کمپوست چیست و آزمایشات استاندارد و تعیین کیفیت آن چگونه انجام می شود؟
مقدمه
کمپوست کردن یک فرآیند هوازی است که در آن بقایای آلی (OM) تحت شرایط کنترل‌شده دما، رطوبت و اکسیژن تجزیه شده و منجر به تولید محصول نهایی پایدار، عاری از سمیت گیاهی و عوامل بیماری‌زا و با خواص هیومیکی می‌شود.
در واقع کمپوست‌کردن یک روش تصفیه منابع است که از میکروارگانیسم‌های هوازی برای تبدیل بقایای جامد آلی به هوموس پایدار استفاده می‌کند. می‌توان از مواد آلی کمپوست‌شده به عنوان یک منبع جدید کود و اصلاح‌کننده خاک استفاده مجدد کرد و این ترکیبات می توانند جایگزین کودهای شیمیایی پرهزینه شده و در نهایت هزینه‌های تولید محصول را کاهش دهند.
کمپوست به ماده هوموسی حاصل از فرآیند تجزیه بیولوژیکی ضایعات آلی در دما و رطوبت مناسب توسط میکروارگانیسم ها در حضور اکسیژن گفته می شود.
کمپوست به دلیل دارا بودن مواد غذایی غنی برای میکروارگانیسم ها، حضور جوامع میکروبی و آنزیم های تجزیه کننده مترشحه از آن ها و بهبود خواص فیزیکوشیمیایی خاک می تواند به عنوان اصلاح کننده بافت خاک، بهبود دهنده ی pH ، حفظ کننده رطوبت خاک، بهبود دهنده ی ساختار خاک و همچنین به عنوان منبع مواد غذایی برای میکروارگانیسم های خاکزی عمل کند.
بلوغ کمپوست به عنوان یک پارامتر محوری برای ارزیابی کیفیت کمپوست عمل می‌کند و توصیف جامعی از مواد سمی گیاهی موجود در کمپوست ارائه می‌دهد. کمپوست نارس، پس از استفاده در زمین‌های کشاورزی، می‌تواند برای دستیابی به اکسیژن و نیتروژن، با خاک و محصولات کشاورزی رقابت کند.
همچنین تجزیه مواد آلی ناپایدار ممکن است باعث تولید گرما و ترکیباتی مانند آمونیاک و اسیدهای آلی شود که اثرات نامطلوبی بر جوانه‌زنی بذر، رشد گیاه و شرایط خاک می‌گذارد.
بنابراین، استانداردهای ارزیابی بلوغ کمپوست نقش محوری در تضمین سلامت گیاه و خاک ایفا می‌کنند و برای کاربرد کمپوست در زمین های کشاورزی از اهیمت بالایی برخوردار است.
بر اساس مکانیسم‌های مختلف شاخص‌های ارزیابی بلوغ کمپوست را می‌توان به سه گروه اصلی تقسیم کرد: فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی. علاوه بر این، فناوری های طیف‌سنجی و روش های مدل‌سازی ریاضی نیز می‌توانند برای ارزیابی بلوغ کمپوست به کار روند. با این حال همه ی این شاخص ها محدودیت هایی دارند.
شاخص‌های فیزیکی در درجه اول برای ارزیابی بلوغ کمپوست بر اساس خواص قابل مشاهده مانند دما، رنگ، بو و میزان رطوبت، به روش‌های فیزیکی متکی هستند.
با این وجود، بسیاری از شاخص‌های فیزیکی مستلزم ارزیابی‌های کیفی هستند و تعیین دقیق کمیت آن ها را چالش برانگیز می‌کنند.
در نتیجه، آن ها نمی‌توانند به عنوان معیارهای خاصی برای ارزیابی بلوغ عمل کنند. برای مثال، آخرین استاندارد کود آلی (NY525-2021) بیان می‌کند که کود آلی باید ظاهری یکنواخت داشته باشد، به شکل پودر یا دانه باشد و بدون بو باشد. با این حال، این روش بسیار کلی است و تنها یک شاخص کیفی از بلوغ کمپوست ارائه می‌دهد و فاقد توانایی تعیین دقیق آن است. بنابراین، شاخص‌های ارزیابی فیزیکی منجر به دقت و قابلیت مقایسه پایین می‌شود.
شاخص‌های شیمیایی در واقع شامل نظارت بر تغییرات در ترکیب یا خواص شیمیایی ترکیبات در طول فرآیند کمپوست‌کردن هستند که در درجه اول شامل (pH)، هدایت الکتریکی (EC)، نسبت کربن به نیتروژن (C/N) و نسبت اسید هیومیک به اسید فولویک (HA/FA) می‌شوند.
pH به عنوان یک شاخص رایج شیمیایی برای ارزیابی بلوغ کمپوست به شمار می آید. استاندارد کمپوست که در ایران (ISIRI-10716) منتشرشده است نشان می دهد که pH کمپوست در عصاره 1:10 باید در محدوده 8 تا 6 باشد. حفظ سطح pH مناسب برای تسهیل فعالیت میکروبی مؤثر و پیشرفت فرآیند کمپوست ضروری است. مقادیر pH که بیش از حد بالا یا پایین هستند، به طور قابل توجهی مانع فرآیند کمپوست کردن می‌شوند.
این شاخص‌ها روشی رایج و ساده برای ارزیابی بلوغ کمپوست ارائه می‌دهند. با این حال، کاربرد ارزیابی شاخص شیمیایی به خواص مواد اولیه کمپوست بستگی دارد و دامنه کاربرد خاصی دارد.
به عنوان مثال، بسیاری از مطالعات نشان می‌دهند که EC کمتر از 4 میلی‌زیمنس بر سانتی‌متر در کمپوست نهایی نشان دهنده شرایط مناسب برای جوانه‌زنی بذر و نشان دهنده بلوغ کمپوست است. با این حال، پژوهش ها نشان داده است که برخی از ترکیبات اولیه، مانند بقایای مواد غذایی و کود گوسفندی، میزان شوری بالاتر و سطح EC بیش از 4 میلی‌زیمنس بر سانتی‌متر را نشان می‌دهند. با وجود این، شاخص GI پس از کمپوست کردن طبق استانداردهای بلوغ بود.
در مورد نسبت کربن به نیتروژن کمپوست می توان گفت که کاهش نسبت کربن به نیتروژن از محدوده 30-25 یا بالاتر به محدوده 20-15 نشان دهنده ی بلوغ کمپوست است. با این حال، برخی از مواد اولیه، مانند کودهای مرغی و لجن، ذاتاً نسبت کربن به نیتروژن پایینی دارند که معمولاً از 5 تا 10 متغیر است.
در نتیجه، نسبت کربن به نیتروژن (C/N) ممکن است در چنین مواردی به عنوان یک پارامتر برای بررسی بلوغ کمپوست مناسب نباشد. بنابراین هنگام استفاده از شاخص‌های شیمیایی برای ارزیابی بلوغ کمپوست، در نظر گرفتن خواص مواد اولیه مورد استفاده ضروری است.
ارزیابی زراعی کمپوست شامل تعیین کل مواد جامد، ماده آلی، کربن آلی، نسبت کربن به نیتروژن کل، pH، چگالی، فسفر، پتاسیم، کلسیم، منیزیم و کل گوگرد طبق روش‌های استاندارد کمپوست که در ایران (ISIRI-10716) منتشرشده است.
ارزیابی آلودگی کمپوست از نظر فلزات سنگین با توجه به اینکه ممکن است فلزات در مواد اولیه مورد استفاده برای تهیه کمپوست (مانند کود دامی) وجود داشته باشند و باعث آلودگی خاک شوند و وارد چرخه غذایی شوند قابل اهمیت است. در استاندارد کمپوست که در ایران (ISIRI-10716) منتشرشده است رنج مجاز فلزات سنگین در کمپوست آورده شده است.
شاخص بیولوژیکی: شاخص جوانه‌زنی (GI) یک شاخص بیولوژیکی پرکاربرد، حساس و قابل اعتماد برای ارزیابی بلوغ و سمیت گیاهی کمپوست است. آخرین استاندارد کود آلی (NY525-2021) شاخص GI را به عنوان شاخص ارزیابی بلوغ کمپوست معرفی کرده و برای اولین بار الزام به شاخص70% ≤ GI را تعیین کرده است. با وجود حساسیت و جایگاه معتبر آن به عنوان یک شاخص بیولوژیکی برای بلوغ کمپوست، تعیین شاخص GI تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارد.
اگرچه شاخص جوانه‌زنی بذر در حال حاضر یک شاخص معتبر برای ارزیابی بلوغ کمپوست است، با این حال، برخی از مسائل مانند انتخاب بذر، تهیه عصاره کمپوست، روش‌های کشت و اندازه‌گیری مانع مقایسه نتایج تحقیقات می‌شود. علاوه بر این، نتایج نشان داده اند که مقدار GI کمپوست در اکثر مطالعات اغلب انحراف معیار بزرگ و تکرارپذیری ضعیفی را نشان می‌دهد، که در درجه اول به دلیل تنوع بذر است و دقت بالا برای انتخاب مدل بذر در روش بیولوژیکی را یادآور می شود.
طیف سنجی: طیف سنجی روشی است که برای تجزیه و تحلیل ویژگی‌های طیفی کمپوست، که منعکس‌کننده محتوای ماده آلی و ساختار مولکولی است، به کار گرفته شده است. طیف سنجی با بررسی تغییر در ترکیب ماده آلی امکان ارزیابی بلوغ کمپوست را فراهم می کند.
کمپوست کردن باعث تولید ترکیبات شیمیایی هیومیکی خاصی توسط میکروارگانیسم ها می شود که متابولیسم آن ها عمدتاً در فاز محلول در آب اتفاق می‌افتد، از این رو بررسی مواد آلی محلول (DOM) می‌تواند برای اندازه‌گیری بلوغ کمپوست مفید باشد. در نتیجه، DOM شاخصی از فرآیند هوموسی شدن است که در طول فرآیند کمپوست کردن عمل می‌کند.
الزامات ایمنی دیگر شامل تعیین مقدار ترکیبات بی‌اثر و ناخالصی‌ها، میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا و سالمونلا، ترکیبات آلی کمیاب (HAP) و عناصر کمیاب می‌شود.
ارزیابی بلوغ کمپوست اهمیت قابل توجهی در فرآیندهای تولید کمپوست و ارزیابی کیفیت آن دارد. با گذشت زمان، از تکیه بر شاخص‌های منفرد به تجزیه و تحلیل‌های جامع‌تر و از خواص فیزیکی و شیمیایی عمومی به سمت اتخاذ روش‌های نوظهور تغییر جهت داده است. با این حال، علی رغم تعدد شاخص‌های بلوغ کمپوست و روش‌های ارزیابی، محدودیت‌ها هنوز پابرجا هستند.
- Kong, Y., Zhang, J., Zhang, X., Gao, X., Yin, J., Wang, G., … & Yuan, J. (2024). Applicability and limitation of compost maturity evaluation indicators: A review. Chemical Engineering Journal, 151386.
- Kong, Y., Zhang, J., Yang, Y., Liu, Y., Zhang, L., Wang, G., … & Yuan, J. (2023). Determining the extraction conditions and phytotoxicity threshold for compost maturity evaluation using the seed germination index method. Waste Management, 171, 502-511.
- Gastaldi, E., Buendia, F., Greuet, P., Bouchou, Z. B., Benihya, A., Cesar, G., & Domenek, S. (2024). Degradation and environmental assessment of compostable packaging mixed with biowaste in full-scale industrial composting conditions. Bioresource Technology, 400, 130670.
