不同腐熟有机物料结构及组分差异分析

Analysis of Structure and Composition Differences of Different Decomposed Organic Materials

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2024.06.007

丁建莉 Jianli DING , 李沛 Pei LI , 魏丹 Dan WEI

北京市农林科学院植物营养与资源环境研究所北京 100097 Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Institute of Plant Nutrition, Resources and Environment, Beijing 100097, China

Author notes:

Correspondence to: 魏丹(1965—)，女，博士，研究员，主要研究方向为土壤改良与低碳农业；wd2087@163.com

摘要：

为实现农业废弃物的精准高质利用，采用三维荧光光谱(3D-EEMs)法、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)法、电镜能谱(SEM-EDS)法，测定了鸡粪、牛粪、菌渣、秸秆等堆肥腐熟物料的结构及组分。SEM-EDS分析显示：堆肥腐熟物料均具有疏松多孔结构、整体破碎、表面粗糙的特征，相对丰度较高的元素为C、O，不同堆肥腐熟物料的元素原子百分占比及种类存在差异。FT-IR分析表明：鸡粪堆肥腐熟物料中脂肪族物质含量较高，其次是碳水化合物；牛粪、菌渣、秸秆等堆肥腐熟物料中碳水化合物类物质含量较高，其次是脂肪类物质；菌渣和鸡粪堆肥腐熟物料中芳香类官能团的含量高于牛粪和秸秆堆肥腐熟物料的；秸秆堆肥腐熟物料的官能团最丰富。3D-EEMs分析表明：不同堆肥腐熟物料的溶解性有机质(DOM)中类腐殖质物质含量均较高，鸡粪和菌渣堆肥腐熟物料中几乎不含类蛋白类物质；不同堆肥腐熟物料的物质结构及官能团含量存在显著差异。明确农业有机废弃物堆肥腐熟物料的结构、组分特征、元素组成、官能团类型，揭示腐熟物料作用效果差异的本质，对指导有机废弃物精准高质利用、开发有机肥料新产品具有重要的意义。

关键词：

腐熟有机物料; 水溶性有机物; 三维荧光光谱; 傅里叶变换红外光谱; 组分差异;

Abstract：

In order to realize accurate and high-quality utilization of agricultural waste, the structure and components of decomposed materials orignated from chicken manure, cow manure, mushroom residue and straw are determined by three-dimensional fluorescence spectrometry (3D-EEMs), Fourier transform infrared spectrometry (FT-IR) and electron microscope energy spectroscopy (SEM-EDS). SEM-EDS analysis shows that the decomposed materials have the characteristics of loose porous structure, overall fragmentation and rough surface. The elements with high relative abundance are C and O. The atomic percentage and types of elements in different decomposted materials are different. FT-IR analysis shows that the content of aliphatic substances in chicken manure decomposed material is higher, followed by carbohydrates; the content of carbohydrates in cow manure, mushroom residue, straw decomposed materials is higher, followed by fatty substances; the content of aromatic functional groups in mushroom residue and chicken manure decomposed materials is higher than that in cow manure and straw decomposed materials; the functional groups of straw decomposed material are the most abundant. 3D-EEMs analysis shows that the content of humus-like substances in dissolved organic matter (DOM) of different decomposted materials is higher, and there are almost no protein-like substances in chicken manure and mushroom residue decomposed materials; the material structure and functional group content of different decomposed materials are significantly different. It is of great significance to clarify the structure, component characteristics, element composition and functional group types of decomposted materials of agricultural organic wastes, and to reveal the essence of the difference in the effect of decomposted materials, which can guide the precise and high-quality utilization of organic wastes and the development of new organic fertilizer products.

Keyword：

decomposed organic material; water-soluble organic matter; three-dimensional fluorescence spectrum; Fourier transform infrared spectrum; component difference;

0 前言

我国农业生产每年产生作物秸秆约9亿t、畜禽粪便约38亿t、食用菌渣超过200 00 kt^[1]，其中全国秸秆综合利用率为88%以上，畜禽粪污综合利用率达到78%，有机废弃物综合利用率仍有待提高。农业废弃物利用率低既浪费资源又污染环境，给环境带来了巨大的压力^[2]。肥料化是当前农业有机废弃物处理中最常见的手段，堆肥生产的有机肥可以提高土壤肥力、改良土壤结构、提高作物产量。目前大部分研究聚焦在有机肥施用的效果，鲜有探究不同种物料腐熟施用效果存在差异的原因，即不关注原料特性差异，较注重应用效果的差异，忽略了原料来源不同、成分不同而导致的使用效果差异和不稳定性。堆肥过程中微生物分解代谢有机物料使其发生物质结构和组分的变化，明确腐熟后物料的组成结构变化对于解释现象背后的本质问题尤为重要，因此近年来有学者开始关注堆肥的物质结构变化，例如应用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)^[3-4]表征堆肥样品官能团的报道较多。同时，溶解性有机质(DOM)是整个物料腐熟环境中最活跃、最敏感的物质，也是堆肥系统中微生物的营养源，其涉及多种物理及生化反应过程，能反映堆肥过程中有机质的结构演变^[5]，因此，分析堆肥物料中DOM的组成与结构特征，可以进一步明确腐熟物质组成特征^[6]，已有研究人员采用三维荧光光谱(3D-EEMs)联合平行因子法解析了堆肥过程中DOM的组成和结构^[7]。目前大多数关于堆肥后物质或者DOM的变化报道都是针对某物料堆肥过程中自身组成和结构的演变规律，而对于不同原料在同一条件下分别肥料化处理，再比较分析腐熟物料组成和结构差异的报道鲜见。

本研究以鸡粪、牛粪、菌渣、秸秆等常用腐熟物料为研究对象，借助电镜能谱(SEM-EDS)、FT-IR及3D-EEMs等手段，明确农业有机废弃物堆肥腐熟物料的结构、组分特征、元素组成、官能团类型，揭示腐熟物料作用效果差异的本质，对指导有机废弃物精准高质利用、开发有机肥料新产品具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与腐熟

试验所用鸡粪、菌渣、蔬菜秸秆等材料分别取自北京市农林科学院的畜牧兽医研究所、植物保护研究所、植物营养与资源环境研究所，牛粪取自中国农业机械化科学研究院集团有限公司生态农业科技园。将有机物料自然晾晒，待含水质量分数降至60%左右备用，秸秆粉碎至粒径小于5 cm。将预处理以后的有机物料分别投入发酵箱内进行堆腐，发酵箱规格为1 050 mm×550 mm×500 mm，2 d翻一次肥堆，进行为期40 d的好氧堆肥。物料腐熟完成以后，采用5点取样法取样，样品(约200 g)混合均匀后自然风干。物料腐熟情况见表 1。

表 1

试验材料堆肥腐熟情况

物料类型	碳氮比(C/N)		T值(H/Q)	种子发芽指数/%
物料类型	堆肥前(Q)	堆肥后(H)	T值(H/Q)	种子发芽指数/%
鸡粪	11.17	6.44	0.58	93.26
牛粪	16.07	9.81	0.61	91.60
菌渣	22.02	9.76	0.44	78.36
秸秆	23.00	9.91	0.43	74.25
注：1)因各原料的初始C/N较低，无法完全用最终C/N评定堆肥腐熟，因此用T值评价堆肥腐熟程度，认为T值为0.53~0.72时堆肥完全腐熟^[8]； 2)发芽指数为50%~80%时，说明堆肥对植物的毒害作用已达到植物可以忍受的程度，发芽指数大于80%时, 说明堆肥已经完全腐熟^[9]

1.2 DOM的提取

将腐熟物料研磨、过筛、风干，按1 g样品加入10 mL水的比例处理，在室温环境下250 r/min振荡24 h，10 000 r/min离心分离10 min，取上清液再过0.45 μm纤维树脂滤膜；将得到的DOM母液稀释100倍，采用multi N/C 2100型TOC分析仪(Analytik Jena AG，德国)进行测定^[3]。

1.3 SEM-EDS法测定

使用日立S4800型扫描电镜能谱仪对不同腐熟物料进行元素组成及原子半定量分析，检测电压为3.00 kV。

1.4 FT-IR法测定

将1 mg样品与200 mg干燥的KBr(光谱纯)磨细混匀，放入含有P₂O₅的干燥器中干燥24 h，然后压成匀称的薄片，使样品表面达到光滑状态。使用Thermo Nexus 470型傅里叶变换红外光谱仪扫描样品薄片，进行红外光谱分析。扫描波长区间设置为400~4 000 cm^-1，扫描间隔为1 nm。

1.5 3D-EEMs法测定

使用日立F-7000型三维荧光光谱仪测定荧光光谱参数。激发光源为150 W短弧氙气灯，光电倍增管(PMT)电压为700 V，信噪比＞110，响应时间为自动。扫描过程中激发波长(E_x)扫描范围设置为200~550 nm，发射波长(E_m)扫描范围设置为200~550 nm，带宽均为5 nm。

1.6 数据处理

采用FL Solution软件收集荧光数据；MATLAB R2013a软件Removescastter工具包对三维荧光进行去散射处理，DOM Fluor工具包进行平行因子(PARAFAC)分析并绘制荧光图谱；Origin 2022软件进行荧光光谱特征参数的计算及电镜能谱、傅里叶红外图谱的绘制；Omnic软件分析红外图谱；IBM SPSS Statistics 27.0.1软件进行差异显著性检验及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 SEM-EDS扫描谱图

电子束面扫不同腐熟物料的能谱(EDS)分析结果见图 1。

图 1

不同腐熟物料SEM-EDS谱图

由图 1可知，不同原料腐熟物料的元素原子百分比及种类存在差异。C、O元素的原子百分比较高，两种元素的原子百分比之和为86.97%~98.56%。4种腐熟物料中C元素的原子百分比均为最高，其中鸡粪腐熟物料的C元素原子百分比最高(80.13%)，秸秆和菌渣腐熟物料的次之，牛粪腐熟物料的最低(48.37%)；O元素原子百分比在牛粪腐熟物料中最高(38.60%)，在鸡粪腐熟物料中最低(18.43%)。几种物料对比，N元素原子百分比在牛粪腐熟物料中最高(1.88%)；Ca元素原子百分比在牛粪腐熟物料中最高(2.24%)，在鸡粪腐熟物料中最低(0.29%)；K元素原子百分比在秸秆腐熟物料中最高(1.67%)，在鸡粪腐熟物料中最低(0.25%)；Mg元素原子百分比在牛粪腐熟物料中最高(1.30%)，在鸡粪腐熟物料中最低(0.22%)；牛粪中还含有较高原子百分比的Si元素(2.98%)。

2.2 红外光谱表征

红外光谱技术是分析有机化合物结构、官能团含量的重要手段。为探究不同腐熟物料中物质官能团结构的差异，应用红外光谱技术分析4种腐熟物料中物质的结构和官能团，得到不同物质的红外光谱主要吸收峰和对应的官能团(见图 2)^[10-17]。不同腐熟物料红外光谱均为宽阔复杂的吸收峰谱，它们有相似且复杂的官能团结构体系，吸收峰强度存在显著差异。

图 2

不同腐熟物料的红外光谱

秸秆腐熟物料的红外光谱主要有7个吸收峰(3 376、2 926、1 651、1 427、1 118、873、620 cm^-1)，分析得到7种代表官能团：3 376 cm^-1处的吸收峰为分子间O—H、N—H伸缩振动吸收(相对百分比29.16%)；2 926 cm^-1为脂肪族化合物的C—H振动(相对百分比26.85%)；1 651 cm^-1为氨基化合物、羧化物的C O伸缩以及芳环和烯烃的C C振动(相对百分比7.93%)；1 427 cm^-1为木质素和脂肪族化合物中的双键或羰基相连的—CH₂变形振动及无机的NH₄⁺、NO₃^-和有机羧酸盐COO^-的吸收；1 118 cm^-1为多糖C—O的伸缩振动；873 cm^-1是由苯环C—H面外弯曲振动(是苯环类物质的特征峰)、腐解过程中形成的CO₃^2-的面外弯曲振动(相对百分比9.11%)；620 cm^-1为—OH的里外振动变形。

鸡粪腐熟物料的红外光谱主要有6个吸收峰(3 433、2 926、1 648、1 433、1 001、569 cm^-1)，代表官能团有5种类型：3 433 cm^-1处的吸收峰是碳水化合物和水分子中—OH的伸缩振动、N—H的振动吸收(相对百分比34.07%)；2 926 cm^-1为脂肪族C—H的伸缩特征峰(相对百分比35.42%)；1 648 cm^-1为取代芳环的振动，酰胺中C O、N—H键及吸湿水的振动(相对百分比16.90%)；1 433 cm^-1为酚类化合物的C—O键振动、酚羟基的变形振动(C—O的对称伸缩振动)；1 001 cm^-1为多糖或多糖类似物的C—O伸缩振动；569 cm^-1可能反映了氮化物或金属配合物的吸收峰。

牛粪腐熟物料的红外光谱主要有8个吸收峰(3 393、2 927、1 650、1 425、1 105、1 008、878、528 cm^-1)，代表官能团有6种类型：3 393 cm^-1处的吸收峰为碳水化合物和水分子中—OH伸缩振动、N—H伸缩振动的吸收(相对百分比22.55%)；2 927 cm^-1为脂肪族C—H伸缩特征峰(相对百分比17.24%)；1 650 cm^-1为氨基化合物、羧化物的C O伸缩以及芳香族的C C伸缩(相对百分比15.54%)；1 425 cm^-1为木质素和脂肪族化合物中的双键或羰基相连的—CH₂变形振动及无机NH₄⁺、NO₃^-和有机羧酸盐—COO^-的吸收峰；1 105 cm^-1和1 008 cm^-1为多糖化合物的C—O伸缩；878 cm^-1为CO₃^2-面外弯曲；528 cm^-1可能代表如钙、铁、铝等金属氧化物的特征吸收峰。

菌渣腐熟物料的红外光谱主要有9个吸收峰(3 412、2 927、2 856、1 640、1 388、1 115、1 038、668、604 cm^-1)，代表官能团有5种类型：3 412 cm^-1处的吸收峰为碳水化合物、吸湿水—OH的吸收峰，蛋白质和酰胺化合物的N—H伸缩振动(相对百分比29.14%)；2 927、2 856 cm^-1为脂肪族化合物、木质素分解产生的—CH₃、—CH₂的对称或反对称伸缩振动(相对百分比20.81%)；1 640 cm^-1为有机酸或羧酸盐的—COO^-的对称伸缩振动及与芳香环相连的—C O和C C伸缩振动(相对百分比19.76%)；1 388 cm^-1为含有NH₄⁺的复合物；1 038~1 115 cm^-1为多糖或多糖类物质的C—O伸缩振动；668 cm^-1为芳香环类的特征峰，是堆肥芳香化程度的表现；604 cm^-1可能代表堆肥过程中矿物质(如硅酸盐或钙盐)或含氧官能团(如羧基、醇等)的振动。

物料红外吸收峰表示不同有机物料伴随蛋白类物质、脂肪族化合物及多糖类物质的降解，大分子化合物、芳香族类物质及类腐殖质类物质的合成。鸡粪腐熟物料3 400 cm^-1附近的吸收峰最强，说明含有的—OH和N—H高于秸秆、菌渣的，牛粪的—OH最少；2 954 cm^-1附近的吸收峰表示存在脂肪族的C—H键物质，鸡粪腐熟物料在此处出现明显的吸收峰(相对百分比最高)，说明鸡粪腐熟物料含有更多的脂肪族化合物，其次是秸秆和菌渣的；1 650 cm^-1附近的吸收峰相对强度为菌渣＞鸡粪＞牛粪＞秸秆，说明菌渣和鸡粪中的C O、C C等芳香类官能团含量(芳香性)高于牛粪与秸秆中的；1 100 cm^-1附近的吸收峰代表堆肥过程中碳水化合物的生成，在4种腐熟物料中的占比为8.10%~11.80%；植物源腐熟物料在620 cm^-1附近的吸收峰强度大于动物源腐熟物料的，表明相较于动物源有机物料，植物源有机物料的DOM在堆肥过程中产生了更多的羟基类化合物。

2.3 三维荧光光谱分析

2.3.1 不同腐熟物料DOM荧光光谱指数

FI为DOM的荧光光谱指数，反映DOM中芳香类物质与非芳香类物质对整体荧光强度的相对贡献率，与腐殖化程度呈正相关^[18]。FI>1.9为自生源产生，FI < 1.4为外生源产生。FI值越高，代表DOM的结构越简单(主要为微生物源的类富里酸、类蛋白)；FI值越低，说明DOM含较高的大分子芳香组分。

4种腐熟物料DOM的荧光光谱指数见表 2。秸秆和牛粪荧光指数1.4＜FI＜1.9，DOM物质来源受自生源和外生源共同作用的影响。BIX为DOM的自生源指数，反映了DOM的自生来源物质的相对贡献程度，BIX>1，表示自生源新近产生的腐殖质。有研究认为^[19]，BIX为0.6~0.7时，具有较少的自生组分；BIX为0.7~0.8时，具有中度新近自生源特征；BIX为0.8~1.0时，具有较强自生源特征；BIX>1.0时，为生物或者细菌产生。牛粪和秸秆具有较强的自生源特征，鸡粪具有较少的自生组分。HIX为腐殖化指数，HIX越大，表示腐殖化程度越高^[20]。4种腐熟物料的HIX均 < 1.5，表示腐殖化程度较低。为了更清晰地分析不同物料腐熟后组分的差异，本研究采用的是单一的物料腐熟，在堆肥过程中因C/N不协调影响了腐熟度。

表 2

不同腐熟物料DOM的各类指数

腐熟物料	FI	BIX	HIX
秸秆	1.718±0.201 ab	0.822±0.007 a	0.722±0.015 d
鸡粪	1.932±0.148 a	0.658±0.071 b	0.918±0.021 a
菌渣	1.317±0.012 c	0.585±0.013 c	0.875±0.011 b
牛粪	1.563±0.008 b	0.809±0.017 a	0.814±0.019 c
注：1)表中所列数据为平均值±标准差； 2)同列数据后不同小写字母表示差异显著(P＜0.05)

2.3.2 不同腐熟物料DOM荧光光谱及组分特征

不同腐熟物料DOM的三维荧光光谱见图 3。

图 3

不同腐熟物料DOM的三维荧光光谱

由于DOM中的生化反应活跃，物质成分复杂，荧光峰位置交错难以区分，所以采用荧光区域指数法(FRI)进行分析^[21]。FRI将荧光光谱分为5个区域，分别代表不同的荧光类型，区域Ⅰ(E_x/E_m=200~250 nm/260~320 nm)的荧光信号主要由酪氨酸等类蛋白物质产生；区域Ⅱ(E_x/E_m=200~250 nm/320~380 nm)的荧光信号主要与类色氨酸物质有关，也可能包含少量苯系物质；区域Ⅲ(E_x/E_m=200~250 nm/＞380 nm)的荧光信号主要与类富里酸类物质有关；区域Ⅳ(E_x/E_m=250~450 nm/260~380 nm)的荧光信号主要由堆肥过程中的微生物生理代谢物质产生；区域Ⅴ(E_x/E_m=250~450 nm/＞380 nm)代表腐殖酸类物质荧光，主要为芳香类、腐殖化程度较高的物质，如类胡敏酸物质、多环芳烃等有机物。

基于腐熟物料DOM的三维荧光光谱，进一步分析不同腐熟物料DOM的荧光区域标准化积分体积及其荧光区域积分占比，见图 4。

图 4

不同腐熟物料DOM荧光区域积分占比

荧光强度与物料本身的结构及其相关官能团紧密相关。由图 4可知，不同腐熟物料DOM之间的荧光强度整体差别较大，表明它们在物料结构及官能团含量上存在显著差异，这与前述的红外光谱分析结果一致。有机物料发酵腐熟过程中伴随着微生物作用下的大分子的类蛋白物质(如脂肪、糖类、碳水化合物等)的分解及类腐殖质物质的形成，其中秸秆与牛粪腐熟物料DOM的区域Ⅰ、Ⅱ占比最为明显，说明DOM中的类蛋白物质的荧光相对强度较强；鸡粪与菌渣腐熟物料DOM区域Ⅴ的荧光区域积分相对强度最强，表明富含腐殖酸类物质。从不同腐熟物料DOM的各荧光区域的荧光强度分析得知，类蛋白物质含量均较低，其中占比最高的为2.37%(秸秆)；类腐殖质物质占比最高，其中鸡粪腐熟物料DOM中类腐殖质物质荧光强度最高达79.67%。

2.3.3 不同腐熟物料整体DOM荧光组分特征

通过三维荧光平行因子分析(PARAFAC)得到荧光组分峰值及其相对强度(见图 5)，4种腐熟物料DOM的主要成分为类富里酸物质和类腐殖质物质，以及部分含有类蛋白物质。基于腐熟物料DOM的荧光组分分析，进一步分析不同腐熟物料堆肥DOM荧光组分特征(见表 3)和各组分的相对百分比(见图 6)，组分C1为类富里酸物质，包含E_x/E_m=300~325(285)nm/410~420 nm、240~255 nm/410~420 nm，分别代表可见区类富里酸和紫外区类富里酸，对应传统A峰(E_x/E_m=230~260 nm/370~460 nm)和C峰(E_x/E_m=310~360 nm/370~480 nm)两类物质均属于陆源类腐殖酸，类富里酸物质常与羰基有关^[18]。组分C2为类蛋白物质，包含2个激发峰和1个发射峰(E_x/E_m=275 nm/330 nm、225 nm/330 nm)，均指示类色氨酸，与羧基官能团有关，分别对应指示短波类色氨酸的T峰(E_x/E_m=225~230 nm/320~ 350 nm)和指示长波类色氨酸的T1峰(E_x/E_m=270 nm/340 nm)。通常类色氨酸类物质被认为是细菌降解的代谢产物，且易与大分子蛋白结合^[22]。组分C3为类腐殖质物质(类胡敏酸物质)，包含2个激发峰和1个发射峰[E_x/E_m=350~ 375(250~260)nm/460~470 nm]，E_x/E_m=237~260 nm/400~500 nm对应传统F峰(E_x/E_m=250~370 nm/430~530 nm)^[23]。通过PARAFAC分析得到3个组分，不同腐熟物料DOM组分相对强度见图 6，结果与荧光区域积分所表现出的相对强度一致，即主要物质为C1类富里酸类物质和C3类胡敏酸类物质，仅有秸秆腐熟物料表现出了类蛋白组分大于类胡敏酸组分(C2＞C3)的情况。

图 5

腐熟物料DOM的荧光组分

表 3

不同腐熟物料DOM荧光组分特征

DOM荧光组分	特征峰(E_x/E_m)/nm	组分类型
C1	300~325(285)/410~420	可见区类富里酸物质(C)
	240~255/410~420	紫外区类富里酸物质(A)
C2	275/330	长波类色氨酸物质(T1)
	225/330	短波类色氨酸物质(T)
C3	350~375(250~260)/460~470	类胡敏酸物质(F)

图 6

不同腐熟物料DOM各组分的相对百分比

3 讨论

众所周知，耕地土壤养分和有机碳的重要来源是有机物料，了解不同腐熟有机物料物质组成和结构，对提升土壤质量具有重要的指导意义。金亚波等^[24]采用长期定位田间试验，分析了施用不同有机物料对烟田土壤团聚体特征及土壤肥力的影响，结果发现不同有机物料对烟田土壤养分的提升效果不同，腐熟鸡粪提升土壤碱解氮含量的效果最好，猪粪有机肥提升土壤团聚体机械稳定性的效果最好。程琪等^[25]基于长期施肥试验研究发现，牛粪对土壤肥力的提升效果显著高于秸秆的，可能是因为添加等量碳情况下，牛粪有机肥中含有更多的N、P养分，且牛粪物质的化学形态相对稳定。高华军等^[26]分析了腐熟芝麻饼肥、菜籽饼肥等有机物料对烟株生长、养分吸收及烟叶产质量的影响，发现施用有机物料可提高烟叶产量，且烟叶化学成分含量较适宜，腐熟菜籽饼肥的作用效果较优。上述研究表明，不同有机物料的施用在提升土壤肥力、改善土壤物理结构以及提升相应作物的产量与改进作物的品质等方面存在差异，这可能与不同有机物料的养分、物质化学形态有关系。

Zhou等^[27]的研究表明，堆肥处理后，不同原料制得的堆肥中DOM组成差异较大，如污泥和猪粪制得的堆肥中DOM的组成与绿肥制得的差异非常大。Gigliotti等^[28]研究发现，城市废弃物不含无机磷、碳水化合物和氨基糖类，因此应用到土壤中，既不会提供植物容易吸收利用的P元素，也不能提供微生物生长需要的有机质。物质的性质特征既取决于宏观组成元素，又取决于构成物质的微观结构。本研究应用SEM-EDS扫描，结果表明4种不同原料腐熟物料的元素原子百分比及种类存在差异，原子百分比较高的是C、O元素，两种元素原子百分比之和为86.97%~98.56%，鸡粪腐熟物料中的C元素含量最高(80.13%)，牛粪腐熟物料中的C元素含量最低(48.37%)，牛粪中还含有较高原子百分比的Si元素(2.98%)。试验选择的4种常用有机物料都有一定比例的P元素存在，应用效果证实了这几种腐熟物料均有利于作物生长。王秀丽^[29]比较分析了施用牛粪、猪粪、鸡粪有机肥对提升玉米产量的效果，结果发现鸡粪有机肥的增产效果最佳，较传统施肥增产26.15%。在本研究中，借助红外光谱技术分析物质结构、官能团含量，发现鸡粪腐熟物料脂肪族化合物含量最高，其次是碳水化合物和氨基糖类，且鸡粪物料的碳水化合物和氨基糖类含量超过其他3种物料的，这个组分与结构的分析结果可以充分解释王秀丽的研究现象。分析不同物料中DOM荧光光谱发现，秸秆与牛粪腐熟物料的DOM中类蛋白的荧光强度相对较强；鸡粪与菌渣腐熟物料的DOM中富含腐殖酸类物质。在实际应用过程中，秸秆与牛粪组合发酵的情况更多，如果从丰富物料组分的角度考虑，牛粪与菌渣的组合会更丰富。基于本研究的结果，组合堆肥处理后物质结构变化与物料配比间的关系等问题值得进一步探究。

4 结语

不同腐熟物料均拥有相似的官能团体系，特征峰官能团主要有C—H、C C、C O、O—H、C—O、N—H，来源于脂肪族、芳香族、糖类，但相对含量差异明显，其中鸡粪腐熟物料脂肪族化合物含量最高，其次是碳水化合物和氨基糖类。分析不同腐熟物料中DOM的荧光光谱发现，秸秆与牛粪腐熟物料的DOM中类蛋白的荧光强度相对较强，鸡粪与菌渣腐熟物料的DOM中富含腐殖酸类物质。

ckwx 参考文献

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