堆肥科学与技术-第六章教材.ppt

第六章 堆肥腐熟度的判断 Compost Its Recycling… Naturally 第一节、堆肥的腐熟度与稳定性 一、有机固体废弃物的堆肥腐熟度 l堆肥化过程是基于易氧化有机质的部分氧化，从而获得 较稳定的腐殖质和有机质在有效的农业生产中堆肥最 终产物的稳定和腐熟是至关重要的依据经验来看，高 质量的，腐熟的堆肥标准是很好识别的，它包括以下特 性：堆积密度低，持水量高，pH呈碱性，有机质含量 高 l迄今为止还缺少一个统一的标准去鉴定堆肥的腐熟程度 显然这种半稳定的土壤改良添加剂还没有发挥出其最 大的生物学效应和市场的开发潜质 二、腐熟度与稳定性 l堆肥腐熟度（Maturity）就是堆肥的腐熟程度， 即堆肥中的有机质经过矿化、腐殖化过程最后 达到稳定的程度 l它是国际上公认的衡量堆肥反应进行程度的一 个概念性参数堆肥腐熟度作为衡量堆肥产品 的质量指标很早就被提出来，它的基本含义是 ： l（一）堆料中的有机物质通过微生物的活 动，最终达到稳定化、无害化，即不对环 境产生不良影响 l（二）堆肥产品的使用不影响作物的成长 和土壤耕作能力 l腐熟度侧重于堆肥施用对植物生长的影响 ，受堆肥物料，堆肥条件等诸多因素的影 响，其评价指标多种多样。

Frost（1992 ）把腐熟度看做是一个非常主观的术语 l堆肥稳定性（Stability）是反映有机质降解的一种状态， 是一个反映堆肥生物活性的函数稳定性侧重于堆肥施 用对周围环境的影响，根据微生物的活动（如微生物呼 吸和能量释放）来判断堆肥的稳定性堆肥稳定性主要 从堆肥的温度、颜色、CO2的释放速率、O2的消耗速率 、NO3-N含量变化及病原菌数量变化等方面加以评价 l值得注意的是，稳定化概念包含有不同的内容例如， 可以将生物固体的稳定化仅限于病原微生物的减少，或 生物固体的臭味及挥发性固体的降低 l现有的大多测试可划分为腐熟度测试和稳定性 测试腐熟度测试包括植物的生长情况，稳定 性测试包括臭味浓度和微生物呼吸强度等 l有学者认为稳定的堆肥不一定是完全腐熟的， 其仍然能够对供试植物产生抑制性物质或毒素 Simple tests for finished compost Bag test: sealing compost in a plastic bag for several days should produce no foul odor Germination test: will seeds germinate in the compost? (good test to use if compost will be part of a potting mix) l堆肥的稳定性和腐熟度都是衡量堆肥产品 质量的尺度，其评价对于农用安全有着重 要意义。

到目前为止，还没有一种真正可 靠、有效的方法来衡量堆肥腐熟的相对稳 定程度 l堆肥稳定性和腐熟度界定的模糊性和不确 定性部分原因可归结为： （a）堆肥系统应用的微生物菌群的多样性 ； （b）有机物质的异构性和不可预知的特性 ； （c）其应用领域和产物的多样性； （d）新近复杂堆肥工艺技术的应用 第二节 堆肥腐熟度的判定 l一、腐熟度判断参数 l关于堆肥腐熟度的参数及评价指标已有大量的 研究工作报道，并提出了许多评价的方法 l表9-1列出了主要的指标和相关标准; l表9-2列出了一些学者的研究和他们各自的测试 标准 主要的指标和相关标准 堆肥的稳定性和相关参考文献 堆肥腐熟度的判定指标 l可以划分为三大类包括： 物理学指标 化学指标（包括腐殖质） 生物学指标 物理学指标 l物理学指标通常指的是通过堆肥的表观特征及 一些物理学方法来确定堆肥的腐熟程度主要 包括堆肥的温度、颜色、气味以及是否不再滋 生蚊蝇等特征但是这种方法只能初步断定堆 肥的腐熟度，并不能进行定量的分析，因此只 能作为堆肥腐熟度的一项辅助指标 堆肥腐熟度评价的物理学指标 l指 标 （1） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l温度 l接近环境温度 l易于检测；不同堆肥 系统的温度变化差别 显著，堆体各区域的 温度分布不均衡，限 制了温度作为腐熟度 定量指标的应用 。

l堆肥过程中堆体温度变化主要经历升温期、持 续高温期、降温期，稳定期四个阶段 l堆肥腐熟后，堆体温度与环境温度趋于一致， 一般不再明显变化，不同堆肥系统的温度变化 差别显著由于堆体为非均相体系，其各个区 域的温度分布不均衡，限制了温度作为腐熟度 定量指标的应用，但是堆肥温度可以在一定程 度上反应堆肥的进程，因此仍不失为堆肥腐熟 度的一个重要的辅助性评价指标 堆肥腐熟度评价的物理学指标 l指 标 （2） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l气味 l堆肥产品具有土壤气 味 l根据气味可直观性地 判定堆肥是否腐熟， 难以定量 l通常堆肥的原料都具有令人不快的气味，而在堆肥运行 过程中这些气味会慢慢消失腐熟堆肥带有湿润的泥土 气味,是由土臭味素和2-甲基异冰片两种物质引起，它们 是真菌和放线菌的副产物 l气体的量化指标的建立最好指标就是气体单元（OU） ，一个可供参考的检测气味办法是气味极限值法（OTV ），即浓缩50%的气体能检测出气味 堆肥腐熟度评价的物理学指标 l指 标 （3） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l色度 l黑褐色或黑色 l堆肥的色度受原料成 分的影响，较难建立 一的色度标准以判别 各种堆肥的腐熟程度 。

l堆肥过程中堆料逐渐发黑，腐熟后的堆肥产品呈黑 褐色或黑色Sugahara等提出一种简单的技术用于 检测堆肥产品的色度，并回归出一关系式： l 他们认为Y值为11~13的堆肥产品是腐熟的使用 这种方法时要注意取样的代表性不过，堆肥的色 度显然受其原料成分的影响，很难建立统一的色度 标准以判别各种堆肥的腐熟程度 堆肥腐熟度评价的物理学指标 l指 标 （4） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l色度光学特性 lE665nm＜0.008 l堆肥的丙酮萃取物在 665nm的吸光度随堆 肥的时间呈下降趋势 ；该研究只是初步的 试验 l堆肥腐殖酸在波长465 nm和665 nm处具有特征 性吸收峰值，465 nm和665 nm的吸光度比值， 称为E4/E6比该比值与腐殖酸分子的数量无关 而与腐殖酸分子大小或缩合度有直接关系，通 常随腐殖酸分子量的增加或缩合度增大而减小 ，因此E4/E6比可作为堆肥腐殖化程度的重要指 标 堆肥腐熟度评价的物理学指标 l指 标 （5） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l残余浊度和水电导率 l l堆肥7~14d的产品在改 进土壤残余浊度和水 电导率方面具有最适 宜的影响；需与植物 毒性试验和化学指标 结合进行研究 。

l电导率反映了堆肥浸提液中的离子总浓度，即可溶性盐 的含量堆肥中的可溶性盐是对作物产生毒害作用的重 要因素之一，主要是由有机酸盐类和无机盐等组成 l水溶性盐的浓度随着堆肥的腐熟程度发展而不断增加， 在好氧性堆肥的高温阶段又迅速降低降温过程中，由 于硝化细菌重新活化，水提取物导电率（指可溶性盐离 子浓度，包括硝酸盐，钙盐，镁盐）迅速增加 化学指标（包括腐殖质） l温度、气味和颜色等参数难于定量表征堆 肥过程中堆料成分的变化，也就不易定量 说明堆肥的腐熟程度所以，常通过分析 堆肥过程中堆料的化学成分或性质的变化 来评价堆肥腐熟度 堆肥腐熟度评价的化学指标 l指 标 （1） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l挥发性固体（VS） lVS降解38%以上，产 品中VS＜65% l易于检测；原料中VS 变化范围较广且含有 难于生物降解的部分 ，VS指标的应用难以 具有普遍的意义 l堆肥化过程中存在物质的缓慢转化的过程--由开始的易 分解或易挥发的有机物质过渡到不易分解、更加稳定的 形态，通过测定固体堆肥物质（指可挥发的固体物质） 和堆肥材料产生的提取物（指可溶性挥发性的固体物质 ）过程中挥发性固体物质的减少，可以衡量堆肥化的程 度。

l在适宜的条件下，当挥发性固体含量高时（堆肥初期） ，微生物有大量可以利用的能源，使堆体温度升高，随 着挥发性固体含量的减少，堆体温度降低 堆肥腐熟度评价的化学指标 l指 标 （2） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l淀粉 l堆肥产品中不含淀粉 l易于检测；不含淀粉 是堆肥腐熟的必要条 件而非充分条件 l在堆肥过程中，最易降解的有机质可能被微生 物用作能源而最终消失，所以一些研究者认为 它们是最有用的参数堆肥原料中一般含有3类 碳水化合物，即：糖、淀粉和纤维素在堆肥 过程中，糖首先消失，接着是淀粉，最后才是 纤维素淀粉和可溶性糖是堆肥原料中典型的 易降解有机质，易被微生物利用 堆肥腐熟度评价的化学指标 l指 标 （3） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l5日生化需氧量（BOD5 ） l20~40g/kg lBOD5反应的是堆肥过程 中可被微生物利用的有 机物的量；对于不同原 料的指标无法统一；且 测定方法复杂、费时 l有试验证明，当每千克固体物料中生化需氧量少于 50~55g/kg时，堆肥温度达不到60℃在最初的堆肥高 温期，生化需氧量降低很快 l堆料的不同理化特性对于生化需氧量的影响很大。

有些 固体废物原始值就较低，使得这一参数与上述的挥发性 固体相类似，对于不同原料的指标无法统一，而且对于 生化需氧量的测定，方法复杂、费时，不能及时反馈产 品的结果，从而影响对操作过程的控制 堆肥腐熟度评价的化学指标 l指 标 （4） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 lpH值 l8 ~9 l测定较简单；pH值受 堆肥原料和条件的影 响，只能最为堆肥腐 熟的一个必要条件 l许多研究者提出，pH值可以作为评价堆肥腐熟 程度的一个指标堆肥物料或发酵初期，pH值 为弱酸到中性，一般为6.5~7.5腐熟的堆肥一 般呈弱碱性，pH值在8~9左右但是pH值亦受 堆肥物料和条件的影响，只能作为堆肥腐熟的 一个必要条件，而不是充分条件 堆肥腐熟度评价的化学指标 l指 标 （5） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 l水溶性碳（WSC） lWSC＜6.5g/kg l水溶性成分才能被微 生物所利用；WSC指 标的测定尚无统一的 标准 堆肥腐熟度评价的化学指标 l指 标 （6） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 lWSC/ WSN lWSC/ WSN趋于5~6 l一些原料（如污泥） 初始的WSC/WSN ＜6 。

堆肥腐熟度评价的化学指标 l指 标 （7） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 lC/N比 l15~20：1 l腐熟堆肥的C/N比趋向 于微生物菌体的C/N比 ，即16左右；某些原 料初始的C/N比不足16 ，难以作为广泛的参 数使用 堆肥腐熟度评价的化学指标 l指 标 （8） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 lWSC/ON lWSC/ON＜2 lWSC含量较少，测定 结果的准确性较差 堆肥腐熟度评价的化学指标 l指 标 （9） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 lNH4+-N lNH4+-N＜0.4g/kg lNH4+-N的变化趋势组 主要取决与温度、pH 值、堆肥材料中氨化 细菌的活性、通风条 件和氮源条件的影响 堆肥腐熟度评价的化学指标 l指 标 （10） l腐熟堆肥特征值 l特 点 与 局 限 lNH4+-N /（NO2-+NO3-） lNH4+-N/（NO2-+NO3-）＜3 l堆肥过程中伴随着明显的 硝化反应过程，测定快速 简单；硝态氮和铵态氮含 量受堆肥原料和堆肥工艺 影响 l研究发现，随堆肥进程的发展硝酸盐表现 出一定的变化趋势，辅以其他参数，NO3- 可以作为评价堆肥腐熟度的简单而有力的 参数之一。

因为不同物料的总N及NH3-N 的含量存在一定的差异，很难用其绝对值 来描述堆肥的腐。