不同城乡有机垃圾堆肥碳磷特征分析

云 鹏,马 倩,黄明慧,颜雅欣,严正娟, 王辛龙

(1.四川大学化学工程学院,成都 610065;2.北京市有机废弃物资源化工程技术研究中心/北京嘉博文生物科技有限公司,北京 100015)

【研究意义】磷(P)是生命活动不可缺少的营养元素,磷肥是重要的农用三大肥料之一,对保障国家粮食安全至关重要。然而,由于磷肥的低效利用,导致磷矿资源浪费和短缺加剧、生态环境破环、农田土壤退化和面源污染等一系列问题[1-5]。提高磷肥利用效率和循环利用废弃物磷资源是当前应对磷矿资源危机,缓解生态环境问题的关键途径。我国每年产生大量有机垃圾,因其含有丰富的有机碳,同时包含一定磷养分资源,将其堆肥化处理后,进行循环利用,能够通过以碳促磷和废弃物磷养分的循环利用双重途径实现磷资源的高效利用和缓解环境问题[6-8],是目前解决粮食安全-资源-环境系列问题关注的热点。因此,探明有机垃圾堆肥的碳磷特征,对提出合理的管理策略和开发新型肥料,实现磷资源高效利用和废弃物利用意义重大。【前人研究进展】堆肥原料是影响堆肥碳磷含量及其组成的关键因素。不同有机垃圾堆肥中碳磷含量及其组成可能存在较大差异,进而导致其施用土壤后对土壤碳磷素转化和磷养分有效性的影响不同。已有研究对有机垃圾或其堆肥产物中的磷素含量和形态进行了研究,通常粪肥中磷含量及其活性态磷组分较高,而秸秆中磷素含量相对较低[3, 9]。同时,对于堆肥中有机碳的研究一直是关注的重点,大部分研究主要针对堆肥特定的物质进行表征,如腐殖酸、水溶性有机碳等[10-11]。【本研究切入点】前人缺乏对堆肥中有机碳组成、结构和稳定性的综合研究,以及有机碳组成和磷素形态组成的协同性分析。【拟解决的关键问题】选取以餐厨垃圾、园林废弃物、鸡粪和牛粪为主要原料的4种堆肥为研究对象,运用多种技术手段解析堆肥中的碳磷含量及其组分,为磷资源高效利用和废弃物循环利用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 典型城乡混合有机垃圾堆肥采集

2021年5月对4种典型的城乡混合有机垃圾好氧堆肥处理模式进行调研,并进行堆肥样品采集。4种堆肥分别为:① 餐厨垃圾堆肥(FW),取自北京海淀,堆肥原料以餐厨垃圾为主,稻壳为辅助(餐厨垃圾∶稻壳=2∶1),将餐厨垃圾筛选和固液分离,固相部分和稻壳混合置于生化机,采用精准好氧技术,在80 ℃下好氧发酵12 h;② 城市园林废弃物堆肥(GW),取自北京海淀,以园林废弃物为原料,机械粉碎至粒径小于5 mm,添加微生物菌剂并控制物料含水量至60%～70%,进行30 d 好氧发酵;③ 鸡粪/秸秆堆肥(ChM),取自湖北郧阳,以畜禽粪便(鸡粪为主)∶菌棒骨渣∶木瓜渣=3∶3∶1为原料,加入发酵菌种,进行35 d 控氧发酵;④ 牛粪/秸秆堆肥(CaM),取自湖北宜城,以畜禽粪便(牛粪为主)∶秸秆=3∶1为原料,加入发酵菌种,进行35 d 控氧发酵。堆肥样品采用多点取样法,从堆体的不同位置采集样品,将样品均匀混合,确保其一致性,采集样品总量为3 kg。堆肥原料的基本性质见表1。

1.2 样品处理与测定方法

将采集的堆肥样品,迅速带回室内,一部分风干过2 mm筛保存备用,一部分置于冰箱(-20 ℃)中备用。全磷采用浓硫酸-过氧化氢消煮-钒钼黄比色法测定,有机磷含量采用灼烧法-钼蓝比色法测定,无机磷含量为全磷与有机磷含量的差值。堆肥磷分组采用修正的Hedley连续浸提磷分级方法[9, 12],依次采用去离子水(H2O-P)、0.5 mol/L NaHCO3(pH=8.5)溶液(NaHCO3-P)、0.1 mol/L NaOH溶液(NaOH-P)和1.0 mol/L HCl溶液(HCl-P)浸提,总磷含量采用过硫酸铵氧化-钼锑抗比色法测定,最后采用H4SO4-H2O2消煮-钼锑抗比色法测定残余态磷(Residual-P)。总有机碳含量采用重铬酸钾外加热容量法,易氧化有机碳采用高锰酸钾氧化-紫外分光光度法[13],水溶性有机碳采用去离子水浸提并通过总有机碳测定仪(Vario TOC,赛默飞)测定。

小分子有机酸与氨基酸含量:堆肥鲜样用去离子水振荡浸提后(堆肥∶去离子水为1∶10),采用高效液相色谱(LC-10AS,岛津)测定小分子有机酸,采用KCl浸提-甲醛滴定法测定氨基酸含量。

腐殖酸(HS)提取采用0.1 mol/L焦磷酸钠和0.1 mol/L氢氧化钠混合浸提液,在室温下振荡浸提后,离心分离悬浮固体,浸提重复3次。采用0.5 mol/L HCl将浸提液pH调至7.0,过0.45 μm滤膜,得到腐殖酸(HS),冷冻干燥后备用。通过6 mol/L HCl将腐殖酸(HS)溶液的pH调至1.0,并将其在4 ℃冰箱中静置12 h后,离心分离得到的沉淀物为胡敏酸(HA),上层清液为富里酸(FA),分别冷冻干燥后备用[14]。腐殖酸碳(HSC)和胡敏酸碳(HAC)通过总有机碳测定仪(Vario TOC,赛默飞)测定其碳含量,而富里酸碳(FAC)含量采用差减法计算FAC=HSC-HAC。腐殖化参数计算方法为腐殖化率(Humification ratio,HR)=HSC/TOC×100%;腐殖化系数(Humification index,HI)=HAC/FAC。

傅里叶变化红外吸收光谱(FTIR)分析:堆肥和水溶性有机质的红外光谱采用KBr压片法在傅里叶红外光谱仪上(FTT,珀金埃尔默)测定,扫描模式为4000～400 cm-1。对谱线选取特征峰,并对相应的官能团进行半定量分析[15]。

热重(TG)分析:将堆肥样品置于热重分析仪(STA449F3,耐驰),在空气条件下,实验温度为室温至800 ℃,升温速率为10 ℃/min[16-17]。

1.3 数据计算及处理

采用Excel 2019处理数据和Origin 2021制作数据图。

2 结果与分析

2.1 不同有机垃圾堆肥有机碳特征

2.1.1 有机碳组成 不同有机垃圾堆肥的有机碳组分间差异明显(表2)。4种堆肥以FW堆肥的总有机碳(TOC)含量最高,达367.72 g/kg,其余三者的总有机碳含量在242.24～281.41 g/kg。易氧化有机碳(ROC)是容易被氧化剂如高锰酸钾分解的含碳化合物,是活性有机碳。4种堆肥的易氧化有机碳含量表现为GW≈ChM>FW≈CaM,GW堆肥最高为150.62 g/kg。易氧化有机碳占总有机碳的比例(ROC/TOC)以FW堆肥最低(31.54%),GW堆肥最高(57.22%),2种粪肥在50%左右。水溶性有机碳(DOC)是活性最高的有机碳组分,极容易矿化。4种堆肥水溶性有机碳含量及其占总有机磷碳的比例均差异明显,表现为FW>ChM>CaM>GW,其中FW堆肥的水溶性有机碳含量以及DOC/TOC分别为41.16 g/kg和11.2%,明显高于其他3种堆肥。

堆肥腐殖质类物质是堆肥品质最核心的指标,也是影响堆肥农田效果的重要因素。腐殖酸碳(HSC)是堆肥最重要的有机碳成分,其对土壤生态、结构、养分有效性和植物生长都有重要影响[18-21]。如表3所示,4种堆肥的腐殖酸碳含量表现为GW>FW>CaM>ChM。腐殖化率(HR)以GW最高,达到47.57%,其他3种堆肥在20%～30%。腐殖酸碳根据其组分在酸碱溶液中溶解性的不同可分胡敏酸碳(HAC)和富里酸碳(FAC),HAC溶于酸不溶于碱,是腐殖酸碳中的分子量大、稳定性高的物质,且含有多种功能基,如羧基、酚羟基等,也是对土壤修复最有利的物质[22],FAC则既溶于酸也溶于碱,是腐殖酸碳中分子量较小、活性较大和氧化程度较高的组分,易被微生物降解。4种堆肥的胡敏酸碳含量以GW堆肥最高(33.69 g/kg),FW堆肥最低(7.08 g/kg),2种粪肥堆肥的胡敏酸含量接近;富里酸碳含量为GW>FW>CaM≈ChM。腐殖化系数(HI)也以GW堆肥最高(0.37),而FW仅为0.09,2种堆肥的HI位于二者之间。

表2 不同堆肥的有机碳组成

表3 不同堆肥的腐殖酸及其组分含量和腐殖化参数

4种堆肥的活性有机组成小分子有机酸和氨基酸含量差异明显,FW、ChM堆肥的小分子有机酸和氨基酸含量明显高于GW、CaM堆肥(表4)。FW和ChM堆肥中具有丰富的小分子有机酸,总含量分别为61.16 和2.11 g/kg,差异较大;同时,FW和ChM堆肥的中氨基酸分别为11.24 和15.44 g/kg。 GW和CaM堆肥中仅低含量的草酸和氨基酸被检测到。

2.1.2 有机碳结构特征 傅里叶红外光谱(FTIR)广泛用于堆肥有机碳官能团的分析。本研究中,堆肥有机碳红外谱图中主要的特征吸收峰有: 2920 和2850 cm-1(脂族 C-H伸缩),1720 cm-1(羧酸和羰基C=O伸缩),1620 cm-1(芳环骨架C=C,H键缔合C=O和酰胺键O=C-H等叠加),1300～1400 cm-1(醇或羧酸类的O-H弯曲和酚类的C-O伸缩),1250 cm-1(羧酸C-O伸缩)和1030 cm-1(多糖C-O伸缩)[15-16, 18]。

4种堆肥本身的红外光谱具有相似形状(图1-a),说明它们具有相似的官能团类型,特征峰处吸收强度存在不同程度的差异(图 1-a和表5)。FW堆肥在2920、2850、1720 和1250 cm-1处的峰强度强于其它3种堆肥,说明其含有更丰富的脂类C-H及羰基和羧基的C=O结构,进而说明其存在较高含量的小分子有机酸和脂肪酸物质。2920 和2850 cm-1处的吸收峰面积与1620 cm-1处的吸收峰面积比值可指示堆肥本身、腐殖质等有机碳的脂肪性和芳香性的强弱,比值越小表明芳香性越强、芳构化程度越高[15]。FW堆肥(2920+2850)/1620比值为3.38,明显高于其它3种堆肥(≤0.20),表明FW的脂肪性更强,芳构化程度较低。GW堆肥以1620 cm-1处的相对强度最高,达到78.33%,且(2920+2850)/1620比值最低为0.10,表明其具有较强的芳构化程度和芳香性。此外,2种粪肥的(2920+2850)/1620比值也很低。

4种堆肥的水溶性有机碳红外光谱结果见图1-b。在2920、1250 cm-1处,FW堆肥的水溶性有机碳有明显吸收峰,CaM堆肥的水溶性有机碳仅有微弱峰,而GW和ChM堆肥没有出现相应的峰,表明FW堆肥的水溶性有机碳含有较高的脂肪酸结构,CaM堆肥水溶性有机碳含有少量脂肪酸结构。在1500～1300 cm-1区域内,1420 cm-1处不同堆肥的峰强度差异明显,表现为 GW>CaM>ChM>FW。此外,FW堆肥在1030 cm-1处的峰最强,表明FW堆肥中可能还存在较多多糖物质。表明,FW堆肥和CaM堆肥水溶性有机碳可能存在脂肪酸或羧酸结构物质,而GW堆肥和ChM堆肥的水溶性有机碳可能含有丰富的酚类化合物。

表4 不同堆肥的小分子有机酸及氨基酸含量

图1 不同堆肥和水溶性有机碳的傅里叶红外吸收光谱

表5 不同堆肥及其水溶性有机碳的红外光谱主要吸收峰的相对强度

2.1.3 有机碳稳定性分析 热重分析(TG)结果显示,4种堆肥的TG曲线具有相同变化趋势,随着温度升高样品质量逐渐降低,在30～750 ℃范围内的质量损失为72.13%～85.23%。DTG曲线显示4种堆肥具有相同的变化趋势以及近似的极值点和拐点。在300～350 ℃的峰主要与简单结构的有机碳有关,4种堆肥出峰顺序依次为GW>FW>ChM>CaM,其中GW的峰位置在330.33 ℃处,说明GW堆肥中简单结构的有机物热稳定性最好。在367.78 ℃处的峰可能与羟基脱除有关,4种堆肥中仅有FW堆肥出现了此峰,这与FW堆肥中含有较丰富的羧酸结构有关[17, 23]。

有机碳的热稳定性指堆肥在受热条件下,有机碳抵抗分解的能力。有机碳的热稳定性和化学稳定性、生物稳定性之间存在一定关系[24]。研究表明,在200～550 ℃范围内的质量损失主要是有机物的燃烧分解,其值与堆肥有机质含量有着良好的相关性[16, 24],这与本研究结果一致(图2)。根据Som等[16-17]的研究,将质量损失分为4个阶段:WL1(25～125 ℃)主要是由于脱水产生的质量损失;WL2(200～375 ℃)通常认为与碳水化合物的燃烧和结构简单的有机物质(如植物纤维素)有关;WL3(400～550 ℃)则与更复杂的有机物质(如芳香结构物质)有关;WL4(650～750 ℃)可能是碳酸盐等物质的热分解。将WL3与WL2 2个阶段的比值(WL3/WL2)定义为RTG,其大小用来判断堆肥稳定性[16]。如表6所示,4种堆肥均在WL2阶段质量损失最大,尤其是FW堆肥在此阶段的质量损失达44.11%,分别为GW、ChM和CaM堆肥的1.82、1.55和1.48倍,表明堆肥中易降解、简单结构有机碳含量高,尤其是FW堆肥。此外,4种堆肥在WL4阶段的质量损失差异较大,以GW堆肥损失最高,表明GW堆肥含有更多大分子结构、热稳定性良好的有机碳。4种堆肥RTG表现为GW>ChM>CaM>FW,进一步说明,GW堆肥难降解有机碳含量高、热稳定良好,FW堆肥易降解有机碳含量高、热稳定差,而两种粪肥堆肥介于FW和GW堆肥两者之间。

2.2 不同有机垃圾堆肥磷素特征

不同有机垃圾堆肥全磷含量存在较大差异,FW、GW、ChM堆肥和CaM堆肥中全磷含量分别为2.62、3.01、8.44和5.08 g/kg(图3-a)。总体而言,动物源堆肥(ChM堆肥和CaM堆肥)全磷含量高于植物源堆肥(FW堆肥和GW堆肥)全磷含量,其中以鸡粪为主要原料的ChM堆肥全磷含量最高。FW、GW、ChM堆肥和CaM 4种堆肥磷素均以无机磷为主,分别为2.02、2.40、6.64 和4.14 g/kg,占全磷含量的77.10%～81.50%(图3-b)。

采用Hedley连续浸提磷分级方法,获得4种堆肥中不同磷组分含量(图4-a)以及其占回收总磷的比例(图4-b),4种堆肥均以HCl-P占总磷比例最高(38.98%～64.76%),这部分磷是与钙结合形成的稳定矿物,为高稳定态磷,难以被植物吸收利用和随水流失[9, 12, 25],其次为活性态磷(H2O-P和NaHCO3-P),中稳定态磷(NaOH-P)和残余态磷(Residual-P)占比相对较低。不同堆肥磷素形态分布存在较大差异。与FW和GW堆肥相比,粪肥堆肥中活性态磷的占比更高,尤其是牛粪堆肥活性态磷的占比达40%;2种粪肥堆肥相比,ChM堆肥活性态磷以H2O-P为主(占总磷的17.85%),而CaM堆肥则以NaHCO3-P为主(占总磷的31.87%)。FW、GW、ChM和CaM堆肥中的中稳定态磷占总磷的比例分别为18.19%、12.39%、7.50%和16.12%,其中ChM堆肥最低。采用H4SO4-H2O2消煮提取的残余态磷(Residual-P)是最稳定的磷素形态,相对其它堆肥,GW堆肥中Residual-P占比较高。

表6 空气-热重分析中主要吸热/放热反应的质量损失

图3 不同堆肥的无机磷和有机磷含量及其占全磷的比例

3 讨 论

3.1 不同有机垃圾堆肥有机碳磷特征及影响因素

不同有机垃圾堆肥的总有机碳含量及其组分差异与堆肥原料、堆制条件和处理方式有关。本研究中堆肥总有机碳含量趋势与其堆肥原料的总有机碳含量规律一致;此外,FW堆肥的总有机碳含量最高,也与其发酵时间短、碳素损失较少有关。研究表明,高锰酸钾对氨基酸和有机酸的氧化比较缓慢,不氧化纤维素,但可氧化芳香结构的有机碳,且高锰酸钾氧化的有机碳含量与木质素含量呈正相关[27]。因此,GW堆肥原料为富含木质素的园林废弃物[28],堆肥含有较多芳香结构的有机碳,导致其热稳定性好且易氧化有机碳含量高;而FW堆肥原料为富含纤维素的秸秆和稻壳[28],堆肥芳构化程度较低且有机酸、氨基酸含量高导致易氧化有机碳含量偏低。活性有机碳组分方面,FW堆肥的水溶性有机碳、小分子有机酸和氨基酸活性有机碳组分含量最高,应该与餐厨垃圾中含有大量的脂肪酸和甘油三酸酯等油脂有关[29]; ChM堆肥的小分子有机酸和氨基酸含量次之,可能与鸡饲料结构和鸡粪蛋白质含量较高有关。与此同时,堆肥原料组成、堆肥技术和堆肥时间是影响堆肥中腐殖酸碳含量及其组成(胡敏酸碳和富里酸碳)差异的主要因素[19, 30]。堆肥过程中,前期富里酸等结构简单的含碳有机物被微生物降解,后期微生物利用难降解的木质素等作为碳源[22],腐殖化生成稳定的胡敏酸类物质。FW堆肥堆制时间较短,腐殖化程度较低,所以含有更多小分子的富里酸碳,胡敏酸类物质含量低,腐殖化系数最低。添加了菌剂的GW堆肥胡敏酸碳、富里酸碳含量最高,腐殖化参数都更高。而ChM堆肥和CaM堆肥原料和堆制条件类似,所以腐殖化参数各项值接近。

与有机碳类似,堆肥中磷含量及其组分含量受到原料来源、动物种类及饲料构成和处理方式等多种因素影响[9]。一般而言,动物粪便的磷含量通常高于秸秆和菌菇渣,非反刍动物(如鸡)粪肥中的磷含量高于反刍动物(如牛)[9],但后者活性态磷含量更高[9]。本研究结果表明,与堆肥原料的磷素特征相似,鸡粪堆肥(ChM)的总磷含量和活性形态磷含量明显高于牛粪堆肥(CaM)和植物源堆肥(FW和GW),但CaM堆肥中NaHCO3-P占总磷比例高于ChM堆肥。而ChM堆肥含有较高的有机磷,与其含有较多的植酸磷有关以及动物饲料结构及消化系统密切相关[9, 26]。

3.2 不同堆肥碳磷协同提高磷素有效性分析

有机肥施入土壤后,除了由于自身带入的磷素增加土壤磷库外,同时有机碳的施入可以通过改变土壤理化性质以及土壤生物和非生物过程,促进土壤磷素不同形态之间的转化,进而影响土壤磷素有效性。因此,不同堆肥的碳磷特征差异会导致其施用后对土壤磷素有效性的影响差异。堆肥中磷素含量和组成,有机碳含量、组成和结构等均影响土壤磷素有效性,进而影响作物磷素吸收和土壤磷素损失。磷养分含量高且活性态磷占比大的堆肥可以作为替代化肥的良好磷源,而磷养分含量低,但有机碳含量的堆肥则可能通过以碳促磷作用,促进磷素有效性提高。堆肥中的有机碳通过不同途径来提高磷素有效性。一方面,堆肥施入土壤后,水溶性有机碳在较短时间即释放到土壤溶液中,部分能够被微生物快速分解,对土壤养分转移和土壤微生物活性有着重要影响[32],是土壤中碳、氮、磷养分循环转化的纽带[33]。水溶性有机碳主要包含一些小分子有机酸、游离氨基酸、部分碳水化合物和一些富里酸类物质[34]。小分子的游离氨基酸可被植物吸收利用[34],能够抑制土壤中活性态磷向难溶磷转化[35]。而小分子有机酸物质能够促进土壤中磷素形态的转化,降低磷素在土壤中的吸附固定提高磷素利用率[36]。另一方面,堆肥中的有机碳含有丰富的羧基、酚羟基和羰基等官能团,其中含氧官能团和表面电荷可与土壤中的金属氧化物形成强相互作用力[37],与磷竞争吸附从而减少磷固定。李伟等[38]研究表明低分子量腐殖酸含有更多氧烷基碳、羧基等官能团,而磷素利用率与氧烷基碳、羧基酰胺基和烷基碳正相关,但与芳香碳和芳香C-O键负相关。Rahman等[39]也发现堆肥中芳香C-O和羰基官能团的相对丰度与Olsen-P的增加量呈负相关。

本研究中,两种粪肥堆肥磷素含量高,且以无机磷为主、活性态磷(H2O-P和NaHCO3-P)占比高,施入土壤后,能够直接补充土壤有效磷库,而被作物吸收利用[25];与此同时,粪肥堆肥具有的水溶性碳、小分子有机酸和/或氨基酸含量较高,腐殖化系数(HI)和C/P低等特点,使得其能够促进粪肥堆肥本身稳定态磷(如HCl-P)或土壤中磷释放。因此,综合碳磷特征可以将粪肥堆肥作为良好的磷源全部或部分替代化肥,实现资源循环利用。但不合理的粪肥或其堆肥施用也易导致磷素在土壤中累积[31],进而增加了磷素淋洗或径流损失,导致农田面源污染问题。因此,在粪肥堆肥的施用过程中需要采取合理的田间管理措施,控制用量。而本研究中的FW和GW堆肥磷素含量低,对土壤磷素的直接贡献有限,需要充分利用堆肥的有机碳特征来提高土壤磷素有效性和磷肥利用率。就FW堆肥而言,其水溶性有机碳、富里酸碳、小分子有机酸和氨基酸含量等高活性有机碳含量高,且羧基和羟基官能团丰富、热稳定性差,其单独施入或与化肥配施入土壤后可以通过降低磷素被土壤吸附固定,并促进土壤磷释放,进而提高磷素有效性;与此同时,活性有机碳能够显著影响土壤微生物活性,进而通过影响土壤磷素转化相关的微生物和酶活性,影响磷素的生物转化过程及其有效性。因此,FW类堆肥可以和化肥配施,提高磷肥利用效率。但有研究表明种子发芽指数会随着餐厨垃圾堆肥产品浓度升高呈下降趋势[29],这与部分小分子有机酸(如乙酸)会抑制种子的种皮破裂以及胚根出现[40-41]有关,所以施用FW堆肥时需要注意合理施肥比例。就GW堆肥而言,其有机碳结构复杂、芳构化程度较高,难降解稳定腐殖酸碳含量高,热稳定良好,施入土壤后具有增加和稳定土壤碳库[34]、改善土壤结构如团聚状态和持水能力等作用[21, 42],土壤改良效果明显。短期而言,GW堆肥对于土壤磷素有效性的提高可能不如粪肥堆肥或餐厨垃圾堆肥明显,但是长期而言,GW堆肥的施用对土壤的改良,能够提高土壤肥力,对于土壤磷素有效性的提高意义重大。综合考虑化肥替代和以碳促磷效果,也可以考虑将不同碳磷特征的堆肥配合施用,达到磷素供应、土壤改良和防止环境污染的协同。例如,FW或GW与粪肥堆肥配施,对于前者而言可增加磷素含量,对于后者而言,则可提高C/P,控制磷素用量等;FW和GW配施,可调节稳定性碳和活性碳的比例,进行互补;FW与其他堆肥配施也可以降低FW堆肥的生物毒性;合理的堆肥管理,最终可以通过碳磷协同,实现碳磷资源的高效利用。

4 结 论

(1)4种有机垃圾堆肥的磷素含量及其组分差异明显。粪肥堆肥全磷含量高于植物源堆肥(FW堆肥和GW堆肥)的全磷含量。4种堆肥均以无机磷为主,且均以HCl-P形态占比最高。活性形态磷(H2O-P和NaHCO3-P)及其占总磷比例以牛粪堆肥最高,其次为鸡粪堆肥,餐厨垃圾堆肥和园林废弃物堆肥最低。

(2)4种有机垃圾堆肥碳素含量、组成和结构特征差异显著。餐厨垃圾堆肥总有机碳含量最高,主要是简单结构的高活性有机碳,含有较多的羧基和羟基。园林废弃物堆肥腐殖酸碳含量最高,芳构化程度高。两种粪肥有机碳结构特征差异较小,其中鸡粪堆肥含有少量的小分子有机酸和氨基酸,牛粪堆肥活性有机碳含量最少。

(3)综合堆肥的碳磷特征,粪肥堆肥磷素高且活性态磷占比高,碳活性也较高,可作为良好的磷源全部或部分替代化肥;餐厨垃圾堆肥磷素含量低,但高活性有机碳含量高,且羧基和羟基官能团丰富、热稳定性差,将其单独或与化肥配施可以发挥以碳促磷作用,提高磷素有效性;园林废弃物堆肥磷含量低,稳定态有机碳含量高,长期而言,通过其良好的土壤改良作用,有利于提高土壤磷素有效性。通过不同碳磷特征堆肥的合理配施,可实现碳磷协同和磷养分资源的高效循环利用。