石 奧，劉 巖，李 鵬

（北京市畜牧業(yè)環(huán)境監(jiān)測站，北京 102200）

畜禽糞便中有機碳和有機質的含量分析

石 奧，劉 巖，李 鵬

（北京市畜牧業(yè)環(huán)境監(jiān)測站，北京 102200）

優(yōu)化了畜禽糞便中有機碳和有機質的檢測方法，利用該方法分析了北京地區(qū)16家規(guī)模化畜禽場的糞便樣品。結果表明，各類畜禽糞便中的有機碳和有機質含量差異較大：有機碳含量最高值為35.15%（豬糞），最低值為15.14%（牛糞），有機質含量最高值為70.76%（雞糞），最低值為32.58%（牛糞）；畜禽糞便中有機碳和有機質的校正方程為w（有機碳）=0.5129w（有機質）-2.3377，R2=0.9255。

畜禽糞便；有機碳；有機質；碳系數(shù)

近年來，隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；⒓s化程度的不斷提高，畜禽養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生了大量的畜禽糞便，截至2010年，我國畜禽糞便排放量已達45億t［1］。畜禽糞便富含有機質，用于還田不僅可以增加土壤肥力，而且可以促進微生物繁殖，改善土壤的理化性質和生物活性，因此，了解畜禽糞便中有機質的含量對于減輕畜禽糞便污染造成的危害、加強畜禽糞便的資源化開發(fā)和利用、促進畜禽養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。但是，畜禽糞便作為生肥直接施用于農(nóng)田會帶來許多危害［2］，其中刺激性氣體會污染周邊的大氣環(huán)境，大量的病原微生物和寄生蟲蟲卵會導致疾病的傳播。此外，還會導致硝酸鹽、磷及重金屬在土壤中的沉積，對地表水和地下水造成污染。因此，將畜禽糞便作為肥料利用之前需經(jīng)過堆肥處理［3］，一方面使之脫水、減量、無害化；另一方面將其中不穩(wěn)定的、復雜的有機成分加以分解轉變?yōu)榉€(wěn)定的、簡單的有機質成分，從而便于使用。碳氮比（有機碳/總氮）是畜禽糞便堆肥重要的參考指標，了解畜禽糞便中的有機碳含量對于其用于堆肥具有重要意義。

有機碳的測定常用的方法有儀器法［4］和化學氧化法［5］，儀器法成本高，化學氧化法應用更多。有機質的測定常伴隨有機碳的測定進行，常用的方法有CO2測定法、化學氧化法、灼燒法、土壤光譜法［6］。其中CO2測定法、土壤光譜法儀器成本高，不適用于常規(guī)實驗室使用；化學氧化法容易帶來試劑污染，特別是重鉻酸鉀的污染問題；灼燒法操作簡單，無需添加化學試劑，效率高，適用于大量采樣測定，有更廣泛的應用前景。有機質和有機碳存在一定的關聯(lián)性，用碳系數(shù)（有機質/有機碳）表示，其在土壤中約為1.724。筆者旨在通過測定不同種類畜禽糞便中的有機碳和有機質含量，并確定畜禽糞便中的碳系數(shù)，為畜禽糞便的資源化利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品 采集北京周邊地區(qū)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場新鮮糞便樣品16份，其中豬糞8份，雞糞5份，牛糞3份，采集時間為2015年春季和夏季。多點采樣混合［7］，制成約500 g代表性樣品，現(xiàn)場4℃以下冷藏保存，盡快運回實驗室，冷凍儲存。將樣品進行冷凍干燥處理，處理后的樣品用研缽研磨，過粒徑0.5 mm篩，以制備檢測樣品。樣品避光保存并測定含水率。

1.2 儀器和試劑 坩堝、移液器、棕色滴定管；電子分析天平（0.1 mg）；箱式電爐（0～1 000℃）；電熱恒溫水浴鍋；濃硫酸、重鉻酸鉀、硫酸亞鐵、鄰菲羅啉；二級水。

1.3 測定指標及測定方法

1.3.1 有機碳：參考有機肥料標準（NY 525-2012）［8］中有機質含量的測定方法，并作調整。稱取0.01～0.20 g（精確至0.000 1 g）樣品，置于500 mL的三角燒瓶中，準確加入0.8 mol/L重鉻酸鉀溶液50.0 mL，再加入50.0 mL濃硫酸，加一彎頸小漏斗，置于沸水中保持30 min。取出冷卻至室溫，用水沖洗小漏斗，洗液承接于三角瓶中。取下三角瓶，將反應物無損失轉入250 mL容量瓶中，冷卻至室溫，定容，吸取50.0mL溶液于250mL三角瓶內(nèi)，加水約100mL，加2～3滴鄰菲羅啉指示劑，用0.2 mol/L硫酸亞鐵標準溶液滴定，溶液由綠色→暗綠色→磚紅色為止。同時稱取0.20 g（精確至0.001 g）二氧化硅代替樣品，按照相同步驟分析，進行空白試驗。如果滴定試樣所用的硫酸亞鐵標準溶液用量小于空白試驗所用硫酸亞鐵標準溶液用量的1/3，則應減少稱樣量，重新測定。

1.3.2 有機質：稱取1～2 g（精確至0.000 1 g）樣品，首先在電熱板上進行炭化，然后移入箱式電爐中500℃灼燒2 h，取出置干燥器中冷卻30 min，稱重。

2 結果與分析

不同種類畜禽糞便中的有機碳和有機質含量測定結果見表1。由表1可知，不同種類畜禽糞便中的有機碳和有機質含量差異較大，沒有相對穩(wěn)定的波動范圍，有機碳含量最高時可達35.15%（豬糞），最低時只有15.14%（牛糞），有機質含量最高時可達70.76%（雞糞），最低時只有32.58%（牛糞），這可能與飼料的選用、動物種類及生長周期有關，也可能與樣品的采集和制備方法有關。在使用畜禽糞便作為堆肥原料或是還田使用時，應準確測算其中的有機碳和有機質含量，以便于科學合理使用畜禽糞便。該研究中確定的不同種類的畜禽糞便碳系數(shù)［w（有機質）/w（有機碳）］見表1。由表1可知，該研究中確定的畜禽糞便碳系數(shù)在1.844～2.453，與有機肥料標準（NY 525-2012）［8］中給定的1.724偏差較大，均高于1.724，可見該標準中通過測定有機碳估算有機質含量的方法并不能真實地反映畜禽糞便中的有機質含量。根據(jù)畜禽糞便中有機碳和有機質含量的測定結果，該研究建立了畜禽糞便中有機質和有機碳的校正方程：w（有機碳）=0.5129w（有機質）-2.3377，R2=0.9255（見圖1）。

表1 16份畜禽養(yǎng)殖場糞便樣品中有機碳、有機質含量及碳系數(shù)（n=3）

圖1 16份畜禽糞便中有機質和有機碳的校正方程

3 討論

3.1 畜禽糞便有機碳、有機質檢測方法 在該研究中，有機質的檢測方法參考了城市生活垃圾中有機質含量的標準測定方法（灼燒法，CJ/T96-1999）［9］，同時根據(jù)畜禽糞便樣本的特點進行了一定優(yōu)化。對于灼燒溫度的確定，既需要將樣品中的有機質灼燒減重完全，又要盡量減少樣品中無機鹽高溫分解而產(chǎn)生減重。畜禽糞便中的無機鹽分含量范圍為1.8～24.2g/kg（以干重計），平均為9.7g/kg（以干重計）［10］，其主要成分為含K+、Na+的硫酸鹽和氯化物［11］，SO42-、Cl-約占鹽分離子組成的45%。硫酸鹽的分解溫度一般高于1200℃［12］，氯化物的分解溫度約850℃［13］，大部分碳酸鹽的分解溫度在500℃以上［14］，而邱靈佳等［4］的研究結果表明，有機質的完全分解溫度在480℃以上，再考慮箱式電爐爐內(nèi)溫度存在均勻性等問題［15］，故該研究將灼燒溫度設為500℃。通過多次試驗表明，對于1 g試樣而言，將電爐溫度設為500℃和600℃，樣品質量偏差不超過0.1%，因此，500℃是合適的灼燒溫度。對于灼燒時間，將炭化后的樣品分別灼燒1、2、3 h，灼燒1 h和2 h的樣品質量偏差小于0.8%，灼燒2 h和3 h的樣品質量偏差小于0.1%，因此，為保證樣品灼燒完全，該研究將灼燒時間設為2 h。而參考標準（CJ/T 96-1999）［9］中將樣品在600℃下灼燒6～8 h，無論從灼燒溫度還是灼燒時間上看，對于畜禽糞便都有過多的余量，通過降低溫度并縮短時間，既提高了分析速度又節(jié)省了資源。

此外，研究過程中筆者發(fā)現(xiàn)，在利用過粒徑1 mm篩的樣品測定有機碳時，重復測定的標準偏差可達15%，原因是由稱樣量較小（小于0.1 g）而樣品顆粒大小不均而造成的取樣代表性不強，利用過粒徑0.5 mm篩的樣品測定有機碳時，重復測定的標準偏差明顯下降，最高只有8.1%，過不同粒徑篩子的樣品中有機質含量標準偏差的變化較有機碳的小，這與有機質稱樣量較大有關。因此，在測定有機質和有機碳含量時，樣品應盡量過粒徑較小的篩并確保盡可能多的樣品過篩，以保證樣品的代表性及檢測的穩(wěn)定性。

3.2 畜禽糞便的碳系數(shù) 有機肥料標準（NY 525-2012）［8］中給定的碳系數(shù)引用了20世紀50年代分析土壤有機質含量的丘林法 （Tyurin）［16］中的碳系數(shù)，而丘林法是根據(jù)不同地區(qū)、不同種類的土壤有機質中碳含量所取的平均值，同時假定土壤中沒有尿素和其他非天然有機物。采用該種方法測定的土壤有機質含量也僅僅是近似值，而采用該方法測算畜禽糞便中的有機質含量則偏差更大。因為土壤和畜禽糞便的基質組成完全不同，土壤中主要是硅酸鹽、硅鋁酸鹽等礦物質，而畜禽糞便主要是有機碳、氮、磷、鉀、鹽分、重金屬等。如果需要估算畜禽糞便中有機碳和有機質之間的校正系數(shù)，必須經(jīng)過大量試驗確證。Navarro等［17］對38種有機廢物的有機質和有機碳含量進行了分析，給出了有機廢物中的有機質和有機碳的校正方程。

4 結論

該研究優(yōu)化了畜禽糞便中有機碳和有機質含量的測定方法，并利用該方法分析了北京地區(qū)16家規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場的新鮮糞便樣品，發(fā)現(xiàn)各類畜禽糞便中的有機質和有機碳含量沒有相對穩(wěn)定的波動區(qū)間，具體使用時應進行檢測分析；并且畜禽糞便中的碳系數(shù)往往高于有機肥料標準中給出的1.724，通過該標準計算的有機質含量并不能真實反映畜禽糞便中的有機質含量。根據(jù)畜禽糞便中有機碳和有機質含量的測定結果，該研究進一步建立了畜禽糞便中有機碳和有機質的校正方程：w（有機碳）=0.5129w（有機質）-2.3377，R2=0.9255，可為畜禽糞便的科學合理利用提供參考。

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（責任編輯：趙俊利）

Determination of Organic Carbon and Organic Matter in Animal Manure

SHI Ao，LIU Yan，LI Peng
（Beijing Monitoring Station for Animal Husbandry Environment，Beijing 102200，China）

A method for determination of organic carbon and organic matter in animal manure was established in this study,which was subsequently used to assess the content of organic carbon and organic matter in animal manure samples collected from 16 intensive livestock and poultry farms in Beijing.We found that the content of organic carbon and organic matter varied in manure samples from different animal species.The highest （35.15%）and lowest（15.14%）content of organic carbon were found in porcine manure sample and bovine manure sample,respectively.Whilst,the highest（70.76%）and lowest（32.58%）content of organic matter were observed in chicken manure sample and bovine manure sample,respectively.The correction equation for determination of organic carbon and organic matter in animal manure established in this study was:w (OC)=0.5129w (OM)-2.3377,and R2was 0.9255.

animal manure；organic carbon；organic matter；carbon ratio

X713；S14-33

A文章順序編號：1672-5190（2016）02-0014-03

2016－01－15

項目來源：北京市農(nóng)委基金項目（PXM2014 036240 000012）。

石奧（1975—），男，中級工程師，碩士，主要研究方向為畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)地環(huán)境。