蚕沙好氧堆肥腐熟度指标研究

蚕沙好氧堆肥腐熟度指标研究
冉艳萍;杨琼;李丽;邢东旭;刘吉平;李庆荣;肖阳;廖森泰
【摘要】堆肥腐熟度是衡量堆肥反应进程和堆肥产品质量的主要参数,为了探索蚕沙堆肥腐熟度的快速评价体系,以蚕沙为主要堆肥材料,以蘑菇渣和谷壳作为调理剂,采用静态好氧堆肥模式进行3种堆肥处理,研究蚕沙堆肥处理过程中理化、生物学性状的变化规律,并对各指标作相关性分析.结果表明,当发芽指数≥80％,C/N和T 值分别降至12.07和0.76,堆肥颜色呈黑色、无气味、温度降至常温时,蚕沙堆肥达到充分腐熟.因此,蚕沙堆肥处理过程中的堆肥颜色、气味、温度、C/N、T值及发芽指数与蚕沙好氧堆肥腐熟度紧密相关,可作为蚕沙好氧堆肥腐熟度快速评价指标.【期刊名称】《广东农业科学》
【年(卷),期】2014(041)008
【总页数】4页(P92-95)
【关键词】蚕沙;堆肥;腐熟度指标
【作者】冉艳萍;杨琼;李丽;邢东旭;刘吉平;李庆荣;肖阳;廖森泰
【作者单位】华南农业大学动物科学学院,广东广州510642;广东省农科院蚕业与农产品加工研究所,广东广州510610;广东省农科院蚕业与农产品加工研究所,广东广州510610;广东省农科院蚕业与农产品加工研究所,广东广州510610;广东省农科院蚕业与农产品加工研究所,广东广州510610;华南农业大学动物科学学院,广东广州510642;广东省农科院蚕业与农产品加工研究所,广东广州510610;广东省农科院蚕业与农产品加工研究所,广东广州510610;广东省农科院蚕业与农产品加工研究所,广东广州510610
【正文语种】中文
【中图分类】S141.4
我国是传统的养蚕大国，蚕茧产量占世界70%以上，蚕沙是养蚕生产中最大宗的
副产物之一，我国每年可产蚕沙300万t以上。

目前生产上蚕沙多数被随意丢弃，造成养蚕环境和生态环境污染。

堆肥是目前处理固体有机废弃物最为经济、有效的方法。

研究发现新鲜蚕沙是良好的堆肥材料，可以直接进行好氧堆肥发酵[1-2]，添加微生物菌剂[3-7]或混合桑枝屑[5]、蘑菇基料[8]等调理剂有利于改善堆肥反应的条件，获得品质更佳的堆肥产品。

目前关于蚕沙好氧堆肥虽有一些研究报道，但蚕沙作为一种特殊的、有别于普通的畜禽粪便堆肥原料，对其堆肥腐熟度评价鲜见研究报道。

本试验以蚕沙为主要原料，以蘑菇渣、谷壳作为调理剂，通过静态好氧堆肥的方式进行蚕沙堆肥试验，拟通过堆肥过程中的理化、生物学性状调查，建立蚕沙好氧堆肥的腐熟度指标，为蚕沙的资源利用和无害化处理提供技术参考。

1 材料与方法
1.1 试验材料
供试蚕沙由广东省翁源县官渡镇新陂小蚕共育场提供；蘑菇渣由广东新海得实业有限公司提供；谷壳购自增城农村；天宇南畔洲迟萝卜种子购自广州市广联种苗行。

1.2 试验方法
1.2.1 堆肥原料调配方法处理1：将蚕沙与蘑菇渣以9∶2的体积比混合，C/N为
18.59，含水率为56.97%；处理2：将蚕沙与谷壳以9∶2的体积比混合，C/N为
19.84，含水率为58.97%；处理3：纯蚕沙材料，C/N为19.90，含水率为
64.67%。

1.2.2 蚕沙堆肥的制备及取样方法参照文献[9-10]的方法，在竹条上首先分别铺1层约5 cm的蘑菇渣或谷壳，按1.2.1的调配方法加入各种堆肥材料，最后在蚕沙表面覆盖1层厚约5 cm的蘑菇渣或谷壳。

堆制时间从2012年7月8日至2012
年9月17日共处理72 d。

取堆制前配制好的各处理材料作为第1个样本，随后
每7 d取样1次，每次翻堆处理后取样1次，共取样13次，每次取样1 kg。

1.2.3 蚕沙堆肥理化、生物学指标测定（1）物理指标测定。

堆肥颜色变化：采用
目测法；堆肥气味变化：采用鼻嗅法；堆肥温度测定：每日上午8:30和下午5:00分两次记录蚕沙池各部位的堆温，以两次记录数据的平均值作为当天的温度。

当堆肥降温到30℃左右时进行翻堆补水，当第3次降至常温后停止堆肥记录。

（2）化学指标测定。

电导率：以M（鲜样）∶M（水）=1∶10配制样品混合液，浸提、过滤、离心后获得堆肥水浸提液，用pH计（Sartorius PB-10）和电导率
仪（上海虹益仪器仪表有限公司，DDS-11A）分别测定pH值和电导率[11]。

凯
氏定氮法测定全氮（TN，以N计）、分光光度法测定全磷（TP，以P2O5计）、火焰光度法测定全钾（TK，以K2O 计）、重铬酸钾容量法测有机质（TOM）[12]，C/N 为有机碳与全氮的比值。

T值=（某一时期堆肥C/N比值）/（初始堆肥 C/N 比值）[13]。

（3）生物学指标测定。

发芽指数（GI）测定参照文献[14]方法。

1.3 数据统计分析
采用SAS 9.0和Excel 2010软件对试验数据进行分析。

2 结果与分析
2.1 物理指标
2.1.1 颜色变化 3个处理组的蚕沙颜色在堆肥开始时以桑叶的墨绿色为主，随着堆肥的进行颜色逐渐加深，在堆制结束时呈深褐色。

2.1.2 气味变化蚕沙在堆制前无明显臭味，带有桑叶特有的气味，发酵后变为腐臭
味，堆制后28 d臭味基本消失。

2.1.3 堆温变化在堆肥系统中，温度是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因素，是反映堆肥是否正常的最直接、最敏感的指标[15]。

堆肥的温度变化体现了堆肥进程是否顺利及腐熟的程度。

由图1可知，本试验3个处理的堆温在堆制后1 d迅
速升温，分别于堆制后2、3 d达到最高温，处理1、2、3的高温期分别可达48、32、32 d，随后开始降温，堆制后37 d降至49.95℃时翻堆补水后开始快速升温和逐渐降温，经过两次翻堆补水后逐渐降至常温。

图1 3个处理堆肥过程中的堆温变化
2.2 化学指标
2.2.1 电导率（EC）变化堆肥含盐量高容易造成土壤盐化并损害作物根部功能，
影响作物的正常生长。

在一定浓度范围内，堆肥浸提液的含盐量与电导率呈正相关，所以堆肥产品的电导率需保持在一定范围内。

3个处理的电导率变化没有明显规律（图2），呈波动变化，与陈晓萍[7]、顾文杰等[8]的研究结果相符。

且蚕沙堆肥
的电导率值从开始到结束均介于1.2～3.0 ms/cm之间，小于Garcia[11]给出的腐熟堆肥电导率值。

2.2.2 C/N与T值变化 C/N是目前普遍认可的作为评价堆肥腐熟度的一个基本指标。

一般认为C/N从堆肥前的25～35下降到20以下时，堆肥已经腐熟或者是达到了腐熟的条件[16]，但也有研究者认为C/N小于12更能确保好的腐熟度[17]。

3个处理的C/N随堆肥进程基本呈先小幅升高后逐渐下降的趋势（图3），分别
从最初的 15.54、16.27和 16.18降至堆肥结束时的 10.95、11.15和 9.08。

图2 3个处理堆肥过程中的电导率变化
图3 3个处理堆肥过程中的C/N变化
由于堆肥底物C/N比本身存在差异，单纯以C/N降低到某个值评价堆肥腐熟度可信度不足，Morel等[13]认为：T=（终点 C/N）/（初始 C/N）更准确，当 T 值
小于0.6时堆肥达到腐熟，张桥等[18]在城市污泥与稻草堆肥方面的研究结果与Morel等相同。

Hira等[19]认为腐熟的堆肥T值应为0.53～0.72或0.49～0.59。

由图4可知，3个处理的T值变化趋势与C/N的变化趋势相一致，呈先增高后逐
渐降低的趋势，最终值分别为0.70、0.69、0.56，与Hira等提出的范围相符。

图4 3个处理堆肥过程中的T值变化
2.3 生物指标——发芽指数（GI）变化
未腐熟的堆肥中含有大量低分子量有机酸及多酚等对植物产生毒害作用的植物生长抑制物质，会抑制植物的生长发育。

而在堆肥过程中，这些物质随着堆肥进程逐渐地被转化[20]。

Chanyasak等[21]经过研究多种不同原材料堆肥发现固相C/N评
价堆肥腐熟度有效性差，而以堆肥水浸提液对植物种子的毒性试验检验腐熟度是最精确和最有效的方法，Zucconi等[14]认为当发芽指数到50%时堆肥对植物已基
本没有毒性、基本腐熟，而当发芽指数≥80%堆肥完全腐熟。

本试验中（图5），3个处理的GI随着堆肥发酵的进行逐渐增大，当堆肥进行到51 d时，3个处理的发芽指数均超过50%，基本没有毒性，堆制后72 d分别达
到137.68%、117.48%、105.90%。

图5 3个处理堆肥过程中的发芽指数变化
2.4 养分含量变化
养分含量是有机肥产品必须达到的技术指标，包括有机质（TOM）和总养分
（TN+TP+TK）两部分，本试验3个处理腐熟后的有机质含量和总养分含量（表1）均达到有机肥料标准要求的450 g/kg和50 g/kg[12]，TP、TK均高于城镇垃圾农用控制标准（1987）。

2.5 相关性分析
发芽指数（GI）为传统常用的、广为认可的腐熟度判定指标，本试验通过相关性
分析讨论其他指标与GI之间的相关性，从而分析其与堆肥腐熟度的相关性大小及
作为腐熟度评价指标的可能性。

由3个处理的相关性分析结果（表2）可知，在3个处理中EC与GI都没有达到显著相关；C/N、T值与GI都具有显著或极显著相关。

3 结论与讨论
3.1 物理指标
堆体的颜色和气味变化是评价有机肥是否腐熟的最为直观的指标。

试验结果显示随着堆肥的进行，堆体的颜色逐渐由蚕沙原色转变为腐熟堆肥的褐色、黑色；气味亦从蚕沙的原味变为发酵的腐臭味并随着腐熟程度的变化而增强或减弱，在接近腐熟时基本消失。

因此，颜色和气味可以作为蚕沙堆肥腐熟度评价的表征指标。

表1 3个处理堆肥前后养分含量变化处理处理1处理2处理3堆肥前堆肥后堆肥
前堆肥后堆肥前堆肥后TOM（g/kg）630.60±0.75 570.41±0.46 644.69±2.57 561.68±1.68 626.24±1.94 516.44±1.56 TN（g/kg）23.54±0.320
30.21±0.433 22.98±0.128 29.22±0.354 22.45±0.257 32.99±0.537 TP（g/kg）5.28±0.241 7.68±0.370 3.17±0.154 4.02±0.315 2.76±0.115 4.89±0.276 TK （g/kg）15.15±0.205 21.50±0.401 12.67±0.233 18.59±0.468 13.98±0.237 25.46±0.511总养分（g/kg）43.97±0.290 59.39±0.284 38.82±0.164
51.83±0.369 39.19±0.244 63.34±0.470
表2 3个处理堆肥各指标之间的相关系数注：“*”表示差异显著；“**”表示差
异极显著。

处理处理1指标EC C/N 0.99996**0.99976**GI 0.01779-0.90220*-0.90657*0.01779-0.90606*0.90775*-0.15347-0.89475*0.96456**-0.07259-0.0602-0.34287-0.33842处理2 0.99989**处理3 EC C/N T值EC C/N T值EC C/N T值-0.00259-0.00360
温度变化曲线反映堆体温度随着微生物活动强度升高或降低，本试验中3种堆肥
处理的堆肥呈现出升温阶段—高温阶段—降温阶段，符合好养堆肥的特点、与堆
体的腐熟度紧密相关，可作为蚕沙堆肥腐熟度评价的表征指标。

3.2 化学指标
从试验数据可以看出，蚕沙材料的EC远低于植物生长受抑制的EC，相关性分析结果也显示其与堆肥腐熟度不存在显著性相关性，因此电导率不能作为蚕沙堆肥的腐熟度评价指标。

相关性分析结果表明，C/N、T值与发芽指数显著相关，且二者相互之间均具有显著相关性，因此C/N、T值可作为蚕沙堆肥腐熟度的评价指标，以50%和80%的发芽指数值为标准，两个指标的基本腐熟和完全腐熟的值分别为 13.90、0.87、12.07 及 0.76。

综上，本研究认为蚕沙堆肥处理后的堆肥颜色、气味和温度等物理指标、C/N、T 值化学指标及生物指标发芽指数可作为蚕沙堆肥腐熟效果快速判断的指数。

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