農藝師，在職研究生，從事耕地質量建設和商品有機肥推廣工作，E-mail: chjin @aliyun.com。

通信作者:薛智勇（1956—），男，浙江金華人，研究員，從事廢棄物資源化利用研究工作，E-mail: xzyxxb@126.com。