李帆，錢坤，武際，萬水霞，蔣光月，朱宏斌*

（1安徽省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，安徽合肥230031；2安徽養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境省級實驗室，安徽合肥230031；3安徽省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所，安徽合肥230031）

過磷酸鈣用量對豬糞堆肥過程及磷形態(tài)變化的影響

李帆1,2，錢坤3，武際1,2，萬水霞1,2，蔣光月1,2，朱宏斌1,2*

（1安徽省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料研究所，安徽合肥230031；2安徽養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境省級實驗室，安徽合肥230031；3安徽省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所，安徽合肥230031）

【目的】過磷酸鈣作為常用的畜禽糞便堆肥添加劑，具有減少氮素損失率并提高氮、磷養(yǎng)分含量等優(yōu)點，但其對磷的有效性和形態(tài)的影響有待深入探討。通過試驗研究不同過磷酸鈣添加量對豬糞鋸末好氧堆肥過程的影響及堆肥中不同形態(tài)磷含量和形態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律，以期為畜禽糞便堆肥中磷素的轉(zhuǎn)化及合理施用提供科學依據(jù)。【方法】將豬糞和鋸末以質(zhì)量比(鮮重)4∶1的比例混合，然后按照豬糞和鋸末干物質(zhì)量的5%、10%、15%添加過磷酸鈣，以不添加過磷酸鈣作為對照(CK)，進行42d好氧堆肥，監(jiān)測堆肥溫度、含水率、pH、全氮、有機碳、全磷、有效磷、有機磷等指標?！窘Y(jié)果】與CK相比，添加適量過磷酸鈣可以顯著提高堆肥的溫度，增加高溫持續(xù)期2～10d；提高堆肥物料的持水能力，加快有機碳降解。添加5%～15%的過磷酸鈣可以顯著降低堆肥初始pH值0.33～0.68個單位，有效抑制堆肥過程中銨態(tài)氮的揮發(fā)損失，CK、5%、10%和15%的處理在堆肥結(jié)束時的氮素損失率分別為29.4%、26.6%、18.5%和8.0%，全氮和全磷含量分別較堆肥初增加17.3～34.2%和37.0%～123.1%。CK有效磷含量隨堆肥時間不斷上升，第42d較堆肥初增加73.0%，而添加過磷酸鈣5%、10%和15%的處理有效磷含量顯著降低，分別較堆肥初減少了4.0%、23.2%和41.8%。隨著堆肥的進行，各處理中有效磷占全磷的比例均不斷下降，表明堆肥過程降低了磷的有效性。堆肥前期以有機磷的礦化為主，后期以有機磷的合成為主，第42d有機磷占全磷的比例CK最高(22.1%)，添加5%、10%和15%過磷酸鈣的處理分別為15.4%、11.0%和8.7%?！窘Y(jié)論】豬糞堆肥中添加過磷酸鈣，可以有效減少氮素損失，加快有機物料降解，以10%的添加量效果最佳；堆肥過程降低了磷的有效性，隨著過磷酸鈣用量的增加有效磷的比例不斷下降；腐熟后堆肥中的磷以無機態(tài)為主，有機磷占全磷的比例隨著過磷酸鈣用量的增加而遞減。

過磷酸鈣；豬糞；好氧堆肥；氮素損失；磷形態(tài)

磷是植物生長所必需的三大營養(yǎng)元素之一，畜禽糞便有機肥是土壤中磷素的重要來源。在堆肥高溫好氧發(fā)酵的過程中加入過磷酸鈣不僅可以提高堆肥中磷含量，還可以抑制氨揮發(fā)而減少氮素損失率[1–2]，提高堆肥品質(zhì)，在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。此外,過磷酸鈣作為添加劑在控制溫室氣體排放[3–4]方面國內(nèi)外也開展了大量的研究，而堆肥過程對磷的有效性和形態(tài)轉(zhuǎn)化方面尚缺乏系統(tǒng)深入的研究。研究表明，畜禽糞便中可以被H2O和NaHCO3浸提的磷占總磷的48%～87%，這部分磷活性高而且容易流失而造成環(huán)境污染[5]。有研究認為畜禽糞便堆肥過程可以促進無機磷向有機磷的轉(zhuǎn)化，從而提高磷的有效性及對植株的利用率[6]，也有學者認為有機廢棄物堆肥過程中有效態(tài)磷的含量有所下降[7]。研究和探討堆肥過程中磷的含量及形態(tài)變化不僅對有機肥的科學合理施用有著指導意義，還有助于正確評價有機物料中磷素的生物有效性及其農(nóng)田流失風險[8–9]。本研究選取新鮮豬糞為研究對象，添加不同比例的過磷酸鈣進行堆肥發(fā)酵，研究無機磷肥的加入對堆肥過程的影響及磷含量變化和形態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律，以期為畜禽糞便堆肥中磷素的轉(zhuǎn)化及合理施用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗地點位于安徽省農(nóng)科院畜牧獸醫(yī)研究所鳳陽示范基地，取基地養(yǎng)豬場的新鮮豬糞作為研究對象，取周邊木材加工廠的鋸末作為調(diào)理劑，市售過磷酸鈣(P2O5≥12.0%)作為添加劑。堆肥主要原材料的初始性質(zhì)見表1。

表1 堆肥原料的初始性質(zhì)Table 1 Initial properties of composting materials

堆肥試驗裝置如圖1所示，為自制加工的塑料桶，桶底部和桶壁上開有直徑2.5cm的通氣孔若干，有效容積50L。將豬糞和鋸末以質(zhì)量比(鮮重) 4∶1的比例混合，然后按照豬糞和鋸末干物質(zhì)量的5%、10%和15%添加過磷酸鈣，以不添加過磷酸鈣作為對照(CK)，調(diào)節(jié)混合物料含水率約為60%，每一處理3次重復(fù)。將物料充分混合均勻后裝入塑料桶中，然后將塑料桶放置在長×寬×高為1.2m× 1.2m×1.2m的堆肥池內(nèi)，桶四周和底部填充小麥秸稈進行保溫，頂部覆蓋石棉瓦遮擋降雨。堆肥開始后，每3天進行一次翻堆并取樣，分別從堆肥不同部位采集并混合均勻樣品約800g，其中一部分鮮樣用于測定含水率，其余樣品風干粉碎過1mm孔徑尼龍篩，用于測定pH值、全氮、有機碳、全磷、有效磷、有機磷等指標。

1.2 測定指標及方法

每天上午9:00和下午15:00左右用水銀溫度計于堆肥上、中、下層各測定3個點的溫度，取平均值代表堆肥內(nèi)部溫度，同時測定環(huán)境溫度；含水率測定采用鮮樣105℃烘干法；pH值采用樣水比1∶10(m/v)浸提電極法測定；全氮測定采用H2SO4–H2O2消煮，半微量凱氏定氮法；有機碳測定采用重鉻酸鉀容量法；全磷測定采用釩鉬黃比色法[10]；有效磷測定采用0.5mol/L NaHCO3浸提，鉬銻抗比色法；有機磷測定采用灼燒法[11]。

氮素損失率的計算參照Paredes等[12]的方法，即假定堆肥過程中灰分總量無損失，推導得出氮素損失率的計算公式：

式中：NL為氮素損失率(%)；N0為堆肥0天時全氮含量(%)；H0為堆肥0天時灰分含量(%)；Nn為堆肥n天時全氮含量(%)；Hn為堆肥n天時灰分含量(%)。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel2007和SPSS18.0軟件進行處理和分析。

圖1 堆肥試驗裝置照片F(xiàn)ig. 1 Pictures of composting reactors

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程中溫度、含水率和 pH 變化

堆肥過程中各處理都經(jīng)歷了快速升溫、高溫持續(xù)和降溫三個階段(圖2)。堆肥初期，物料中的微生物快速增殖，易分解有機物迅速消耗產(chǎn)生大量的熱，使得堆體溫度迅速升高，CK、添加5%、10%和15%過磷酸鈣的處理達到的最高溫度分別為69.5、 72.0、71.7和69.0℃，達到最高溫度所需的時間分別為5、4、7和7d?？梢钥闯?，隨著過磷酸鈣用量的增加，堆肥的升溫過程變慢，CK和5%的處理升溫速度要明顯快于10%和15%的處理。各處理保持在55℃以上的高溫持續(xù)時間分別為15、17、25和11 d，均符合無害化[13]處理的要求。與CK相比，5%和10%處理可以顯著提高堆肥高溫持續(xù)階段的溫度并延長高溫持續(xù)時間，而15%的處理有可能因為過磷酸鈣的用量過大，其中的酸性物質(zhì)對微生物的活性產(chǎn)生了一定的抑制作用，使得前期升溫速度和高溫期持續(xù)時間均低于CK。

由堆肥過程中含水率的變化(圖2)可知，各堆肥處理的含水率隨著高溫蒸發(fā)和微生物活動消耗不斷減少，到第42d，CK、5%、10%和15%的處理含水率分別較堆肥初減少了35.4%、31.3%、29.6%和24.1%。堆肥中水分的快速蒸發(fā)主要集中在前24d，水分的損失量約占到堆肥全過程水分損失量的65.0%～95.6%，從第24d開始，隨著堆肥進入降溫階段和微生物活性減弱，含水率降低并逐漸趨于穩(wěn)定?？傮w來看，堆肥含水率的下降隨著過磷酸鈣用量的增大而減小，這主要是由于過磷酸鈣對水蒸氣的吸附從而抑制了水分的蒸發(fā)[14]，堆肥物料的持水能力提高，有利于減少高溫堆肥過程中水分的過量散失。

堆肥過程中各處理的pH值總體表現(xiàn)為先下降再升高，然后緩慢下降并趨于穩(wěn)定(圖2)。堆肥的初始pH值隨著過磷酸鈣用量增加而降低，與CK相比，添加5%、10%和15%的過磷酸鈣使得堆肥初始pH值分別下降了0.33、0.57和0.68個單位。堆肥初期細菌和真菌分解有機物而釋放出有機酸并不斷累積導致pH值下降，隨著有機酸的進一步降解，pH值逐漸升高。其中CK處理初期pH值下降到第3d開始回升，于第12d升高到7.71后便開始緩慢降低，直至堆肥結(jié)束；而添加過磷酸鈣5%、10%、15%的處理初期pH下降階段一直持續(xù)到24d，隨后上升到第30d后再次緩慢下降。至堆肥結(jié)束添加過磷酸鈣的處理pH范圍在6.16～6.47，顯著低于CK處理，總體上各處理均能滿足商品有機肥標準pH值為5.5～8.5的要求[10]。

2.2 堆肥過程中全氮、有機碳和 C/N 變化

堆肥過程中全氮含量變化總體呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(圖3)。堆肥前期(0～6d)豬糞中的氮被微生物分解轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮并在高溫條件下以NH3的形式揮發(fā)，導致堆肥中總氮含量的下降[15]并于第6d達到最低；從第6d開始隨著堆肥中有機物質(zhì)的分解和NH3揮發(fā)的減弱使堆肥中的氮得到“濃縮”，總氮含量不斷增加。到第42d，各處理的全氮含量分別較堆肥初增加34.2%、17.3%、24.0%和26.4%。

由堆肥過程中有機碳含量的變化(圖3)可知。隨著堆肥中的有機質(zhì)不斷分解，有機碳含量逐漸降低。經(jīng)過42d的堆肥發(fā)酵，CK、5%、10%和15%的處理有機碳含量分別比堆肥初下降了8.1%、10.2%、 17.0%和11.0%，表明添加過磷酸鈣可以加快堆肥中有機質(zhì)的降解過程，10%的添加量對有機質(zhì)的降解作用最大，5%和15%的處理差別不大。

堆肥過程中各處理的C/N總體呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(圖3)。堆肥前期易分解有機物大量消耗使得堆肥中的碳以CO2的形式損失，同時65℃以上的高溫環(huán)境加劇了堆肥中的氮以NH3的形式揮發(fā)，0～6d堆肥中氮的損失速率超過碳的損失速率，C/N表現(xiàn)出上升趨勢。從第6d開始，隨著堆肥溫度緩慢下降，銨態(tài)氮揮發(fā)的持續(xù)減弱和硝態(tài)氮合成的不斷加強，堆肥總氮含量不斷升高，而有機質(zhì)的分解持續(xù)加強，C/N呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。至堆肥結(jié)束，CK、5%、10%和15%的處理C/N分別為21.5、17.5、16.0和17.0。作為檢驗堆肥產(chǎn)品腐熟度的常用指標，一般認為堆肥產(chǎn)品C/N下降到15～20即可認為堆肥達到腐熟[16]。

圖2 堆肥過程中溫度、含水率和 pH 變化Fig. 2 Changes of temperature, moisture content and pH value during the composting

圖3 堆肥過程中全氮、有機碳和 C/N 比變化Fig. 3 Changes of total N, organic carbon and C/N ratio during the composting

2.3 堆肥過程中氮素損失率

通過計算各堆肥處理的起始和結(jié)束(42d)時的全氮和灰分數(shù)據(jù)(表2)可知，CK、5%、10%和15%的處理在堆肥結(jié)束時的氮素損失率分別為29.4%、26.6%、18.5%和8.0%，可以看出隨著堆肥中過磷酸鈣用量的增加，氮素損失率明顯降低，這與其他學者的研究結(jié)果[17]基本一致。由于過磷酸鈣的加入，銨離子與磷酸根、硫酸根結(jié)合生成較穩(wěn)定的磷酸銨或硫酸銨，同時物料pH值變?yōu)槿跛嵝砸种屏藟A性條件下銨離子以NH3形式揮發(fā)而造成的氮損失，從而有效地降低了堆肥過程中的氮素損失率。

2.4 堆肥過程中全磷、有效磷和有機磷變化

堆肥過程中的磷不易揮發(fā)，無論形態(tài)如何變化其滯留在堆肥中的總量不變，隨著有機物質(zhì)的分解，堆肥中養(yǎng)分出現(xiàn)濃縮效應(yīng)[18]，總磷的濃度不斷升高(圖4)。CK、5%、10%和15%的處理全磷含量隨著過磷酸鈣用量的增大依次梯度增加，至42d分別較堆肥初增加了123.1%、60.6%、57.0%和37.0%。

堆肥中有效磷含量的變化不同處理之間差異較大(圖4)。CK處理呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢，至42d有效磷含量較堆肥初增加了73.0%；5%處理前33d有效磷含量緩慢增加，隨后持續(xù)下降，至42d含量略低于堆肥初，降幅4.0%；10%和15%的處理變化規(guī)律較為一致，呈現(xiàn)出0～3d升高，3～21d快速降低，從21d開始基本趨于穩(wěn)定，42d時有效磷含量降幅比較明顯，分別較堆肥初下降了23.2%和41.8%。

隨著總磷含量的不斷上升和有效磷含量的緩慢上升或者下降，各處理有效磷占全磷的比例總體呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢(圖4)。其中CK處理有效磷占全磷的比例要明顯高于添加過磷酸鈣的處理，僅比堆肥初下降了22.4%；5%、10%和15%的處理由于難降解過磷酸鈣的加入，對堆肥中的有效磷起到稀釋作用，隨著過磷酸鈣用量的增加有效磷占全磷的比例依次降低，分別較堆肥初下降了40.3%、51.1%和57.5%。

表2 堆肥初始和 42 d 時全氮及灰分含量 (%)Table 2 Total N and ash contents in the compost at the beginning and 42nd day

圖4 堆肥過程中全磷、有效磷、有機磷含量變化Fig. 4 Changes of total P, available P and organic P content during the composting

堆肥前期豬糞中的有機磷在微生物分泌的磷酸酶作用下水解礦化導致有機磷的含量不斷降低[19]，到第9d各個處理的有機磷含量幾乎檢測不出；之后隨著堆肥腐殖化過程和微生物對無機磷的吸收固定而將其轉(zhuǎn)化為有機磷，堆肥中的有機磷含量不斷“濃縮”而出現(xiàn)緩慢回升，到第42d，CK、5%、10%和15%的有機磷含量分別較堆肥初增加了42.2%、24.3%、34.5%和41.4%(圖4)。

堆肥過程中有機磷占全磷的比例變化規(guī)律與有機磷含量變化類似，表現(xiàn)為前期(0～9d)的快速下降和后期的緩慢升高(圖4)。CK處理有機磷的比例整體高于5%、10%和15%的處理，而且隨著過磷酸鈣用量的增加，各處理中有機磷占全磷的比例依次降低，這主要是過磷酸鈣中無機磷的加入對堆肥中的有機磷產(chǎn)生稀釋效應(yīng)所引起的。

3 討論

3.1 過磷酸鈣對堆肥過程的影響

從堆肥中有機碳降解的程度來看，過磷酸鈣這類酸性物質(zhì)的加入促進了有機物的降解，這與胡雨彤等[18]的研究結(jié)果相似。以10%過磷酸鈣的處理有機質(zhì)降解最大，進一步增大過磷酸鈣用量，有機質(zhì)降解反而減少，同時15%過磷酸鈣的處理還明顯地造成了堆肥升溫速度緩慢，高溫持續(xù)時間縮短等不利于堆肥腐熟的影響，再加上成本因素綜合考量，豬糞堆肥中過磷酸鈣的添加量不宜超過干物質(zhì)量的10%。

3.2 過磷酸鈣對堆肥中氮的影響

過磷酸鈣作為添加劑對全氮含量的影響十分顯著。初始堆肥中的全氮來源于豬糞和鋸末，其含量隨著過磷酸鈣用量的增加而遞減，同時CK處理由于沒有添加過磷酸鈣，堆肥中的氮以NH3的形式揮發(fā)而含量降低，所以初始堆肥中全氮含量5%>10%> 15%>CK。堆肥過程中全氮含量主要受兩個因素的共同影響：1)銨態(tài)氮在高溫條件下轉(zhuǎn)變?yōu)镹H3揮發(fā)造成的含量減少；2)有機質(zhì)分解產(chǎn)生的濃縮效應(yīng)引起的含量增加。豬糞堆肥的前期(0～6d)全氮含量下降說明銨態(tài)氮的揮發(fā)起到主要作用，后期全氮含量穩(wěn)步升高則主要以濃縮效應(yīng)為主。豬糞堆肥的氮素揮發(fā)損失主要發(fā)生在堆肥的0～6d，這與前人的研究結(jié)果[17–18]基本一致。隨著過磷酸鈣用量增加，豬糞堆肥的氮素損失率降低，氮素固定率升高，15%過磷酸鈣的處理氮素固定率達到72.9%，略低于林小鳳等[20]向雞糞中添加15%過磷酸鈣時氮素固定率為85%的結(jié)果，這與堆肥原料有關(guān)，更重要的是受到堆肥初始C/N比的影響。本試驗中添加過磷酸鈣的3個處理堆肥初始C/N比約為23，高于林小鳳等初始C/N為15的設(shè)定，低C/N比條件下氨態(tài)氮的揮發(fā)損失更為嚴重[21]，使得過磷酸鈣對氨態(tài)氮揮發(fā)的抑制效果更為明顯。整個堆肥過程中添加過磷酸鈣的處理全氮含量均高于CK處理，說明添加過磷酸鈣可以減少氮素損失，提高堆肥中全氮含量。

3.3 過磷酸鈣對堆肥中磷的影響

堆肥初期有效磷含量表現(xiàn)為15%>10%>5%> CK，這與堆肥初過磷酸鈣的用量相關(guān)，說明初期堆肥中的有效磷主要來源于過磷酸鈣中有效態(tài)的無機磷，至42d堆肥結(jié)束，有效磷含量則變?yōu)镃K>5%> 10%>15%，與堆肥初期規(guī)律剛好相反。CK處理有效磷含量的增加是因為在沒有外源磷素添加條件下，堆肥過程對養(yǎng)分的濃縮效應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)果。添加過磷酸鈣的處理在升溫階段(0～3d)，易分解有機物轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿佑袡C酸，活化了過磷酸鈣中部分礦物態(tài)的無機磷，使得堆肥中有效磷活性升高；在高溫持續(xù)階段(3～21d)，堆肥中有效磷含量降低可能有兩方面的原因，一是有效態(tài)的磷與堆肥中的鐵、鋁等離子結(jié)合，形成難溶性的磷酸鐵、鋁化合物，二是堆肥中的Ca2+和磷通過堆肥反應(yīng)生成磷酸二鈣、磷酸八鈣和羥基磷酸鈣等難溶解態(tài)的化合物[22]，使得堆肥中磷的有效性顯著降低，而且隨著過磷酸鈣用量的增大，有效磷降低的程度加劇。鄧佳等[23]對7種有機肥中磷形態(tài)采用DOU法進行分級，結(jié)果表明不易被植物吸收利用的HCl提取態(tài)磷占全磷比例達47.8%～85.0%，而植物可吸收的H2O提取態(tài)磷和NaHCO3提取態(tài)磷的比例僅為3.4%～16.4%和0.6%～13.3%，其結(jié)論與本試驗結(jié)果堆肥中有效磷含量占全磷的比例逐漸降低相符合。雖然CK處理有效磷的含量有所增加，但其所占總磷的比例卻不斷降低，而且添加過磷酸鈣的各處理中，有效磷在全磷中所占的比例均不斷降低，說明豬糞堆肥過程降低了磷的有效性，使其向不易于被植物直接吸收利用的形態(tài)轉(zhuǎn)化。該過程與磷肥施入土壤后被吸附固定，有效性逐漸降低的過程相類似[24]。堆肥中磷的有效性降低，從另一個角度表明速效態(tài)的磷轉(zhuǎn)化為緩效態(tài)，降低了其堆放或施入土壤后遷移流失的風險。

堆肥過程中同時存在著有機磷的礦化和合成兩種作用，有機磷的含量則取決于二者共同作用的結(jié)果。堆肥初期有機磷主要來源于易分解的豬糞，0～9d為有機質(zhì)快速礦化階段，有機碳降解量占到整個堆肥周期的40.8%～60.9%。隨著有機物的快速分解，豬糞中磷脂、核酸等易分解的活性有機磷礦化為無機磷[25]，使得堆肥中有機磷含量顯著下降，直至第9d豬糞中的有機磷分解消耗殆盡，各處理中有機磷含量接近于零。隨后堆肥中腐殖化過程和微生物對無機磷的吸收轉(zhuǎn)化持續(xù)進行，與腐殖酸絡(luò)合的磷酸鹽和微生物量磷不斷增加，堆肥中有機磷含量緩慢上升，這與趙晶晶等[26]對不同有機物料中有機磷礦化進程的研究結(jié)果相類似。本試驗中，第42d各堆肥處理中有機磷占全磷的比例僅為8.7%～22.1%。Gagnon等[27]對7種有機堆肥測定發(fā)現(xiàn)無機磷占全磷的73%～96%；王旭東等[28]研究結(jié)果也表明糞肥中無機磷占全磷的54.6%～63.2%，與本研究的結(jié)果相一致。這表明豬糞堆肥中的磷主要以無機態(tài)磷為主。堆肥中有機磷占全磷的比例不僅取決于濃縮效應(yīng)，還必須考慮到過磷酸鈣中無機磷的加入而帶來的稀釋效應(yīng)。整個堆肥過程中，5%、10%和15%過磷酸鈣的處理有機磷占全磷的比例均低于不添加過磷酸鈣的CK處理，即是由稀釋效應(yīng)所主導的。

4 結(jié)論

1)豬糞堆肥中添加過磷酸鈣，可以有效減少氮素損失，提高堆肥產(chǎn)品中氮、磷的含量，加快有機物料的降解，以10%的添加量效果最佳。

2)豬糞堆肥過程降低了磷的有效性，有效磷占全磷的比例隨堆肥時間下降，且隨過磷酸鈣用量的增加而降低。

3)腐熟后堆肥中的磷以無機態(tài)為主，過磷酸鈣的加入稀釋了堆肥中有機磷的比例，隨過磷酸鈣用量增加，有機磷占全磷的比例遞減。

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Influence of applying calcium superphosphate on swine manure composting and phosphorus transformation

LI Fan1,2,QIAN Kun3,WU Ji1,2,WAN Shui-xia1,2,JIANG Guang-yue1,2,ZHU Hong-bin1,2*
(1 Soil and Fertilizer Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China; 2 Anhui Provincial Key Laboratory of Nutrient Recycling, Resources and Environment, Hefei 230031, China; 3 Husbandry and Veterinary Medicine Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China)

【Objectives】Calcium superphosphate is commonly used as an additive in animal manure composting,and can effectively reduce the nitrogen loss and increase the contents of nitrogen and phosphorus in the compost.However,its influence on availability and forms of phosphorus needs to be elucidated.【Methods】Swine manure(mixed with sawdust in4∶1ratio in fresh weight)was mixed with calcium superphosphate under0,5%,10%and15%(in dry weight)before being aerobically composted for42days. Temperature,water content,pH,organic carbon,C/N ratio,total nitrogen,total phosphorus,available Pand organic Pwere measured during the composting.【Results】The addition of calcium superphosphate significantly increased the temperature and water-holding capacity of swine compost,and extended thethermophilic phase for2–10days.The addition amounts of5%–15%of calcium superphosphate significantly decreased the initial pH values of the compost by0.33–0.68.The nitrogen losses after composting process,due to ammonium nitrogen volatilization,were29.4%(CK),26.6%(5%addition),18.5%(10%addition)and8.0% (15%addition),respectively.The final total nitrogen and total phosphorus concentrations in all treatments increased by17.3%–34.2%and37.0%–123.1%.Compared with the initial Pcontent,the available Pcontent in the treatment with no additive superphosphate was increased by73.0%after42days of the composting,while those in the treatments with5%,10%and15%superphosphate addition were decreased by4.0%,23.2%and 41.8%,respectively.During the process of composting,the ratios of available Pover total phosphorous were continuously decreased in all treatments,demonstrating that the composting lowered the availability of phosphorous.The organic Pwas influenced by both the mineralization and phosphorus synthesis.In the final compost,the ratio of organic Pto the total phosphorous was22.1%in the control,which was higher than the treatments with5%,10%and15%superphosphate addition,in which the ratios were15.4%,11.0%and8.7%, respectively.【Conclusions】Calcium superphosphate addition in swine manure composting could effectively alleviate the nitrogen loss in the compost.The optimal addition of calcium superphosphate was10%in dry weight. The composting process decreased the availability of phosphorus in the compost,which was not conducive to the P absorption and utilization by crops.Inorganic phosphorus was the main form of phosphorous in the final compost,and adding superphosphate decreased the content of organic Pin the final compost.

calcium superphosphate;swine manure;composting;nitrogen loss;phosphorus form

2016–03–24接受日期：2016–09–27

農(nóng)業(yè)部生物有機肥創(chuàng)制重點實驗室開放課題（BOFC2015KA06）；公益性行業(yè)專項（201503122-06）；安徽省農(nóng)科院創(chuàng)新基金（15B1008，15A1011）；安徽省生豬產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展資金項目資助。

李帆（1980—），男，河南駐馬店人，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用研究。E-mail：lifan4318@163.com

*通信作者E-mail：zhuhongbin2016@163.com