不同调理剂对尾菜低C_N堆肥腐殖化效果的影响.pdf

DOI：10.11689/sc.2022123001牛明芬，刘振民，马建，等.不同调理剂对尾菜低 C/N 堆肥腐殖化效果的影响J.土壤与作物，2023，12（3）：314 325.NIU M F，LIU Z M，MA J，et al.Effects of different conditioners on humification of low C/N compost with vegetable wasteJ.Soils andCrops，2023，12（3）：314 325.不同调理剂对尾菜低 C/N 堆肥腐殖化效果的影响牛明芬1，刘振民1,2,3，马建2,3，秦美玲3，赵明会4（1.沈阳建筑大学 市政与环境工程学院,辽宁 沈阳 110161；2.中国科学院沈阳应用生态研究所,辽宁 沈阳 110016；3.寿光中科设施农业研发中心,山东 潍坊 262700；4.寿光市农业农村局,山东 潍坊 262700）摘要：针对尾菜碳氮比（C/N）低自身无法堆肥，现有好氧堆肥工艺下尾菜堆肥需要大量调理剂，不同调理剂组分对尾菜堆肥过程的腐殖化进程影响差异不清的问题，本研究以番茄藤蔓尾菜为主要原料，选用小麦秸秆、椰糠和蘑菇渣三种不同的调理剂进行好氧堆肥，明确不同调理剂添加情况下，尾菜低碳氮比（C/N=14）好氧堆肥过程中腐殖质的产生与变化趋势。采用温度、pH、电导率（EC）和发芽指数（GI）进行堆肥腐熟度评判，通过腐殖质组分的变化，明确不同调理剂添加情况下的尾菜堆肥腐殖化效果及变化规律。结果表明，相较于尾菜无法自身堆肥完成腐殖化，添加不同调理剂均能使尾菜发生腐殖化，且不同处理腐殖化程度相似，堆肥结束腐殖质含量均在 28%左右，但不同处理堆肥产物的胡敏酸含量差异较大，蘑菇渣处理（T3）含量最高达到 11.9%，添加椰糠处理（T2）最少仅为 4.8%；对不同处理堆肥产物红外光谱分析表明，相较于其他两个处理，添加椰糠处理的芳香族伸缩振动改变量最少，腐殖化程度较低。堆肥结果表明，小麦秸秆、椰糠和蘑菇渣三种调理剂均能使尾菜在低 C/N 条件下进行好氧堆肥，温度、pH、EC 和 GI 值都能达到相关有机肥标准。添加小麦秸秆更易促进腐植酸产生，促进腐殖质的形成；添加椰糠处理，腐殖化效果较差。关键词：低碳氮比；尾菜堆肥；腐殖化；红外光谱中图分类号：S142+.9文献标识码：AEffects of different conditioners on humification of low C/Ncompost with vegetable wasteNIU Mingfen1，LIU Zhenmin1,2,3，MA Jian2,3，QIN Meiling3，ZHAO Minghui4（1.School of Municipal and Environmental Engineering,Shenyang Jianzhu University,Shenyang 110161,China；2.Institute ofApplied Ecology,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China；3.Shouguang Zhongke Facility AgricultureR&D Center,Weifang 262700,China；4.Shouguang Agricultural and Rural Bureau,Weifang 262700,China）Abstract：The low C/N ratio of vegetable waste can not compost by itself,vegetable waste composting under the existing aerobiccomposting process requires a lot of conditioning agents,and the effect of different conditioning components on the humificationprogress of the vegetable waste composting process is unclear.In order to solve the above problems,we used tomato vine as themain material,and selected three different kinds of conditioning agents including wheat straw,coconut bran and mushroom residuefor aerobic composting to understand the humic substances production and change trend during aerobic composting with low C/Nratio(C/N=14)of vegetable waste under the addition of different conditioning agents.The degree of humification of compost wasjudged using temperature,pH,electrical conductivity(EC)and germination index(GI)to clarify the effects and change pattern ofhumification of vegetable waste compost with different conditioner additions through changes in humic components.The resultsshowed that compared with the inability of a vegetable waste to complete humification by its own compost,the addition of differentconditioning agents could all humify the vegetable waste,and the degree of humification by different treatments was similar.Thehumic acid contents of the end compost were all around 28%,while the humic acid contents of the different treatment compost 收稿日期：2022 12 30；修回日期：2023 03 31.基金项目：中国科学院战略性先导科技专项（XDA28090300）；沈阳市科技计划项目（22-317-2-10）.第一作者简介：牛明芬（1967 ），女，教授，主要从事固体废弃物资源化研究.Email：.通信作者：马建（1982 ），男，副研究员，主要从事农业生态环境研究.Email：.土壤与作物 2023 年 9 月 第 12 卷 第 3 期Soils and Crops,Sep.2023,12（3）：314 325products differed greatly,with the highest amount reaching 11.9%in mushroom pomace treatment(T3),and the least amount beingonly 4.8%in coconut bran treatment(T2).Infrared spectroscopic analysis of compost products from the different treatments showedthat the least amount of altered aromatic stretching vibration and a lower degree of humification occurred in the treatment with co-conut bran added relative to the other two treatments.Composting results showed that all three types of conditioning agents,wheatstraw,coconut bran,and mushroom residue,enabled the tail vegetables to be aerobically composted under low C/N conditions,whilethe temperature,pH,EC,and GI values met the relevant organic manure standards.The addition of wheat straw more easily promot-ed humic acid production and promoted the formation of humic substances,but poor humification effect in coconut bran treatment.Key words：low C/N ratio；vegetable waste compost；humicylation；infrared spectroscopy 0引言尾菜是指在农业生产、运输、销售过程中废弃的蔬菜根、茎及叶等，具有 C/N 低、含水率高、养分含量高的特点。尾菜按来源可分为叶菜类、茄果类和藤蔓类，其中藤蔓类尾菜主要是番茄、丝瓜、辣椒等的根和茎，其纤维素和木质素含量高，占总有机质的 50%以上1，降解性差，是尾菜中最难堆肥处理的一类。好氧堆肥是目前处理尾菜等农业有机废弃物的主要途径，具有处理规模大、经济可行的特点。碳氮比（C/N）是影响好氧堆肥进程的主要因素，25 30 的 C/N 被认为是合理的区间，C/N 过高时氮素不足，微生物生长受抑制，有机物降解变慢；过低时碳素不足，多余的氮素不易被微生物利用，出现氮损失现象，降低肥效2 5。尾菜的 C/N 通常在 8.3 22.4 之间6，藤蔓类尾菜的 C/N 更是处于 11.8 16.9 的低水平7。受尾菜低 C/N 和高含水量的限制，尾菜单独堆肥困难，通常需要添加大量的高碳调理剂，如秸秆、锯末和树叶等8，以达到堆肥所需合理的 C/N 区间。按常规 25 30 的 C/N 作为调控区间时，参与堆肥的调理剂量往往会超过参与堆肥的尾菜量，造成堆肥成本偏高，经济性、实际可操作性不佳。减少调理剂的投入量，研发低 C/N 条件下的堆肥方法，是低 C/N 物料高效资源化过程中需要解决的问题之一。以往对低碳比物料的堆肥研究，主要集中在畜禽粪便的堆肥处理上，如 Zhu 等9认为 C/N 为 20 时可以处理更多的猪粪，比 C/N 为 25 时每吨猪粪少添加 172 kg 的稻草调理剂，更具经济性。马若男等10利用玉米秸秆和鸡粪进行混合堆肥，建议当秸秆资源不足时，初始 C/N 可调节至 18，也能满足鸡粪堆肥腐熟的需求。尾菜相较于畜禽粪便，具有类似的低 C/N，但纤维素、木质素含量更高，堆肥处理难度大。如何有效化解尾菜堆肥过程中的 C/N 障碍，形成经济可行的堆肥生产工艺，满足实际生产中的迫切需求显得尤为重要。堆肥是有机组分的转化过程，伴随着铵态氮和 CO2气态损失11，减少堆肥过程中温室气体的排放，增加堆肥中腐殖质的含量，已成为堆肥研究的重点12。不同 C/N 情况下堆肥有机组分的转化规律不同，形成的堆肥产物也存在差异。目前关于尾菜在低 C/N 条件下堆肥腐殖化的研究还很少，也缺乏相关的借鉴经验。本研究根据设施农业集中区高碳调理剂不易大量供给的实际问题，结合提高堆肥腐殖质含量的实际需求，对低 C/N 尾菜堆肥方式进行尝试。分别选用小麦秸秆、椰糠和蘑菇渣等三种易获取调理剂，进行低碳比（C/N=14）的堆肥效果试验，在明确低 C/N 情况下尾菜堆肥相关调理剂投入堆肥效果的基础上，结合堆肥腐熟指标和腐殖质组分含量变化，解析不同调理剂添加后堆肥物料的的腐殖化情况，为选用合理的调理剂，获得尾菜低 C/N 堆肥适宜的工艺提供借鉴。1材料与方法 1.1供试材料试验于 2022 年 3 6 月在山东省寿光市寿光中科设施农业研发中心设施大棚内进行，通过遮蔽等手段，使堆肥期间环境温度维持在 22 33 范围内。尾菜为大棚种植过程中废弃的番茄根、茎和叶；小麦秸秆购自山东省德州市，粉碎至 1 2 cm 粒径；椰糠为市购脱盐椰砖泡发后备用；蘑菇渣取自寿光当地菌菇第 3 期牛明芬等：不同调理剂对尾菜低 C/N 堆肥腐殖化效果的影响315 种植专业户。几种调理剂均为农业生产中较易获得的调理剂种类，但 C/N、纤维素和木质素含量上存在较大差异，其中蘑菇渣的纤维素和木质素含量最低，是较易腐解的调理剂，具有提高堆肥产品质量的潜在优势；椰糠的木质素含量最高，是较难腐解的调理剂，但在保持堆体通气率方面的性状最好；小麦秸秆的纤维素和木质素含量在三种调理剂中处于中间水平。堆肥原料的理化指标见表 1。堆肥中添加了促进堆肥腐熟的市购生物菌剂，主要由芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌及真菌等多种菌群构成。表 1堆肥原料的理化指标Table 1Physical and chemical indicators of composting raw materials物料Materials总有机碳Total organic carbon/(gkg1)总氮Total nitrogen/(gkg1)C/N含水率Moisture content/%pH纤维素Cellulose/%木质素Lignin/%尾菜Vegetable waste39332.112.385.66.69.15.5小麦秸秆Wheat straw4658.157.47.37.236.214.6椰糠Coconut bran4844.6105.19.66.524.254.8蘑菇渣Mushroom residue47421.621.932.55.826.28.9 1.2试验设计试验设置 T1，T2 和 T3 三个处理，分别代表发酵堆体的不同调理剂组成，试验处理的参数见表 2。由于尾菜含水率较高（大于 85%），基于尽量减少调理剂投入，提高经济性及可操作性为原则，以好氧堆肥可接受的最大水分含量（75%）作为调理剂的最小投入量，按统一调控堆肥物料碳氮比进行调理剂投入量计算，并使 3 个处理的初始 C/N 均控制在 14 左右。表 2试验处理参数Table 2Composition and basic properties of experimental treatments处理Treatments堆肥物料Compost material碳氮比C/N含水率Moisture content/%T1尾菜（11.0 kg）+小麦秸秆（2.0 kg）Vegetable waste（11.0 kg）+Wheat straw（2.0 kg）14.273.6T2尾菜（11.0 kg）+椰糠（1.8 kg）Vegetable waste（11.0 kg）+Coconut bran（1.8 kg）14.474.9T3尾菜（11.0 kg）+蘑菇渣（3.5 kg）Vegetable waste（11.0 kg）+Mushroom residue（3.5 kg）14.074.2 堆肥过程采用静态堆肥发酵工艺，堆肥装置为直径 35 cm，高度 60 cm 的发酵桶，桶上覆盖堆肥专用膜，该膜具有微分子过滤微孔结构，能确保需要的水分不流失。通气方式采用间歇式供气和翻堆结合，通气设备为 20 W 电磁式增氧泵，连接两个曝气盘，分别在堆体的底部和中部进行通气，利用空气流量计设置通气量为 12.5 Lmin1 13，通气频率为每 6 h 通气 5 min，翻堆在每次采样后进行。堆肥过程中采用 RC-4HC 型温度记录仪对堆体的温度进行连续监测，探头放置在堆体的中心部位，监测间隔为 30 min，取 24 h监测均值作为当日堆体的温度。堆肥装置简图可见图 1。1.3分析方法在堆肥的第 2、5、9、12、15、20、25、30、35、40 和 50 天分别进行不同处理堆体内部多点采样。取得样品中，一部分鲜样在 60 条件下烘干，粉碎后用于测定总有机碳（Total organic carbon，TOC）、胡敏酸（Humic acid，HA）、富里酸（Fulvic acid，FA）、胡敏素（Humin，HM）含量；另一部分鲜样316土 壤 与 作 物第 12 卷用于测定 pH、电导率（EC 值）和种子发芽指数（GI）。各指标的检测方法如下：（1）pH、EC 值和种子发芽指数（GI）：将鲜样与去离子水按固液比 110 混合，室温下 180 rmin1震荡 1 h 后，过滤得到浸提液，用雷磁 PHS-3E 型 pH 计和雷磁 DDS-307A 电导率仪分别测定 pH 和 EC 值。GI 值参考有机肥新国标有机肥 NY 525-202114测定，取 10 颗萝卜种子放入铺有滤纸的培养皿中，向其中加入 10 mL 鲜样与去离子水混合的浸提液，在恒温箱 25 条件下培养 48 h，同时以蒸馏水作为空白对照，计算公式如下：GI=浸提液的种子发芽率（%）平均根长（mm）空白的种子发芽率（%）平均根长（mm）100（2）TOC、HA、FA 和 HM：HA、FA 和 HM 采用焦磷酸钠-氢氧化钠提取重络酸钾氧化容量法NYT1867-201015测定；TOC 按土壤有机质测定法 NY/T 85-198816标准中的要求进行测定。（3）纤维素和木质素：采用范式洗涤测定，具体为：先利用中性清洗剂清洗样品，得到清洗后的残渣，再利用 2 molL1的盐酸溶液清洗残渣，然后用 720 mgL1的硫酸溶液浸泡残渣，过滤后测定滤液中的纤维素含量，将上述残渣在 80 条件下烘干，测得质量为 M1，再将其放入马弗炉中，在 550 下灰化 6 h，冷却至室温后测得灰分质量为 M2，两者质量之差（M1M2）即为木质素含量。以上指标，均每次取三个平行样，测定后取平均值。在评价尾菜堆肥腐殖化时，利用傅立叶变换光谱（FTIR）指标定性分析腐殖质的结构变化。将过100 目的烘干堆肥样品与溴化钾混合制成压片，通过 Thermo Summit Pro 红外光谱仪得到堆肥腐殖质红外光谱图。1.4数据分析试验数据采用 Origin 2021 软件进行作图分析，利用 SPSS 26 软件进行相关性和显著性分析；红外光谱图采用 OMNIC 软件分析。定时开关Time switch空气泵Air pump空气流量计Air flow meter曝气盘Diffuser disc渗滤液排放口Leachate vent温度传感器Temperaturesensor堆体上表面Upper surface of the reactor堆肥专用膜Compost membrane5060 cm35 cm曝气盘Diffuser disc图 1堆肥装置简图Fig.1Composting device diagram第 3 期牛明芬等：不同调理剂对尾菜低 C/N 堆肥腐殖化效果的影响317 2结果与讨论 2.1不同调理剂处理下尾菜堆肥过程温度的变化温度是堆肥过程中重要的物理指标，它不仅能反映微生物的活动情况，还能通过高温期（T50）持续的时间反映出堆肥是否符合无害化处理的要求17。从图 2 可以看出，添加三种调理剂均能使尾菜在堆肥初期温度迅速上升，添加椰糠处理（T2）在第 4 天到达堆肥最高温 56.6，添加小麦秸秆处理（T1）和添加蘑菇渣处理（T3）都在第 5 天分别达到 54.3 和 58.6 的最高温度。从高温期持续的时间来看，三个堆体均符合堆肥无害化处理的要求，但是 T2 处理的高温持续时间少于 T1 和 T3 处理，这可能是由于椰糠调理剂中木质素和纤维素占比最多，较难被微生物利用，较易保持物理结构，使堆体表现出较强的透气性18。第 20 d 之后，三个堆体的温度基本稳定，堆肥进入了腐熟期。温度的改变反映了堆肥过程微生物活性的强弱，三种调理剂相当于在尾菜中添加了不同的碳源，堆肥过程中微生物对不同的碳源堆肥的利用程度不同。T2 在初期升温较快，这与堆肥初期椰糠不易被微生物利用，更易保持原有结构利于堆体通风，能给微生物提供更快启动的氧气条件有关。经过短暂快速升温后，由于蘑菇渣的纤维素、木质素含量在几种调理剂中最低，微生物更易使其腐解并将其作为碳源，使得 T3 的微生物活动强度得以提高，表现为堆肥的最高温比 T1 和 T2 处理高。02030405060510152025堆肥时间Composting time/d温度Temperature/3040T1T2T3温室 Room temperature354550图 2堆肥过程中温度变化Fig.2Temperature changes during composting 2.2不同调理剂处理下尾菜堆肥过程 pH 和 EC 值的变化堆肥过程中 pH 和 EC 值的变化上 T1 和 T3 处理 pH 的变化趋势基本相同（图 3），反应结束后 pH 分别为 8.4 和 8.2，相较于堆肥初期分别上升了 0.6 个和 0.4 个单位，这可能是因为堆肥物料中的蛋白质类等易分解物质被微生物快速分解，从而产生氨基酸，而氨基酸进一步脱氨产生氨气，有机氮通过矿化作用也转化成了铵态氮19。T2 处理在 15 d 后 pH 下降幅度很大，并且反应终止时的 pH 为 7.5，比堆肥开始初降低了 0.6 个单位，这可能是因为 T2 处理中椰糠的纤维素和木质含量高，不易被微生物分解；而在各处理堆肥进程先期，尾菜原有的生物结构塌缩，植物的细胞结构被破坏，内溶物得以释放，尾菜中原有的有机酸等酸性物质释放后也会降低整体的 pH，但由于 T2 处理中，椰糠直接被腐解的较少，堆肥物料中有机物的降解多来自于尾菜，堆体整体 pH 表现为尾菜降解内溶物的溶出特征。从堆肥结束后的腐熟效果来看，三个处理的 pH 值均小于 8.5，符合堆肥腐熟标准20。电导率（EC）的改变反映出堆肥中有机和无机离子的变化21，在 EC 值的变化规律上，各处理间的差异与 pH 的变化相似，即与其他两个处理相比，T2 处理的 EC 值在整个堆肥周期都处于较低的水平，主要是椰糠因木质素含量高不易腐解，造成该处理堆体参与堆肥反应的总体物质量较少。整个堆肥周期内不同318土 壤 与 作 物第 12 卷处理的 EC 值都表现出动态波动，T2 在 25 d 时达到最低值 2.2 mScm1，25 d 后 EC 值出现了明显地上升，最终为 2.8 mScm1，这与当氨挥发时 EC 值下降，小分子有机物累积和物料质量浓缩时 EC 值又上升的变化原因有关。其他两个处理的 EC 值变化表现出类似的规律，但数值都大于 T2 处理。堆肥结束时 EC 值也是判断堆肥进程完成的指标，三个处理的 EC 值最终都小于 4.0 mScm1，均符合堆肥腐熟的要求20。2.3不同调理剂处理下种子发芽指数的变化种子发芽指数（GI）能综合地反映出堆肥产品的毒性大小，也是评价堆肥腐熟的重要指标。一般认为，当 GI50%，堆肥对植物基本无毒害；当 GI80%，堆肥对植物完全无毒害22。本研究中，三个处理不同堆肥进程下的种子发芽指数都是呈上升趋势（图 4），T1 处理的 GI 值在第 25 d 达到 52.0%，T2 处理的 GI 在第 20 d 达到 55.7%，T3 处理的 GI 在第 20 d 达到 53.8%。三个处理的 GI 都在第 30 d 时超过 80%，可以认为此时不同处理都已经满足腐熟的要求。在 50 d 时 T2 处理的 GI 值显著高于其他两个处理（P0.05），这与 T2 处理 EC 值较低更利于种子萌发有关。22040608010012014016059121520堆肥时间Composting time/d发芽指数Germination index/%2535304050T1T2T3图 4堆肥过程中 GI 变化Fig.4GI changes during composting 2.4不同调理剂处理下胡敏酸、富里酸和胡敏素含量的变化胡敏酸、富里酸和胡敏素含量的变化反应堆肥腐殖化进程，至堆肥结束时，三个处理中腐殖质的质量占比分别为 28.9%、28.5%和 27.9%（图 5），T1 处理的腐殖质质量占比略高于另外两个处理，但各处理间的差异不显著。三个处理中胡敏酸的含量分别为 8.6%、4.8%和 11.9%，T3 处理的胡敏酸含量最高，T1 处理的胡敏酸含量次之，添加 T2 处理最低。T1 和 T3 处理中胡敏酸的含量均呈现上升趋势，而 T2 处 27.27.47.67.88.0pH8.28.48.68.89.09.259121520堆肥时间Composting time/d253530405060T1T2T322.22.42.62.83.0电导率Electrical conductivity/(mScm1)3.23.43.63.859121520堆肥时间Composting time/d253530405060T1T2T3图 3堆肥过程中 pH 和电导率的变化Fig.3pH and electrical conductivity changes during composting第 3 期牛明芬等：不同调理剂对尾菜低 C/N 堆肥腐殖化效果的影响319 理中胡敏酸的含量先下降再上升，最终三个处理胡敏酸的增长率分别为 20.5%、9.6%和 4.9%。三个处理中富里酸的变化基本一致，都是先增加后减少，堆肥结束富里酸含量分别为 3.7%、1.8%和 3.4%，较堆肥初期分别提升了 6.5%、2.7%、4.4%。有机物腐解时，纤维素逐步氧化分解成分子量小、芳构化度低的富里酸，随后富里酸又结合其他小分子及未分解的木质素重新合成胡敏酸23 25。小麦秸秆和蘑菇渣中纤维素的含量高于椰糠，使 T1 和 T3 处理中的富里酸含量增加较多。胡敏素是腐殖质中的惰性物质，它与矿物质紧密联系结合，既不溶于酸也不溶于碱，从表 3 可以看出，胡敏素与 TOC 呈极显著正相关关系（P0.05），表 3特征峰比值和总有机碳、胡敏酸、富里酸及胡敏素之间的相关性分析Table 3Correlation analysis between characteristic peak ratio and TOC,HA,FA and HM指标 Index1 650 cm1/3 400 cm11 650 cm1/2 925 cm11 650 cm1/1 110 cm1TOCHAFAHM1 650 cm1/3 400 cm111 650 cm1/2 925 cm10.425*11 650 cm1/1 110 cm10.489*0.835*1TOC0.1190.482*0.2611HA0.853*0.2940.4080.0061FA0.399*0.0360.1890.0500.1001HM0.524*0.0940.1540.706*0.516*0.403*1注：*表示在0.05水平上相关性显著；*表示在0.01水平上相关性显著。TOC代表总有机碳；HA代表胡敏酸；FA代表富里酸；HM代表胡敏素.Note:*indicates a significant correlation at the 0.05 level;*indicates a significant correlation at the 0.01 level.TOC indicates soil organiccarbon;HA indicates humic acid;FA indicates fulvic acid;HM indicates humin.201002003004002503003504004505912 15 20堆肥时间Composting time/d堆肥时间Composting time/d堆肥时间Composting time/dT1 腐殖质T1 humus/(gkg1)总有机碳Total organic carbon/(gkg1)25353040 50201002003004002503003504005912 15 20T2 腐殖酸T2 humus/(gkg1)总有机碳Total organic carbon/(gkg1)25353040 5020100200300400250300350400450TOC5912 15 20T3 腐殖质T3 humus/(gkg1)总有机碳Total organic carbon/(gkg1)25353040 50胡敏素Humin富里酸Fulvic acid胡敏酸Humic acidTOCTOC图 5堆肥过程中 TOC 和 HS 变化Fig.5TOC and HS changes during composting320土 壤 与 作 物第 12 卷与胡敏酸和富里酸呈显著负相关关系（P0.05），说明存在着胡敏素向胡敏酸和富里酸转化的趋势，胡敏素越少，腐殖质中腐植酸的含量越高。在本试验中，其在腐殖质中的占比逐渐减少，添加椰糠的 T2 处理中胡敏素在腐殖质中的占比最高，这与椰糠中木质素含量高，难以被腐解，部分不可提取的有机碳被分类成胡敏素有关20，也可能是造成 T2 处理中胡敏酸较低的原因。堆肥中的腐殖质在前期是极不稳定的，易被微生物消耗，但是在堆肥的过程中，随着大分子物质的不断形成，腐殖质也趋于稳定12,26 27。HA 是腐殖质中的重要组分，它含量的高低影响着腐殖质的品质，关于腐殖质的形成假说很多，其中以“多酚理论”被广为接受，该理论认为堆肥物质在微生物作用下，纤维素分解并与木质素结合，转变成醌类物质，最终形成腐殖质28。在本试验的三个处理中，小麦秸秆的具有较高的纤维素含量，为腐殖化过程提供了反应物质，同时较为适宜的木质素含量，使它为后续腐植酸的形成提供了骨架，促使堆肥后的腐殖质含量提高。2.5不同调理剂处理下腐殖化率和 PQ 值的变化腐殖化率（Humification ratio，HR）是可提取腐植物质（胡敏酸和富里酸）与总有机碳的比值，反映出堆体的腐殖化程度29 30。三个处理在整个堆肥过程中腐殖化率呈上升趋势（图 6），T3 处理的腐殖化率要明显高于 T1 和 T2 处理。第 50 d 时，T1、T2 和 T3 处理的腐殖化率分别为 42.6%、22.9%和 55.2%。三个处理中，T3 处理的可提取腐殖质高于另外两个处理，王艮梅等31发现，菌渣单独堆肥后，可提取腐殖质高于菌渣混合鸡粪处理，与本研究中 T3 处理腐殖化率高的结果类似。蘑菇渣中木质素含量在三种调理剂中最低，其含有的有机物质更易被腐解，腐殖化的效果最好。评价堆肥中腐殖质的品质时，胡富比（HA/FA）、HA/TOC 等也是常见的评价指标。PQ 值是胡敏酸和可提取腐殖质的比值，能反映胡敏酸的芳构化程度32 33。PQ 值相较于 HA/TOC 更能体现胡敏酸在腐殖质中含量变化的情况，更好地说明腐殖化程度。T1 处理的 PQ 值一直处于波动增长的状态（图 6），这与小麦秸秆在腐熟的过程中 FA 波动产生，又不断缩合变为 HA 有关；同理，T3 处理在第 12 d 至 30 d 也呈现上升趋势，也是由于 HA 生成过程中含量波动变化的结果。添加椰糠的 T2 处理在第 35 d 之前，PQ 值都处于下降的趋势，椰糠在三种调理剂中的腐解速率最慢，这与尾菜降解产生的 FA 缺少向 HA 转化过程的结合骨架有关；在堆肥后期该处理的 PQ 值又逐渐上升，可能是堆肥后期少量参与反应的椰糠与尾菜分解形成的 FA 相结合生成 HA。210203040506059121520堆肥时间Composting time/d253530405060T1T2T3腐殖化率Humification ratio/%2203040506070809059121520堆肥时间Composting time/d253530405060PQ/%T1T2T3注：PQ 代表胡敏酸与可提取腐殖质的比值。Note:PQ indicates the ratio of humic acid to extractable humus.图 6堆肥过程中 HR 和 PQ 变化Fig.6HR and PQ changes during composting 2.6腐植酸含碳官能团的变化通过观察傅立叶变换红外光谱图（FTIR）中特定波段吸收峰的位置和峰面积，能够判断出腐殖质结构和官能团的改变及腐殖化的程度。已有的研究表明，波数在 3 200 3 500 cm1为羟基的 O-H 伸缩，主第 3 期牛明芬等：不同调理剂对尾菜低 C/N 堆肥腐殖化效果的影响321 要来自碳水化合物、氨基酸和水分；波数在 2 915 2 935 cm1为亚甲基的 C-H 反伸缩振动，主要来自脂肪族化合物；波数在 1 620 1 650 cm1为 C=O、N-H 伸缩，主要来自芳香族和酰胺族；波数在 1 100 1 150 cm1为 C-O、C-N 伸缩，主要来自多糖骨架和酚类23,31 34。对比不同调理剂处理下三个处理不同时间的红外谱图特征（图 7），各处理都有相似的出峰位置，但在 3 400 cm1、2 925 cm1、1 650 cm1、1 110 cm1等处吸收峰的强度有明显差异。随着堆肥反应的进行，第 1 d 和第 50 d 时 3 400 cm1处吸收峰的透过率比较结果表明，T1 处理的透过率由 64.7%变为 79.7%，变化率最大，T2 和 T3 处理变化率分别为 64.9%至 76.3%和 61.4%变至 70.0%。吸收峰的透过率与堆肥过程中碳水化合物被微生物中不断分解利用有关，透过率的差异表明，相较于其他处理中 T1 处理消耗了更多的碳水化合物。图 7a 和图 7b 中波数在 2 925 cm1处吸收峰的变化较为明显，T1 处理的变化率为 79.9%至 88.8%，T2 处理为 83.2%至 89.5%。该结果表明，T1 和 T2 处理对脂肪类化合物的消减更快，这类物质是堆肥进程中最先降解物质类型35。图 7a 和图 7c 中波数在 1 650 cm1的吸收峰伸缩振动强度减小地更明显，1 650 cm1的吸收峰主要来自纤维素中的 C=O，C=O/C-H 强度比值常用来分析纤维素的降解程度，各处理的 C=O/C-H 强度比值均表现出 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000500Day1Day15Day30Day503 400 2 9251 650 1 110T1O-HC-HN-HC=OC-NC-Oa3 400 2 9251 650 1 110T2O-HC-HC=ON-HC-OC-Nb波数Wave number/cm13 400 2 9251 1101 650T3O-HC-HC=ON-HC-OC-Nc00.20.40.60.81.01.2T1 Ratio 1 d 50 dd1 650/3 4001 650/2 9251 650/1 11000.20.40.60.81.01.2红外光谱特征峰比值characteristic peak ratio of FTIR T3 Ratiof00.20.40.60.81.01.2T2 Ratioe图 7堆肥过程中 FITR 变化Fig.7FITR changes during composting322土 壤 与 作 物第 12 卷随着堆肥进程逐渐增加的趋势，但 T2 处理 C=O/C-H 的改变量为 0.14，变化量