不同来源有机肥料成分测定分析及其在堆肥中的应用

曹凯红，任丽梅*，李晓娇，侯洪波，王慧，黄波，王斌

(1.保山学院，云南 保山 678000；2.龙陵恒冠泰达有限公司(保山龙陵褚橙基地)，云南 保山 678000)

化肥是农业生产中补充养分的重要途径，也是作物增产的有效途径。但化肥所带来的负面效应也随之而来。尤其是化学肥料的不合理施用，化学施用量的逐年增加，导致土壤有机质含量降低、理化性质恶化、肥料利用率下降,以及对生态系统造成的污染。有机肥料主要来源于植物和动物，经过发酵腐熟的含碳有机物料，养分全面、含量高、成分简单、释放快，能提高肥料的利用率[1]；能改善土壤结构，有效地协调土壤中的水、肥、气、热，增强土壤的保肥、供肥能力和缓冲能力；提供植物营养，促进作物生长，提高农产品的品质[2]。2015年农业农村部制定下发了到2020年化肥和农药使用量零增长行动方案，有机肥对物质循环和环境保护有重要作用,施用有机肥符合有机农业或生态农业的要求[2]。为了保证食品安全，正确合理施用有机肥料显得尤为重要，提供作物生长所需的营养，提升土壤肥力，减少作物对农药的抗性，进一步促进绿色农业发展[3]。高温发酵生产堆肥可将废弃物转化为肥料，有利于废物无害化处理和资源化利用[4]。近年来关于堆肥研究报道很多[5-7]，但由于物料来源不同，堆肥过程及腐熟产品不同，堆肥的应用受到很多阻碍。

本文采用化学分析方法测定保山龙陵储橙基地有机肥厂的几种有机肥源，以及基地4种堆肥方式生产的有机肥料中营养成分含量。以期监测有机肥料中有机质及营养元素等指标变化，合理指导农业生产。

1 材料与方法

1.1 材料

7种有机肥源：灰渣、勐糯肥、烟末、羊粪、甘蔗渣、牛粪和竹鼠粪；4种堆肥方式生产的有机肥料：一二期肥、一二期夏肥、一二期冬肥和三期肥。

主要仪器：粉碎机、鼓风干燥箱、水浴锅(HH-6)、酸式滴定管、凯氏定氮装置、可调电炉(1000W)、pH计(PHS-3E)、分析天平(CP214)、微波消解仪(美国CEM公司MARS6)、电感耦合等离子体发射光谱仪(赛默飞世尔科技公司ICAP7400)、常规玻璃仪器等。

主要试剂：二氧化硅、浓硫酸、重铬酸钾、硫酸亚铁、30%过氧化氢、氢氧化钠、硼酸、溴甲酚绿、甲基红、硝酸、盐酸，试剂均为分析纯，实验用水为蒸馏水。

1.2 方法

样品制备：取适量的7种肥源、4种堆肥方式生产的有机肥料于干燥箱中60 ℃干燥12 h，取出混匀，用粉碎机将其粉碎，置于自封袋中保存备用。

利用重铬酸钾-硫酸亚铁滴定法测定有机质含量[8]，凯氏定氮法测定N含量[8]，微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定K、Ca、Na、Mg、P、Zn、Fe的含量[9]。对营养成分进行评价，利用Excel规划求解[10]优化有机肥源配比。

2 结果与分析

2.1 有机质及N含量

有机肥可以提高土壤有机质的含量，并提升N的稳固性与连续性，保证土壤中N含量满足作物的需求，长效保持土壤中N元素的含量[11]。有机肥源中竹鼠粪的有机质含量最高，为94.40%(表1)，灰渣的含量最低，为29.83%。对于堆肥及施肥碳源需求较高的，可优先选择竹鼠粪。此外，考虑到生态、环保、经济可以选择甘蔗渣、烟末作为堆肥肥源，有机质含量分别为92.38%和66.08%。有机肥源中牛粪的N含量最高，含量为2.10%，灰渣最低，为0.15%。按照《有机肥料》(NY 525—2012)技术指标要求，有机质>45%为合格，因此，一二期肥、一二期夏肥、一二期冬肥、三期肥均不合格，堆肥时可选用有机质含量较高的牛粪、竹鼠粪、甘蔗渣、烟末、羊粪来调整堆肥配料比。

表1 不同有机肥源、有机肥料样品的有机质及N含量

2.2 ICP-AES测定元素含量

表2看出，有机肥源中K、Zn含量牛粪最高，分别为45.07和0.45 g·kg-1，甘蔗渣最低。Ca、Fe含量勐糯肥最高，分别为74.42和6.43 g·kg-1，竹鼠粪最低。Na含量牛粪最高，为4.78 g·kg-1，烟末最低。Mg含量灰渣最高，为10.06 g·kg-1，勐糯肥最低。P含量勐糯肥最高，为11.53 g·kg-1，甘蔗渣最低。作物所需的元素除N、P、K大量元素外，还需要Ca、Mg、S中量元素和Cu、Zn、Fe、B、Mn等微量元素。各种元素要合理配合，任何一种元素过多或过少都会对作物的生长产生不良影响，甚至死亡[12]。

表2 不同有机肥源、有机肥料样品的ICP-AES测定结果

长期使用有机肥能提升土壤中磷元素含量，满足作物的生长需求。与使用化学肥料相比，使用有机肥能明显提高土壤钾元素含量，使其在土壤内移动扩散，便于作物的吸收，同时减少钾元素的流失[11]。有机肥中的微生物和有机质在协同作用下进一步促进了农作物对土壤中有效磷、钾等大量元素的吸收，极大地改善了土壤的化学性质，并维持土壤养分以及作物所需营养代谢之间的动态平衡，始终维持在促进作物生长的有利生长环境中[13]。在堆肥运用中可根据元素含量调节肥源配比，添加补充微量元素。实际施肥中，使用有机肥与化学肥料混合，能有效提高土壤中N元素含量，利于作物的生长[11]。刘艳妮[14]研究发现,在有机肥料使用基础上适当施加锌肥可提高小麦产量。

2.3 4种堆肥分析评价

褚橙基地有机堆肥生产在仓库内进行，仓库四周敞开，彩钢瓦封顶避免雨水冲刷，锥形堆肥。以不同有机肥源配料比，相同的生产工艺，不同堆肥生产季节下进行堆肥生产，添加一定比例的滤泥并每1 t添加2 kg钙磷钾肥补充微量元素，所有肥料均堆熟45 d后出库使用。基地生产4种有机肥料,其中:一二期肥(春秋季)、一二期夏肥、一二期冬肥的有机肥源配比为滤泥40%、羊粪20%、烟末15%、甘蔗渣10%、牛粪10%、灰渣5%；三期肥的有机肥源配比为勐糯有机肥54%、滤泥14%、甘蔗渣5%、烟末12%、牛粪5%、羊粪10%。滤泥含有机质38.00%、N 1.22%，滤泥其他元素不参与计算加权。有机肥料配比加权的计算结果见表3～4。

表3 有机肥料样品有机质、N配比加权的理论值

表4 有机肥料样品营养元素配比加权的理论值

碳氮比是有机肥堆熟的一个重要指标，过高和过低都不利于堆肥的腐熟，根据肥源配方，碳氮比计算值为25～30∶1(根据物料碳含量和N含量计算)[15-16]。从表3看出，一二期肥配比加权计算的碳氮比为39.22∶1，高于参考比值，堆肥腐熟后，春秋季、夏肥的碳氮比均高于参考比值，夏肥的有机质及N含量均高于春秋季肥及冬肥，但冬季堆肥碳氮比在参考范围内。另外，有机质实际值均和理论值有较大差距，可能的原因是，堆肥敞开式进行，加之基地特殊地理环境，春夏秋季温度较高、冬季温度低的特点，温度得不到控制，微生物难以繁殖，分解缓慢，有机质及N的转化缓慢。因此，建议春夏秋季堆肥调节肥源比例，同时可改善堆肥腐熟条件，减少堆场的敞开面积，在发酵池顶部覆大棚膜, 即防雨又可透光, 增加发酵生物肥料的堆肥温度，并保证通风良好[17]。禽粪腐熟最佳温度控制在70～80 ℃，最佳含水量为48.6%～59.8%，最佳含氧浓度为45～90 kPa[18]。

2.4 堆肥运用成本核算规划求解比例

在保证碳氮比及肥源充分利用情况下，进行规划求解。目标：每1 t有机堆肥成本最低情况下的肥源比例。限制条件：1)一二期肥、三期肥的工艺配方中，有机质>45%，N+K2O+P2O5>5%[8]；2)一二期肥配方肥源理论加权碳氮比在30～35∶1、三期肥配方加权碳氮比在45～54∶1；3)一二期肥、三期肥的工艺配方中，为满足肥源的充分利用，原配方要求的每种肥源至少加入50 kg。Excel进行规划求解，得到优化配方表5。

表5 规划求解优化配方的结果

生产中要分析肥源的有机质、氮磷钾含量、碳氮比、价格等,选择价格相对较低、有机质含量较高、碳氮比适宜的有机肥源, 进行合理配比, 筛选出性价比最佳的配方。

规划求解后看出，对原有肥源种类进行配比调节，一二期肥堆肥成本下降82.04元·t-1，三期肥下降104.64元·t-1。一二期肥有机质理论加权含量51.85%，碳氮比为34.98∶1，N含量明显高于原配方。三期肥有机质理论加权含量64.65%，碳氮比45.02∶1，有机质和N含量均高于原配方(表5)。另外优化配方与原配方对比(表6)可得，即使敞开式堆肥，堆肥温度、水分条件控制不佳，也能使最终碳氮比在30～35∶1。总N+K2O+P2O5>5%，主要元素K、Na、Mg含量增加，一二期肥P增加，三期肥P降低，Ca含量下降。Ca含量下降可通过添加钙肥补充。

表6 规划求解优化配方与原配方的元素配比加权含量

3 小结

有机肥源中竹鼠粪的有机质含量最高，为94.40%，灰渣最低，为29.83%。对于堆肥及施肥碳源需求较高的，可优先选择竹鼠粪。考虑到生态、环保、经济,可以选择甘蔗渣、烟末作为堆肥肥源，其有机质量分别为92.38%和66.08%。有机肥料中牛粪的N含量最高，为2.10%，灰渣最低，为0.15%。在堆肥时根据测定的结果和碳氮比要求适当调整肥源比例配方。需要改善堆肥条件，控制堆场的温度、水分以及通风条件。

有机肥源中K、Zn含量牛粪最高，分别为45.07 g·kg-1和0.45 g·kg-1，甘蔗渣最低。Ca、Fe含量勐糯肥最高，分别为74.42 和6.43 g·kg-1，竹鼠粪最低。Na含量牛粪最高，为4.78 g·kg-1，烟末最低。Mg含量灰渣最高，为10.06 g·kg-1，勐糯肥最低。P含量勐糯肥最高，为11.53 g·kg-1，甘蔗渣最低。在堆肥中可根据元素含量调节肥源配比，添加补充微量元素。实际施肥中，有机肥与化学肥料混施，能有效地提高土壤中N元素含量，利于作物的生长。在使用有机肥的基础上，结合化学肥料施用，保证微量元素满足植物生长。

在保证碳氮比及肥源充分利用情况下，进行规划求解，调整肥源配比，通过求解看出，优化配方经济成本下降，碳氮比、N+K2O+P2O5等在允许范围内。