芝麻饼肥与牛粪肥的理化性质的比较研究

贺路影 吴诗吟 苏文金 张芹

摘要：本文依据 《NY525—2012有机肥料》标准，选取以芝麻饼渣和牛粪为原料的2种有机肥料，测定2种有机肥料的pH值、电导率、水分含量、有机质（TOC）、C、N、C/N、P、Ca、K、Mg、Zn、Mn及重金属Pb、Ni、Cd、Hg、Cr（VI）等理化指标。通过对比2种有机肥料的理化指标发现，芝麻饼肥中有机质与营养元素的含量比牛粪肥高，肥力更好，施以较少的量就可以满足植物生长所需要的营养。但芝麻饼肥的pH值为9.19，明显呈碱性，超过有机肥料pH5.5～8.0的范围标准，同时芝麻饼肥中的重金属含量高于牛粪肥，因此在碱性土壤中施用芝麻饼肥时一定要注意平衡pH值，控制施用量，避免重金属污染和土壤酸碱化。

关键词：芝麻饼渣肥; 牛粪肥; 有机肥料;理化指标; ICP-MS

中图分类号：S963.91文献标识码：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20190615009

随着生活水平的提高，人民对于安全、卫生、有机、绿色、无公害食品的需求日益增加。广大农民迫切需要通过施用有机肥来提高农产品的品质及市场竞争力[1]。有机肥料的有机质含量高、营养元素全面、肥效长，增施有机肥不仅能改善土壤中微生物群落的结构，还能够改良土壤结构，维持土地肥力，提高农作物品质，提高废弃物的利用率，减少环境污染[2-5]。

目前，有机肥料的研究主要集中在2方面，针对有机肥对农作物的影响，即生长发育[6]、作物产量[7-9]、农作物品质[9]，例如丁力[9]等人研究发现动物源性有机肥随着施用量的增加其对茶树的光合指标、茶叶产量、茶叶品质、根际土壤酶活性均呈现出先上升后趋于平稳的趋势;针对有机肥对土壤的性质，如土壤肥力[8，10]、土壤酶活性[9]、土壤酸碱性[11]、土壤微生物[6，11-12]和重金属污染[13-23]的研究。王飞等人[16]对华北地区以畜禽粪便为原料的商品有机肥中重金属含量及污染状况进行了调查研究，发现有机肥中Pb的超标率达到80%以上。李发等人[17]也发现黄淮海地区鸡粪有机肥中重金属Cd、As、Pb 存在超标现象，且不同省市之间重金属含量差异明显。

有机肥种类繁多，根据土壤的性质以及农作物生长的不同阶段，可以施加不同种类及性质的有机肥料，但是如何选择不同种类有机肥料缺乏科学依据。有机质、营养元素、pH值和重金属含量是评价有机肥料理化性质的重要指标。有机肥中pH值过高或过低会破坏土壤中离子间的化学平衡，造成土壤严重的酸碱化，抑制光合细菌等微生物的生长[24]，但也可调控土壤的酸碱性，例如有机肥pH过高，适合在红壤、黄壤、砖红壤、赤红壤和灰化土等酸性土壤中施用;有机肥pH值过低，适合在石灰质土、盐土和碱土等碱性土壤中施用。当植物体内缺乏某种元素时，会产生生理障碍，影响生长;某种元素过剩时，则会影响其它元素吸收，从而使植物的生长受阻。有机肥虽然能够很好的提高土壤的肥力，但所含成分复杂，在土壤中变化经历的时间较长，对土壤肥力和土壤品质变化也会造成不可预测的影响 [10] ，例如重金属污染[13-23]。因而，通过对土壤的有机质、营养元素、pH值和重金属含量的分析检测，根据土壤及农作物的实际情况以及植物的生长阶段进行合理与科学应用有机肥料就具有重要实际意义。

本文通过对芝麻饼肥和牛粪肥两种有机肥料pH值、电导率、水分含量、有机质（TOC）、C、N、C/N、P、Ca、K、Mg、Zn、Mn及重金属Pb、Ni、Cd、Hg、Cr（VI）等理化指标的测定，通过比较2种有机肥的理化性质，确定其使用的土壤环境及农作物的生长阶段，为农业生产中合理施用有机肥提供科学依据。

1材料与方法

1.1试剂与仪器

重铬酸钾、硫酸亚铁、98%浓硫酸、浓硝酸试剂均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司。邻菲罗啉指示劑、二氧化硅、磷标准溶液、2，4-二硝基酚指示剂、偏钒酸铵、钾标准溶液、钙标准溶液、镁标准溶液、锌标准溶液、锰标准溶液、铅标准溶液、镍标准溶液、镉标准溶液、汞标准溶液、六价铬标准溶液均为分析纯，购自北京中检航标计量技术有限公司。芝麻饼肥、牛粪肥购自市售。

电热恒温鼓风干燥箱（DHG-9075A，上海普度生化科技有限公司），电子天平（SE-202F，美国奥豪斯公司），酸度计（PHS-3C，上海仪电科学仪器股份有限公司），电导率仪（DDS-307，上海仪电科学仪器股份有限公司）磁力加热机搅拌器（德国IKA公司），元素分析仪（varioEL III Elementar，德国元素分析系统有限公司），紫外-可见光度计，UV2550（日本岛津公司），电感耦合等离子体质谱ICP-MS（Agilent 7700x，美国 Agilent公司）

1.2有机肥料pH、电导率、水分的测定

风干样品过40目筛，称取10.0g，加50mL水，搅拌15min，静置后取上层清液，测pH和电导率。称取样品100g，置于100℃干燥箱烘干至恒重，称量后测定其水分含量。每个样品分别做3个平行试验。

1.3有机肥料中有机质（TOC）、C、N、C/N、P的测定采用重铬酸钾容量法测定有机质（TOC）。利用元素分析仪检测C、N、C/N。采用比色法测磷的含量，主要根据溶液中的磷酸根离子与偏钒酸和钼酸反应形成黄色三元杂多酸，其吸光度与含磷量呈正比，测定磷含量。配制1mL含磷0μg、2.0μg、4.0μg、6.0μg、8.0μg、10.0μg、12.0μg的标准溶液。室温放置20min后，选择440nm波长进行比色测定，绘制标准曲线。样品中P的测定与标准溶液同条件下显色、比色、测其吸光度，代入标准曲线方程，计算其浓度。

1.4有机肥料金属元素的测定

样品经硫酸-过氧化氢消解，用ICP-MS测定标准溶液和样品中Ca、K、Mg、Zn、Mn、Pb、Ni、Cd、Hg、Cr（VI）的含量。

2结果与分析

2.12种有机肥料的pH、电导率、水分含量的测定及比较由表1可知，牛粪肥样品的pH值为6.22，符合有机肥标准，而芝麻饼肥的pH值为9，超出了有机肥料规定的pH值5.5～8.5的范围[25]，虽然微碱性对作物的生长有益，但是施用碱性过高有机肥会使土壤碱化，破坏土壤结构，抑制土壤中有关微生物的活动，从而影响氮元素及其它营养元素的转化，不利于作物的生长发育，在施用芝麻饼肥时，要注意平衡其碱性。

芝麻饼肥与牛粪肥的电导率分别8.93ms/cm与6.13ms/cm。芝麻饼肥高于牛粪肥，说明芝麻饼肥含盐量较高，在水分充裕情况下，会解离出电解质离子，当其浓度过高时，容易引起离子毒害，使植物很难吸收营养物质和水分，造成“生理干旱”和缺乏营养。因此，芝麻饼肥在施用的过程中，要避免在盐含量较高的土壤中使用;应搭配酸性物质降低土壤的pH;应给植物补充足够的水分，避免作物缺水。

芝麻饼肥与牛粪肥的含水量分别为15.94%与8.89%。均符合≤30%的标准[25]，但前者水分含量高出后者40%左右，这是由于芝麻饼肥含盐量高，具有吸水的特性，即适宜微生物的分解，又不易造成虫卵繁殖。而牛粪肥的原料为动物的粪便，含有细微的植物碎屑，风干后水分含量减少，因此水分含量较芝麻饼肥低，在施用牛粪肥时可以适当加水，使肥料吸收水分，增加湿度，利于微生物的繁殖。

2.22种有机肥料中有机质（TOC）、C、N、C/N、P、Ca、K、Mg、Zn、Mn、含量的测定及比较有机肥料中有机质（TOC）、C、N、C/N、P、Ca、K、Mg、Zn、Mn含量的测定见表3，芝麻饼肥有机质含量为63%，牛粪肥有机质含量为45%，说明芝麻饼肥的有机质含量较高。这是由于芝麻饼肥是由芝麻饼渣发酵腐熟而成，原料中有机质的含量较为丰富，牛粪肥的原料主要为牛粪便，相对来说有机质的含量较芝麻饼渣低。一般来说土壤有机质含量的多少，是衡量土壤肥力高低的一个重要指标，施用芝麻饼肥会使土壤的肥力更好。牛粪肥中有机质含量在45%左右，仍高于普通化肥中有机质含量，肥力仍比普通化肥好。由表3 2种有机肥的C、N检测结果可知，芝麻饼肥的C、N含量明显高于牛粪肥，但C/N为5.47，明显低于牛粪肥，说明芝麻饼肥的矿化率低，能够为植物提供更多的氮营养元素。

由表2、表3可知，芝麻饼肥中Ca、Mg、Zn、P的含量与牛粪肥接近，芝麻饼肥中K、Mn的含量远远低于牛粪肥。K能够增加作物含糖量，改善作物中纤维的品质，增加果蔬中维生素及蛋白质的含量，在氮、磷充足的基础上，在植物生长、成熟阶段施用K含量高的牛粪肥能够更好的改善果蔬品质，增加植物抗干旱和病虫害的能力。锰可以促进光合作用，调节植物体内的氧化还原反应，促进种子萌发时胚芽鞘的延伸，加强种子萌发时淀粉及蛋白质的水解过程，对种子及幼苗的生长十分有利，在播种时期及作物生长前期施加牛粪肥，有利于植物的生长发育。但植物体内锰含量过高时会导致缺铁，因此在牛粪肥的施用过程中，也要注意量的控制。

2.32种有机肥料中重金属元素Pb、Ni、Cd、Hg、Cr（VI）含量的测定及比较由表4  2种有机肥中Pb、Ni、Cd、Hg、Cr（VI）检测结果知，芝麻饼肥中Pb、Ni、Cd、Hg、Cr（VI）4种重金属含量均超过牛粪肥。这可能是由于制造芝麻饼肥的农作物芝麻在生长过程中施肥不当，肥料中重金属超标或土壤环境中重金属超标，使其原料受到了重金属污染。此外在商品有机肥料的生产中还会使用粘结剂如凹凸棒、膨润土和磷石膏等必要添加物质，这些粘结剂的添加也可能成为商品有机肥中重金属的来源之一。因此在施用芝麻饼肥时，应控制芝麻饼肥的施用量，避免造成单位土地面积上重金属含量的超标。牛粪肥的原料经过了动物的分解代谢，相对来说重金属含量较低。但上述2种有机肥中重金属含量依舊符合有机肥料标准NY525-2012，可施用于农作物。

3结论

本次实验选取芝麻饼肥与牛粪肥2种市售有机肥料，结果发现，牛粪肥的各项指标均符合有机肥料标准NY525-2012;芝麻饼肥相比于牛粪肥而言，有机质含量、金属离子含量均比牛粪肥高，肥力较牛粪肥好，若使用等量，芝麻饼肥所能提供的营养物质更多，能够为植物的生长发育提供更好的营养，但pH值过高，使用需注意调节pH以免对植物造成危害，同时注意用量，避免重金属超标。在播种时期及作物生长前期施加牛粪肥，由于Mn含量较高，有利于植物的生长发育;在果蔬成熟阶段施加牛粪肥，由于K含量较高，可以改善果实的品质。

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作者简介：贺路影（1991-），女，硕士，研究方向：食品中有害物质检测;张芹（1976-），女，副教授，博士，研究方向：食品分析及表面物质化学。