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有机肥原料发酵腐熟度评价的生物指标
[ 日期:2016-04-18]   阅读:741次 ]

有机肥

有机肥原料发酵腐熟度评价生物指标
  经验证明,必须用化学分析与生物分析结合的方法评价生物有机肥腐熟度才可靠,仅用化学分析是远远不够的。常把生物有机肥料中微生物的活性变化及堆肥对植物生长的影响用来评价生物有机肥腐熟度,主要有生物活性及种子发芽率等指标。
1呼吸作用生物有机肥过程中微生物代谢活动的强度及堆肥的稳定性通常根据微生物吸收02和释放CO2的强度来判断。当生物有机肥释放CO2在5mg(C)/g(生物有机肥碳)以下时,达到相对稳定;在2mg(C)止以下时,达到腐熟。当生物有机肥达到腐熟时,耗氧速率为0.02%.min-0.102%·rain-l。但生物有机肥有机物含量也会影响耗氧速率的变化。
2微生物活性生物有机肥中也用微生物量及种群的变化来反应发酵代谢情况。酶活性、ATP和微生物量均为反映微生物活性变化的参数。ATP(三磷酸腺苷)的分析是测定土壤中生物量的方法之一,近年来开始应用于发酵研究。ATP含量变化与微生物的生物活性紧密相关,随生物有机肥时间变化十分明显。在垃圾生物有机肥的最初26天内,ATP含量迅速从1.2/P g·g.l减少到0.4/p·g.1。但ATP的测定需要的设备和投资很高,并且方法复杂。同时,如果原料中含有抑制ATP的成分,也会对ATP的测定结果产生影响。
制造生物有机肥过程中,经过翻堆微生物量比未翻堆的下降更快,微生物群落的特征在堆体不同区域及不同堆肥阶段均显著不同,表明两者腐熟过程有差别,在生物有机肥中存在着各种各样的微生物群落,随着不同堆肥时期发酵温度的变化,微生物的群落结构也随之相应变化。在发酵初期,堆肥呈中温,嗜温菌主要是蛋白质分解细菌较活跃,大量繁殖,产氨细菌数量迅速增加,在15天内达最多后突然下降,在30天内完成其代谢活动,在发酵60天时降到检测限以下;当发酵达到50℃-60℃时,嗜热菌大量繁殖而嗜温菌受抑制甚至死亡,分解纤维素的细菌,真菌都是中温菌及高温菌,它们在整个过程中保持旺盛活动并在60天时最多。而正是在发酵高温期,生物有机肥原料中的寄生虫、病原菌被杀死,开始形成腐殖质,生物有机肥原料达到初步腐熟。由于堆肥前期的高温及氨气含量的增加,使得自养硝化细菌在堆肥初期被严格限制,在80天时活动最旺盛,数量最多,直到堆肥的最后也仍然存在。在堆肥的化腐熟期主要以放线菌为主。当然堆肥中微生物群落中某种微生物存在与否及其数量的多少并不能指示堆肥的腐熟程度,但是在整个发酵过程中微生物群落的演替却能很好地指示堆肥腐熟程度。因此,堆肥过程用微生物来评价是合适的,特别是用它来指示生物有机肥是否达到稳定阶段或是否已经腐熟,因此评价生物有机肥腐熟度时,微生物分析可作为一种合适方法。
3酶学分析发酵过程中,多种氧化还原酶和水解酶与C、N、P等基础物质代谢密切相关。对相关的酶活力进行分析,可间接反映微生物的代谢活性和酶特定底物的变化情况。污泥堆肥中许多酶具有较高活性,可以反映出生物有机肥的降解代谢过程,如尿酶、磷酸酶、蛋白酶、酪蛋白水解酶等,较低活性时则反映生物有机肥的腐熟度。这与c0.的释放和ATP浓度变化是一致的。由于对难分解碳源的利用导致发酵后期(80-120天)纤维素酶和脂酶活性迅速增加,故可用来了解生物有机肥的稳定性。
4种子发芽率未腐熟的生物有机肥含有对植物的生长产生抑制作用的毒性物质,因此可用生物有机肥和土壤混合物中植物的生长状况来评价生物有机肥腐熟度。鉴于生物有机肥腐熟度的实用意义,植物生长试验应是对生物有机肥腐熟度进行评价的最终也是最具说服力的方法。许多植物种子在腐熟的堆肥中生长得到促进,而在生物有机肥原料和未腐熟生物有机肥萃取渡中生长受到抑制,以种子发芽和根长度计算发芽指数GI,从理论上说,CI<iOOX,就判断是有植物毒性。但在实际实验中,发芽指数GI大于50x时,可认为生物有机肥降低到植物可以承受的范围,如果CI≥85%则认为生物有机肥已完全腐熟。意大利政府用对有机废物和粪便堆肥腐熟度进行评价时就是以该方法为标准。但种子发芽实验具有工作量大和测定时间长等不利因素。
5安全性评价大量致病细菌、霉菌、寄生虫和草种等存在于畜禽粪便、污泥和城市垃圾中,直接影响生物有机肥的安全性。但这些致病微生物对温度非常敏感,当发酵温度高于55℃,并保持3天以上时,绝大多数致病微生物被杀死。发酵的湿度、微生物多样性及可利用碳源的多少综合决定致病微生物的存活情况。常用的作监测生物有机肥安全性的指标有沙门菌、肠道链球菌等。腐熟生物有机肥应达到以下卫生标准:ig生物有机肥干样中小于1个沙门菌和0.l -0.25g个病菌嗜菌斑。不同国家和地区的卫生标准略有差异,保证生物有机肥安全使用的关键是生物有机肥过程中的合理操作与管理。
通过以上分析可以看出,由于目前对发酵过程中有机物质转化规律及堆肥机理的认识有限,需要由几个参数共同确定生物有机肥的化学及生物学的稳定性,而只用单一参数很难确定。物理学指标用以定性描述生物有机肥发酵过程所处的状态,易于监测;核磁共振NMR红外光谱FT.IR、色谱技术的应用揭示了生物有机肥微观物质结构的变化,有助于评价化学指标的合理性。生物学指标一般用于判断有机肥的稳定性,能够综合反映生物有机肥的实用性,但是生物学指标测定工作量较大,耗时较长,在判断堆生物有机肥熟度时很少单独使用。因此,将化学指标与生物学指标结合起来用以评价腐熟度是目前最为常用和可行的方法。但是,尽管现有的测定生物有机肥腐熟度指标很多,在实际应用中却受到限制,一些指标如BOD5、光谱分析法、发芽率指数等测定结果虽然可靠,却存在测定时间长、测定过程过于复杂的问题,因此十分有必要优选出一种或几种能够半定量化、测定时间短、方法简便、适合进行现场快速测定的腐熟度指标。
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