商品有机肥容重测定方法的建立及不同原料对有机肥容重的影响

陈红金，姚燕来，朱有为，段丽丽，薛智勇，朱凤香，王卫平，陈晓旸，洪春来，忻舒婷

（1.浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所，浙江杭州 310021；2.浙江省种植业管理局，浙江杭州 310020；3.嘉兴八福生态农业开发有限公司，浙江嘉兴 314007）



商品有机肥容重测定方法的建立及不同原料对有机肥容重的影响

陈红金2，姚燕来1，朱有为2，段丽丽2，薛智勇1，朱凤香1，王卫平1，陈晓旸1，洪春来1，忻舒婷3

（1.浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所，浙江杭州 310021；2.浙江省种植业管理局，浙江杭州 310020；3.嘉兴八福生态农业开发有限公司，浙江嘉兴 314007）

摘 要：商品有机肥是化肥的重要替代品。目前我国商品有机肥主要采用重量计量的方式进行出售。由于商品有机肥原料来源广泛，且经加工以后难以辨别，因而给商品有机肥的掺假造假提供了可乘之机。本文通过颗粒度、含水率和测定方式等影响商品有机肥容重测定因素的筛选和优化，建立了商品有机肥容重测定的方法。运用该方法对商品有机肥生产3类主要畜禽粪原料、常见8类辅料及污泥和土壤的容重进行测定，结果表明，不同物料容重之间存在差异性，而有机肥的容重与原料组成相关，且与添加量存在显著线性关系。在明确原料组成的情况下，有机肥容重测定可用于判断其真实性。土壤和污泥等容重显著高于木屑、菇渣、大糠等常规有机肥生产辅料，成为有机肥掺假的重要驱动因子。测定浙江省96个商品有机肥样品容重，结果均值为0.526 g· cm-3，对其中11个容重＞0.700 g·cm-3的有机肥样品和4个容重＞0.45 g·cm-3的牛粪有机肥样品进行筛分鉴别，均发现掺入了大量泥土、砂石等杂质，存在明显掺假行为，证实了容重在有机肥掺假行为鉴别中具有一定的可行性。

关键词：商品有机肥；容重；污泥；土壤

文献著录格式:陈红金，姚燕来，朱有为，等.商品有机肥容重测定方法的建立及不同原料对有机肥容重的影响［J］.浙江农业科学，2016，57（6）: 945-950.

姚燕来（1981—），男，浙江余姚人，副研究员，博士，从事废弃物资源化利用研究工作，E-mail: yaoyl0679 @ hotmail.com。

商品有机肥料作为化肥的替代品，其推广应用，对减少化肥施用，保持、改善和提高我国土壤肥力，促进农作物高产、

优质、高效，有着不可替代的作用，是解决目前我国畜禽养殖污染，加快推进畜禽粪便、动植物残体等农林生物质废弃物的无害化处理和资源化利用的主要途径和模式［1-4］。2014年1月1日开始实施的《畜禽规模养殖污染防治条例》，明确规定支持利用畜禽养殖废弃物制造有机肥。目前已有北京、上海、浙江、江苏、山东、河南等多个省份出台了商品有机肥补贴政策。

商品有机肥补贴政策极大地促进了我国商品有机肥产业的发展，但不断出现的质量安全问题引起了社会各界的担忧和严重关切。据多个地区对商品有机肥的抽查结果，我国商品有机肥的整体合格率较低，如2010年3月广东省化肥质量检测所抽查的18个批次的商品有机肥中，仅3个批次产品合格，合格率仅为16.7%（http://www.chinatt315.org.cn/bgtai/2014-5/13/12568.aspx）；湖南省农业厅土肥站抽检了33家登记在册的肥料生产企业的50个产品，有机肥合格率仅为27.27%（http://www.xfrb.com.cn/news/2015/03/27/14274275525.htm），这种情况在全国范围内或多或少都存在，严重侵害了农民的利益。另外由于使用不合格的有机肥造成的农作物伤苗或者减产等也常见于报道。而在生产过程中，我国有机肥生产企业多数规模较小，缺乏对原料和生产过程的质量控制，部分企业为降低生产成本，增加商品有机肥重量，获取非正当收益，刻意在有机肥生产过程中加入土壤、河道底泥、泥沙，甚至污水处理厂污泥等高容重且有机肥料（NY525—2012）标准中不允许的物质，部分物质如污泥等本身含有大量的重金属、有机污染物，这些物质的添加不仅直接侵害了农民利益，而且也可能使得有机肥中重金属、有机污染物等严重超标，成为农田土壤的主要污染源，严重威胁耕地质量安全［5-9］。

NY525—2012标准中虽然规定有机肥料以畜禽粪便、动植物残体和以动植物产品为原料加工的下脚料为原料，但有机肥原料来源广泛，成分复杂，标准仅对有机肥料中有机质和总养分含量、5种重金属含量及pH值、含水率等进行了检测，而这些指标难以鉴别掺入污泥、土壤、泥沙等容重大价值低的杂质生产的“合格有机肥”。研究有机肥掺假造假鉴别的新指标，规范有机肥生产企业的生产行为，杜绝有机肥料掺假行为的发生，保证有机肥料质量，保护农民利益，已成为确保我国有机肥产业发展的当务之急。

容重的大小与物质的质地、结构、紧实度、含水率等多项性质相关，是物质综合性状的一种反映。在我国及世界各国中，许多粮食都以容重作为定等分级的基础指标，其中小麦质量标准中更是被列为质量标准的首位［10］。在土壤质量评价中，土壤容重是土壤腐熟程度和土壤肥力的重要指标之一［11］。在有机肥生产过程控制及质量评价中，容重也是一项重要的物理参数，不同原料的有机肥容重存在显著差异，但目前在有机肥的质量控制中其作用还未引起足够的重视，缺乏对其深入研究［12］。

本文通过对影响商品有机肥料容重测定主要因素的筛选和优化，建立商品有机肥容重测定方法，对采集的商品有机肥主要生产原料、辅料及常见掺假材料的容重进行了测定，以期为建立有机肥质量评定的容重指标提供理论基础，为完善我国商品有机肥质量控制标准提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 商品有机肥原料、辅料、掺假材料及成品样品采集

试验采集浙江省杭州、嘉兴、金华等不同地区商品有机肥生产主要畜禽粪原料11份，包括猪粪5份、鸡粪3份、牛粪3份；有机肥生产辅料样品20份，其中，以木屑最多，共计6份，其余依次为菇渣4份、茶叶渣3份、大糠2份；采集易掺假材料4份，包括2种浙江省主要类型的土壤，分别为青紫泥和小粉土，及来自不同污水处理厂的出厂污泥2份。其中，用于试验的纯猪粪有机肥和牛粪有机肥由猪粪和牛粪在未添加任何辅料的情况下堆置发酵获得。96个商品有机肥样品采集自浙江省注册商品有机肥生产企业。

1.2 有机肥容重测定条件优化和方法建立

有机肥容重方法的建立参照NY/T2118—2012蔬菜育苗基质，并对颗粒度、测定方式及含水率进行优化。

1.2.1 颗粒度对容重测定影响的比较

将风干纯猪粪有机肥样品经10.0，5.0，2.0 和1.0 mm4个不同孔径筛网过筛后，采用200 mL标准环刀测定其容重，比较不同颗粒度组成对容重测定的影响。

1.2.2 容重测定方式的优化

以风干过2.0 mm孔径筛网的纯猪粪有机肥为研究对象，选择了50，100和200 g的标准砝码，并分别作用0，1，2，3，4和5 min，研究不同重量和时间作用对有机肥容重测定的影响，确定最适的测定方式。

1.2.3 含水率对容重测定影响的比较

随机选择采集的58个有机肥样品，测定其风干、过2.0 mm筛及烘干3种不同含水率状态的容重，每个样品平行测定3次。其中风干状态是将样品在自然状态下风干后直接进行测定；过2.0 mm筛是将风干样品粉碎过2.0 mm筛后进行测定；烘干则将粉碎过筛的样品平摊于金属托盘，厚度不超过2.0 cm，然后置于105℃烘箱中烘干4 h以上至恒重，取出冷却15 min后马上进行测定。

1.3 商品有机肥主要原料、辅料、易掺假材料及成品容重的测定

将待测样品风干粉碎过筛后，在105℃烘箱中烘干4 h以上至恒重，取出后冷却15 min，待测。在精确度为0.01 g的天平上，称量带底环刀重量（W0）后，将环刀置于水平桌面上，再将烘干样品在托盘中充分混匀，不锈钢铲从底部舀起，在离环刀3.0 cm的距离内将样品从顶部倒入环刀中直至高于环刀2.0 cm，且填满整个环刀，期间不要碰撞或者震动水平面，从环刀一侧逐层将高出环刀的样品削去，直至与环刀切面平齐为止，将环刀外表用刷子清理干净后，连同样品置于天平上称量并记录重量（W1）。容重的计算公式:

式中: W0为环刀重量（g）；W1为环刀和样品重量（g）；V为标准环刀体积（200 cm3）。

1.4 数据的处理方法

数据分析采用统计学软件SPSS 16.0，其中，多重比较采用Tukey方法比较不同试验结果的差异，作图采用Graphpad Prism5（Version 5.02）软件。

1.5 容重测定主要仪器设备

数显不锈钢鼓风干燥箱（GZX-9070 MBE）:上海博迅实业有限公司医疗设备厂生产；400 g摇摆式高速万能粉碎机（DFY-400）:温岭市林大机械有限公司生产；电子天平:梅特勒TOLEDO生产，测定精度0.01 g；200 mL标准环刀。

2 结果与分析

2.1 商品有机肥容重测定方法的建立

2.1.1 不同颗粒度对容重测定的影响

NY/T2118—2012蔬菜育苗基质中未规定测定基质的颗粒度，但我国商品有机肥由于原料及辅料来源广泛、工艺差异较大等，不同有机肥企业生产的有机肥颗粒度差异较大，采集的96个浙江省商品有机肥＞10，＞5～10，＞2～5，1～2和＜1 mm平均颗粒度组成比例为2.84%，11.81%，32.90%，21.79%和30.66%，而颗粒度是影响容重的重要因素，确定适宜的颗粒度对于有机肥样品的容重测定和比较具有重要影响。测定了纯猪粪有机肥样品通过不同孔径筛网后的容重，图1中A表明，随着过筛孔径的减小，有机肥容重逐渐增大。方差分析显示，不同颗粒度有机肥容重存在极显著差异（P＜0.01）。经Tukey多重比较，过10.0和5.0 mm筛样品之间差异显著（P＜0.05），而当过筛孔径＜2.0 mm时，有机肥样品的颗粒度趋于均一化，其容重极显著大于10.0和5.0 mm，且随着过筛孔径的减小，容重显著增加，孔径为1.0 mm的容重最大。

2.1.2 容重测定方式的优化

NY/T2118—2012中采用65 g重物作用于基质3 min后测定样品容重，研究不同重量和不同时间对有机肥容重测定的影响结果如图1中B所示。经方差分析，不同重量和不同时间对有机肥样品容重的测定影响不显著，因此有机肥容重采用不加重物直接进行测定。

2.1.3 不同含水率状态对容重测定的影响

NY525—2012中有机质等指标的测定采用风干样品，但风干样品的含水率仍存在一定差异。为比较含水率对有机肥容重的影响，测定了随机选取的58个浙江省商品有机肥样品风干、过2.0 mm筛及烘干3种不同状态的容重。从图1中C可见，同一样品过筛和烘干2种状态的容重较为接近，而风干样品的容重与其他2种状态下的容重差异较大。

测定结果表明，风干状态容重测定误差较大，而过筛和烘干状态下误差较小。对3种状态下容重测定重复之间极差进行统计分析（图1中D），风干样品容重测定极差差异较大，分布区间在0～0.060，过筛后测定极差分布区间变窄，烘干后进一步缩小。风干、过筛及烘干样品的容重测定极差均值分别为0.021，0.016和0.012，对应的容重测定极差＜0.020的样品比例分别为51.72%，74.14%和91.38%，因此通过风干过2.0 mm筛再烘干至恒重，使得有机肥的颗粒度和含水率均一化，能有效减小有机肥容重测定误差，测定结果具有较好的重复性。

2.2 浙江省商品有机肥主要生产原料、辅料容重及常见掺假材料的容重

采用建立的有机肥容重测定方法，测定了浙江省3类商品有机肥主要生产原料、8类常见辅料及2类常见掺假材料的容重（图2）。浙江省商品有机肥生产3大类原料主要包括猪粪、鸡粪及牛粪，它们的容重均值分别为0.496，0.515和0.287 g· cm-3。采集的辅料样品按其来源分成8类，不同辅料样品的容重差异较大，使用最为广泛的木屑容重均值为0.124 g·cm-3，菜籽饼的容重为0.491 g· cm-3，不同菇渣样品的容重差异较大，最大容重为0.564 g·cm-3，最小容重为0.350 g·cm-3，其余类别辅料样品容重均值为0.100～0.500 g· cm-3。测定的商品有机肥生产主要原料和辅料最大容重值＜0.600 g·cm-3。土壤和污泥是较为常见的低值、易获取的有机肥掺假材料，测定结果表明，土壤的容重较高，浙江省分布较广的小粉土及青紫泥分别为1.009和0.963 g·cm-3，污泥容重低于土壤容重，分别为0.899和0.796 g·cm-3，但均要极显著高于采集的有机肥原料及辅料容重。

2.3 辅料及易掺假材料添加对有机肥容重变化的影响

商品有机肥生产过程中为了加速堆肥发酵，需要在新鲜畜禽粪中加入木屑、大糠等辅料，以调节水分和透气性。选择容重差异较大的纯猪粪和牛粪发酵有机肥及常用木屑辅料，测定不同重量比例的木屑添加对有机肥容重影响，结果如图3所示。纯猪粪和牛粪有机肥的容重与原料容重较为接近。随着木屑添加比例的增加，猪粪和牛粪有机肥容重均显著下降。对容重变化进行回归分析，猪粪和牛粪有机肥容重均随木屑添加比例的增加而显著呈线性减小。

图1　不同因素对有机肥容重测定结果的影响

图2　有机肥常见原料、辅料及易掺假材料的容重

土壤和污泥是常见的易掺假材料，选择其中的小粉土添加对有机肥容重影响发现（图3），随着小粉土添加比例的增加，牛粪和猪粪有机肥容重显著增加。对容重变化进行回归分析，牛粪和猪粪有机肥容重也均随小粉土添加量的增加呈极显著线性增加。

图3　木屑、小粉土添加对猪粪和牛粪有机肥容重的影响

2.4 浙江省商品有机肥样品的容重

试验共采集浙江省商品有机肥样品96个，其中牛粪有机肥样品13个，容重测定结果如图4所示。商品有机肥的容重差异较大，容重均值为0.526 g·cm-3，与猪粪及鸡粪原料的容重相近，最小值为0.204 g·cm-3，最大值为0.823 g· cm-3。对容重分布频率进行统计分析表明，80%的有机肥容重＜0.615 g·cm-3，有10%的样品容重＞0.705 g·cm-3。采集有机肥样品中明确以牛粪为主要原料的有机肥共有13个，牛粪有机肥样品容重均值为0.383 g·cm-3，但容重差异较大，最大值为0.700 g·cm-3，显著高于牛粪原料容重。

3 讨论

在国家和各省出台商品有机肥补贴的背景之下，研究和建立商品有机肥掺假或者造假鉴别的有效方法，保障有机肥质量，杜绝掺假劣质有机肥，成为当前商品有机肥推广应用的重要环节。但商品有机肥由于原料来源广泛，成分复杂，采用单一的理化指标难以全面反映有机肥组成，难以鉴别掺假有机肥。容重是物质多种理化性状的综合反映，目前，关于容重在有机肥质量控制中的研究还鲜见报道，有机肥容重测定方法还不成熟。通过选择影响有机肥容重测定的主要因素，研究其对有机肥容重测定的影响发现，含水率、颗粒度是影响容重测定的重要因素。为了使不同有机肥容重具有可比性，样品含水率和颗粒度应具有一致性，将风干有机肥粉碎过2 mm筛，可将样品的颗粒度达到均一化的要求，而将粉碎后的有机肥烘干至恒重状态，可避免水分对容重测定的影响，重复测量之间误差较小。按照试验优化的方法，有机肥样品容重只与原料组成相关，不同样品之间具备可比性。

图4　浙江省商品有机肥样品的容重

在建立有机肥容重测定方法的基础上，测定了浙江省常见有机肥生产畜禽粪原料、辅料、易掺假材料及采集的浙江省商品有机肥成品的容重。去除含水率和颗粒度等因素的影响，不同原料、辅料及易掺假材料由于其自身性质的差异，容重存在显著差异性。按容重的差异有机肥生产畜禽粪原料可分成2大类，分别为容重较低的牛粪和容重较高的猪粪及鸡粪。辅料类别较多，容重差异较大，但所有符合NY525—2012标准允许辅料的容重均低于0.600 g·cm-3，其中使用最为广泛的木屑其容重均值仅为0.124 g·cm-3。而不同材料添加试验表明，在含水率、颗粒度保持一致情况下，添加木屑等低容重辅料使有机肥容重呈线性显著下降，添加高容重的辅料使有机肥的容重呈线性增加。土壤、污泥等容重显著高于原料和常见辅料，添加这些材料使有机肥容重随添加比例的增加呈线性显著增加，成为用于有机肥掺假的重要驱动因子。以上结果说明，有机肥容重与原料组成和其比例相关，在明确主要原料组成情况下，可以通过测定有机肥的容重以判断其真实性。

有机肥的造假主要是掺入低值高容重的物质以增加重量。通过对96个浙江省商品有机肥样品容重的测定发现，其中10个样品容重＞0.70 g· cm-3，对这部分样品在未粉碎情况下重新进行直接筛分，均发现了大量泥土、砂石等颗粒（图5），存在明显的掺假行为，在去除掺假样品后商品有机肥样品容重均值为0.499 g·cm-3。对容重＞0.450 g·cm-3的4个牛粪有机肥样品进行筛分，也发现了大量泥土、砂石等颗粒，存在明显掺假的行为，去除掺假样品后，容重均值为0.318 g· cm-3，与牛粪原料相接近。以上结果说明，在现有登记制度中明确原料组成情况下，采用本文建立的容重测定方法，可为有机肥掺假鉴别提供依据。

图5　部分掺假有机肥及经分离后的掺假杂质

4 小结

通过对影响有机肥容重测定影响因素的研究，建立了有机肥容重测定方法。通过对有机肥主要生产畜禽粪原料、辅料、常见易掺假材料及浙江省96个商品有机肥的容重测定，表明不同原料、辅料及常见易掺假材料之间容重存在显著差异性，而有机肥容重与原料种类及其组成比例呈线性显著相关。土壤、污泥等常见掺假材料的容重显著大于常规有机肥生产原料及辅料，成为掺假的重要原因。相关研究结果可为有机肥质量控制标准的改进提供参考依据。但有机肥原料广泛，辅料多样，亦存在其他掺假材料，如用于国内其他地区有机肥掺假行为的判定时，可进一步通过对相关生产原料和辅料进行容重测定，以提高判定的精确性。

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（责任编辑：吴益伟）

中图分类号：S146+.2

文献标志码：A

文章编号：0528-9017（2016）06-0945-06

DOI：10.16178/j.issn.0528-9017.20160645

收稿日期:2016-04-15

基金项目:公益性（农业）行业项目（201203050-1）；农业部948项目（2011-G27）；新疆生产建设兵团科技援疆专项（2013AB008）；浙江省农业科学院青年人才培养项目

作者简介:陈红金（1968—），男，浙江义乌人，高级农艺师，在职研究生，从事耕地质量建设和商品有机肥推广工作，E-mail: chjin @aliyun.com。

通信作者:薛智勇（1956—），男，浙江金华人，研究员，从事废弃物资源化利用研究工作，E-mail: xzyxxb@126.com。