堆肥质量评价

2012-10-19 07:00 荷斯坦奶农俱乐部网 访问量:643 [ 字号: ]

  周学彬上海牧冠企业发展有限公司

  堆肥质量通常可从堆肥腐熟度、养分含量、杂质含量、有害物质(重金属、有机污染物)含量等进行评价。但受堆肥原料及堆肥过程控制等影响,堆肥质量至今未有统一的判定方法。

  堆肥质量评价指标

  以下将探讨近年来用于评价堆肥质量的一些常用指标。

  堆肥腐熟度评价

  腐熟度即堆肥腐熟的程度,指堆肥中有机物经过腐殖化、矿化过程后达到稳定化的程度。经完全腐熟的堆肥,在田间施用后对环境和作物不会产生有害影响;腐熟程度不够的堆肥若直接施到土壤中,可能通过微生物降解产生一些中间产物,如低分子有机酸(丁酸、戊酸等)和NH4+,对农作物特别是幼苗正常生长发育产生不利影响。

  国内外学者在堆肥腐熟度评价方面开展大量研究,实际应用中由于涉及堆肥原料、堆肥条件、堆肥工艺和堆肥成品要求等方面因素,使得腐熟度评价也变得较为复杂。通常评价堆肥腐熟度包括物理、化学、生物及波谱学四类评价指标。

  物理评价指标

  物理学指标包括温度、气味和颜色等,并随堆肥过程一直在变化。由于比较直观,常被现场人员作为堆肥腐熟度的评价指标。

  温度

  堆肥过程中温度变化可分四个明显阶段,即升温期、高温期、降温期和稳定期。升温阶段堆体温度会逐步上升到55oC以上,随之会维持一段时间高温阶段,其后逐渐过渡到降温阶段,并达到环境温度。

  由于堆体为一非均相体系,其各个区域温度表现不均衡,限制了温度作为腐熟度定量指标的应用,但其仍是堆肥过程最重要的常规检测指标之一。有经验的堆肥操作人员在熟悉堆肥温度曲线后会很容易通过测温度来判断堆肥进程。我国粪便无害化高温堆肥卫生指标为最高堆温达50oC以上,并持续5~7天。

  颜色

  从颜色变化看,堆肥过程中堆料颜色会逐渐变深,最终呈灰黑褐色或浅灰色。

  气味

  从气味变化看,通常堆肥原料具有令人不快的气味,在运行良好的堆肥体系中,这种气味逐渐减弱并在堆肥结束后消失,不再吸引蚊蝇,也不会再有令人讨厌的臭味。

  化学评价指标

  化学指标即堆肥过程中堆料化学成分或性质的变化,也是常用评价堆肥腐熟度的方法之一。

  pH值

  一般情况下,堆肥原料或发酵初期pH为弱酸性至中性,通常为6.5~7.5,腐熟的堆肥一般呈弱碱性,pH值在8~9左右。但pH值受堆肥原料影响较大,只能作为评价堆肥腐熟度的一个必要条件,而非充分条件。

  有机质的变化

  在堆肥过程中,堆肥中不稳定有机物分解转化为二氧化碳、水、矿物质和稳定化腐殖质,堆料有机质含量变化显著。反映有机质变化的参数有水溶性有机质(酸)<2.2g/L、化学耗氧量(COD)<700mg/g干堆肥、生化需氧量(BOD)<5mg/g干堆肥、挥发性固体(VS)、淀粉和水溶性糖类(SC)、二氧化碳(CO2)释放量<500mg/100g有机质。这些评价指标与堆肥时间有显著的相关性,是指示堆肥腐熟程度的合适参数。

  氮成分变化

  堆肥化过程中含氮有机物发生降解:一部分转化为氨气,一部分被微生物同化吸收,另一部分则由微生物氧化为亚硝酸盐或硝酸盐。由于氮浓度变化受温度、pH值、微生物代谢、通气条件和氮源条件影响,这一类参数通常只作为堆肥是否完全腐熟的参考,不能作为堆肥腐熟度评价的绝对指标。

  腐殖化指数

  一般情况下,有机质腐殖化程度可通过以下参数表示:腐殖化指数(HI)=胡敏酸(HA)/富里酸(FA)

  C/N的变化

  碳源是微生物利用的能源,氮源是微生物的营养物质。堆肥过程中有机物经过矿化、腐殖化过程,碳转化成二氧化碳和腐殖质物质,而氮则以氨气形式散失,或变为硝酸盐和亚硝酸盐,或被微生物体同化吸收。因此,碳和氮的变化是堆肥的基本特征之一。

  生物学评价指标

  呼吸作用

  对于好氧堆肥来说,微生物耗氧率的变化反映堆肥过程微生物活性的变化,也反映堆肥过程有机物的变化。可根据堆肥过程中微生物吸收O2和释放CO2的强度来判断微生物代谢活动的强度及堆肥稳定性。通常在堆肥后期,堆肥CO2释放强度降低并达到相对稳定。可作为微生物代谢活动强度的指示指标。

  微生物活性变化参数

  反映微生物活性的参数有酶活和微生物量。堆肥过程中,多种氧化还原酶和水解酶与C、N、P等基础物质代谢密切相关。分析相关的酶活力可间接反映微生物代谢活性和酶特定底物变化情况。微生物对难分解碳源的利用,致使纤维素酶和脂酶的活性在堆肥后期迅速增加,故可用来了解堆肥稳定性。

  堆体内不同区域及不同堆肥阶段,微生物群落的特征显著不同,表明其腐熟过程有差别。例如放线菌,就是最常用的指标菌种,且也较容易直观看出差异。

  藉由不同微生物群落的变化,能很好地指示堆肥腐熟程度。因此,生物分析可作为评价堆肥腐熟度的合适方法。

  ATP(三磷酸腺苷)是土壤中生物量的测定方法之一,近年来开始在堆肥中应用。ATP(三磷酸腺苷)与微生物活性密切相关,随堆肥时间变化明显。但ATP测定比较复杂,监测设备投资较大。

  植物毒性反应试验

  未腐熟的堆肥含有植物毒性物质,对种子萌发、植物生长产生抑制作用;腐熟堆肥植物毒性物质减少或基本消失,并出现促进种子萌发和植物生长的物质。因此,可用种子发芽试验、植物生长试验来评价堆肥腐熟度。

  常用指标主要有种子发芽率、种子根长、植物生长状况指标等。考虑到堆肥腐熟度的实用意义,植物生长试验是评价堆肥腐熟度的最终和最具说服力的方法。

  发芽指数(GI)不仅考虑种子的发芽率,还考虑了植物毒性物质对种子生根的影响,能有效地反映堆肥植物毒性大小,许多学者以GI为标准来筛选其他腐熟度指标,建立堆肥腐熟度评价体系。

  有关发芽指数的计算公式如下:GI=(堆肥浸提液的种子发芽率×种子根长)/(蒸馏水的种子发芽率×种子根长)×100%。理论上如GI<100%,就判断是有植物毒性。但由于不同植物对植物毒性的承受能力和适应性有差异,通常用油菜籽作为测定发芽指数的指示植物。当油菜籽的发芽系数大于80%时,表示堆肥已腐熟,这已成为使用较普遍的评价指标。

  有害病原菌

  畜禽粪便、污泥和城市垃圾中含有大量致病细菌、霉菌和寄生虫等有害病原菌,直接影响到堆肥安全性。沙门菌、肠道链球菌等常用作监测堆肥安全性指标。但这些致病微生物对温度非常敏感,当堆肥温度高于55oC,并保持4天以上时,可杀死大多数病原菌。

  杂草种子与植物繁殖体的存活率

  物料经堆肥后,其中所含杂草种子或植物繁殖体应当被灭活,有活性的种子和植物繁殖体应不存在。

  波谱学指标

  为从物质结构角度认识堆肥过程和堆肥腐熟度,许多研究者还采用波谱分析法。迄今为止,使用较多的是红外光谱法和C-核磁共振法。

  红外光谱法可辨别化合物的特征官能团,核磁共振法可提供有机分子骨架的信息,能更敏感地反映碳核所处化学环境的细微差别,为测定复杂有机物提供帮助。有了碳谱的化学位移及其他必要分析数据,基本可确定有机物结构。

  红外光谱法和C-核磁共振法对堆肥中有机成分的转化提供有利证据。但不同原料在不同条件下进行堆肥化,其有机成分转化情况并不一致。至于用波谱法确定堆肥腐熟度还有待进一步研究。

  堆肥其他质量要求

  堆肥除腐熟度外,还应满足其他质量要求。

  理化性质

  堆肥对土壤改良起作用的成分主要是有机质。干燥状态下,堆肥产品中有机质含量应在35%以上,其他养分指标(N、P、K)应达到相关产品要求。

  为保持堆肥良好的撒播性与堆肥可存储性,还会对堆肥产品含水率有要求,国内有机肥料标准规定应<30%。然而,大多数牧场制作堆肥时,含水率都在40%以上,还得再处理才达标。

  外来物质

  为便于堆肥产品利用,堆肥中惰性材料如玻璃、陶瓷、废金属、石头、塑料、橡胶、木材等,必须去除。

  有害物质

  包括重金属、有机污染物等。重金属种类主要包括:砷(As)、汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、硒(Se)、锌(Zn)、钼(Mo)、钴(Co)等。在台湾法规要求有害成分浓度:砷不超过25.0 mg/kg,镉不超过2.0 mg/kg,铬不超过150 mg/kg,铜不超过100 mg/kg,汞不超过1.0 mg/kg,镍不超过25.0 mg/kg,铅不超过150 mg/kg,锌不超过500 mg/kg。

  有机污染物主要包括:持久性有机污染物(POPs)、多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)等。

  堆肥产品中有害物质应不超过规定的允许浓度,其允许值依不同地区及不同用途而有所差异。

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