喬艷 胡誠(chéng) 張智 劉東海 陳云峰 李雙來

摘要：氨基酸廢料因其價(jià)格低廉、富含氨基酸與養(yǎng)分資源等特征，是有機(jī)肥的優(yōu)質(zhì)添加劑，評(píng)估氨基酸廢料添加量的安全閾值是研制生物有機(jī)肥的重要依據(jù)。將氨基酸廢料溶解于水，從0到15%共設(shè)置7個(gè)添加量，噴至有機(jī)肥成品，分析不同添加量下有機(jī)肥酸堿度、電導(dǎo)率、氯離子含量和種子發(fā)芽指數(shù)的變化特征。研究結(jié)果表明，氨基酸廢料添加量在3%范圍內(nèi)，pH呈現(xiàn)較為平穩(wěn)的趨勢(shì)，當(dāng)添加量進(jìn)一步增加，pH則逐漸降低。電導(dǎo)率隨著氨基酸廢料添加量的升高呈現(xiàn)同步增加的趨勢(shì)，有機(jī)肥中鹽分含量逐漸增加，Cl-含量同樣是穩(wěn)步上升，當(dāng)添加量在10%范圍內(nèi)，Cl-含量均低于3%。當(dāng)氨基酸廢料添加量≤1%時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)可達(dá)到75%以上，但添加量增至3%時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)驟降，出現(xiàn)明顯的毒害現(xiàn)象。因此，氨基酸廢料添加量需控制在3%以內(nèi)，本研究推薦1%為研制生物有機(jī)肥的安全閾值。

關(guān)鍵詞：有機(jī)肥；氨基酸廢料；氯離子含量；種子發(fā)芽指數(shù)；閾值

中圖分類號(hào)：S144.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號(hào)：cjas20200200026

The Threshold Value of the Addition Amount of Amino Acid Waste in Manure

Qiao Yan， Hu Cheng， Zhang Zhi， Liu Donghai， Chen Yunfeng， Li Shuanglai

（Key Laboratory of Fertilization from Agricultural Wastes， Ministry of Agriculture and Rural Affairs，

Institute of Plant Protection and Soil Fertilizer， Hubei Academy of Agricultural Sciences， Wuhan 430064， Hubei， China）

Abstract： The amino acid waste is a good additive for manure because of its low cost and rich in nutrients. Estimating the threshold addition amount of amino acid waste will provide an important evidence for the development of bio-organic fertilizer. This study evaluated the safety of the manure which has been added with liquid amino acid waste. The addition amount included seven levels from 0 to 15%. The simulation experiment was conducted to analyze pH， EC， Cl-concentration， and seed germination index （GI）. The results showed that pH was steady within 3% and decreased with the increasing addition amount. The EC and Cl-concentration showed an improving trend， and the Cl-concentration was lower than 3% at the 10% addition level. The GI could be more than 75% at 1% addition level， however， the GI plunged at the 3% addition level. Therefore， the addition level of amino acid waste in manure could be controlled at 3% ， the safety threshold value for developing bio-organic fertilizer is recommended at 1%.

Keywords： Manure； Amino Acid Waste； Cl-Concentration； Germination Index； Threshold Value

0引言

化肥的不合理施用引起了一系列的生態(tài)環(huán)境問題[1]，在化肥使用量零增長(zhǎng)的背景下，有機(jī)肥替代化肥成為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展工作要點(diǎn)之一[2]，在作物增產(chǎn)、改善品質(zhì)、培肥土壤等方面發(fā)揮著重要作用。傳統(tǒng)有機(jī)肥具有豐富的營(yíng)養(yǎng)元素和有益微生物，然而隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，生物有機(jī)肥的研制備受關(guān)注[3]。從目前來看，生物有機(jī)肥的產(chǎn)業(yè)發(fā)展還存在種類繁多、概念易混、產(chǎn)品不穩(wěn)定等問題，生產(chǎn)工藝和技術(shù)的改善將會(huì)促進(jìn)其成為更優(yōu)質(zhì)的農(nóng)資產(chǎn)品[4]。同樣是以動(dòng)物糞便、作物秸稈等為原料，生物有機(jī)肥因其具有大量的特定功能微生物而優(yōu)于其他肥料[3]，更有一些高端有機(jī)肥產(chǎn)品，在此原料的基礎(chǔ)上添加一定的蛋白源，如氨基酸材料，以促進(jìn)堆肥發(fā)酵和提高肥料品質(zhì)[5]。添加外源氨基酸是生產(chǎn)高效生物有機(jī)肥的主要手段，常用的氨基酸材料有菜粕、羽毛粉等[6]。氨基酸也是多種經(jīng)濟(jì)作物的重要品質(zhì)指標(biāo)，如烤煙、茶葉、紫花苜蓿等[7]。氨基酸有機(jī)肥盡管肥效好[8]，但是由于生產(chǎn)成本的原因，大規(guī)模生產(chǎn)仍存在許多現(xiàn)實(shí)問題，因此，挖掘廉價(jià)蛋白源成為氨基酸生物有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的限制因素。

工業(yè)生產(chǎn)中，氨基酸可通過酸解禽類羽毛或病死動(dòng)物而獲得，其廢棄物的處理和利用為氨基酸有機(jī)肥開辟了新的途徑。將氨基酸工業(yè)廢棄物添加到有機(jī)肥的生產(chǎn)工藝中，不僅避免了環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，還能實(shí)現(xiàn)蛋白資源的循環(huán)利用[9-10]。酸水解法是工業(yè)氨基酸轉(zhuǎn)化率較高的工藝，其水解廢棄液含有較為豐富的養(yǎng)分和氨基酸，以此作為外源氨基酸研制生物有機(jī)肥是節(jié)約成本和資源化利用的有效途徑[11]。添加外源氨基酸的生物有機(jī)肥具有有機(jī)肥的優(yōu)點(diǎn)和生物學(xué)特性[12]，如促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成和土壤養(yǎng)分有效性[13-14]；但同時(shí)還會(huì)帶來一定的安全性風(fēng)險(xiǎn)[15]，其風(fēng)險(xiǎn)主要來源于物料的物質(zhì)組成及其添加量，如過量的鹽分離子會(huì)出現(xiàn)燒苗、抑制幼苗生長(zhǎng)等。以廉價(jià)的酸解氨基酸廢料作為外源氨基酸研制生物有機(jī)肥具有較大的開發(fā)潛力，為降低安全風(fēng)險(xiǎn)，明確氨基酸廢料添加量將為生物有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)的安全、快速發(fā)展提供技術(shù)保障。本研究設(shè)置了不同氨基酸廢料添加量，分析有機(jī)肥的化學(xué)、生物特性，明確氨基酸廢料添加量的安全閾值，以期為氨基酸生物有機(jī)肥的研制提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試有機(jī)肥為發(fā)酵成品商用有機(jī)肥料，氨基酸廢料為工業(yè)氨基酸提取后產(chǎn)生的廢棄物，其氨基酸含量為12.0%，其他相關(guān)屬性如表1所示。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)將氨基酸廢料溶于水，用噴壺噴于有機(jī)肥中，共設(shè)置7個(gè)氨基酸廢料添加量，分別為：0、1%、3%、5%、7%、10%和15%，各處理水分和有機(jī)肥用量均保持一致。

1.3測(cè)定指標(biāo)及方法

將添加氨基酸廢料的有機(jī)肥風(fēng)干，研磨，過1 mm篩，用于測(cè)試分析。酸堿度采用pH計(jì)法測(cè)定[16]，電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀法測(cè)定[17]，種子發(fā)芽指數(shù)采用小白菜種子發(fā)芽試驗(yàn)法測(cè)定[17]，Cl-含量氯化銀沉淀法測(cè)定[18]。

2結(jié)果與分析

2.1氨基酸廢料添加量對(duì)pH和電導(dǎo)率的影響

氨基酸廢料添加量對(duì)有機(jī)肥pH和電導(dǎo)率的影響如圖1所示。隨著氨基酸廢料添加量的增加，有機(jī)肥pH呈現(xiàn)先平穩(wěn)后降低的趨勢(shì)；當(dāng)添加量在3%范圍內(nèi)，有機(jī)肥pH可維持在一個(gè)較為穩(wěn)定的水平，介于pH 7.67～7.75；當(dāng)添加量進(jìn)一步提高到15%時(shí)，有機(jī)肥酸堿度逐漸降至pH 6.91。電導(dǎo)率能夠反映有機(jī)物料的含鹽水平，及其對(duì)作物生長(zhǎng)的抑制作用；隨著氨基酸廢料添加量的增加，有機(jī)肥電導(dǎo)率表現(xiàn)出明顯上升的趨勢(shì)；氨基酸廢料添加量為0的對(duì)照處理電導(dǎo)率為3.27 mS/cm，當(dāng)添加量為3%時(shí)，有機(jī)肥電導(dǎo)率增加到6.08 mS/cm，對(duì)作物生長(zhǎng)存在一定的生物毒性風(fēng)險(xiǎn)。

2.2氨基酸廢料添加量對(duì)Cl-含量的影響

有機(jī)肥中Cl-含量的變化如圖2所示，不添加氨基酸廢料時(shí)，有機(jī)肥中Cl-含量為0.49%；與電導(dǎo)率變化規(guī)律相同，隨著氨基酸廢料添加量的增加，Cl-含量呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)；當(dāng)添加量為10%時(shí)，Cl-含量為2.36%，仍然低于3%（未標(biāo)含氯肥料產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)）；當(dāng)添加量達(dá)到15%時(shí)，Cl-含量為3.45%，可能會(huì)影響Cl-敏感類作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。

2.3氨基酸廢料添加量對(duì)種子發(fā)芽指數(shù)的影響

種子發(fā)芽指數(shù)綜合考慮了毒性物質(zhì)對(duì)種子發(fā)芽率和種子生根的影響，如圖3所示，不添加氨基酸廢料種子發(fā)芽指數(shù)為75.6%，添加量為1%時(shí)種子發(fā)芽指數(shù)為79.5%，較不添加無明顯變化，隨著氨基酸廢料的進(jìn)一步增加，種子發(fā)芽指數(shù)驟降到10.5%，已產(chǎn)生明顯的生物毒害，當(dāng)添加量達(dá)到7%時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)為0，根系生長(zhǎng)幾乎停止。

3討論

3.1添加氨基酸廢料對(duì)有機(jī)肥性質(zhì)的影響

添加外源氨基酸是提升有機(jī)肥品質(zhì)的一種途徑，目前常采用菜粕、藻泥、羽毛粉、病死動(dòng)物等為氨基酸原料[5，19]，為節(jié)約氨基酸有機(jī)肥成本，本研究以氨基酸廢料為對(duì)象作為外源蛋白添加劑，開辟了研制氨基酸生物有機(jī)肥的新途徑，不僅提供了廢料物處理的有效途徑，還能滿足作物對(duì)蛋白和養(yǎng)分資源的需求[20-21]。本研究中，外源氨基酸廢料含氮量達(dá)到12.64%，但其來源是經(jīng)過硫酸酸解禽類羽毛所產(chǎn)生，導(dǎo)致其酸性較強(qiáng)（pH 3.11）；當(dāng)氨基酸廢料添加量控制在3%范圍內(nèi)，有機(jī)肥pH基本可維持在原有的水平；當(dāng)氨基酸廢料添加量達(dá)到15%時(shí)，降至pH 6.91，雖處于有機(jī)肥安全pH范圍內(nèi)，但酸性增強(qiáng)加大了抑制功能微生物繁殖的風(fēng)險(xiǎn)[22-23]。電導(dǎo)率（EC）反映了有機(jī)肥中的鹽分含量及其對(duì)作物生長(zhǎng)的毒性[24-25]，其中Cl-是作物必需的微量養(yǎng)分之一，同時(shí)也是土壤鹽害的主要體現(xiàn)[26]，但不同作物對(duì)Cl-的敏感性差異較大，因此肥料產(chǎn)品需標(biāo)識(shí)含氯、低氯、中氯等[18]。有機(jī)肥添加氨基酸廢料在一定程度上增加了Cl-含量，當(dāng)氨基酸廢料添加量低于10%時(shí)，Cl-含量均在3%范圍內(nèi)，可不做含氯標(biāo)識(shí)。另外，植物生長(zhǎng)指標(biāo)可有效的反應(yīng)有機(jī)肥的毒性大小，進(jìn)而評(píng)價(jià)有機(jī)肥研制的安全性[27-28]。本研究中，當(dāng)氨基酸廢料添加量從1%提高到3%時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)從79.5%驟降到10.5%，說明氨基酸廢料具有一定的生物毒性，添加量需嚴(yán)格控制在3%以下，以保證有機(jī)肥的安全穩(wěn)定性。

3.2氨基酸廢料添加量安全閾值的應(yīng)用

在牛糞堆肥起始階段添加外源蛋白，發(fā)現(xiàn)菜粕、羽毛粉和藻泥添加量分別為5%、8%和12%時(shí)，生物有機(jī)肥的提升效果最佳[5]；在腐熟堆肥中添加了氨基酸水解液，同時(shí)接種微生物菌劑，以再次發(fā)酵的方式明確了酸解氨基酸水解液的最佳添加量為20%[19]；以病死動(dòng)物酸解液為氨基酸源，發(fā)現(xiàn)固態(tài)發(fā)酵功能菌增加量最多的氨基酸水解液添加量為20%[10]；以酸解羽毛粉為氨基酸源，發(fā)現(xiàn)固體發(fā)酵功能菌增殖效果最佳的羽毛粉添加量為50 g/kg[9]。以上研究均是將外源氨基酸添加后進(jìn)行發(fā)酵或二次發(fā)酵，而本研究則是將氨基酸廢棄物溶于水后直接噴灑到成品有機(jī)肥中，風(fēng)干后可直接應(yīng)用，相對(duì)較少了發(fā)酵時(shí)間，因此最適添加量較低。為探索更好的添加方式和添加量，今后的研究可聚焦在堆肥初試階段、高溫期后和腐熟階段添加不同用量氨基酸廢棄物，以期為氨基酸生物有機(jī)肥的研制提供更全面的技術(shù)支撐，也為氨基酸廢棄物的資源化利用提供科學(xué)有效的依據(jù)。

4結(jié)論

當(dāng)氨基酸廢料添加量為3%時(shí)，有機(jī)肥基本維持在pH 7.7左右，電導(dǎo)率和Cl-含量分別增加到6.08 mS/cm和1.2%，而種子發(fā)芽指數(shù)已驟降至10.5%；隨著氨基酸用量的進(jìn)一步增加，有機(jī)肥電導(dǎo)率和Cl-含量呈現(xiàn)繼續(xù)增加的趨勢(shì)，而種子發(fā)芽指數(shù)則下降至0。因此成品有機(jī)肥中添加氨基酸廢料需控制在3%以內(nèi)，本研究推薦添加量為1%，不僅為廢棄物的安全利用提供了途徑，還能為作物生長(zhǎng)提供有效的氨基酸和養(yǎng)分來源。

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