全 文 ：第 26 卷 第 7 期 农 业 工 程 学 报 Vol.26 No.7
2010 年 7 月 Transactions of the CSAE Jul. 2010 255

醋糟条垛式堆肥发酵技术及效果

赵青松，李萍萍※，王纪章，朱咏莉，孙德民
（江苏大学农业工程研究院现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室/江苏省重点实验室，镇江 212013）

摘 要：为了探讨醋糟发酵过程中氮素形态变化对 pH 值的影响，采用向堆体添加水分的两阶段条垛式堆肥发酵方法，
测定了两个阶段堆体中总氮、氨氮、硝氮的质量分数及堆体温度、有机质、pH 值。试验结果表明：堆肥完成后堆体总氮、
氨氮、硝氮相对质量分数均有所上升，堆体 pH 值由最初的 4.3 上升至最高 7.94，最后又回落至 6.3 左右，有机质质量分
数由最初的 91.8%下降到了 83.2%，发芽指数 GI 达到 102.3%。研究表明：经两阶段堆肥发酵，醋糟堆体已完全腐熟。
关键词：氮，pH，氮化合物，醋糟，条垛式堆肥，氮素迁移，发芽指数
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.07.044
中图分类号：S23.7 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2010)-07-0255-05
赵青松，李萍萍，王纪章，等. 醋糟条垛式堆肥发酵技术及效果[J]. 农业工程学报，2010，26(7)：255－259.
Zhao Qingsong, Li Pingping, Wang Jizhang, et al. Technology and effect of vinegar residue windrow composting[J].
Transactions of the CSAE, 2010, 26(7): 255－259. (in Chinese with English abstract)

0 引 言
醋糟是在制醋过程中排放出的有机废弃物，其酸性
大,腐烂慢，所以对其处理是制醋行业的一大难题[1-3]。为
了有效地消化和处理醋糟，近年来笔者进行了利用醋糟
堆肥技术开发植物栽培基质的研究，并且取得了较好的
效果。根据条垛式发酵经验，认为待堆温下降到室温，
含水率降至 30%左右时，堆体就发酵完全[1-3]。但在以醋
糟为堆料的条垛式发酵后，发现醋糟在堆肥完成后用于
基质栽培时，在基质槽中有二次发酵的现象，并且 pH 值
由发酵结束时的 7～8 经二次发酵后回落至 6.3 左右，这
与用其他初始 pH 值较高的物料堆肥的结果表现不太一
致[5-9]。为此，本文在前期堆体达到发酵结束状态的基础
上，进一步向堆体添加水分，进行两阶段堆肥发酵试验，
旨在阐明醋糟堆肥化处理整个过程中总氮、氨氮、硝氮
等氮素形态转化随时间的变化特征及其与 pH 值变化之
间的关系，以及堆体的温度、有机质质量分数、水分质
量分数等的变化规律，最终实现堆料的完全腐熟。
1 材料与方法
1.1 试验材料
本试验所用的醋糟原料为江苏省恒顺醋业集团提
供，为酿造结束的新鲜醋糟，其主要成分是经过酿造发
酵的稻谷壳和糯米团。其基本的物理化学指标见表 1。

表 1 试验材料性质
Table 1 Properties of composting materials
物料 pH 值 含水率/% 粒径/mm 有机质质量分数/% C 质量分数/% N 质量分数/% C/N P 质量分数/% K 质量分数/%
醋糟 4.36 68.8 3～5 91.8 78.3 2.1 37.3 0.29 0.09
供试菌种：复合微生物剂（自制），主要菌种包括纤维素分解菌、木质素分解菌、固氮菌等，菌株质量分数为 10×108 cuf/mL。

1.2 试验方法
将复合微生物菌剂和新鲜醋糟按 5 mL/kg 混合均匀
后，在江苏大学试验塑料大棚中堆成长 2 m 宽 1.5 m 高
1.2 m 的条垛，并设置 3 个重复。堆体由上至下每隔 30 cm
插一个温度计，插入堆体内 30 cm。

收稿日期：2009-11-07 修订日期：2010-03-24
基金项目：国家农业科技成果转化资金（2008GB2C100106）；江苏省科技攻
关重大项目（BE2006385）；镇江市农业科技攻关（NY2008037）
作者简介：赵青松（1983－），男，山西晋城人，博士，研究方向：农业固
体废弃物资源化利用。镇江 江苏大学农业工程研究院，212013。
Email: zhaoqs1983@sina.com
※通信作者：李萍萍（1956－），女，浙江宁波人，教授，中国农业工程学
会会员（E0412001025），主要从事农业生态学的研究。镇江 江苏大学农
业工程研究院，212013。Email: lipingping@ujs.edu.cn
本试验采用二阶段发酵技术：第一阶段为常规发酵
阶段，每隔 2 d 翻堆一次，采用人工翻堆，待温度降至室
温，堆体含水率降至 30%以下时，发酵结束。第二阶段
开始前通过给堆体喷洒水分，使堆体含水率恢复至
50%～60%，每隔 5 d 翻堆一次，待堆温降至室温，堆体
含水率降至 30%以下时整个发酵过程结束。
1.3 采样及测定
1.3.1 采样时间及方法
堆制第一阶段为每 2 d 取样一次，第二阶段为每 5 d
取样一次。取样在每次翻堆后，待整个堆体混合均匀后
进行。
1.3.2 测定指标及方法
温度测定为每天上午 9:00 和下午 16:00 测定，取上
中下 3 层温度的平均值为当天的堆体温度。
256 农业工程学报 2010 年
堆体含水率采用 105℃烘 24 h 至恒质量；有机质为
Muffle 炉 550℃灼烧 10 h 至恒质量；
pH 值（物料∶去离子水=1∶10(W/V)）用 pH 计测
试；
用培养皿培养法测定发芽率指数（GI）：以蒸馏水作
为对照，取 5 mL 浸提液于铺有滤纸的 9 cm 培养皿中，
均匀放入 20 粒饱满的小白菜种子，于(20±1)℃的培养箱
中培养 48 h 后测种子的发芽指数 GI，GI =(浸提液种子发
芽率×根长)/(对照种子发芽率×根长)×100%[10]；
总氮采用修正凯氏法测定；NH+4-N、NO-3-N 采用
1 mol/LKCl 振荡 1 h 浸提后，先用快速滤纸过滤，再用
0.45 μm 滤膜过滤后，用紫外分光光度计测试[11]。
2 结果与分析
2.1 堆肥过程中堆体温度和含水率的变化
堆体温度能在一定程度上反映堆肥系统中的微生物
活性,同时也对微生物的活性产生影响，因此它是堆肥过
程控制的一个重要指标，堆体温度升高是微生物代谢产
热累积的结果，反过来又决定了微生物的代谢活性[12]。
本试验中堆体温度和堆体含水率的变化见图 1。于
2009 年 6 月 16 日堆垛，在堆肥第一发酵阶段中堆体经
过 2 d 温度就升到 45℃，即进入高温阶段，这说明堆制
初期，醋糟中易于降解的有机物营养丰富，微生物活动
剧烈，使堆体温度上升迅速。在 60～70℃高温阶段维持
了 16 d，最高温度达到了 72℃，这一阶段主要是高温细
菌活动，是分解纤维素和果胶类物质能力很强的的微生
物[13]，由于醋糟中主要物质为纤维素类物质，导致醋糟
发酵高温阶段维持时间很长。同时堆体含水率也迅速下
降，由堆肥开始前的 68.8%下降到 20%左右，随着堆体
含水率的进一步降低，堆体温度也下降至室温，第一阶
段发酵完成。

图1 堆肥过程中堆料温度和堆体水分质量分数的变化（2009年）
Fig.1 Changes of temperature and moisture content in piles
during composted material in 2009

第二阶段发酵由 2009 年 7 月 18 日开始，堆体温度
迅速由室温上升至高温阶段，并且维持了 10 d 左右，随
后才缓慢下降至室温，含水率也从添加时的 50%～60%
下降到了 30%，第二阶段结束。由第二阶段的温度曲线
可以看出，第一阶段温度降低的主要原因在于第一阶段
堆体在高温阶段维持时间长，堆体水分蒸发剧烈，堆体
含水率降低阻碍了微生物的繁殖，导致了堆体温度的下
降。第二阶段的高温维持了 10 d 左右，说明第二阶段发
酵堆体中高温微生物可利用的物质仍然很丰富，因此向
堆体添加水分的二次发酵时很有必要的。
2.2 堆肥过程中堆体有机质的变化
本试验中，堆肥物料中有机质降解随发酵时间的变
化见图 2。从图 2 可以看出，在开始的前 2 d，即升温期，
堆体的有机质质量分数缓慢下降，随着堆体进入高温期，
有机质质量分数迅速下降，由最初的91.4%下降到86.2%，
第一阶段后期，由于堆体温度下降，有机质降解几乎停
滞；在第二阶段的高温阶段，有机质降解速度再次加速，
二阶段后期，随着堆体温度的下降，有机质降解趋于停
止，有机质质量分数趋于稳定。

图 2 堆肥过程中堆料有机质变化（2009 年）
Fig.2 Changes of organic matter during composted material in
2009

由图 2 可以看出，堆体中有机质降解主要发生在高
温期，在低温期有机质降解速度较慢。因此在醋糟发酵
过程中应维持高温期的连续性，这对缩短堆肥时间、提
高堆肥生产企业的处理能力及降低成本很有意义。
2.3 堆肥过程中氮素形态的变化及氮素损失途径
堆肥中氮的各种形态包括总氮（TN）、有机氮（总氮
减去无机氮）、无机氮（主要是氨态氮（NH+4-N）和硝态
氮（NO-3-N））。有机固体废物的堆肥可能导致氮素的矿
化、氨气的挥发、硝化及反硝化作用，其中氮素的矿化
将有机氮转化为氨氮,氨气的挥发和反硝化作用直接导致
了氮素的损失，而总氮质量分数的升降取决于有机碳矿
化与氮素矿化的速度比。堆肥过程中的氮的质量分数及
其存在形态的变化直接关系到最终堆肥产品的农业利用
价值[14]。
总氮变化趋势不明显，波动上升（图 3），这与其他
人的研究基本一致[15]。第一和第二阶段发酵开始阶段总
氮质量分数下降是由于在高温期微生物活动旺盛，消耗
氮的速率明显大于总干物质的下降速率。随着发酵的进
行，堆料逐渐腐熟，部分有机碳还在被利用转化为 CO2，
而此时 NH3 的挥发损失较小，因此，堆肥中全氮质量分
数转为上升。所以总体上看，全氮质量分数在堆制后比
堆制前升高。
第 7 期 赵青松等：醋糟条垛式堆肥发酵技术及效果 257

图 3 堆肥过程中全氮、硝态氮和氨态氮的变化
Fig.3 Changes of total nitrogen, nitrate-N and ammonium-N of
piles during composting process

由图 3 可以看出，堆肥第一阶段初期物料 NH+4-N 的
质量分数上升,之后又急剧下降。在第一阶段后期和整个
发酵第二阶段 NH+4-N 质量分数趋于稳定，并保持在一定
水平。在堆制初期, NH+4-N 的变化趋势主要取决于高温、
pH 值和基质中氨化细菌的活性[14]。在本试验中由于初期
堆料的 pH 值较低（图 4），不适合氨化细菌的繁殖，导
致初期 NH+4-N 上升缓慢。随着 NH+4-N 的积累，堆料的
pH 值迅速升高，并维持在 7～8 之间，在此环境下氨化
细菌繁殖迅速，产生大量的 NH+4-N，致使 NH+4-N 质量
分数迅速升高并上升至顶峰，堆体的持续高温和高 pH 值
加剧了 NH+4-N 和 NH3 的不平衡，造成 NH3 逸出，同时
消化细菌的活跃，使一部分氨态氮转化为硝态氮，两方
面共同作用导致了氨态氮含量的下降。
由图 3 中硝态氮的变化可以看出，硝态氮质量分数
表现为先上升，然后下降，再上升，再下降，最后持续
上升的态势。在堆肥发酵初期由于堆体 pH 值很低，以及
氨态氮质量分数较少，硝化细菌不活跃，是堆肥开始后
堆体硝态氮质量分数很低的原因，随着堆体 pH 值的上升
及氨态氮的大量积累，硝态氮质量分数迅速上升，此时
由于堆体内微生物代谢旺盛，堆体内极易形成大量缺氧，
甚至厌氧条件，这直接导致了剧烈的反硝化作用，大量
的硝态氮转化为气态的 N2O 和 N2，造成硝态氮的损失，
使硝态氮质量分数下降，随着堆体温度的降低，硝化细
菌再度活跃，堆体中硝态氮质量分数再度上升，在第二
阶段发酵过程的高温阶段硝态氮质量分数再度下降这与
第一阶段的原因相一致，之后随着堆体环境的改善，硝
态氮再次缓慢上升。
2.4 堆肥过程中堆体 pH 值的变化特征
由图 4 可以看出以醋糟为原料的酸性物质在发酵过
程中的 pH 值的变化特征，表现出一个由酸变碱然后缓慢
变化变为弱酸的过程。在第一阶段发酵初始，醋糟堆体
内初始 pH 值较低，氨态氮质量分数也较低（图 3），在
堆肥初期堆体内 pH 值缓慢上升。随着堆体内温度的提
高，以及堆体内氨化细菌的活跃，堆体内氨态氮大量积
累，导致堆体 pH 值的迅速上升，并在 2009 年 7 月 4 日
左右达到高峰，pH 值接近 8，这与堆体内氨态氮的变化
趋势是一致的。在高温阶段，随着堆体内氨态氮质量分
数的减少，堆体 pH 值也缓慢下降，同时在堆肥后期堆体
内硝态氮质量分数的缓慢上升，使堆体的 pH 值也缓慢下
降，最终堆体内维持动平衡，pH 值稳定在 6.3 左右。

图 4 堆肥过程中堆料 pH 值的变化（2009 年）
Fig.4 Variations of pH value in composting material during in 2009

2.5 堆肥过程中堆体发芽指数（GI）的变化
发芽率指数常作为生物学指标被用来判断堆肥的腐
熟度。当 GI 大于 50%时可认为堆肥对植物基本没有毒害
作用，当 GI 大于 80%～85%时，即可认为该堆肥施入土
壤对植物已完全没有毒性[16]。
不同堆制时期物料的发芽指数（GI）由图 5 可以看
出，第一阶段结束时（2009 年 7 月 18 日）堆体浸提液
GI 为 56.8%，表明堆体还未完全腐熟。第二阶段结束后
（2009 年 8 月 5 日）堆体浸提物的 GI 为 102.3%。

注：图中不同字母表示：a、b、c 表示不同时间的发芽指数显著性比较，字
母相同表示差异不显著（P＞0.05），不同表示差异显著（P＜0.05）

图 5 堆肥过程中发芽指数（GI）的变化
Fig.5 Germination indexes (GIs) in composting
258 农业工程学报 2010 年

3 结 论
本试验采用条垛两阶段的堆制发酵来处理醋糟，结
果表明，经过第二阶段的发酵，堆料性状趋于稳定，总
氮和有效氮相对含量升高，pH 值稳定在 6.3 左右，发芽
指数达 102.3%，表明堆料已完全腐熟。然而，两阶段发
酵的整个发酵过程持续 50 d，比常规发酵延长 10 d 左右，
因此，如何把握向发酵堆体添加水分时机，以保持高温
阶段的连续性，加快发酵过程，有待做进一步的研究。

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第 7 期 赵青松等：醋糟条垛式堆肥发酵技术及效果 259


Technology and effect of vinegar residue windrow composting

Zhao Qingsong, Li Pingping※, Wang Jizhang, Zhu Yongli, Sun Demin
(Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment and Technology, Ministry of Education and Jiangsu Province,
Institute of Agricultural Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China)

Abstract: In order to investigate the effect of transformation of nitrogen on pH value in course of vinegar composting,
two-stage water-filled windrow fermentation method compost experiment was carried out. The amounts of total nitrogen,
ammonia nitrogen, nitrate nitrogen and the temperature, organic matter and pH value were measured orderly. Results
showed that the amounts of total nitrogen, ammonia nitrogen, nitrate nitrogen increase in the relative content, and pH
value mounted up from 4.3 to 7.94 and eventually returns to about 6.3, and the content of organic matter descended from
91.8% to 83.2%, and the germination index reached 102.3%. Results indicate that vinegar residue compost has been full
maturity.
Key words: nitrogen, pH, nitrogen compounds, vinegar residue, windrow composting, germination index (GI), total
nitrogen (TN)