添加生物質(zhì)炭對羊糞堆肥腐殖化的影響

王海候，程月琴，金梅娟，劉澤凱，韓奇隆，施林林，沈明星

（1.江蘇太湖地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 蘇州 215100；2.國家土壤質(zhì)量相城觀測實(shí)驗(yàn)站，江蘇 蘇州 215100；3.南京市耕地質(zhì)量保護(hù)站，南京 210019）

生物質(zhì)炭是以農(nóng)業(yè)廢棄有機(jī)物為原料在高溫厭氧條件下制取的黑色固態(tài)物質(zhì)，擁有巨大的比表面積、多孔結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)等，具有高度熱穩(wěn)定性和很強(qiáng)吸附能力[5]。將生物質(zhì)炭作為輔助材料應(yīng)用于堆肥工程，已取得了一定的研究進(jìn)展，相關(guān)研究表明生物質(zhì)炭在堆肥過程中能夠促進(jìn)堆溫快速上升[6]、延長高溫期[7]、減少氮素?fù)p失[8-9]、增加微生物數(shù)量及多樣性[10]。圍繞生物質(zhì)炭添加對堆肥過程中腐殖質(zhì)形成、形態(tài)與品質(zhì)的影響，學(xué)者也開展了少量研究。孫文彬[11]的研究表明城市污泥堆肥過程中添加生物質(zhì)炭會(huì)降低堆肥腐殖質(zhì)含量，提高腐植酸中胡敏酸的百分含量。屠巧萍[12]研究發(fā)現(xiàn)豬糞堆肥中添加生物質(zhì)炭可以顯著提高堆肥結(jié)束后堆體中腐殖質(zhì)總量。由于熱解溫度不同，生物質(zhì)炭會(huì)形成不同的理化特征[13-14]，如熱解溫度的增加會(huì)導(dǎo)致生物質(zhì)炭的孔隙結(jié)構(gòu)更發(fā)達(dá)、比表面積增大、表面官能團(tuán)數(shù)量減少、芳香度和疏水性增強(qiáng)等[15-16]，從而影響其堆肥腐熟進(jìn)程和效應(yīng)，而有關(guān)不同熱解溫度生物質(zhì)炭對羊糞與菌渣高溫好氧堆肥過程腐殖質(zhì)含量與組成變化的影響研究鮮見報(bào)道。為此，本研究采用模擬堆肥的方法，在羊糞、食用菌渣混合堆肥體中添加不同熱解溫度制備的生物質(zhì)炭，探討不同熱解溫度生物質(zhì)炭對堆肥腐殖質(zhì)含量、形態(tài)變化及腐殖化程度的影響，為堆肥工程中應(yīng)用生物質(zhì)炭提高堆肥質(zhì)量提供技術(shù)支撐與理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試的堆肥材料主要為羊糞、食用菌渣、稻殼及2 種不同熱解溫度制備的稻殼生物質(zhì)炭。羊糞由太倉市城廂鎮(zhèn)東林生態(tài)羊場提供，有機(jī)碳含量為362.10 g·kg-1，全氮含量為21.82 g·kg-1，碳氮比（C/N）為16.6，含水率為74.5%，pH 值為7.50。食用菌渣由太倉市城廂鎮(zhèn)食用菌生產(chǎn)基地提供，有機(jī)碳含量為516.20 g·kg-1，全氮含量為9.80 g·kg-1，C/N 為51.6，含水率為12.6%，pH值為7.20。稻殼由太倉市城廂鎮(zhèn)東林村生態(tài)米廠提供，有機(jī)碳含量為453.0 g·kg-1，全氮含量為8.90 g·kg-1，C/N 為50.8，含水率為4.1%，pH 值為8.70。2種不同熱解溫度制備的生物質(zhì)炭購自天津亞德爾生物質(zhì)科技股份有限公司，生產(chǎn)方法具體為：以稻殼為原料，厭氧條件下，熱裂解炭化溫度分別為450 ℃和650 ℃，保持10 h，先自然冷卻，再過0.38 mm孔徑篩。450 ℃熱解的生物質(zhì)炭有機(jī)碳含量為562.0 g·kg-1，全氮含量為8.30 g·kg-1，C/N 為67.7，含水率為4.1%，pH 值為8.70，陽離子交換量為12.5 cmol·kg-1，比表面積為39.2 m2·g-1；650 ℃熱解的生物質(zhì)炭有機(jī)碳含量為485.0 g·kg-1、全氮含量為6.20 g·kg-1，C/N 為78.2，含水率為3.0%，pH 值為9.40，陽離子交換量為9.40 cmol·kg-1，比表面積為53.5 m2·g-1。

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)在堆肥模擬反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，堆肥裝置為立方體箱，容積0.512 m3（長、寬、高均為0.8 m），采用厚度為2 cm 的PVC 板焊拼而成；底部有4 個(gè)高度為25 cm的滾動(dòng)輪，箱底留有圓形通氣孔（直徑2 cm），通氣孔總面積占箱底面積的1/3；箱壁采用厚度為15 mm 的海綿覆蓋并用鋁箔膠帶固定。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作方法

堆肥試驗(yàn)采用靜態(tài)堆制、高溫好氧發(fā)酵的方法，于2019年7—9月在太倉市城廂鎮(zhèn)東林村生態(tài)肥料廠進(jìn)行。試驗(yàn)共設(shè)3 個(gè)處理，先按肥料企業(yè)常規(guī)操作方式準(zhǔn)備初級混合物料，即將羊糞與食用菌渣按鮮質(zhì)量比9∶1 混合均勻，再分別取初級物料，參照課題組前期研究[7]，添加經(jīng)450、650 ℃熱解溫度制備的生物質(zhì)炭（占初級物料干質(zhì)量百分比15%），分別記為BC450、BC650 處理；在初級物料中添加未炭化的稻殼（與BC450、BC650 處理的生物質(zhì)炭同等體積），記為CK 處理。具備操作方法：先將1 620 kg 羊糞與180 kg 食用菌渣充分混合，形成堆肥初級混合物料1 800 kg，再均分為3 份，每個(gè)處理的堆肥物料先集中混合，其中第1、2 份分別添加經(jīng)450、650 ℃熱解溫度制備的生物質(zhì)炭31.5 kg，第3 份添加與第1、2 份生物質(zhì)炭同等體積的稻殼（約23 kg），控制每個(gè)處理的堆肥體含水率為65%～70%，之后每個(gè)處理的混合物料分別等量裝入3個(gè)堆肥模擬反應(yīng)器內(nèi)，即3次重復(fù)，并記錄質(zhì)量。當(dāng)堆體溫度超過75 ℃時(shí)或每隔5～7 d 翻堆1 次，翻堆采用人工作業(yè)方式，先將箱內(nèi)物料全部取出，充分混合后再次裝箱；堆肥過程不再調(diào)節(jié)堆肥體含水率，直至堆肥結(jié)束。每次翻堆均記錄各個(gè)處理堆肥物料的質(zhì)量。堆肥試驗(yàn)共計(jì)43 d。

1.4 取樣及測定方法

（1）堆溫：每日9：00—10：00 或16：00—17：00，采用長度為60 cm 的水銀溫度計(jì)測定堆肥體30～40 cm深度的溫度，同時(shí)記錄環(huán)境溫度，直至堆肥結(jié)束。

（2）腐殖質(zhì)含量及其組成：分別于堆肥第1、9、21、30、43 天，均勻地從堆體內(nèi)部多點(diǎn)采集樣品，混合均勻，陰涼處自然風(fēng)干、粉碎，用于測定總有機(jī)碳、水溶性有機(jī)物、可提取腐植酸、富里酸、胡敏酸、胡敏素含量等。堆肥腐殖質(zhì)的提取和分組測定方法：稱取2.0 g 過60 目篩的堆肥樣品于100 mL 離心管中，加15 mL 去離子水，于恒溫（70 ℃±2 ℃）振蕩器內(nèi)振蕩浸提1 h，之后以4 800 r·min-1離心10 min，得到的上清液為水溶性有機(jī)物，沉淀為水難溶性物質(zhì)；將上清液轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶定容，待測；向裝有水難溶性沉淀物質(zhì)的離心管中繼續(xù)加入15 mL 焦磷酸鈉與氫氧化鈉混合提取液（0.1 mol·L-1NaOH+0.1 mol·L-1Na2P2O7，體積比為1∶1），恒溫振蕩浸提1 h，之后以4 800 r·min-1離心10 min，所得上清液為可提取腐植酸，將上清液轉(zhuǎn)移至100 mL 容量瓶；離心管內(nèi)沉淀物質(zhì)繼續(xù)加入15 mL 焦磷酸鈉與氫氧化鈉混合提取液，可提取腐植酸浸提連續(xù)操作3 次，離心取得的上清液即為可提取腐植酸，將其全部轉(zhuǎn)移至100 mL 容量瓶定容，待測；最后離心管內(nèi)沉淀部分為胡敏素；取可提取腐植酸溶液20 mL 至50 mL 離心管內(nèi)，滴加0.5 mol·L-1的鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH 值為1.0～1.5，先促進(jìn)胡敏酸絮狀沉淀，再在80 ℃恒溫保溫1h，取出靜置10 h以上，生成胡敏酸沉淀，之后進(jìn)行離心分離，上清液為富里酸，轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶定容，待測。堆肥樣品總有機(jī)碳含量及上述浸提與分離的水溶性有機(jī)物、可提取腐植酸、富里酸含量均以碳含量計(jì)，分析測定采用JENA multi 3100 TOC測定儀完成。

（3）種子發(fā)芽指數(shù)：稱取堆肥第43 天的新鮮樣品40 g 于1 L 容積的浸提瓶中，加入400 mL 去離子水，之后以150 r·min-1速度振蕩浸提30 min，最后以4 000 r·min-1離心10 min 并收集上清液；將大小適宜的濾紙放入干凈無菌的培養(yǎng)皿（直徑9 cm）中，吸取8 mL 堆肥第43 天的浸提液于培養(yǎng)皿中，濾紙上整齊排放小白菜種子20 粒，并在25 ℃、黑暗條件下培養(yǎng)72 h，測量小白菜種子的根長和發(fā)芽率，同時(shí)用去離子水作空白對照。

湖泊是一個(gè)非常脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，人類的一些不合理利用行為往往會(huì)對湖泊造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。水資源的不可分割性決定了必須以流域?yàn)閱卧?，遵循自然?guī)律，逐步實(shí)現(xiàn)湖泊流域綜合管理，實(shí)現(xiàn)人與湖泊和諧發(fā)展、人與水和諧相處，切實(shí)保護(hù)湖泊健康，實(shí)現(xiàn)湖泊資源的可持續(xù)利用。

1.5 計(jì)算方法

1.6 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、制圖采用Microsoft Excel 2010完成，采用SPSS 20.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以生物質(zhì)炭類型為因子進(jìn)行單因素方差分析[One-way ANOVA，Dunnett′s t-test（2-sided）]，利用多重比較（Duncan法）對處理組間的均值進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。采用腐殖化率、腐殖化指數(shù)、胡富比評價(jià)堆肥腐植酸品質(zhì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 添加生物質(zhì)炭對堆肥腐解質(zhì)量的影響

溫度是表征堆肥中微生物活性、有機(jī)物料降解效果及是否符合無害化要求的一個(gè)重要過程參數(shù)。圖1A 為添加生物質(zhì)炭條件下堆肥體的溫度動(dòng)態(tài)變化特征。堆肥1～7 d，添加生物質(zhì)炭處理的堆溫明顯高于CK 處理，BC650 處理的堆溫上升最為迅速，在第3 天就進(jìn)入高溫分解階段（>55 ℃）；堆肥8～14 d，3 個(gè)處理的堆溫均快速上升，但CK 處理的堆溫仍然低于60 ℃；堆肥15～28 d，CK 處理的堆溫高于添加生物質(zhì)炭處理，BC450、BC650 處理的堆溫相近，呈逐漸下降趨勢；堆肥29～43 d，堆溫均呈下降趨勢，進(jìn)入后熟期，堆溫表現(xiàn)為CK>BC450>BC650。整個(gè)堆肥過程中，3個(gè)處理的堆肥溫度均達(dá)55 ℃并保持了20 d 以上，滿足堆肥物料無害化的標(biāo)準(zhǔn)要求。

種子發(fā)芽指數(shù)是判斷堆肥產(chǎn)品腐熟質(zhì)量最敏感、有效的指標(biāo)，隨著堆肥中有毒物質(zhì)的降解，種子發(fā)芽指數(shù)逐漸升高，種子發(fā)芽指數(shù)大于50%的堆肥產(chǎn)品被認(rèn)為基本無毒害，種子發(fā)芽指數(shù)大于80%的堆肥產(chǎn)品達(dá)到完全腐熟。由圖1B 可知，CK、BC450、BC650 處理的種子發(fā)芽指數(shù)分別為96.71%、100.39%、106.23%，添加生物質(zhì)炭處理略高于CK 處理，但差異不顯著（P>0.05），3個(gè)處理均符合堆肥無害化及腐熟的標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 堆肥過程中溫度動(dòng)態(tài)變化（A）和堆肥結(jié)束后種子發(fā)芽指數(shù)（B）Figure 1 Dynamic changes of temperature（A）during composting and seed germination index（B）after composting

2.2 添加生物質(zhì)炭對堆肥總有機(jī)碳、水溶性有機(jī)物含量的影響

在堆肥過程中微生物利用有機(jī)碳進(jìn)行新陳代謝和礦化，含碳物質(zhì)大部分以二氧化碳和易揮發(fā)有機(jī)酸等形式排放，剩余的部分用于微生物細(xì)胞質(zhì)的合成。圖2A為羊糞與生物質(zhì)炭混合堆肥過程中總有機(jī)碳含量的動(dòng)態(tài)變化曲線，總有機(jī)碳含量隨著堆肥的進(jìn)行呈下降的趨勢，添加生物質(zhì)炭的BC450、BC650 處理堆肥體總有機(jī)碳含量高于CK 處理，BC650 處理的總有機(jī)碳含量高于BC450 處理；堆肥43 d 后，BC450、BC650 處理的總有機(jī)碳含量較CK 處理分別提高了8.87%、19.41%，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，BC650 處理的總有機(jī)碳含量顯著高于CK 處理（P<0.05），但BC450、BC650處理之間差異未達(dá)顯著水平（P>0.05）。

水溶性有機(jī)物是堆肥腐熟制品中最活躍、最有效的組分，易被微生物分解及植物吸收利用。堆肥過程中水溶性有機(jī)物含量的動(dòng)態(tài)變化見圖2B。在整個(gè)堆肥過程中，CK處理的堆肥體水溶性有機(jī)物含量高于添加生物質(zhì)炭的BC450、BC650 處理，其中CK 處理的水溶性有機(jī)物含量呈先上升后下降的趨勢，而BC450、BC650處理的水溶性有機(jī)物無明顯的上升趨勢，保持平緩趨勢后再下降，3 個(gè)處理的水溶性有機(jī)物在堆肥后期均快速下降。堆肥過程中BC450、BC650 處理之間差異較小，呈相同的變化規(guī)律。堆肥43 d 后，BC450、BC650處理的水溶性有機(jī)物含量較CK處理分別降低了24.0%、26.96%，三者差異不顯著（P>0.05）。

圖2 堆肥過程中總有機(jī)碳（A）和水溶性有機(jī)物（B）含量變化Figure 2 Changes of total organic carbon（A）and water-soluble organic matter contents（B）during composting

2.3 添加生物質(zhì)炭對堆肥可提取腐植酸及胡敏素含量的影響

可提取腐植酸是有機(jī)物料在微生物、酶的共同作用下形成的特殊的高分子化合物。圖3A為堆肥過程中可提取腐植酸含量動(dòng)態(tài)，可提取腐植酸含量隨著堆肥時(shí)間的增加呈先上升后平緩下降的趨勢，堆肥體可提取腐植酸含量在堆肥中期達(dá)最大值，其中CK 處理的可提取腐植酸在堆肥后期仍有上升的趨勢。CK處理的可提取腐植酸含量最高，BC450 處理其次，BC650處理最低。堆肥43 d后，BC450、BC650處理的可提取腐植酸含量較CK 處理分別顯著降低了29.32%、42.37%（P<0.05），而BC450、BC650 處理之間差異不顯著（P>0.05）。

胡敏素是與礦物質(zhì)緊密結(jié)合的腐殖物質(zhì)，具有大分子結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)不均勻性和惰性。圖3B 為堆肥過程中胡敏素含量動(dòng)態(tài)變化曲線，CK 處理的胡敏素含量隨堆肥時(shí)間的增加呈明顯的下降趨勢，且堆肥初期和后期降幅較堆肥中期更加明顯。添加生物質(zhì)炭的BC450、BC650 處理的胡敏素含量總體呈下降的趨勢，但BC650處理在堆肥后期有略微增加的趨勢。添加生物質(zhì)炭的BC450、BC650 處理的胡敏素含量高于CK 處理，且BC650 處理與CK 處理差異顯著（P<0.05），但與BC450處理差異不顯著（P>0.05）。

圖3 堆肥過程中可提取腐植酸（A）和胡敏素（B）含量變化Figure 3 Changes of extracted humic acid（A）and humin contents（B）during composting

2.4 添加生物質(zhì)炭對堆肥可提取腐植酸組成變化的影響

2.4.1 富里酸含量變化

富里酸是可提取腐植酸中分子量較小、活性較大、氧化程度較高的組分。圖4A為堆肥過程中堆肥體富里酸含量的動(dòng)態(tài)變化曲線，隨著堆肥時(shí)間的增加，堆肥體富里酸含量呈下降的趨勢，CK處理的富里酸含量顯著高于添加生物質(zhì)炭的BC450、BC650 處理（P<0.05），但BC450 處理與BC650 處理差異不顯著（P>0.05）。堆肥43 d后，BC450、BC650處理的富里酸含量較CK處理分別降低38.05%、46.77%。

2.4.2 胡敏酸含量變化

胡敏酸是可提取腐植酸中分子量較大的組分，比較穩(wěn)定，對土壤養(yǎng)分保持及土壤結(jié)構(gòu)形成具有重要意義。圖4B 顯示，在整個(gè)堆肥過程中胡敏酸含量總體呈增加的趨勢，CK 處理的胡敏酸含量隨著堆肥時(shí)間的增加持續(xù)上升，在堆肥中期上升的幅度較平緩，而BC450、BC650 處理的胡敏酸含量在堆肥前期持續(xù)升高，在堆肥中期達(dá)到最大值，之后呈下降趨勢，但下降的幅度較小。不同處理之間，CK 處理的胡敏酸含量最高，BC450 處理次之，BC650 處理最低，堆肥中添加生物質(zhì)炭降低了堆肥體的胡敏酸含量，且生物質(zhì)炭熱解溫度越高，堆肥體的胡敏酸含量越低。堆肥43 d后，BC450、BC650 處理的胡敏酸含量較CK 處理分別顯著降低26.28%、40.83%（P<0.05），但BC450 和BC650處理間差異不顯著（P>0.05）。

圖4 堆肥過程中富里酸（A）和胡敏酸（B）含量變化Figure 4 Changes of fulvic acid（A）and humic acid contents（B）during composting

2.5 添加生物質(zhì)炭對堆肥腐殖化率、腐殖化指數(shù)、胡富比、胡敏酸百分比的影響

堆肥腐殖化率即可提取腐植酸占總有機(jī)碳的百分比。由圖5A 可以看出，3 個(gè)處理的腐殖化率變化具有明顯差異，隨著堆肥時(shí)間的增加，CK處理的腐殖化率呈上升的趨勢，在堆肥30 d 時(shí)有小幅的降低，但之后又迅速上升。添加生物質(zhì)炭后，堆肥體的腐殖化率呈先上升后下降的趨勢，在堆肥前期上升較快，而堆肥后期下降較平緩。CK 處理的腐殖化率大于BC450、BC650處理，且BC450處理的腐殖化率在整個(gè)堆肥過程中均大于BC650 處理，堆肥結(jié)束后，CK、BC450、BC650 處理的腐殖化率分別為23.97%、15.56%、11.59%，可見添加生物質(zhì)炭降低了堆肥體的腐殖化率，添加650℃熱解生物質(zhì)炭處理的堆肥體腐殖化率低于450℃熱解生物質(zhì)炭處理，但差異不顯著（P>0.05）。

腐殖化指數(shù)是堆肥過程中胡敏酸占總有機(jī)碳的百分比。腐殖化指數(shù)隨著堆肥的進(jìn)行呈上升趨勢（圖5B），這主要是由于隨著易降解有機(jī)物的不斷分解，相對穩(wěn)定的胡敏酸組分占堆肥有機(jī)碳的比例不斷上升。各處理腐殖化指數(shù)表現(xiàn)為CK>BC450>BC650，堆肥43 d 后，CK、BC450、BC650 處理的腐殖化指數(shù)分別是堆肥起始值的1.51、1.54、1.63 倍，說明添加生物質(zhì)炭有利于增加堆肥產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，提高堆肥質(zhì)量。

圖5 堆肥過程中腐殖化率（A）和腐殖化指數(shù)（B）變化Figure 5 Changes of humification rate（A）and humification index（B）during composting

胡富比即胡敏酸與富里酸含量的比值。由圖6可知，在堆肥初始階段，不同處理之間的胡富比無明顯差異，中后期則表現(xiàn)為添加生物質(zhì)炭處理的堆肥體胡富比大于對照處理，但3 個(gè)處理之間的胡富比差異不顯著（P>0.05）。堆肥結(jié)束后CK、BC450 和BC650處理的胡富比分別為2.86、3.41 和3.19，一般認(rèn)為堆肥胡富比>1.7 時(shí)堆肥完全腐熟，因此，3 個(gè)堆肥處理均符合堆肥完全腐熟的要求，并且添加生物質(zhì)炭促進(jìn)了胡敏酸的合成及堆肥的腐熟。

圖6 堆肥過程中胡富比變化Figure 6 Changes of humic and fulvic acid ratio during composting

3 討論

本研究結(jié)果表明，隨著堆肥時(shí)間的增加，堆肥體總有機(jī)碳含量呈下降的趨勢，主要是由于堆肥過程中微生物的新陳代謝和細(xì)胞物質(zhì)的合成需要大量的營養(yǎng)元素，堆肥物料中的碳素物質(zhì)在微生物新陳代謝過程中提供能源和碳源，部分碳轉(zhuǎn)化成二氧化碳被消耗掉，從而逐漸降低了堆肥體的總有機(jī)碳含量[17]。堆肥過程中添加生物質(zhì)炭處理的總有機(jī)碳含量高于CK處理，且BC650 處理的總有機(jī)碳含量高于BC450 處理，主要是由于有機(jī)物料經(jīng)高溫厭氧處理后，顯著降低物料中易被降解利用的有機(jī)碳含量，特別是在650 ℃條件下生物質(zhì)炭熱解更充分、芳香化程度更高，其不易被降解利用的有機(jī)碳含量高于450 ℃條件下熱解的生物質(zhì)炭，從而提高了堆肥體的總有機(jī)碳含量[16]。另外，堆肥過程中水溶性有機(jī)物主要為能溶于水的有機(jī)組分，包括可溶性糖、有機(jī)酸等，具有移動(dòng)快、易氧化分解與礦化的特點(diǎn)[17-18]，生物質(zhì)炭經(jīng)熱解處理后，一方面水溶性有機(jī)物被迅速炭化分解[19]，其含量本身就很低或幾乎沒有，另一方面生物質(zhì)炭具有豐富的比表面積及孔隙結(jié)構(gòu)，在堆肥體中對水溶性有機(jī)物具有吸附固定作用[20]，不易被水浸提出來，從而導(dǎo)致生物質(zhì)炭處理的堆肥體水溶性有機(jī)物含量檢測值明顯低于CK 處理，而不同熱解溫度生物質(zhì)炭處理之間無顯著差異，主要是因?yàn)楸驹囼?yàn)生物質(zhì)炭添加量相同，且2種類型的生物質(zhì)炭中易被浸提利用的水溶性有機(jī)物含量均較低，所以對堆肥物料中的水溶性有機(jī)物吸附能力相當(dāng)[21]。

根據(jù)在焦磷酸鈉與氫氧化鈉混合液中的溶解性，腐殖質(zhì)分為可提取的腐植酸和不可提取的胡敏素，其中再根據(jù)腐植酸在酸堿溶液中的溶解度，分為富里酸和胡敏酸[22]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，羊糞與食用菌渣混合堆肥過程中，添加生物質(zhì)炭處理的可提取腐植酸、富里酸、胡敏酸含量均顯著低于CK 處理（P<0.05）。這與孫文彬[11]將550℃制取的生物質(zhì)炭應(yīng)用于城市污泥堆肥過程中得到的腐植酸含量的結(jié)果一致，該研究認(rèn)為堆肥過程中添加生物質(zhì)炭會(huì)因“稀釋作用”而降低堆肥體中腐植酸含量。另外，本研究還發(fā)現(xiàn)添加650 ℃熱解生物質(zhì)炭處理的可提取腐植酸、富里酸、胡敏酸含量均低于添加450 ℃熱解的生物質(zhì)炭處理。一般認(rèn)為堆肥中的腐植酸一部分來源于堆肥物料，另一部分來源于堆肥體中原有腐植酸[23]。許多學(xué)者認(rèn)為堆肥過程中生物質(zhì)炭對堆肥腐殖化進(jìn)程的促進(jìn)，主要?dú)w因于生物質(zhì)炭與堆肥有機(jī)碳的交互作用[10]以及生物質(zhì)炭對微生物活動(dòng)的影響[24]，但也有研究表明堆肥的腐殖化過程與礦質(zhì)化分解過程同時(shí)存在，共同影響堆肥中腐植酸的含量[19]。堆肥腐植酸形成過程需要堆肥體提供生成腐植酸的前體物質(zhì)，如脂肪族碳等物質(zhì)[23]，但是這類物質(zhì)極易在高溫厭氧條件裂解，并且當(dāng)熱解溫度≤400 ℃時(shí)，生物質(zhì)炭中殘留有機(jī)質(zhì)較多、脂肪族碳含量相對較高[25]，而本試驗(yàn)中2 種生物質(zhì)炭的熱解溫度分別為450、650 ℃，其芳香化結(jié)構(gòu)和致密性加強(qiáng)，且孔隙結(jié)構(gòu)更發(fā)達(dá)、比表面積更大[16，20]，不僅不能為堆肥體的腐殖化形成提供前體物質(zhì)，反而因吸附作用固定腐植酸，從而導(dǎo)致可浸提的腐植酸、富里酸、胡敏酸含量降低。因此，項(xiàng)目組在下一步的研究中需增設(shè)低于400 ℃熱解的生物質(zhì)炭處理，解析堆肥中可提取腐植酸及其組分對生物質(zhì)炭熱解溫度的響應(yīng)機(jī)制。

堆肥腐殖化率、腐殖化指數(shù)是評價(jià)堆肥腐殖化程度的直觀性指標(biāo)，腐殖化率、腐殖化指數(shù)越高說明堆肥產(chǎn)品質(zhì)量越好[19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明BC450、BC650處理的堆肥腐殖化率、腐殖化指數(shù)低于CK處理，并且BC650 處理的堆肥腐殖化率、腐殖化指數(shù)低于BC450處理，綜合圖3、圖4 結(jié)果可見，羊糞與食用菌渣混合堆肥過程中，添加生物質(zhì)炭提高了堆肥體總有機(jī)碳含量、降低了可提取腐植酸與胡敏酸含量，則必然導(dǎo)致堆肥腐殖化率、腐殖化指數(shù)的降低。另外，堆肥過程中富里酸分子量較小、結(jié)構(gòu)簡單、容易被微生物分解，隨著有機(jī)物料的分解，部分富里酸也被分解，同時(shí)生成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的胡敏酸[25]。胡敏酸是腐植酸中分子量大、穩(wěn)定性高的物質(zhì)，且含有多種功能基團(tuán)，如羧基、酚羥基等對土壤修復(fù)有益的物質(zhì)[3]。胡富比是評價(jià)堆肥腐殖化品質(zhì)和穩(wěn)定性的常用指標(biāo)[19]，本試驗(yàn)結(jié)果表明，在堆肥中后期，BC450、BC650 處理堆肥體的胡富比大于CK 處理，與屠巧萍[12]、閆金龍等[26]研究結(jié)果一致，說明添加生物質(zhì)炭可以提高堆肥中腐植酸的穩(wěn)定性。另外，堆肥結(jié)束后BC450 處理的胡富比大于BC650處理，說明生物質(zhì)炭熱解溫度的提高并不利于提升堆肥物料腐殖化的品質(zhì)和穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

（1）羊糞與食用菌渣混合堆肥中，添加生物質(zhì)炭促進(jìn)了第1～14 天堆肥溫度的快速上升，縮短了堆溫達(dá)55 ℃的升溫時(shí)間，提高了種子發(fā)芽指數(shù)，滿足羊糞堆肥無害化及腐熟的標(biāo)準(zhǔn)要求，其中添加650 ℃熱解的生物質(zhì)炭對堆肥腐熟的促進(jìn)作用優(yōu)于450 ℃熱解的生物質(zhì)炭。

（2）添加生物質(zhì)炭降低了堆肥體的水溶性有機(jī)物、可提取腐植酸、富里酸、胡敏酸含量以及腐殖化率和腐殖化指數(shù)，提高了總有機(jī)碳、胡敏素含量以及胡富比。堆肥43 d 后，添加450 ℃熱解生物質(zhì)炭的處理中可提取腐植酸及其組分含量、腐殖化程度均高于添加650 ℃熱解生物質(zhì)炭的處理。

（3）添加生物質(zhì)炭促進(jìn)了堆肥的腐解，雖沒有提高腐植酸及其組分的絕對含量，但提升了腐植酸的穩(wěn)定性，且添加450 ℃熱解生物質(zhì)炭處理的堆肥腐殖化程度優(yōu)于添加650 ℃熱解生物質(zhì)炭處理。