腐熟剂对茭白秸秆堆肥腐熟效果的影响.pdf

DOI：10.11689/sc.2022052201邬刚，俞飞飞，马超，等.腐熟剂对茭白秸秆堆肥腐熟效果的影响J.土壤与作物，2023，12（3）：306 313.WU G，YU F F，MA C，et al.Efficacy of decomposing agents on water oat straw compostingJ.Soils and Crops，2023，12（3）：306 313.腐熟剂对茭白秸秆堆肥腐熟效果的影响邬刚1,2，俞飞飞3，马超4，陈俊阳1,2，袁嫚嫚1,2，王家宝1,2，孙志立1,2，葛治欢3，董言香3，孙义祥1,2（1.安徽省农业科学院 土壤肥料研究所,安徽 合肥 230031；2.养分循环与资源环境安徽省重点实验室,安徽 合肥230031；3.安徽省农业科学院 园艺研究所,安徽 合肥 230031；4.安徽农业大学 资源与环境学院,安徽 合肥 230036）摘要：为验证不同腐熟剂对茭白秸秆堆肥的腐熟效果，通过分析秸秆外观、秸秆堆肥养分含量变化以及堆肥产物对种子发芽指数的影响，以期筛选出适宜红壤丘陵区气候条件的秸秆腐熟剂。本文将腐熟剂接种到以茭白秸秆、畜禽粪以及尿素为材料的堆肥中，共设 5 个处理，分别为不添加腐熟剂（CK）、添加谷霖微生物腐秆剂处理（T1）、添加沃宝秸秆腐熟剂处理（T2）、添加低量 EM 菌剂处理（T3）和添加高量 EM 菌剂处理（T4）。结果表明：在堆肥过程中添加腐熟剂的堆腐外观的变化程度更明显，微生物菌剂处理的 C/N 在堆肥的 60 d 降至 7.8 10.8，而对照 CK 则为 12.7。随着腐熟过程的推进，pH 总体呈逐渐上升趋势，水溶性铵态氮和硝态氮呈先升后降的趋势。60 d 时，添加微生物菌剂处理的种子发芽指数为 85.4%96.5%，CK 为 84.6%。可见，腐熟剂能提高腐解产物的速效养分，加快茭白秸秆的腐解进程，增加秸秆的腐熟程度，降低秸秆腐熟发酵物植物毒性，其中以低量 EM 菌剂处理效果最好。关键词：腐熟剂；茭白秸秆；堆肥；EM 菌剂中图分类号：S645.2文献标识码：AEfficacy of decomposing agents on water oat straw compostingWU Gang1,2，YU Feifei3，MA Chao4，CHEN Junyang1,2，YUAN Manman1,2，WANG Jiabao1,2，SUN Zhili1,2，GE Zhihuan3，DONG Yanxiang3，SUN Yixiang1,2（1.Soil and Fertilizer Research Institute,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Hefei 230031,China；2.Key Laboratory of Nutrient Cycling,Resources and Environment of Anhui,Hefei 230031,China；3.Institute of Horticulture Research,Anhui Academy of Agricultural Sciences,Hefei 230031,China；4.School of Resources and Environment,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China）Abstract：In order to verify the effects of different decomposing agents on water oat straw composting,the straw appearance,nutrient content of straw composting and composting products on seed germination index were analyzed,so as to screen out strawdecomposing agents suitable for climate conditions of red soil hilly region.The experiment inoculated different decomposing agentsinto compost with materials of water oat straw,livestock manure and urea,which included following five treatments:Gulinmicrobiological rotting stem agent(T1),Wobao straw rotten agent(T2),low levels of EM microbial agent(T3),high amount of EMmicrobial agent(T4),and no addition of decomposing agent as control(CK).The results showed that the change of heap rot wassignificant in the composting process with the addition of decomposing agents.The C/N with microbial agent treatments decreased to7.8 10.8 after 60 days of composting,while that of CK was 12.7.With the process advancement,pH increased gradually,and water-soluble ammonium nitrogen and nitrate nitrogen increased first and then decreased.At the 60 d of composting,thee germinationindex was 85.4%96.5%with agents while that of CK was 84.6%.The decomposing agent increased the available nutrients of thedecomposing products,accelerated the decomposing process of water oat straw,increased the decomposing degree of straw,andreduced the phytotoxicity of straw decomposing fermentation.The low levels of EM microbial agent had the better efficacy.收稿日期：2022 05 22；修回日期：2023 02 27.基金项目：国家特色蔬菜产业技术体系项目（CARS-24-G-09）；安徽省重点研发计划项目（202104a06020031）；安徽省农业科学院科研团队项目（2022YL023）；安徽省蔬菜产业技术体系项目，岳西县科技局攻关项目.第一作者简介：邬刚（1987-），男，硕士，副研究员，研究方向为蔬菜养分资源综合管理.E-mail：.通信作者：俞飞飞（1965-），女，本科，研究员，研究方向为特色蔬菜育种与栽培管理.E-mail：.土壤与作物 2023 年 9 月 第 12 卷 第 3 期Soils and Crops,Sep.2023,12（3）：306 313Key words：decomposing agent；water oat straw；compost；EM microbial agent 0引言红壤丘陵区地处亚热带湿润气候区，四季气候特征分明，夏季高温多雨，冬季温暖湿润。红壤丘陵区跨越南方 11 个省，总面积 1.18 亿 hm2，约占国土面积的 12.3%1。安徽省岳西县地处大别山腹地，是典型的红壤丘陵区。由于红壤丘陵区矿物风化和土壤淋溶作用强烈，造成该区域土壤肥力不高，阳离子交换量低，保肥供肥能力差，土壤酸化严重2，因此，如何提升土壤质量已成为该去重要的研究方向。安徽省岳西县是我国最大的无公害高山茭白基地，2022 年岳西县茭白种植面积约 4 000 hm2，产量6.94 万 t，产值超过 3.1 亿元，在农民脱贫致富过程中起着重要作用。但若种植管理措施不到位，大量丢弃的茭白秸秆堆积于田边和河道中会造成严重的环境污染，容易导致水体富营养化，同时也浪费了大量生物质资源3 5。茭白秸秆的资源化利用途径有很多，其中堆肥还田是最常用途径之一，一方面通过堆肥解决了茭白秸秆给环境带来的污染，另一方面堆肥还田后有利于土壤肥力的提升和土壤性质的改善。堆肥化是有机废弃物在微生物的新陈代谢作用下，被分解转化为简单的小分子物质，并使降解的有机物向稳定的腐殖质转化的过程6 8。常规堆肥方式发酵周期比较长，有机废弃物无法快速腐熟并利用，而秸秆腐熟剂的应用可加速秸秆中有机物的降解。有研究表明，添加腐熟剂有助于促进玉米秸秆腐熟，但不同的腐熟剂中微生物菌种组成不同，对堆肥腐熟效果存在不同程度的影响9。小麦秸秆含有丰富的纤维素，可以在微生物的作用下进行腐熟分解，但腐解时间相当长，而通过外源添加腐解菌可能会促进秸秆的分解和转化10。研究显示，应用秸秆腐熟剂能够加快水稻秸秆腐解，与不添加秸秆腐熟剂的处理相比，施用秸秆腐熟剂后，水稻秸秆迅速升温，形成的堆肥无恶臭，且对绿豆种子发芽没有抑制作用11。施用秸秆腐解剂对加快不同秸秆的养分释放速度的效果不显著12。前人研究多关注腐熟剂对水稻、小麦、玉米及油菜等农作物秸秆腐熟的影响，也有关注腐熟剂中不同微生物种类对堆肥效果的影响差异，但是有关腐熟剂在茭白秸秆堆肥中应用的研究较少。为验证不同秸秆腐熟剂对茭白秸秆的施用效果，以茭白秸秆、畜禽粪及尿素等为材料进行相关试验，分析堆肥产物的 pH、有机质、水溶性铵态氮、水溶性硝态氮及种子发芽指数（GI）变化，以期筛选出适宜当地气候条件的秸秆腐熟剂，为腐熟剂在茭白秸秆堆肥中的应用和提高区域土壤质量提供理论依据。1方法 1.1试验材料供试秸秆为安徽省岳西县茭白秸秆，养分为全氮 11.4 gkg1、全磷 3.40 mgg1、全钾 14.9 mgg1、全碳 433 gkg1，氮肥为“安徽昊源”尿素（含氮量 46.4%）。谷霖微生物腐熟剂系上海联业农业科技有限公司研制，主要成分为：枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪地芽孢杆菌、白色链霉菌、天青链霉菌等多种高效活性菌株，含菌量大于 0.5 亿g1；沃宝秸秆腐熟剂由河南省沃宝生物科技有限公司研制，主要包含对纤维素、半纤维素、木质素分解较好的芽孢杆菌、放线菌、丝状真菌、酵母菌等，含菌量大于 0.5 亿g1；EM 菌剂是日本琉球大学比嘉照夫教授发明的有效微生物群技术及产品，它由光合菌类、乳酸菌类、酵母菌类等三大菌群的多属多种微生物组成。1.2试验设计与样品采集腐解试验于 2021 年 8 月至 10 月在岳西石关乡马畈村（1162321.53E，30593.90N）进行。茭白秸秆用用铡草机切断成 1 3 cm，把切断后的秸秆用水浇湿、渗透，秸秆含水量为 60%左右。试验设 5 个处理，分别为不添加腐熟剂（CK）、添加谷霖微生物腐秆剂处理（T1）、添加沃宝秸秆腐熟剂处理（T2）、添加低量 EM 菌剂处理（T3）和添加高量 EM 菌剂处理（T4），每个处理重复 3 次，堆肥过程中各物料第 3 期邬刚等：腐熟剂对茭白秸秆堆肥腐熟效果的影响307 用量见表 1。调节堆肥物料 C/N 约为 30，用铁锹等工具翻拌一遍，堆成宽 1 m、高 1.5 m、长 2 m 的长条，用塑料布盖严。分别在试验第 1、20、60 d 于堆体 15、20、25 cm 深处取等量样品混匀（大约 200 g）。表 1堆肥过程中各物料用量Table 1Amount of each material in the composting process处理Treatments茭白秸秆Water oat straw/kg畜禽粪Livestock manure/kg尿素Urea/kg腐熟剂Decomposing agentCK150305.10T1150305.10.3 kgT2150305.10.6 kgT3150305.11.2 LT4150305.12.4 L 1.3有机物料样品指标的测定有机质用 Muffle 炉（在 550 灼烧 10 h 至恒重）测量13；总有机碳用磷酸浴重铬酸钾氧化法测定；总氮用凯氏定氮法测定14；酸碱度用 pH 计测定；采用蒸馏水提取及滴定法测定有机肥料水溶性铵态氮含量、紫外分光光度法测定水溶性硝态氮含量；GI 参考竹江良的方法进行测定15：以样品按水物料=31浸提，160 rmin1振荡 1 h 后过滤，吸取 5 mL 滤液于铺有滤纸的培养皿中，滤纸上放置 15 颗上海青种子，25 下避光培养 72 h 后计算发芽率并测定种子的根长，同时用去离子水做空白对照。1.4数据处理试验所得数据用 SPSS 软件进行方差分析和多重比较检验处理间差异程度。用 Excel 2007 进行数据的图表处理。2结果分析 2.1秸秆变化 2.1.1秸秆外观的变化从表 2 可以看出，秸秆发酵堆料的颜色在腐熟前期是黄色的，没有添加任何发酵菌剂（CK）的秸秆堆肥中，随着腐熟的进程增加，颜色逐渐加深，菌丝量逐渐增多，这是由于自然界中存在天然微生物发酵，秸秆开始腐化；而添加了腐熟剂的秸秆堆肥，颜色变化更深，逐渐变为褐色、黑褐色，菌丝量的含量也多于 CK。由此可以看出投加的菌剂对秸秆的腐化更为明显，腐熟剂可以促进腐熟的进程，加快腐熟速度，其中以添加低量 EM 菌剂（T3）的处理效果最明显。2.1.2腐熟过程中 C/N 的变化C/N 是有机物料总有机碳与总氮的比值，是堆肥的基本特征之一，也是最常用于评价腐熟度的参数之一。当堆肥的 C/N 从初始的 35 降低到 20 以下时，认为已经基本腐熟16。茭白秸秆腐解过程中 C/N 的变化如图 1 所示，秸秆发酵物料堆肥腐解 20 天后基本完成了腐熟，60 天后完全腐熟。堆肥起始阶段不同处理秸秆发酵堆料的 C/N 值范围为 23.9 25.6，处理间无显著差异。堆肥中期（腐解 20 天后）添加微生物菌剂处理（T1 T4）的 C/N 已降至 13.1 14.9，而对照(CK)的 C/N 比值则为 18.3 显著高于添加微生物菌剂处理（T1 T4）；除 T2 与 T4 处理之间 C/N 具有显著差异外（P T1 T2T4T3，与 CK 相比，添加微生物菌剂显著降低了 C/N，4 个微生物菌剂处理的 C/N 显著降低了 13.9%28.7%（P0.05）。T3 和 T4 处理较 T1 处理秸秆发酵物料的 C/N 显著降低了 28.8%和22.9%（PT3T2T1CK，但处理间差异不显著。2.2.2腐解过程中水溶性铵态氮和硝态氮的变化如图 3A、图 3B 所示，水溶性铵态氮和硝态氮含量是茭白秸秆腐解矿化的产物，两者变化趋势相似，表 2堆肥过程中秸秆形态的变化Table 2Morphological changes of straw during composting处理Treatment外观变化 The appearance change腐熟前期（1 d）Early stage of composting腐熟中期（20 d）Middle stage of composting腐熟末期（60 d）Terminal stage of compostingCK呈黄色，有发霉味，无其他明显变化。Yellow,moldy,no otherobvious changes.呈褐黄色，有少量菌丝，出现氨臭味。Brownish yellow,with a small amount ofmycelium,ammonia odor.呈黑褐色，大量菌丝，强烈氨臭。Dark brown,a lot of mycelium,strongammonia odor.T1呈微黄，极少量菌丝。Yellowish,very few hyphae.呈褐色，菌丝明显增多，有氨气味产生。rown,mycelium increasedsignificantly,ammonia odor.呈黑黄色，有强烈氨臭味。Blackish yellow,strong smell of ammonia.T2呈微黄，轻微发酵味，少量菌丝。Yellowish,slightly fermented,smallamount of mycelium.呈褐色，有氨臭味，菌丝增多。Brown,ammonia odor,mycelium increased.呈黑褐色，轻微腐烂味。Dark brown,slightly rancid.T3呈黄色，有轻微氨味，少量菌丝。Yellowish,slightly ammoniacal,smallamount of mycelium.呈褐色，氨味强烈，大量菌丝。Brown,strong ammonia,large mycelium.呈黑色，强烈腐烂臭味，有腐液流出。Black,strong putrefaction odor,sap effluent.T4呈微黄色，发酵味，少量菌丝。Yellowish,fermented,small amount ofmycelium.呈黄褐色，菌丝增多，出现氨味。Yellowish brown,mycelium increased,ammonia smell.呈黑褐色，有腐烂臭味。Dark brown,smells rotten.aaaabcbabcabcdaccd05101520253012060C/N腐解天数 Decay days/dCKT1T2T3T4注:图中数值为平均数 标准误（n=3）；不同小写字母表示处理在 P0.05 水平上差异显著。下同。Note:Values are mean standard error of mean (n =3);different small letters indicate significant differences between treatments atPT1T4T2CK，与 CK 相比，T1 T4 处理的水溶性铵态氮显著提高了5.6%26.8%（PT1T2T4CK，其中T3 处理的水溶性铵态氮含量为 1.02 gkg1，较 CK 显著增加了 218%（PT2T4T1CK，与 CK 相比，T1 T4 处理的水溶性硝态氮显著提高了 57.8%81.7%（PT4T2T1CK，其中 T3 处理水溶性硝态氮含量为 2.92 gkg1，较 CK 显著增加了 37.5%（PT4T2T1CK。结果表明添加微生物菌剂有助于降低秸秆腐熟发酵物的毒性，加快堆肥腐熟进程，其中以 T3 效果最佳，GI 达到 97.0%。aaaaaaaaaaaaaaa012345678912060pH腐解天数 Decay days/dCKT1T2T3T4图 2不同处理间腐解产物 pH 的变化Fig.2The pH changes of decomposed products under different treatments 00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.012060水溶性铵态氮含量Water soluble ammonium nitrogen content/(gkg1)腐解天数 Decay days/d腐解天数 Decay days/d0123456712060水溶性硝态氮含量Water soluble nitrate nitrogen content/(gkg1)addabbaccaaaabcaccabbaaaaaaaaaCKT1T2T3T4图 3不同处理间腐解产物水溶性铵态氮和水溶性硝态氮的变化Fig.3The water-soluble ammonium nitrogen and water-soluble nitrate nitrogen of decomposed products under different treatments310土 壤 与 作 物第 12 卷 2.4堆腐产物腐熟度指标的相关分析将腐熟 60 d 的堆腐产物相关的检测指标进行相关性分析得出（表 3），茭白秸秆堆腐产物的种子发芽指数（GI）与堆腐产物 C/N 呈极显著负相关关系（P0.01），与 pH、水溶性铵态氮含量、水溶性硝态氮含量分别呈极显著（P0.01）和显著（P0.05）正相关关系，说明 pH、水溶性铵态氮含量、水溶性硝态氮含量三个指标能较好反映堆腐产物的腐熟程度。堆腐产物 C/N 与 pH、水溶性铵态氮含量、水溶性硝态氮含量均呈极显著负相关关系（P50%，则可认为基本腐熟，当 GI 达到 80%85%时，堆肥产物就可以认为已经完全腐熟，对植物没有毒性18,23。说明微生物菌剂有助于降低秸秆腐熟发酵物对植物的毒性。经相关分析得出，GI 与堆腐产物的 pH、水溶性铵态氮含量、水溶性硝态氮含量呈显著正相关关系，与 C/N 比呈显著负相关关系，与张亚宁等14研究结果较为一致。4结论研究结果表明，通过添加秸秆腐熟剂可提高腐解产物的速效氮含量，加快茭白秸秆的腐解进程，增加秸秆的腐熟程度，降低秸秆腐熟发酵物植物毒性。综合试验结果认为低量 EM 菌剂为适宜当地气候条件和耕作制度的秸秆腐熟剂，可以在生产中示范并进一步验证。参考文献 (References)：分区五:南方红壤区J.中国水利,2009(7):35-39.Division 5:red soil region in South China J.China Water Resources,2009(7):35-39.1 金慧芳，史东梅，钟义军，等.红壤坡耕地耕层土壤质量退化特征及障碍因子诊断J.农业工程学报，2019，35（20）：8493.JIN H F，SHI D M，ZHONG Y J，et al.Diagnosis of obstacle factors and degradation characteristics of cultivated-layer quality for red soilsloping farmlandJ.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2019，35（20）：8493.2 王哲，谢杰，刘爱武，等.经济植物湿地处理洱海流域低污染河水的性能J.环境科学研究，2016，29（8）：12301235.WANG Z，XIE J，LIU A W，et al.Studies on the treatment of slightly polluted river water using constructed wetland with economic plants inErhai Lake valleyJ.Research of Environmental 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