沼渣生產商品化有機肥料的可行性研究

夏玉秀，龐力豪，徐榕雪，王學芬，宋麗芬

(中國農業大學煙臺研究院，山東 煙臺 264670)

隨著我國沼氣事業的快速發展，尤其是大中型沼氣工程的建設，沼渣、沼液無害化消納問題亟待解決[1]。沼氣工程運行中，連續、大量、集中的沼渣、沼液的處置已成為制約沼氣工程正常運行的瓶頸問題[2]。

厭氧發酵是指廢棄物在厭氧條件下通過微生物的代謝活動而被穩定化，同時伴有CH4和CO2產生[3]。《有機肥料(NY525-2012)》[4]中要求有機肥料為“經發酵腐熟后制成”，但標準中對于“腐熟”未做規定。《沼肥施用技術規范(NY/T2065-2011)》[5]中指出“沼渣宜作基肥”。 大量沼渣應用試驗驗證了沼渣直接施用對作物的產量和品質具有促進作用：肖洋[6]等的研究表明連續2年施用沼渣以及沼渣與化肥配施均能夠增加玉米產量；秦文弟[7]等研究表明施用沼渣顯著提高了豇豆的產量；王思齊[8]等研究表明沼渣與化肥配施能提高果實的產量、糖度，維生素C(Vc)含量和硬度，降低果實的酸度。因此，沼渣不經過好氧發酵直接生產商品有機肥料具有可行性。本研究旨在驗證木薯渣酒糟厭氧發酵后的沼渣不經好氧發酵直接生產商品化有機肥料的可行性，為沼渣的消納和商品化提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

沼渣：酒精廠木薯酒糟厭氧發酵后的產物。

供試作物：上海青油菜(煙臺市種子公司購買)，市售。

復合生物菌劑：粉劑，有效活菌數200×108·g-1，市售，具有促進土壤養分釋放和刺激作物生長作用。

化學肥料：尿素(N-P2O5-K2O46-0-0)，磷酸一銨(N-P2O5-K2O11-44-0)，硫酸鉀(N-P2O5-K2O0-0-50)，市售。

1.2 試驗方法

1.2.1 沼渣的好氧堆肥

將沼渣、花生殼粉、尿素、發酵菌劑混合，調節物料含水量55%，碳氮比(C/N)調整為25∶1。采用條垛式翻堆堆肥，將混合后的發酵原料添加發酵菌種后放入長25 m，寬5 m，高0.8 m的發酵槽中，采用翻堆機翻堆，每天翻堆一次。

1.2.2 以沼渣和沼渣堆肥產物為原料的有機肥料的生產

本試驗的沼渣有機肥料包括以沼渣原料和以沼渣堆肥產物為原料的有機肥、生物有機肥料和復合微生物肥料，共6種。生產工藝如下：

(1)沼渣有機肥(Y0)：將沼渣烘干至含水量30%以下，經烘干、粉碎、包裝生產粉狀有機肥料。

(2)沼渣堆肥產物有機肥(Y1)：將沼渣堆肥產物后腐熟3個月，然后經過烘干、粉碎、包裝生產粉狀有機肥料。

(3)沼渣生物有機肥料(S0)：沼渣添加復合生物菌劑，然后經過烘干、粉碎、包裝生產粉狀生物有機肥料。

(4)沼渣堆肥產物生物有機肥料(S1)：腐熟后的沼渣添加復合生物菌劑，然后經過烘干、粉碎、包裝生產粉狀生物有機肥料。

(5)沼渣復合微生物肥料(F0)：沼渣添加化學肥料、復合生物菌劑混勻后，然后經過烘干、粉碎、包裝生產粉狀復合微生物肥料。

(6)沼渣堆肥產物復合微生物肥料(F1)：腐熟后的沼渣添加化學肥料、復合生物菌劑混勻后，然后經過烘干、粉碎、包裝生產粉狀復合微生物肥料。

1.2.3 種子發芽率

測定有機肥料的水提取液對植物種子發芽的生理毒性[9]：取樣品10 g，以樣品∶蒸餾水 = 1∶2比例配置，搖動5 min。紗布過濾，濾液3000 r·min-1離心10 min，上清液稀釋5倍。再取直徑9 cm培養皿，內放二層濾紙，在濾紙上滴加10mL堆肥浸提稀釋液，均勻擺放20粒種子，放置在25 ℃恒溫箱中培養6 d，統計發芽率和發芽幼苗的根長，以清水處理為對照(CK)，每個處理3次重復。相對發芽指數計算公式為：

GI = (有機肥料提液處理種子發芽率×有機肥料處理平均根長) /(清水對照種子發芽率×清水對照平均根長) 。

1.2.4 盆栽試驗

有機肥、生物有機肥和復合微生物肥料施用量按每1 kg土配置50 g有機質計算；化肥施用量按照N-P2O5-K2O(400-400-400)mg·kg-1施用；由于復合微生物肥料中添加了化學肥料，在計算施肥量時將此部分計算在內。將通過2 mm篩的風干土分別與6種肥料混勻后裝盆。每盆盛土7.5 kg。為防止土壤中的元素流失，將盆放置在塑料托盤上，下滲到托盤內的水會灌到盆內。每盆播種8粒飽滿均勻的種子，在盆內播深0.5 cm。發芽后一周進行間苗處理，每盆保留生長較一致的幼苗3株。于第50 天時收獲。

1.2.5 測定方法

有機肥產品、生物有機肥、復合微生物肥料檢測與質量控制標準分別參照《有機肥料(NY525-2012)》[4]、《生物有機肥(NY 884-2012)》[10]、《復合微生物肥料(NY/T 798-2015)》[11]。

測定POD活性參照張志良的方法[12]，葉綠素和類胡蘿卜素的含量參照趙世杰的方法[13]，利用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[13]，考馬斯亮藍染色法測定可溶性蛋白質含量[13]。

2 結果與分析

2.1 沼渣好氧堆肥過程中溫度變化與堆肥產物理化性質

堆肥過程的完成即堆肥達到穩定化的指標一般以腐熟度表示，腐熟階段的外在體現可以通過溫度的變化來反映。物料腐熟過程中，溫度的變化需要經歷升溫、恒溫以及降溫的過程，伴隨著降溫過程的結束，腐熟階段也基本已完成。《糞便無害化衛生標準(GB 7959-2012)》[14]規定好氧發酵溫度要求：人工翻堆是堆溫≥50 ℃至少持續10 d或者堆溫≥60 ℃至少持續5 d，機械翻堆是堆溫≥50 ℃至少持續2 d。由圖1可知，本試驗發酵最高溫度為64 ℃，堆溫≥50 ℃為11 d，堆溫≥60 ℃為5 d，達到了《糞便無害化衛生標準(GB7959-2012)》要求。

圖1 發酵溫度變化

沼渣和沼渣堆肥產物的總養分、有機質、pH值、重金屬和病原菌含量符合《有機肥料(NY525-2012)》限定值；沼渣和沼渣堆肥產物的含水量為分別為75.89%和41.25%，超過了《有機肥料(NY525-2012)》限定值30%(見表1)。

表1 沼渣和沼渣好氧發酵產物理化性質

堆肥過程中，在微生物降解含碳有機化合物，有機質為CO2和H2O和低分子揮發性有機物而損失，因此物料的總質量下降。堆肥結束時，物料的總質量下降，而物料中重金屬并不會損失，或減少很少，導致堆肥中重金屬含量被相對濃縮而升高。邵淼[15]等以牛糞為原料和尹曉明[16]等以豬糞為原料的堆肥試驗表明，堆肥產物中重金屬總量上升。本試驗中沼渣好氧發酵產物中的砷、鉻、鉛含量高于沼渣。

2.2 以沼渣和沼渣堆肥產物為原料的有機肥料產品理化性質

經過檢測，試驗所生產的6個肥料樣品各項指標分別符合《有機肥料(NY525-2012)》《生物有機肥(NY 884-2012)》《復合微生物肥料(NY/T 798-2015)》(見表2)。

表2 以沼渣和沼渣堆肥產物為原料的有機肥料產品理化性質

2.3 不同有機肥料對發芽率的影響

由表3可知，Y1和S1處理的發芽率與清水對照無差異，但是高于Y0和S0處理；清水對照處理的根長與Y1處理差異不顯著，但是高于Y0，S0，S1處理；Y1和S0處理的相對發芽指數(GI)無差異，但高于Y0和S0處理。F0和F1處理的發芽率、根長和相對發芽指數低于其它處理。

表3 堆肥產物的種子發芽率試驗結果

相對發芽指數(GI)是評價堆肥腐熟度的重要指標，通常認為GI > 50%時堆肥產物對植物生長基本沒有毒害作用，GI > 80%時則堆肥產物對植物生長完全沒有毒害作用[15]。Y0，S0，Y1，S1處理的GI大于90%，因此，Y0，S0，Y1，S1處理腐熟充分；F0和F1處理的GI小于45%，原因為：F0和F1處理為復合微生物肥料，含有約10%的化學肥料，因此抑制了種子的發芽與生長。

2.4 不同有機肥料對油菜生長的影響

由表4可知，S0，S1，F0，F1處理間油菜的鮮重差異不顯著，高于Y0和Y1處理，原因可能為：S0和S1處理施用生物有機肥料，F0和F1處理處理施用復合微生物肥料，生物有機肥料和復合微生物肥料在生產過程中添加了促進植物生長、活化土壤養分的微生物菌劑。

表4 不同有機肥料對菠菜生長的影響

Y0，Y1，S0，S1，F0，F1處理間油菜的維生素C(Vc)含量和葉綠素含量差異不顯著，但是高于CK。

3 討論與結論

3.1 沼渣好氧堆肥產物生產商品有機肥料的可行性

本試驗中沼渣經好氧堆肥，發酵溫度達到了《糞便無害化衛生標準(GB7959-2012)》的規定，堆肥產物中有機質、養分和病原菌也符合《有機肥料(NY525-2012)》限量要求。以沼渣發酵產物為原料生產的商品有機肥料(有機肥、生物有機肥和復合微生物肥料)符合相關肥料標準。種子發芽率試驗表明，3種有機肥料的GI > 80%，堆肥產物對植物生長完全沒有毒害作用。

以沼渣發酵產物為原料生產有機肥、生物有機肥和復合微生物肥料三者間比較，有機肥料的生產工藝簡單，但產品附加值和銷售價格低、利潤低。并且本試驗中由于添加了促進土壤養分釋放和刺激作物生長的微生物菌劑，生物有機肥(S1)和復合微生物肥料(F1)處理的油菜產量顯著高于有機肥處理(Y1)。因此，為了提升產品的施用效果、提高企業的利潤率，生物有機肥和復合微生物肥料是沼渣有機肥料化的有效途徑。

3.2 沼渣直接生產商品有機肥料的可行性

相對于沼渣，沼渣好氧堆肥產物有機質含量下降，但是由于干物質的損失，總養分和重金屬(砷、鉻、鉛)含量上升。以沼渣和沼渣堆肥產物為原料生產的有機肥、生物有機肥和復合微生物肥料全部符合國家及行業相關標準。

大量研究證實了沼渣直接施用對作物的生長和品質具有促進作用[1-2,6]，但也有很多關于沼渣好氧堆肥后生產有機肥的研究[17-19]。因此，對于沼渣可否不經過好氧發酵直接生產有機肥料有必要進行進一步探討。本試驗中以沼渣好氧堆肥產物生產的有機肥(Y1)和生物有機肥(S1)的發芽率與清水對照無差異，但是高于以沼渣為原料生產的有機肥(Y0)和生物有機肥(S0)，并且前者的GI也高于后者。種子發芽率和GI用于衡量物料的腐熟程度，本試驗中沼渣好氧產物的腐熟度大于沼渣。但是對于有機肥、生物有機肥和復合微生物肥料，以沼渣和以沼渣堆肥產物為原料的兩者間比較，鮮重、Vc和葉綠素含量差異不顯著。

本試驗中以沼渣和沼渣好氧堆肥產物為原料生產的商品有機肥料間比較，兩者間的腐熟度存在差異，但GI都大于90%，施用后油菜的產量和品質間差異不顯著。沼渣腐熟度影響作物的發芽、生長、產量，因此對于直接進行商品化有機肥料的沼渣，需要考慮原料品種、厭氧發酵工藝(TS，水力停留時間等)影響腐熟度的因素，通過種子發芽率試驗、盆栽試驗、大田試驗等驗證了沼渣直接生產商品化有機肥料的可行性。