1、第六章堆肥腐熟度判斷 Compost第1頁第1頁CompostingIts RecyclingNaturally第2頁第2頁 第一節、堆肥腐熟度與穩定性一、有機固體廢棄物堆肥腐熟度堆肥化過程是基于易氧化有機質部分氧化，從而取得較穩定腐殖質和有機質。在有效農業生產中堆肥最后產物穩定和腐熟是至關主要。依據經驗來看，高質量，腐熟堆肥原則是較好辨認，它包括下列特性：堆積密度低，持水量高，pH呈堿性，有機質含量高。 迄今為止還缺乏一個統一原則去鑒定堆肥腐熟程度。顯然這種半穩定土壤改良添加劑還沒有發揮出其最大生物學效應和市場開發潛質。 第3頁第3頁二、腐熟度與穩定性堆肥腐熟度（Maturity）就是堆肥腐

2、熟程度，即堆肥中有機質通過礦化、腐殖化過程最后達到穩定程度。它是國際上公認衡量堆肥反應進行程度一個概念性參數。堆肥腐熟度作為衡量堆肥產品質量指標很早就被提出來，它基本含義是： 第4頁第4頁（一）堆料中有機物質通過微生物活動，最后達到穩定化、無害化，即不對環境產生不良影響。（二）堆肥產品使用不影響作物成長和土壤耕作能力。腐熟度側重于堆肥施用對植物生長影響，受堆肥物料，堆肥條件等諸多原因影響，其評價指標各種多樣。Frost（1992）把腐熟度看做是一個非常主觀術語。第5頁第5頁堆肥穩定性（Stability）是反應有機質降解一個狀態，是一個反應堆肥生物活性函數。穩定性側重于堆肥施用對周圍環境影響，

3、依據微生物活動（如微生物呼吸和能量釋放）來判斷堆肥穩定性。堆肥穩定性主要從堆肥溫度、顏色、CO2釋放速率、O2消耗速率、NO3-N含量改變及病原菌數量改變等方面加以評價。值得注意是，穩定化概念包含有不同內容。比如，能夠將生物固體穩定化僅限于病原微生物降低，或生物固體臭味及揮發性固體降低 第6頁第6頁既有大多測試可劃分為腐熟度測試和穩定性測試。腐熟度測試包括植物生長情況，穩定性測試包括臭味濃度和微生物呼吸強度等。有學者認為穩定堆肥不一定是完全腐熟，其仍然能夠對供試植物產生克制性物質或毒素。第7頁第7頁Simple tests for finished compostBag test: seali

4、ng compost in a plastic bag for several days should produce no foul odorGermination test: will seeds germinate in the compost? (good test to use if compost will be part of a potting mix)第8頁第8頁堆肥穩定性和腐熟度都是衡量堆肥產品質量尺度，其評價對于農用安全有著主要意義。到當前為止，還沒有一個真正可靠、有效辦法來衡量堆肥腐熟相對穩定程度。第9頁第9頁堆肥穩定性和腐熟度界定模糊性和不擬定性部分原因可歸結為：（a

5、）堆肥系統應用微生物菌群多樣性；（b）有機物質異構性和不可預知特性；（c）其應用領域和產物多樣性；（d）新近復雜堆肥工藝技術應用。 第10頁第10頁第二節 堆肥腐熟度鑒定一、腐熟度判斷參數關于堆肥腐熟度參數及評價指標已有大量研究工作報道，并提出了許多評價辦法。表9-1列出了主要指標和相關原則;表9-2列出了一些學者研究和他們各自測試原則。第11頁第11頁主要指標和相關原則第12頁第12頁堆肥穩定性和相關參考文獻 第13頁第13頁第14頁第14頁第15頁第15頁堆肥腐熟度鑒定指標能夠劃分為三大類包括：物理學指標化學指標（包括腐殖質）生物學指標 第16頁第16頁物理學指標物理學指標通常指是通過堆肥

6、表觀特性及一些物理學辦法來擬定堆肥腐熟程度。主要包括堆肥溫度、顏色、氣味以及是否不再滋生蚊蠅等特性。但是這種辦法只能初步斷定堆肥腐熟度，并不能進行定量分析，因此只能作為堆肥腐熟度一項輔助指標。第17頁第17頁堆肥腐熟度評價物理學指標 指 標 （1）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 溫度 靠近環境溫度 易于檢測；不同堆肥系統溫度改變差異顯著，堆體各區域溫度分布不均衡，限制了溫度作為腐熟度定量指標應用 。第18頁第18頁堆肥過程中堆體溫度改變主要經歷升溫期、連續高溫期、降溫期，穩定時四個階段。 堆肥腐熟后，堆體溫度與環境溫度趨于一致，普通不再顯著改變，不同堆肥系統溫度改變差異顯著。因為堆體為非均

7、相體系，其各個區域溫度分布不均衡，限制了溫度作為腐熟度定量指標應用，不過堆肥溫度能夠在一定程度上反應堆肥進程，因此仍不失為堆肥腐熟度一個主要輔助性評價指標。第19頁第19頁堆肥腐熟度評價物理學指標 指 標 （2）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 氣味 堆肥產品含有土壤氣味 依據氣味可直觀性地鑒定堆肥是否腐熟，難以定量 第20頁第20頁通常堆肥原料都含有令人不快氣味，而在堆肥運營過程中這些氣味會慢慢消失。腐熟堆肥帶有濕潤泥土氣味,是由土臭味素和2-甲基異冰片兩種物質引起，它們是真菌和放線菌副產物。氣體量化指標建立最好指標就是氣體單元（OU），一個可供參考檢測氣味辦法是氣味極限值法（OTV），即

8、濃縮50%氣體能檢測出氣味。 第21頁第21頁堆肥腐熟度評價物理學指標 指 標 （3）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 色度 黑褐色或黑色 堆肥色度受原料成份影響，較難建立一色度原則以判別各種堆肥腐熟程度 。第22頁第22頁堆肥過程中堆料逐步發黑，腐熟后堆肥產品呈黑褐色或黑色。Sugahara等提出一個簡樸技術用于檢測堆肥產品色度，并回歸出一關系式： 他們認為Y值為1113堆肥產品是腐熟。使用這種辦法時要注意取樣代表性。但是，堆肥色度顯然受其原料成份影響，很難建立統一色度原則以判別各種堆肥腐熟程度。 第23頁第23頁堆肥腐熟度評價物理學指標 指 標 （4）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限

9、色度光學特性 E665nm0.008 堆肥丙酮萃取物在665nm吸光度隨堆肥時間呈下降趨勢；該研究只是初步試驗 。第24頁第24頁堆肥腐殖酸在波長465 nm和665 nm處含有特性性吸取峰值，465 nm和665 nm吸光度比值，稱為E4/E6比。該比值與腐殖酸分子數量無關而與腐殖酸分子大小或縮合度有直接關系，通常隨腐殖酸分子量增長或縮合度增大而減小，因此E4/E6比可作為堆肥腐殖化程度主要指標。第25頁第25頁第26頁第26頁堆肥腐熟度評價物理學指標 指 標 （5）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 殘余濁度和水電導率 堆肥714d產品在改進土壤殘余濁度和水電導率方面含有最適宜影響；需與植

10、物毒性試驗和化學指標結合進行研究 。第27頁第27頁電導率反應了堆肥浸提液中離子總濃度，即可溶性鹽含量。堆肥中可溶性鹽是對作物產生毒害作用主要原因之一，主要是由有機酸鹽類和無機鹽等構成。水溶性鹽濃度伴隨堆肥腐熟程度發展而不斷增長，在好氧性堆肥高溫階段又快速減少。降溫過程中，由于硝化細菌重新活化，水提取物導電率（指可溶性鹽離子濃度，包括硝酸鹽，鈣鹽，鎂鹽）快速增長。第28頁第28頁化學指標（包括腐殖質）溫度、氣味和顏色等參數難于定量表征堆肥過程中堆料成份改變，也就不易定量闡明堆肥腐熟程度。因此，常通過度析堆肥過程中堆料化學成份或性質改變來評價堆肥腐熟度。第29頁第29頁堆肥腐熟度評價化學指標 指

11、 標 （1）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 揮發性固體（VS） VS降解38%以上，產品中VS65% 易于檢測；原料中VS改變范圍較廣且含有難于生物降解部分，VS指標應用難以含有普遍意義 。第30頁第30頁堆肥化過程中存在物質緩慢轉化過程-由開始易分解或易揮發有機物質過渡到不易分解、愈加穩定形態，通過測定固體堆肥物質（指可揮發固體物質）和堆肥材料產生提取物（指可溶性揮發性固體物質）過程中揮發性固體物質減少，能夠衡量堆肥化程度。在適宜條件下，當揮發性固體含量高時（堆肥早期），微生物有大量能夠利用能源，使堆體溫度升高，伴隨揮發性固體含量減少，堆體溫度減少。 第31頁第31頁堆肥腐熟度評價化學指

12、標 指 標 （2）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 淀粉 堆肥產品中不含淀粉 易于檢測；不含淀粉是堆肥腐熟必要條件而非充足條件 。第32頁第32頁在堆肥過程中，最易降解有機質也許被微生物用作能源而最后消失，因此一些研究者認為它們是最有用參數。堆肥原料中普通含有3類碳水化合物，即：糖、淀粉和纖維素。在堆肥過程中，糖首先消失，接著是淀粉，最后才是纖維素。淀粉和可溶性糖是堆肥原料中典型易降解有機質，易被微生物利用。 第33頁第33頁堆肥腐熟度評價化學指標 指 標 （3）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 5日生化需氧量（BOD5） 2040g/kg BOD5反應是堆肥過程中可被微生物利用有機物量；

13、對于不同原料指標無法統一；且測定方法復雜、費時 。第34頁第34頁有試驗證實，當每千克固體物料中生化需氧量少于5055g/kg時，堆肥溫度達不到60。在最初堆肥高溫期，生化需氧量降低很快。堆料不同理化特性對于生化需氧量影響很大。有些固體廢物原始值就較低，使得這一參數與上述揮發性固體相類似，對于不同原料指標無法統一，而且對于生化需氧量測定，方法復雜、費時，不能及時反饋產品結果，從而影響對操作過程控制。 第35頁第35頁堆肥腐熟度評價化學指標 指 標 （4）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 pH值 8 9 測定較簡樸；pH值受堆肥原料和條件影響，只能最為堆肥腐熟一個必要條件 。第36頁第36頁許

14、多研究者提出，pH值能夠作為評價堆肥腐熟程度一個指標。堆肥物料或發酵早期，pH值為弱酸到中性，普通為6.57.5。腐熟堆肥普通呈弱堿性，pH值在89左右。但是pH值亦受堆肥物料和條件影響，只能作為堆肥腐熟一個必要條件，而不是充足條件。 第37頁第37頁堆肥腐熟度評價化學指標 指 標 （5）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 水溶性碳（WSC） WSC6.5g/kg 水溶性成份才干被微生物所利用；WSC指標測定尚無統一原則 。第38頁第38頁堆肥腐熟度評價化學指標 指 標 （6）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 WSC/ WSNWSC/ WSN趨于56一些原料（如污泥）初始WSC/WSN 6

15、。第39頁第39頁堆肥腐熟度評價化學指標 指 標 （7）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 C/N比 1520：1 腐熟堆肥C/N比趨向于微生物菌體C/N比，即16左右；一些原料初始C/N比不足16，難以作為廣泛參數使用 。第40頁第40頁堆肥腐熟度評價化學指標 指 標 （8）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 WSC/ON WSC/ON2WSC含量較少，測定結果準確性較差 。第41頁第41頁堆肥腐熟度評價化學指標 指 標 （9）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 NH4+-N NH4+-N0.4g/kgNH4+-N改變趨勢組主要取決與溫度、pH值、堆肥材料中氨化細菌活性、通風條件和氮源條件影

16、響 。第42頁第42頁堆肥腐熟度評價化學指標 指 標 （10）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 NH4+-N /（NO2-+NO3-） NH4+-N/（NO2-+NO3-）3 堆肥過程中伴伴隨明顯硝化反應過程，測定快速簡樸；硝態氮和銨態氮含量受堆肥原料和堆肥工藝影響 。第43頁第43頁研究發覺，隨堆肥進程發展硝酸鹽表現出一定改變趨勢，輔以其它參數，NO3-能夠作為評價堆肥腐熟度簡樸而有力參數之一。因為不同物料總N及NH3-N含量存在一定差異，極難用其絕對值來描述堆肥腐熟程度。第44頁第44頁堆肥腐熟度評價化學指標 指 標 （11）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 陽離子交量（CEC） CE

17、C是反應堆肥吸附陽離子能力和數量主要容量指標；不同堆料之間CEC改變范圍太大。第45頁第45頁研究發覺，在不同初始物料好氧堆肥過程中，陽離子互換量都會伴隨堆肥腐殖化過程發展而逐步增加。腐殖質（腐殖酸）中陽離子互換量增加一樣遵照這么規律。經過研究不同堆肥原料堆肥過程發覺，因為堆肥原料不同，腐熟堆肥陽離子互換量值改變范圍很大。由此可見CEC合用性還有待深入研究。第46頁第46頁堆肥腐熟度評價化學指標 指 標 （12）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 CEC/TOC CEC/TOC1.9（CEC60） CEC/TOC代表堆肥腐殖化程度；CEC/TOC明顯受堆肥和堆肥過程影響 。第47頁第47頁堆肥

18、腐熟度評價化學指標 指 標 （13）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 腐殖化參數（HI） HI3 應用各種腐殖化參數可評價有機廢物堆肥穩定性；堆肥過程中，新腐殖質形成時，已有腐殖質也許會發生礦化 。第48頁第48頁腐殖質物質（總腐殖酸碳，CHS；胡敏酸碳，CHA；富里酸碳，CFA；胡敏素碳，CNFA；）等參數相繼被提出。進一步研究發覺，未腐熟堆肥中尚有高水平富里酸以及低水平胡敏酸，伴隨物料降解腐熟富里酸含量減少或不變，但產生大量胡敏酸，因此能夠通過胡敏酸與富里酸比值即腐殖指數（CHA/CFA）批示總有機碳百分含量,并作為堆肥腐熟度判斷指標之一。第49頁第49頁堆肥腐熟度評價化學指標 指 標

19、（14）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 腐殖化程度（DH） DH值受含水量等堆肥條件和原料影響較大 。第50頁第50頁腐殖化過程是指能夠促使新鮮有機物材料中產生芳香族和脂肪族高分子化合物降解后，其基團進行化學再綜合和再聚合生物化學過程。 腐殖化程度作為腐熟度一個指標，表示腐熟過程中腐殖酸改變，通過計算腐殖質占有機碳百分比來判斷堆肥腐熟程度。 第51頁第51頁堆肥腐熟度評價化學指標 指 標 （15）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 生物可降解指數（IB） IB2.4 該指標僅考慮了堆肥時間和原料性質，未考慮堆腐條件，如通風量和連續時間 。第52頁第52頁生物學指標堆料中微生物活性改變及對植

20、物生長影響慣用以評價堆肥腐熟度，這些指標主要有呼吸作用、生物活性及種子發芽率。第53頁第53頁堆肥腐熟度評價生物學指標 指 標 （1）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 呼吸作用 比耗氧速率0.5mgO2/（gVSh） 微生物耗氧速率改變反應了堆肥過程中微生物活性改變；氧含量在線監測快速、簡樸 。第54頁第54頁第55頁第55頁第56頁第56頁堆肥腐熟度評價生物學指標 指 標 （2）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 生物活性試驗 反應微生物活性參數有酶活性和ATP；這些參數應用尚需進一步研究 。第57頁第57頁堆肥腐熟度評價生物學指標 指 標 （3）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 利用微

21、生物評價 不同堆肥時期微生物群落結構隨堆溫不同而改變；堆肥中某種微生物存在是否及其數量多少并不能指示堆肥腐熟程度 。第58頁第58頁堆肥腐熟度評價生物學指標 指 標 （4）腐熟堆肥特性值 特 點 與 局 限 發芽試驗 發芽指數（GI）：80%85% 植物生長試驗應是評價堆肥腐熟度最終和最具說服力方法；不同植物對植物毒性承受能力和適應性有差異 。第59頁第59頁Plant Performance Tests I - Plant Biomass Tests for composted products水芹第60頁第60頁番茄黃瓜第61頁第61頁II - TOPS + ROOTS POT STUDI

22、ES 第62頁第62頁第63頁第63頁III - Exised/Washed Rootlet Bioassays 第64頁第64頁III. Herbicide Residue Bioassays 第65頁第65頁IV. LEMNA BIOASSAYS 浮萍第66頁第66頁第67頁第67頁堆肥腐熟度評價其它指標 光譜學分析最普遍利用光譜法是13C-核磁共振光譜法和紅外光譜法以及元素分析法。紅外光譜法能夠區別化合物特性官能團，13C-核磁共振法可提供有機分子骨架信息，能更敏感反應碳所處化學環境細微差別，為測定復雜有機物提供幫助。有了碳譜化學位移及其它必要分析數據，基本上能夠擬定有機物結構。用于檢測

23、堆肥腐熟度辦法中，這幾種辦法應用前景較好，但所需設備昂貴。第68頁第68頁堆肥腐熟度評價其它指標 明膠測試法明膠測試法已有相應產品面世，測試辦法為：將一定堆料（約250mL）放入特制杯子中，在將其密封前把一個塑料測試測試器放入其中。該測試器中有一條化學明膠能夠和杯中堆料所釋放CO2反應并改變顏色，最后將明膠顏色與相應顏色表對照即可得出結論。普通是將對照表顏色分為8個級別，從生堆料級別1到腐熟堆肥級別8。其特點是：操作簡便快捷，僅4h就能夠得出結果，但是成本造價高。 第69頁第69頁第70頁第70頁第71頁第71頁第72頁第72頁堆肥腐熟度評價其它指標 自熱測試法該辦法就是將1L左右新鮮堆肥樣品

24、（裝滿一瓶）放入一個絕熱真空瓶中，通過觀測天天凈溫度增長值來判斷堆肥是否達到了穩定和腐熟。穩定和腐熟堆肥有很小凈溫度增長值。最多需要測試時間是6天。評估堆肥腐熟度最廉價，最簡便辦法。這個辦法特點是：所需設備簡樸易得、可操作性強，一次投資，能夠重復使用。這項技術已經廣泛應用于歐洲堆肥廠，在北美諸多地域也作為一個衡量堆肥腐熟度原則。第73頁第73頁堆肥腐熟度評價其它指標 腐熟度綜合評價辦法 人們對堆肥腐熟度、穩定性評價通常采用某一指標值來衡量。伴隨人們對堆肥化過程進一步結識，實際堆肥是一個非常復雜有機物降解過程，同時堆肥工藝及原料復雜多樣，用單一參數較難擬定堆肥化學及生物學穩定性，這些指標都不是孤

25、立，而是互相影響互相制約，單一指標無法全面反應實際堆肥過程腐熟、穩定化特性，應由幾種或多個參數如表現指數、碳氮比降解率、平均耗氧速率、微生物量、氨氮改變率等指標共同擬定。第74頁第74頁研究者普遍認為，利用化學辦法、生物活性和植物毒性分析等手段，對堆肥腐熟和穩定做多方面監測較為可靠。通常，化學辦法提供堆肥基礎數據，其中水溶性有機化合物分析及C/N比最為慣用。生物活性測試通過對呼吸作用、微生物量及酶學研究，可反應堆肥穩定性，其中呼吸作用是較為成熟評估堆肥穩定性辦法。植物毒性分析中發芽指數測定較為快速、簡便，普通只用于評估堆肥腐熟性。 第75頁第75頁伴隨分析技術和微生物技術發展，先進、快捷堆肥評

26、估辦法不斷出現，堆肥生產和使用者可依據實際情況，選擇適當評估辦法。同時交叉學科興起，在腐熟度判斷研究方面，眾多研究者將數學、生物學及物候學等融入到了堆肥工程之中，給此領域注入了生機。 第76頁第76頁美國加州堆肥質量協會（California Compost Quality Council，CCQC）采用下列辦法判斷堆肥腐熟度：將C/N比25：1作為強制性指標，再從A、B兩組中至少各選出一個參數來評價。A組中參數包括CO2產生速率或呼吸作用、比耗氧速率和自升溫檢測；B組包括NH4+-N/NO3-N、 NH4+-N含量、揮發性有機酸含量和植物生長試驗。通過這種辦法將堆肥分為充足腐熟、腐熟和未腐熟

27、堆肥三類。第77頁第77頁物理學指標較為直觀易于監測，能夠定性描述堆肥過程所處狀態，有助于評價化學指標合理性；化學指標提供堆肥基礎數據，其中水溶性有機化合物分析及C/N比值最為慣用；核磁共振MNR，紅外光譜等儀器引入和利用揭示了堆肥微觀物質結構改變，并可對化學指標合理性做出評判，但是儀器高昂費用阻礙了其廣泛利用;生物學指標能夠綜合反應堆肥實用性，是評價堆肥腐熟度最具說服力辦法，其中呼吸速率、種子發芽指數是較為成熟辦法。正確評價堆肥腐熟度是一個復雜問題，一些評價參數確實定尚有爭議。采用各種分析辦法測定多個指標，然后依據這些指標綜合分析堆肥腐熟情況，將化學指標與生物學指標結合起來評價堆肥腐熟度是此

28、后研究方向。 第78頁第78頁三、堆肥腐熟度原則第79頁第79頁其中包括對產品外觀目測測定、有效活菌數測定、有機質測定、水分測定、pH值測定、糞大腸菌群數測定、蛔蟲卵死亡率測定、重金屬As、Cd、Pb、Cr、Hg測定和N-P2O5-K2O含量等項目的測定。 第80頁第80頁第81頁第81頁CCQC-加利福尼亞州堆肥質量委員會也含有一系列測定堆肥穩定性類似程序用于堆肥產品審批（表9-8）。這些原則要求所有堆肥樣品C：N比小于25：1，這個原則在一些情況下并不準確，如對于葉廢物初始C：N比就很高。在魁北克，BNQ不允許單獨使用呼吸強度作為堆肥穩定性檢測。散料堆肥呼吸強度必須限制在天天每kg揮發性固

29、體物質500mg以內；而袋裝堆肥則要在300mg以內。 第82頁第82頁此規范把堆肥劃分為兩類，用于反應堆肥內含物性質。A類堆肥（含有低金屬含量）應用沒有限制；而B類（含有高金屬含量）則含有較為嚴格限制。第83頁第83頁在很多情況下，鑒定一種堆肥產品是否達到穩定，不但取決與結果本身，也一樣取決與所選擇測試標準。依據現行規范測試，會產生一些與事實不符結果，有時會有某一個不穩定堆肥樣品被評估為已腐熟情況發生。因為依據現行原則（由一系列嚴格不同程度標準構成），即使有兩種測試檢測出堆肥材料未穩定，但仍可認為此堆肥產品達到腐熟。普遍認為現存堆肥穩定性監管條例不夠嚴謹和清晰，全部堆肥產品必須具有一個統一腐熟標準，以避免堆肥化過程中潛在毒性中間產物進入周圍環境。產品化學成分直接影響到其應用范圍。其次在保證生物和環境安全基礎上，堆肥質量要依據原材料性質及其預期應用范圍而制定不同標準。第84頁第84頁第85頁第85頁第86頁第86頁堆肥中重金屬堆肥在土地利用中其重金屬環境污染風險始終都是人們緊張問題。在天津市污灌區環境質量普查中發覺, 大量施用污泥土壤中汞、鎘、鉛含量明顯積累, 東郊區趙沽里園田常年施用污泥后, 蔬菜中葉菜類鎘含量高達27 mg /kg, 果菜類鉛含量達15 mg /kg。第87頁第87頁堆肥中