夏玉秀，庞力豪，徐榕雪，王学芬，宋丽芬

(中国农业大学烟台研究院，山东 烟台 264670)

随着我国沼气事业的快速发展，尤其是大中型沼气工程的建设，沼渣、沼液无害化消纳问题亟待解决[1]。沼气工程运行中，连续、大量、集中的沼渣、沼液的处置已成为制约沼气工程正常运行的瓶颈问题[2]。

厌氧发酵是指废弃物在厌氧条件下通过微生物的代谢活动而被稳定化，同时伴有CH4和CO2产生[3]。《有机肥料(NY525-2012)》[4]中要求有机肥料为“经发酵腐熟后制成”，但标准中对于“腐熟”未做规定。《沼肥施用技术规范(NY/T2065-2011)》[5]中指出“沼渣宜作基肥”。 大量沼渣应用试验验证了沼渣直接施用对作物的产量和品质具有促进作用：肖洋[6]等的研究表明连续2年施用沼渣以及沼渣与化肥配施均能够增加玉米产量；秦文弟[7]等研究表明施用沼渣显著提高了豇豆的产量；王思齐[8]等研究表明沼渣与化肥配施能提高果实的产量、糖度，维生素C(Vc)含量和硬度，降低果实的酸度。因此，沼渣不经过好氧发酵直接生产商品有机肥料具有可行性。本研究旨在验证木薯渣酒糟厌氧发酵后的沼渣不经好氧发酵直接生产商品化有机肥料的可行性，为沼渣的消纳和商品化提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

沼渣：酒精厂木薯酒糟厌氧发酵后的产物。

供试作物：上海青油菜(烟台市种子公司购买)，市售。

复合生物菌剂：粉剂，有效活菌数200×108·g-1，市售，具有促进土壤养分释放和刺激作物生长作用。

化学肥料：尿素(N-P2O5-K2O46-0-0)，磷酸一铵(N-P2O5-K2O11-44-0)，硫酸钾(N-P2O5-K2O0-0-50)，市售。

1.2 试验方法

1.2.1 沼渣的好氧堆肥

将沼渣、花生壳粉、尿素、发酵菌剂混合，调节物料含水量55%，碳氮比(C/N)调整为25∶1。采用条垛式翻堆堆肥，将混合后的发酵原料添加发酵菌种后放入长25 m，宽5 m，高0.8 m的发酵槽中，采用翻堆机翻堆，每天翻堆一次。

1.2.2 以沼渣和沼渣堆肥产物为原料的有机肥料的生产

本试验的沼渣有机肥料包括以沼渣原料和以沼渣堆肥产物为原料的有机肥、生物有机肥料和复合微生物肥料，共6种。生产工艺如下：

(1)沼渣有机肥(Y0)：将沼渣烘干至含水量30%以下，经烘干、粉碎、包装生产粉状有机肥料。

(2)沼渣堆肥产物有机肥(Y1)：将沼渣堆肥产物后腐熟3个月，然后经过烘干、粉碎、包装生产粉状有机肥料。

(3)沼渣生物有机肥料(S0)：沼渣添加复合生物菌剂，然后经过烘干、粉碎、包装生产粉状生物有机肥料。

(4)沼渣堆肥产物生物有机肥料(S1)：腐熟后的沼渣添加复合生物菌剂，然后经过烘干、粉碎、包装生产粉状生物有机肥料。

(5)沼渣复合微生物肥料(F0)：沼渣添加化学肥料、复合生物菌剂混匀后，然后经过烘干、粉碎、包装生产粉状复合微生物肥料。

(6)沼渣堆肥产物复合微生物肥料(F1)：腐熟后的沼渣添加化学肥料、复合生物菌剂混匀后，然后经过烘干、粉碎、包装生产粉状复合微生物肥料。

1.2.3 种子发芽率

测定有机肥料的水提取液对植物种子发芽的生理毒性[9]：取样品10 g，以样品∶蒸馏水 = 1∶2比例配置，摇动5 min。纱布过滤，滤液3000 r·min-1离心10 min，上清液稀释5倍。再取直径9 cm培养皿，内放二层滤纸，在滤纸上滴加10mL堆肥浸提稀释液，均匀摆放20粒种子，放置在25 ℃恒温箱中培养6 d，统计发芽率和发芽幼苗的根长，以清水处理为对照(CK)，每个处理3次重复。相对发芽指数计算公式为：

GI = (有机肥料提液处理种子发芽率×有机肥料处理平均根长) /(清水对照种子发芽率×清水对照平均根长) 。

1.2.4 盆栽试验

有机肥、生物有机肥和复合微生物肥料施用量按每1 kg土配置50 g有机质计算；化肥施用量按照N-P2O5-K2O(400-400-400)mg·kg-1施用；由于复合微生物肥料中添加了化学肥料，在计算施肥量时将此部分计算在内。将通过2 mm筛的风干土分别与6种肥料混匀后装盆。每盆盛土7.5 kg。为防止土壤中的元素流失，将盆放置在塑料托盘上，下渗到托盘内的水会灌到盆内。每盆播种8粒饱满均匀的种子，在盆内播深0.5 cm。发芽后一周进行间苗处理，每盆保留生长较一致的幼苗3株。于第50 天时收获。

1.2.5 测定方法

有机肥产品、生物有机肥、复合微生物肥料检测与质量控制标准分别参照《有机肥料(NY525-2012)》[4]、《生物有机肥(NY 884-2012)》[10]、《复合微生物肥料(NY/T 798-2015)》[11]。

测定POD活性参照张志良的方法[12]，叶绿素和类胡萝卜素的含量参照赵世杰的方法[13]，利用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[13]，考马斯亮蓝染色法测定可溶性蛋白质含量[13]。

2 结果与分析

2.1 沼渣好氧堆肥过程中温度变化与堆肥产物理化性质

堆肥过程的完成即堆肥达到稳定化的指标一般以腐熟度表示，腐熟阶段的外在体现可以通过温度的变化来反映。物料腐熟过程中，温度的变化需要经历升温、恒温以及降温的过程，伴随着降温过程的结束，腐熟阶段也基本已完成。《粪便无害化卫生标准(GB 7959-2012)》[14]规定好氧发酵温度要求：人工翻堆是堆温≥50 ℃至少持续10 d或者堆温≥60 ℃至少持续5 d，机械翻堆是堆温≥50 ℃至少持续2 d。由图1可知，本试验发酵最高温度为64 ℃，堆温≥50 ℃为11 d，堆温≥60 ℃为5 d，达到了《粪便无害化卫生标准(GB7959-2012)》要求。

图1 发酵温度变化

沼渣和沼渣堆肥产物的总养分、有机质、pH值、重金属和病原菌含量符合《有机肥料(NY525-2012)》限定值；沼渣和沼渣堆肥产物的含水量为分别为75.89%和41.25%，超过了《有机肥料(NY525-2012)》限定值30%(见表1)。

表1 沼渣和沼渣好氧发酵产物理化性质

堆肥过程中，在微生物降解含碳有机化合物，有机质为CO2和H2O和低分子挥发性有机物而损失，因此物料的总质量下降。堆肥结束时，物料的总质量下降，而物料中重金属并不会损失，或减少很少，导致堆肥中重金属含量被相对浓缩而升高。邵淼[15]等以牛粪为原料和尹晓明[16]等以猪粪为原料的堆肥试验表明，堆肥产物中重金属总量上升。本试验中沼渣好氧发酵产物中的砷、铬、铅含量高于沼渣。

2.2 以沼渣和沼渣堆肥产物为原料的有机肥料产品理化性质

经过检测，试验所生产的6个肥料样品各项指标分别符合《有机肥料(NY525-2012)》《生物有机肥(NY 884-2012)》《复合微生物肥料(NY/T 798-2015)》(见表2)。

表2 以沼渣和沼渣堆肥产物为原料的有机肥料产品理化性质

2.3 不同有机肥料对发芽率的影响

由表3可知，Y1和S1处理的发芽率与清水对照无差异，但是高于Y0和S0处理；清水对照处理的根长与Y1处理差异不显著，但是高于Y0，S0，S1处理；Y1和S0处理的相对发芽指数(GI)无差异，但高于Y0和S0处理。F0和F1处理的发芽率、根长和相对发芽指数低于其它处理。

表3 堆肥产物的种子发芽率试验结果

相对发芽指数(GI)是评价堆肥腐熟度的重要指标，通常认为GI > 50%时堆肥产物对植物生长基本没有毒害作用，GI > 80%时则堆肥产物对植物生长完全没有毒害作用[15]。Y0，S0，Y1，S1处理的GI大于90%，因此，Y0，S0，Y1，S1处理腐熟充分；F0和F1处理的GI小于45%，原因为：F0和F1处理为复合微生物肥料，含有约10%的化学肥料，因此抑制了种子的发芽与生长。

2.4 不同有机肥料对油菜生长的影响

由表4可知，S0，S1，F0，F1处理间油菜的鲜重差异不显著，高于Y0和Y1处理，原因可能为：S0和S1处理施用生物有机肥料，F0和F1处理处理施用复合微生物肥料，生物有机肥料和复合微生物肥料在生产过程中添加了促进植物生长、活化土壤养分的微生物菌剂。

表4 不同有机肥料对菠菜生长的影响

Y0，Y1，S0，S1，F0，F1处理间油菜的维生素C(Vc)含量和叶绿素含量差异不显著，但是高于CK。

3 讨论与结论

3.1 沼渣好氧堆肥产物生产商品有机肥料的可行性

本试验中沼渣经好氧堆肥，发酵温度达到了《粪便无害化卫生标准(GB7959-2012)》的规定，堆肥产物中有机质、养分和病原菌也符合《有机肥料(NY525-2012)》限量要求。以沼渣发酵产物为原料生产的商品有机肥料(有机肥、生物有机肥和复合微生物肥料)符合相关肥料标准。种子发芽率试验表明，3种有机肥料的GI > 80%，堆肥产物对植物生长完全没有毒害作用。

以沼渣发酵产物为原料生产有机肥、生物有机肥和复合微生物肥料三者间比较，有机肥料的生产工艺简单，但产品附加值和销售价格低、利润低。并且本试验中由于添加了促进土壤养分释放和刺激作物生长的微生物菌剂，生物有机肥(S1)和复合微生物肥料(F1)处理的油菜产量显著高于有机肥处理(Y1)。因此，为了提升产品的施用效果、提高企业的利润率，生物有机肥和复合微生物肥料是沼渣有机肥料化的有效途径。

3.2 沼渣直接生产商品有机肥料的可行性

相对于沼渣，沼渣好氧堆肥产物有机质含量下降，但是由于干物质的损失，总养分和重金属(砷、铬、铅)含量上升。以沼渣和沼渣堆肥产物为原料生产的有机肥、生物有机肥和复合微生物肥料全部符合国家及行业相关标准。

大量研究证实了沼渣直接施用对作物的生长和品质具有促进作用[1-2,6]，但也有很多关于沼渣好氧堆肥后生产有机肥的研究[17-19]。因此，对于沼渣可否不经过好氧发酵直接生产有机肥料有必要进行进一步探讨。本试验中以沼渣好氧堆肥产物生产的有机肥(Y1)和生物有机肥(S1)的发芽率与清水对照无差异，但是高于以沼渣为原料生产的有机肥(Y0)和生物有机肥(S0)，并且前者的GI也高于后者。种子发芽率和GI用于衡量物料的腐熟程度，本试验中沼渣好氧产物的腐熟度大于沼渣。但是对于有机肥、生物有机肥和复合微生物肥料，以沼渣和以沼渣堆肥产物为原料的两者间比较，鲜重、Vc和叶绿素含量差异不显著。

本试验中以沼渣和沼渣好氧堆肥产物为原料生产的商品有机肥料间比较，两者间的腐熟度存在差异，但GI都大于90%，施用后油菜的产量和品质间差异不显著。沼渣腐熟度影响作物的发芽、生长、产量，因此对于直接进行商品化有机肥料的沼渣，需要考虑原料品种、厌氧发酵工艺(TS，水力停留时间等)影响腐熟度的因素，通过种子发芽率试验、盆栽试验、大田试验等验证了沼渣直接生产商品化有机肥料的可行性。