堆肥及产生的腐植酸的化学特性

Auldry Chaddy Petrus1, Osumanu Haruna Ahmed1, Ab Majid Nik Muhamad2,

Hassan Mohammad Nasir3, Make Jiwan1, Michael Gregory Banta1 著

袁红莉4 高同国4 译

（1 马来西亚博特拉大学农业和食品科学院作物科学系 沙捞越州 97008

2 马来西亚博特拉大学林学院林业管理系 雪兰莪州 43400

3 马来西亚博特拉大学农业和食品科学院动物和渔业科学系 沙捞越州 97008

4 中国农业大学生物学院 北京 100193）

摘 要：农业废弃物，如西米废弃物对土壤和水体的污染存在潜在威胁。为了减轻这一问题，本研究对3种不同处理的西米来源的废弃物的堆肥和西米来源的腐植酸的化学性质进行了研究。在大小为61.5×49×33.5 cm的白色聚苯乙烯盒子里堆置60d，通过pH、总氮、有机碳、有机质、灰分、阳离子置换能力、磷、腐植酸等指标对其进行分析。所有处理都没有达到高温阶段。与处理T1、T3相比，处理T2(pH、总氮、有机碳、有机质、灰分、阳离子置换能力、磷、腐植酸)质量更好。T2的腐植酸产量也明显比其他两组高。T1和T3的堆肥特性相似。3种处理中的腐植酸化学特性在其他研究者报道的标准范围之内。与处理T1、T3相比，在60d里，T2处理更能有效地生产成熟、高质量的堆肥。

关键词：西米废弃物 堆肥 腐植酸

Chemical Characteristics of Compost and Huimic Acid from Sago Waste(Metroxylon Sagu)

Auldry Chaddy Petrus1, Osumanu Haruna Ahmed1, Ab Majid Nik Muhamad2,

Hassan Mohammad Nasir3, Make Jiwan1, Michael Gregory Banta1 write

Yuan Hongli4, Gao Tongguo4 translate

(1 Department of Crop Science, Faculty of Agriculture and Food Sciences, University Putra Malaysia

Bintulu Sarawak Campus, Sarawak, 97008

2 Department of Forest Management, Faculty of Forestry, University putra Malaysia, Serdang, 43400

3 Department of Animal Science and Fishery, Faculty of Agriculture and Food Sciences,

University Putra Malaysia Bintulu Sarawak Campus, Sarawak, 97008

4 College of Biological Science, China Agricultural University, Beijing, 100193)

Abstract: Problem statement: Agriculture waste such as Sago Waste(SW) has a potential to cause pollution either on land or in water. In order to reduce this problem, a study was conducted to investigate the effect of three different treatments on the chemical characteristics of compost and humic acid from SW. Composting was done for 60 days in a white polystyrene box with a size of 61.5×49×33.5 cm. The composts were analyzed for pH, total nitrogen , organic carbon, organic matter, ash, Cation Exchange Capacity(CEC), phosphorus and HA using standard procedures. Results: All treatments did not reach thermophilic phase. Compost of T2 had high quality (pH, totalnitrogen, organic carbon , organic matter, ash, Cation Exchange Capacity, Phosphorus and HA) compared to T1 and T3. The yield of humic acid of T2 was also significantly higher compared to those of T1 and T3. The compost characteristics of T1 and T3 WERE SIMILAR. The chemical characteristics of HA the 3 treatments were within the standard range reported by other researchers. Conclusion: T2 is more efficient in producing mature and good quality compost in 60 days compared to T1 and T3.

Key words: sago waste; compost; humic acid

研究显示，东南亚每年都会从西米椰子中产出6千万吨的西米淀粉。而大多数工厂都建在水边以便将西米废弃物(sago waste，简称SW)排放到水体里，这种做法可能引起水体污染。一些研究者使用SW作为培养食用蘑菇的底物、动物饲料以及用来生产酶和吸附剂。西米废弃物可以通过腐熟堆肥提取腐植酸，或作为肥料的主要成分。

由于腐植酸资源的贫乏，马来西亚要花费大量的金钱从其他国家进口腐植酸。腐植酸可以促进土壤肥力和土壤健康。此外，腐植酸还能调控碳循环和土壤中营养物质N、P、S的释放。

作为利用SW的方法之一，本研究对来源于SW的堆肥和腐植酸的化学性质进行了研究。

1 材料和方法

SW收集于马来西亚Sarawak Mukah的Nit Sei。SW经自然风干后用来堆肥处理。堆肥过程在一个大小为61.5×49×33.5cm的白色聚苯乙烯盒子里完成。本研究设3个处理。T1：SW(80%)+鸡饲料(5%)+鸡粪浆(5%)+糖蜜(5%)+尿素(5%)；T2：SW(80%)+鸡饲料(10%)+鸡粪(5%)+糖浆(5%)；T3：SW(80%)+鸡饲料(10%)+鸡粪(5%)+尿素(5%)。

每天(早晨和晚上)进行外界环境和堆肥温度的测定。堆肥温度的测定要持续到和外界温度持平为止。然后利用标准方法进行pH、总氮、有机碳、有机物、灰烬、阳离子交换量(CEC)、磷和腐植酸的测定。堆肥的湿度范围为50%～70%，每周翻肥一次。

腐植酸使用改进的Stevenson方法进行分离。将堆肥和氢氧化物(0.002 M)以1∶10(重量∶体积)的量放入聚乙烯瓶中。混合物经10000 rpm离心15 min。取含有腐植酸的黑色上清液，whatman 2号滤纸过滤后，用6 N HCl调节pH到1.0，室温静置24 h。将含腐植酸的悬浮液转移到聚乙烯瓶中，10000 rpm离心10 min。采用Ahmed等人的方法对腐植酸进行纯化：加蒸馏水，10000 rpm离心10 min来减少矿物质，并用HCl进行酸化。纯化后，腐植酸在40 ℃烘干至恒重。

灰烬和有机碳中腐植酸的含量通过高温灼烧的方法来检测。官能团的分析采用Inbar等人的方法，将20 mg腐植酸溶解在4 mL 0.08 mol/L的NaOH溶液中，180 rpm震荡30 min。溶液用0.10 mol/L的HCl滴定到pH 2.5(在15 min内)。羧基含量由滴定溶液从pH8到滴定终点(大约pH3)时酸的消耗量计算得到。苯酚的含量通过假定50%的苯酚在pH10时的解离计算得到。总酸度由羧基和苯酚相加得到。E4/E6采用Campitelli和Ceppi的方法检测，紫外分光光度计型号为Perkin-Elmer Lambda 11。

采用单因素方差分析(ANOVA)和一般线性模型(GLM)对处理的效果进行分析，统计学方法采用Tukey’s Test。使用统计系统(SAS)对数据进行统计分析。

2 结果

图1显示了不同处理方法堆肥SW的温度变化趋势。所有处理的堆肥温度都没有达到高温阶段(大于45 ℃)，只有T2达到了40 ℃以上的温度并且持续8周都处在高温阶段后逐渐降到室温。另外，T2的堆肥60 d成熟，而T1和T3在这段时间内还不成熟，T1和T3的温度保持室温数周并在20 d后逐渐增加。

图1 西米堆肥过程中不同处理堆肥(T1、T2、T3)及环境温度变化
Fig.1 Compost in different treatments (T1, T2 and T3) and ambient temperature during SW composting

T1和T3处理的pH，C/N比，CEC，灰烬和有机物相似，但T2处理的这些化学特征却在统计学上和上述2种处理不同。T1的C/P比最高，其次是T3和T2处理(表1)。

表1 堆肥过程中不同处理(T1、T2、T3)化学特性比较
Tab.1 Comparison of the chemical characteristics in different treatments (T1, T2 and T3) of SW composting

注：不同字母表示显著性差异，差异水平为P=0.05。

表2 堆肥不同处理(T1、T2、T3)提取的腐植酸化学特性
Tab.2 Chemical characteristics of HA extracted from different treatments(T1, T2 and T3) of SW composting

T1，T2和T3处理SW堆肥的腐植酸化学特征见表2。E4/E6的值可以表示腐植化程度，不同处理的E4/E6各有不同。碳含量和灰烬含量的结果表明，T1和T2、T3处理有相同的效果。T1、T2和T3处理的酚含量都是200。对于羧酸基团，T3和T1、T2处理没有很大的不同。但是，T1和T2处理的羧基含量有所不同，T2处理的总酸度与T1处理有明显差别，但是和T3处理差别不大，所有处理的化学特性大多数在标准范围内。

3 讨论

尽管T2处理不能达到高温水平，但是它的堆肥可以在60 d之内成熟。这一点可能是因为在40～45度时堆肥能表现出最大的微生物多样性。相比较而言，在堆肥中，低温可以促进微生物如好氧霉菌和细菌的生长和呼吸作用，而纤维素类物质的氧化分解又可以使温度升高。可能由于在中温温度水平真菌活力增强，会使木质素缓慢降解。根据Smidt等人报道，可能来自于糖浆和SW本身的葡萄糖会使微生物活力保持在一个稳定水平。Cayuela等人报道，真菌可以产生一些酶，能降解木质素，减少易降解有机物的含量并使细菌的含量减少。

T1和T3处理中尿素的存在可能引起了氨释放量的增加。大量的氮源可能限制了碳源作为微生物能源的可利用性。这使T1和T3处理在1～20 d的降解过程变得缓慢。氨释放引起的氮缺失随后在微生物死亡后重新得到补充。这可以通过T1和T3处理的温度看出，因为温度可以作为微生物活力的指示标准。T1和T3处理的温度在20d之后有所提升。从发酵时间来看，T2处理更为高效，T2处理堆肥能在60 d之内成熟，而T1和T3处理需要更长的时间才能达到这一程度。

CEC量表明堆肥中含有大量可利用的矿物盐，而可利用矿物盐的存在对于植物生长发育是十分关键的。与堆肥前相比，堆肥后期腐植酸含量更高，这表明了与不经堆肥的材料相比，腐殖质形成作用的发生以及堆肥的稳定性也有提高。

无论处理方法如何，E4/E6比值高表明腐植酸是以低分子量形式存在，反映出一个低水平的芳香化程度，并且开链结构占相对较大比例。用于堆肥的SW中，腐植酸的碳含量在标准值范围内。SW的羧基化合物，酚类化合物及腐植酸总酸度的各数值也与标准数值相一致。

4 结论

在60 d之内T2处理在生产成熟且高质量的堆肥方面比T1和T3处理效率更高。

参考文献(略)

译自：American Journal of Applied Sciences，2009，6(11): 1880～1884。