玉米秸稈-羊糞堆肥優(yōu)化配比研究

摘 要：為了研究玉米秸稈添加量對羊糞堆肥的影響，尋求羊糞堆肥時與玉米秸稈的最佳配比，將玉米秸稈和羊糞按質(zhì)量比5∶5、6∶4、7∶3、8∶2堆肥，測定其pH值、容重、養(yǎng)分含量及CO2含量的變化情況。結(jié)果表明：4各處理中的pH值、容重、有效磷含量基本持平，但8∶2配比堆肥中水解性氮含量和CO2含量高于其他3種配比，實際生產(chǎn)中建議將玉米秸稈和羊糞按質(zhì)量比8∶2進行堆肥。

關(guān)鍵詞：玉米秸稈;羊糞;優(yōu)化配比;堆肥;容重

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，隨著現(xiàn)代種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的高速發(fā)展，作物秸稈和畜禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物的產(chǎn)生量與日俱增。據(jù)統(tǒng)計，作物秸稈每年產(chǎn)生量為6.5億～7億t，各類畜禽糞便年產(chǎn)生量可達17.3億t[1]。大量研究表明，將作物秸稈與畜禽糞便按一定比例進行合理堆制，可有效應(yīng)用于作物栽培，且相比農(nóng)業(yè)廢棄物填埋、焚燒和直接還田等方式，其具有對生態(tài)環(huán)境影響小、成本低等優(yōu)勢，是目前各國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提倡的最為經(jīng)濟環(huán)保的一種農(nóng)業(yè)廢棄物處理方式。此外，作物秸稈及畜禽糞便堆肥在改善土壤性質(zhì)方面發(fā)揮著巨大作用，其發(fā)酵時所產(chǎn)生的高溫可被用來提高溫室土壤溫度，同時釋放的CO2也可被作物吸收，有利于增加作物產(chǎn)量和提高作物品質(zhì)。通過對玉米秸稈和羊糞不同比例混合堆肥腐熟過程中理化性質(zhì)的測定，篩選出玉米秸稈和羊糞堆肥的適宜配比，旨在實現(xiàn)作物秸稈和有機肥代替農(nóng)用化肥，為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

一、材料和方法

（一）供試材料

羊糞風干呈粉末狀，玉米秸稈切成長度為5 cm左右的小段。有機物料腐熟劑（秸稈型）購于中農(nóng)綠康生物技術(shù)有限公司。

（二）試驗設(shè)計

試驗在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)場日光溫室進行，先將秸稈段預(yù)濕，然后將秸稈與羊糞分別按質(zhì)量比5∶5、6∶4、7∶3、8∶2混合均勻，裝入的透明密封塑料袋中，含水量為65%，于25 ℃下開始發(fā)酵。發(fā)酵10 d時測量pH值、容重、水解性氮和有效磷4項指標，之后每10 d測量一次。于發(fā)酵15 d時開始測量CO2含量，每天中午12：00測量，共測8 d。

（三）測定項目及方法

1.容重測定

基質(zhì)容重采用常規(guī)的環(huán)刀法測定。

2.pH值測定

將5.0 g基質(zhì)放入100 mL錐形瓶中，加入50 mL蒸餾水，以150 r/min的速度振蕩30 min后，再以4 500 r/min速度離心20 min，過濾后測定pH值。

3.水解氮測定

取2.0 g烘干堆肥樣均勻的平鋪在擴散皿外室，并在外室中加入鋅-硫酸亞鐵還原劑，同時做空白對照。加3 mL20 g/L的硼酸指示劑溶液在擴散皿內(nèi)室，在擴散皿外室邊緣上方涂凡士林，使毛玻璃和皿邊緣完全貼合。然后慢慢轉(zhuǎn)開毛玻璃的一邊，露出一個小口，并在此缺口加入10.0 mL 1.8 mol/L氫氧化鈉溶液于擴散皿外室，40 ℃保溫24 h，然后再用0.01 mol/L鹽酸標準溶液滴定內(nèi)室硼酸中吸收的氨量，當顏色變成紫紅色時即到了滴定終點。

4.有效磷測定

稱5.0 g風干堆肥樣放于錐形瓶中，加25 mL雙酸浸提劑，震蕩5 min，過濾后作為待測液。取10 mL待測液于50 mL容量瓶，加1滴2，4-二硝基酚指示劑，用2 mol/L氫氧化鈉調(diào)到黃色，再用0.5 mol/L硫酸溶液調(diào)為微黃色，加5 mL鉬銻抗顯色劑，蒸餾水定容，30 min后在分光光度計上測定吸收值，波長為700 nm。

5.二氧化碳含量測定

用二氧化碳氣體測量儀測定CO2含量。

（四）數(shù)據(jù)處理

本試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013軟件進行分析繪圖。所有圖表中顯示數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值。

二、結(jié)果與分析

（一）玉米秸稈與羊糞不同配比堆肥的pH值變化

如圖1所示，隨著發(fā)酵時間的延長，4種配比堆肥中的pH值由發(fā)酵初始的5.7～7.0上升至8.3～8.6。發(fā)酵30 d時，所有配比堆肥的pH值基本達到同一高度，即初始pH值較低的配比堆肥在發(fā)酵過程中，pH值上升較快;而初始pH值較高的配比堆肥，pH值上升較慢。

（二）玉米秸稈與羊糞不同配比堆肥的容重變化

如圖2所示，試驗中4種配比堆肥的容重隨著發(fā)酵時間延長呈現(xiàn)降低趨勢，由發(fā)酵初始的0.31～0.36 g/cm3下降至0.13～0.17 g/cm3，其中6∶4配比堆肥中容重降低較為明顯。

（三）玉米秸稈與羊糞不同配比堆肥中水解性氮和有效磷的變化

如圖3所示，水解性氮含量隨著發(fā)酵時間均呈現(xiàn)上升趨勢，其中6∶4和7∶3配比堆肥中上升比較緩慢;而5∶5和8∶2配比堆肥中則快速增加，在發(fā)酵30 d時，分別可達到176.4 mg/kg和211.9 mg/kg。如圖4所示，有效磷含量變化由發(fā)酵初始的2.0～3.0 mg/kg上升至4.6～5.1 mg/kg，且5∶5和8∶2配比堆肥中有效磷含量的變化趨勢相近，即先急后緩;而6∶4和7∶3配比堆肥中有效磷含量變化趨勢則為先緩后急。

（四）玉米秸稈與羊糞不同配比堆肥中CO2含量的變化

如圖5所示，4種配比堆肥中CO2含量均存在波動變化，其中8∶2配比堆肥中CO2含量增加較快，且在整個發(fā)酵過程中均高于其他3種配比;而5∶5配比堆肥中CO2含量變化較平穩(wěn);其余2種配比堆肥中CO2含量的增量則介于以上二者之間。

三、討論與結(jié)論

長期實踐積累證明，作物秸稈和禽畜糞便堆肥是我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用中最為經(jīng)濟環(huán)保的一種將農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化的方式[2]。一個優(yōu)質(zhì)的堆肥系統(tǒng)首先要關(guān)注起始原料的種類及配比，以保證有合適的容重、水分、pH值及養(yǎng)分等，堆肥原料初始配比不同對以上內(nèi)容影響極大。

pH值變化是評價堆肥腐熟度的重要指標之一，完全腐熟的堆肥一般都呈弱堿性，即pH值保持在8.0～9.0[3]。堆肥中pH值的變化趨勢與堆肥原料中羊糞所占比重成正比，說明在堆肥中添加玉米秸稈會對羊糞堆肥初期的pH值升高有一定的抑制作用，同時也對NH3的生成量有一定的削減作用。然而，本試驗結(jié)果顯示，4種配比堆肥的pH值在為期30 d的發(fā)酵過程中始終處于增加趨勢，在發(fā)酵結(jié)束時pH值在8.3～8.6，符合腐熟堆肥pH值在8.0～9.0的標準。

固體基質(zhì)首先要具有良好的支持固定植物的功能。在堆肥過程中，微生物將玉米秸稈中的木質(zhì)素、纖維素等成分分解為多糖物質(zhì)，使秸稈的質(zhì)量減輕，而羊糞則經(jīng)過系列反應(yīng)后釋放出NH3，同樣也減輕了質(zhì)量，所以二者的堆肥容重會逐漸變小，且隨著發(fā)酵時間的延長，發(fā)酵反應(yīng)的持續(xù)進行，其容重會變得越來越小[4]。進行農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥時，除了要滿足其無害化要求外，堆制后的養(yǎng)分含量也關(guān)系到其施入農(nóng)田后對植物的肥效，這在一定程度上與其實際的應(yīng)用價值關(guān)系較為密切[5]。

研究發(fā)現(xiàn)，4種配比堆肥中水解性氮含量隨著發(fā)酵時間延長均呈現(xiàn)上升趨勢，其中8∶2配比堆肥在發(fā)酵結(jié)束時水解性氮含量最高，因此，這在一定程度上可以降低堆肥中的C/N，施入土壤后也可緩解微生物與作物爭奪氮源的情況。

在北方地區(qū)溫室內(nèi)進行作物栽培，由于環(huán)境比較密閉，通風不暢，CO2濃度較低，嚴重影響溫室內(nèi)作物產(chǎn)量及其品質(zhì)[6]。4種配比堆肥中CO2含量均有不同程度的增加，其中8∶2配比堆肥中CO2含量隨著發(fā)酵時間增加明顯，且在整個發(fā)酵期間始終高于其他配比。

綜上所述，本研究得出玉米秸稈和羊糞按4種質(zhì)量配比進行堆肥，其pH值、容重、有效磷含量基本持平，其中8：2配比堆肥中水解性氮含量和CO2含量則高于其他3種配比，因此實際生產(chǎn)中建議將玉米秸稈和羊糞按質(zhì)量比8∶2進行混合堆肥。然而本研究的試驗階段處于25 ℃恒定溫度，那么在夏季高溫或冬季低溫階段時，堆肥情況是否會發(fā)生變化以及環(huán)境溫度對堆肥腐熟進程的影響機制尚不清楚，需進一步研究。（基金項目：內(nèi)蒙古自然基金項目“基于秸稈發(fā)酵栽培方式的日光溫室番茄越冬栽培的研究”，項目編號：2012MS0306）

參考文獻：

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通訊作者：李曉靜。