糞肥處理對棉稈腐熟特征的影響

高威威　支金虎　俞盛山　馬小強　宋凌迪

摘要[目的]為了研究糞肥處理對棉稈腐熟后電導率、有機碳、全氮含量、腐殖化度等腐熟特征指標的影響。[方法] 采用牛糞和棉稈的不同質量比進行發酵處理。[結果]糞肥添加量最低時發酵產物電導率高；10 g/25 g糞肥處理下有機碳含量最大， 而15 g/25 g糞肥處理下有機碳含量最小；10 g/25 g糞肥處理下碳氮比值最大，5 g/25 g糞肥處理下最小；在允許的范圍內，隨著糞肥添加量的增加，發酵產物的腐殖化度增加。[結論]采用合理的糞肥添加量來促進棉稈的腐熟，可以為其他有機物料的促腐提供參考方法。

關鍵詞糞肥；棉稈；腐熟特征

中圖分類號S141.1文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）12-03544-02

基金項目國家科技部科技型中小企業技術創新基金項目（12C262165 07362）；塔里木大學國家大學生創新創業訓練計劃項目（201310757004）。

作者簡介高威威（1990- ），男，新疆喀什人，本科生，專業：農業資源與環境。*通訊作者，副教授，碩士，從事作物水肥利用及新型肥料方面的研究。

新疆優越的光熱資源條件和政策優勢使得新疆的棉花產業長期、快速、穩定發展。該地區是我國主要的優質棉產區，其棉花種植面積、單位面積產量、總產量一直居全國首位[1]。作為我國棉花生產的主要基地，新疆每年將產生大量棉花秸稈，但棉稈利用極不合理。 目前，棉稈利用主要有2種方式，一種是直接焚燒，另一種是就地翻耕掩埋[2]。焚燒棉花秸稈會產生大量的煙氣，污染環境并伴生多種有害氣體，而掩埋雖然能減少環境污染，且從理論上能給土壤補充部分養分，但棉稈致密，難以在短時間內腐熟。其實，深層次挖掘棉稈的作用對棉稈廢棄資源再利用有良好的指導作用。周建斌等[3]認為，在輕度鎘污染時，棉稈炭處理土壤對鎘有較快的吸附速率，棉稈炭能夠明顯降低鎘污染土壤上小白菜可食部和根部的鎘積累量。宋孝周等[4]通過對棉稈和幾種木材的構造和化學特性的對比分析，認為棉稈在某種程度上可以用于板材重組。在棉稈腐解方面，也有研究者做了一些工作。李艷賓等[5]研究了棉稈腐解液對棉花自身的化感作用，并對棉稈主要化學成分進行質譜分析[6]。由于棉稈具有一定的厭氧發酵產沼氣的潛力[7-8]，發酵處理后可更高效的對棉稈進行利用。棉稈的碳氮比值比一般秸稈小，但比棉籽等種子大。進行一定量的糞肥處理，可調節發酵料的碳氮比，提高腐熟速度，改善其腐熟特征。

1材料與方法

1.1試驗材料供試棉稈來自于塔里木大學試驗站棉田風干樣。供試糞肥為純牛糞。將棉稈和牛糞風干后粉碎，過1 mm篩。

1.2試驗方法將牛糞按質量比（牛糞/棉稈）設置3個處理，分別是5 g/25 g、10 g/25 g、15 g/25 g。將按比例混合的樣品加入150 ml三角瓶中，每瓶加入30 ml蒸餾水。35 ℃恒溫發酵培養4 d后，將溫度升高至50 ℃培養15 d，之后溫度下降至35 ℃培養3 d。每個處理重復4次。將腐熟后的樣品取出風干后，測定電導率、全氮含量、有機質含量、碳氮比值（C/N）及腐殖化度。其中，電導率采用電導率儀測定，全氮采用硫酸-雙氧水-開氏蒸餾定氮法測定，有機質采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定，腐殖化度采用氫氧化鈉提取—分光光度法測定。

1.3數據分析最終數據用SAS9.0進行方差分析和多重比較，并以EXCEL做圖。

2結果與分析

2.1糞肥處理對棉稈腐熟產物電導率的影響由圖1可知，以不同質量比的牛糞添加后進行腐熟，腐熟后的棉稈粉的電導率有明顯不同。經方差分析，可知不同牛糞處理下發酵腐熟料的電導率差異不顯著。

注：不同小寫字母表示差異在0.05水平顯著。

2.2糞肥處理對棉稈腐熟產物有機質含量的影響由圖2可知，3種糞肥處理后，棉稈發酵產物的有機碳含量差異達0.05顯著水平，其中10 g/25 g糞肥處理下有機碳含量最大，達到326.35 g/kg，而15 g/25 g糞肥處理下有機碳含量最小，為303.2 g/kg，比10 g/25 g糞肥處理減少了7.14%。由此可知，棉稈發酵時添加適量的糞肥可以促進其腐殖化作用，但過量的糞肥處理則會在前期加速其礦質化作用，增加CO2的釋放量，減少腐殖質的積累。

注：不同小寫字母表示差異在0.05水平顯著。

2.3糞肥處理對棉稈腐熟產物C/N的影響由圖3可知，隨著牛糞添加量的變化，棉稈發酵產物的C/N隨之變化。經方差分析，發現3個處理下發酵產物的C/N差異在0.05水平顯著，同時隨著糞肥添加量變化，發酵產物C/N發生變化，即糞肥添加量逐漸增加，C/N呈先升高后降低的趨勢，其中10 g/25 g糞肥處理下C/N最大，5 g/25 g糞肥處理下最小。出現這樣結果的原因，可能是由糞肥添加量不足所導致的。若糞肥添加量繼續增加，則C/N顯著下降，腐熟產物的品質會進一步增加。但是，當糞肥添加量較低時，腐熟產物的C/N比較大，其中的原因仍需要在以后的研究中進一步探索。

注：不同小寫字母表示差異在0.05水平顯著。

2.4糞肥處理對棉稈腐熟產物腐殖化度的影響由圖4可知，不同糞肥添加量下棉稈發酵產物的腐殖化度有顯著差異，3個處理下腐殖化度的大小順序為15 g/25 g糞肥處理>10 g/25 g糞肥處理>5 g/25 g糞肥處理。可以認為，在允許的范圍內，隨著糞肥添加量的增加，發酵產物的腐殖化度增加，發酵速度也會增快。其中，15 g/25 g糞肥處理的腐殖化度要分別比5 g/25 g和15 g/25 g糞肥處理增加26.08%和2500%。

注：不同小寫字母表示差異在0.05水平顯著。

3結論與討論

合理的控制棉稈發酵條件，能有效提高其纖維分解率和產物品質。如果以纖維素降解菌和木質素降解菌對棉稈的協同降解方法進行預處理，棉稈生產纖維素酶的活力會明顯提高[9]。在一定的溫度范圍內，秸稈厭氧發酵的產氣速率的峰值出現時間、發酵周期隨著溫度的升高而縮短，其峰值和產氣量隨溫度的升高而增加[10]。該研究在大量的前期試驗基礎上確定了3個較佳的糞肥和棉稈粉的質量比。通過3個質量比的處理，分析棉稈發酵產物的糞肥添加量最低時發酵產物的電導率、有機碳含量、C/N和腐殖化度等腐熟特征指標。研究表明，糞肥添加量最低時發酵產物電導率高；10 g/25 g糞肥處理有機碳含量最大，而15 g/25 g糞肥處理有機碳含量最小；10 g/25 g糞肥處理C/N最大，5 g/25 g糞肥處理最小；在允許的范圍內，隨著糞肥添加量的增加，發酵產物的腐殖化度增加。

目前，新疆棉花種植面積約167萬hm2，每年棉稈產量1 000多萬t，可利用的廢棄棉稈資源豐富。利用條件控制的方法，可以使得棉稈發酵更充分，并能以此為基礎生產出高效的綠色肥料和提純生化腐殖酸（BHA）。其次，利用棉稈生產液體燃料（如乙醇）、固體燃料（如木炭）以及制造沼氣、發電，均是廢棄資源再利用的良好方式，在新疆有著廣闊的前景。

參考文獻

[1] 黃樂珊，李紅，孫澤昭.棉花產業在新疆區域經濟中的地位[J].新疆農業科學，2006，43（6）：38-41.

[2] 馮剛，吳永新，地里夏提·艾合買提.新疆棉稈資源的開發利用[J].水利電力機械，2006，28（12）：50-53.

[3] 周建斌，鄧叢靜，陳金林.棉稈炭對鎘污染土壤的修復效果[J].生態環境，2008，17（5）：1857-1860.

[4] 宋孝周，郭康權.棉稈特性及其重組板材的研究[J].西北農林科技大學學報：自然科學版，2007，35（11）：106-110.

[5] 李艷賓，萬傳星，張琴，等.棉稈腐解液對棉花種子萌發及幼苗生長的影響[J].農業環境科學學報2009，28（6）：1258-1262.

[6] 李艷賓，萬傳星，張琴，等.棉稈腐解物的化感作用及其主要化學成分分析[J].棉花學報，2009，21（6）：497-502.

[7] ISCI A，DEMIRER G N.Biogas production potential from cotton wastes[J].Renewable Energy，2007，32（5）：750-757.

[8] 王江麗，李為，嚴波，等.棉桿沼氣發酵潛力的研究[J].浙江農業科學，2009（1）：183-186.

[9] 岳耀峰.新疆棉稈預處理及木質纖維素降解研究[D].阿拉爾：塔里木大學，2010.