農(nóng)作物秸稈高溫堆肥生產(chǎn)有機(jī)肥及肥效研究

張 亮， 林 寧， 杜 茜， 李 飛

(1.南京師范大學(xué)泰州學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，江蘇泰州 225300; 2. 泰州機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇泰州 225300)

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農(nóng)作物秸稈高溫堆肥生產(chǎn)有機(jī)肥及肥效研究

張 亮1， 林 寧2， 杜 茜1， 李 飛1

(1.南京師范大學(xué)泰州學(xué)院 化學(xué)與生物工程學(xué)院，江蘇泰州 225300; 2. 泰州機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇泰州 225300)

為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物無(wú)害化處理和資源化利用，將3種常見的谷物秸稈(小麥、水稻和玉米)均勻混合，接種高溫纖維素分解菌和高溫木質(zhì)素分解菌，添加適量氮素和保氮?jiǎng)?，高溫腐熟生產(chǎn)的秸稈有機(jī)肥配施化肥進(jìn)行水稻肥效研究。結(jié)果表明：接種菌劑的處理A(秸稈+菌劑+尿素+硫酸鎂)和處理B(秸稈+菌劑)比處理C(自然堆肥)升溫快，降溫慢，高溫期持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；微生物數(shù)量在高溫期時(shí)處理A最高，但種群均是初期最高，高溫期最低，后期略有增加。經(jīng)過40 d的堆積發(fā)酵，處理A的腐熟效果最好，外觀呈現(xiàn)黑色粉末狀，水分低于30%，pH為6.21，有機(jī)質(zhì)含量大于45%，氮磷鉀總養(yǎng)分達(dá)4.22%。肥效試驗(yàn)表明，秸稈有機(jī)肥配施化肥可以顯著提高稻谷的產(chǎn)量，以處理T1(75%化肥+25%秸稈有機(jī)肥)的產(chǎn)量最高，達(dá)9.59 t/hm2，比單施化肥(CK)提高6.8%，并改善其品質(zhì)。說(shuō)明，農(nóng)作物秸稈高溫堆肥生成有機(jī)肥的方式，既能快速解決農(nóng)業(yè)廢棄物的堆積、污染和浪費(fèi)問題，又能實(shí)現(xiàn)資源的回收利用。

農(nóng)作物秸稈； 高溫堆肥； 發(fā)酵； 有機(jī)肥

2014年中國(guó)糧食播種面積達(dá)1.13×108hm2，其中谷物(主要有小麥、玉米、稻谷和大麥等)播種面積為9.46×107hm2。收獲之后，將產(chǎn)生非常豐富的農(nóng)作物秸稈資源[1]。目前，這些秸稈僅有少量被用作動(dòng)物飼料和食用菌栽培等原料[2]。其余大部分資源被農(nóng)民就地焚燒、四處堆放，不僅造成了生物資源的極大浪費(fèi)，而且嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境[3]。另一方面，由于我國(guó)廣大農(nóng)民在耕種過程中大量施用化肥和農(nóng)藥，造成土壤的通透性差、疏松性降低，土壤嚴(yán)重板結(jié)，不利于農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大力推廣施用有機(jī)肥，盡量少施或不施化肥，將有力促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4]。

農(nóng)作物秸稈中富含纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和礦質(zhì)元素等。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有關(guān)部門對(duì)農(nóng)作物秸稈的無(wú)害化處理和資源化利用進(jìn)行了不斷探索，包括直接還田、養(yǎng)畜過腹還田技術(shù)、秸稈發(fā)電和生產(chǎn)乙醇等，但均不能有效利用和處理農(nóng)作物秸稈，且工序復(fù)雜、降解速度慢、成本較高，甚至造成更為嚴(yán)重的環(huán)境污染[5-6]。因此，如何快速有效的處理和利用農(nóng)作物秸稈成為一大難題。目前，較為有效的方法是利用沼氣發(fā)酵技術(shù)使之降解，既能利用秸稈的有機(jī)質(zhì)，又能較好地解決環(huán)境污染等問題[7]。但是，生產(chǎn)沼氣的原料以人、畜、禽的糞便為主，秸稈僅作為輔料，且降解速率慢，難以廣泛應(yīng)用[8]。

由于農(nóng)作物秸稈中含有氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等植物生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)具有改良土壤的能力[9-10]。利用農(nóng)作物秸稈高溫堆肥生產(chǎn)有機(jī)肥，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源再利用和緩解環(huán)境壓力的雙重效果。研究表明，有機(jī)質(zhì)高溫腐熟的效果與接種的微生物種類、原料性質(zhì)(包括水分、pH、碳氮比等)和發(fā)酵條件有關(guān)[11]。同時(shí)，秸稈中含有大量難降解的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，故在堆肥過程中，必須使其有效分解[12]。為此，筆者以自主分離篩選的高溫纖維分解菌和高溫木質(zhì)素分解菌制作菌劑，研究農(nóng)作物秸稈高溫發(fā)酵，脫水腐熟生產(chǎn)有機(jī)肥的工藝流程，將生產(chǎn)的有機(jī)肥用于水稻生產(chǎn)，研究其對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的無(wú)害化處理和資源化利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 農(nóng)作物秸稈和接種菌劑

試驗(yàn)于2014年3月6日至2014年4月15日在南京師范大學(xué)泰州學(xué)院大棚中進(jìn)行。水稻、小麥和玉米秸稈均來(lái)源于泰州市海陵區(qū)周邊農(nóng)村，三者各取1/3，混合均勻并取樣分析。其中，秸稈含水量6.78%，N、P2O5、K2O、有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為0.71%、0.38%、1.67%和78.15%(干基)。

接種菌劑包括高溫纖維素分解菌(巨大芽孢桿菌，Bacillus megaterium)和高溫木質(zhì)素分解菌(綠膿桿菌，Pseudomonas aeruginosa)，由南京師范大學(xué)泰州學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室從馬糞中分離獲取，已進(jìn)行16S rDNA測(cè)序并鑒定。巨大芽孢桿菌的最高生長(zhǎng)溫度約為75℃，最適生長(zhǎng)和產(chǎn)酶溫度約為52～55℃，在55℃培養(yǎng)條件下，用50 mL赫奇遜液體培養(yǎng)基培養(yǎng)3 d，取適量菌液在10 000 r/min離心培養(yǎng)10 min，上清液中的纖維酶活力分別為15.7 μg/(min·mL)(CMC-Na酶)、5.2 μg/(min·mL)(微晶纖維素酶)和4.7 μg/(min·mL)(濾紙酶)；綠膿桿菌的最高生長(zhǎng)溫度約為70℃，最適生長(zhǎng)和最適產(chǎn)酶溫度為50～55℃，在55℃培養(yǎng)條件下，用高溫木質(zhì)素培養(yǎng)基(組成：酵母浸出液10 g，葡萄糖20 g，木質(zhì)素2.5 g，加水至1 000 mL，pH 7.0)培養(yǎng)7 d。取適量菌液在10 000 r/min離心培養(yǎng)10 min，上清液中的木質(zhì)素酶活力分別為藜蘆醛12.5 μg/(min·mL)(木質(zhì)素過氧化物酶，LiP)、Mn3+2.9 μg/(min·mL)(錳過氧化物酶，MnP)和愈創(chuàng)木醛18.6 μg/(min·mL)(漆酶，Lac)。將各1 L含高溫纖維分解菌和高溫木質(zhì)素分解菌的培養(yǎng)液與3 kg米糠均勻混合即為接種菌劑，待用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 高溫堆肥發(fā)酵試驗(yàn) 試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理，首先將水稻秸稈(1/3)、小麥秸稈(1/3)和玉米秸稈(1/3)粉碎混勻。處理A：1 000 kg秸稈+10 kg菌劑+10 kg尿素+10 kg硫酸鎂，具體過程：將秸稈平鋪于地面，每升高20 cm時(shí)，在其表面分別撒少許菌劑、尿素(含N46%，調(diào)節(jié)碳氮比)和硫酸鎂(保氮)；處理B：1 000 kg秸稈+10 kg菌劑，具體過程同上；處理C：1 000 kg秸稈(自然堆肥)。混合均勻后，調(diào)節(jié)堆肥原料的含水率至65%左右，然后將其堆成1.2 m的圓錐體，踩踏嚴(yán)實(shí)，表面覆蓋塑料薄膜，每個(gè)處理重復(fù)3次，堆置時(shí)間為40 d左右，在整個(gè)堆置過程中，于堆置10 d、20 d、25 d、30 d和35 d后測(cè)定堆肥中心溫度，翻堆，防止溫度過高抑制微生物活動(dòng)，促進(jìn)水分盡快散失。

1.2.2 肥效試驗(yàn) 將生產(chǎn)獲得的秸稈有機(jī)肥(處理A)在泰州市高新區(qū)塘灣鎮(zhèn)農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行肥效試驗(yàn)，土壤類型為潮土，種植作物為當(dāng)?shù)刂髟运酒贩N南粳9108，設(shè)4種施肥處理：1) 單施化肥(CK，即常規(guī)施肥)；2) 75%化肥+25%秸稈有機(jī)肥(T1)；3) 50%化肥+50%秸稈有機(jī)肥(T2)；4) 25%化肥+75%秸稈有機(jī)肥(T3)；各處理施氮量相等(180 kg/hm2)，施肥比例N∶P2O5∶K2O=2∶1∶2，分別由秸稈有機(jī)肥、尿素、過磷酸鈣和氯化鉀提供。其中，秸稈有機(jī)肥和磷肥全部作基肥施用，氮肥、鉀肥分別按基肥∶分蘗肥∶穗肥為4∶4∶2的比例施用。常規(guī)田間管理，小區(qū)面積30 m2，設(shè)置3次重復(fù)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在農(nóng)作物秸稈高溫堆肥發(fā)酵試驗(yàn)中，每天下午13:00測(cè)量堆肥中心溫度；于0 d、10 d、20 d、30 d和40 d分別在堆體前后左右和中心五點(diǎn)采樣，每處理3次重復(fù)，混合均勻。采用我國(guó)現(xiàn)行的有機(jī)肥料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法(NY525—2012)測(cè)定堆肥中的水分、pH、N、P2O5、K2O及有機(jī)質(zhì)含量[13]；另外，堆肥中的可培養(yǎng)細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量分別采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、馬丁氏培養(yǎng)基和高氏1號(hào)培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)統(tǒng)計(jì)[14]。在水稻施用秸稈有機(jī)肥的肥效試驗(yàn)中，取10穴用于考種，測(cè)定有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重。各小區(qū)實(shí)收5 m2計(jì)算產(chǎn)量。另外，糙米率、精密率、堊白粒率、堊白度、直鏈淀粉和蛋白質(zhì)(精米)含量的測(cè)定參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T17891—1999優(yōu)質(zhì)稻谷)[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003和SPSS 18.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析，不同處理間的差異顯著性用單因素方差分析進(jìn)行比較，顯著性水平均為p=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 微生物種群和數(shù)量

在整個(gè)堆置過程中，秸稈原料中分離出的微生物種群數(shù)量表現(xiàn)出“初期最高，高溫期降低，后期增加”的趨勢(shì)。接種菌劑后，在處理A和處理B中，堆肥初期分離出12種細(xì)菌、8種真菌、4種放線菌；高溫期僅分離出2種細(xì)菌(均為接種的高溫纖維素分解菌和高溫木質(zhì)素分解菌)、1種真菌和1種放線菌；堆肥后期，分離出10種細(xì)菌、3種真菌、2種放線菌。處理C初期，分離出10種細(xì)菌、8種真菌、4種放線菌；高溫期時(shí)，分離出9種細(xì)菌、6種真菌、3種放線菌；堆肥后期與初期無(wú)顯著差異。

由表1可知，在整個(gè)堆肥過程中，處理A中細(xì)菌的數(shù)量呈增高-降低-增高的趨勢(shì)，真菌和放線菌呈先降低后增高的趨勢(shì)。其中，細(xì)菌數(shù)量在高溫期顯著增加，真菌和放線菌數(shù)量顯著減少；處理B細(xì)菌數(shù)量呈先升后降的趨勢(shì)，真菌和放線菌數(shù)量呈逐漸降低趨勢(shì)，這可能與堆肥原料中的氮元素不足有關(guān)；處理C細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量均呈先降低后升高的趨勢(shì)。除此之外，處理A高溫期細(xì)菌總數(shù)最高，達(dá)9.9×107cfu/g，可能與堆肥的腐熟效果好、速度快有直接關(guān)系。

表1 農(nóng)作物秸稈堆肥過程中可培養(yǎng)的微生物數(shù)量

注：同列不同字母表示差異顯著(p=0.05)(下同)。

Note: Different letters in the same column indicated 0.05% significant level. The same below.

2.2 秸稈堆肥溫度

由圖1可知，各堆肥處理組的溫度變化曲線均出現(xiàn)升溫期、高溫期和降溫期。其中，在升溫期時(shí)，堆肥升溫速率處理A最快，處理B次之，處理C最慢，堆置第6天時(shí)，處理A的溫度升至67℃，處理B 63℃，處理C 36℃。當(dāng)堆置至第14～17天時(shí)，各處理的堆肥溫度達(dá)到最高，其中處理A(72℃)>處理B(70℃)>處理C(45℃)。高溫期后，隨著堆置時(shí)間的延長(zhǎng)，堆肥的溫度逐漸降低，堆置36 d后，處理B降溫幅度最大，處理A次之，處理C降幅最小。此外，處理C升溫慢，15 d左右達(dá)到最高溫度，但是高溫期并不明顯，整個(gè)堆肥過程溫度波動(dòng)較大。并且，翻堆可顯著降低堆肥溫度，但1～2 d后堆肥溫度回升。

圖1 農(nóng)作物秸稈堆肥的溫度變化

Fig.1 Temperature changes in the process of crop straw producing compost

2.3 秸稈堆肥的水分含量

由圖2可知，在整個(gè)堆置過程中，堆肥的含水量均呈持續(xù)下降的趨勢(shì)。堆置40 d，處理A、B、C的水分含量依次為25.14%、28.67%和36.85%，比初始原料中的水分含量降低了39.31%、36.98%和28.35%。由此可見，處理A和處理B經(jīng)40 d堆置，堆肥中的含水量低于30%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)NY525-2012。

圖2 農(nóng)作物秸稈堆肥的含水量變化

Fig.2 Water content changes in the process of crop straw producing compost

2.4 秸稈堆肥的pH

由圖3可知，在整個(gè)堆置過程中，處理A的pH變幅最大(6.21～7.51)；處理C最小(6.59～6.81)；處理B居二者之間(6.46～7.15)。在堆置開始階段(0～20 d)，處理A和處理B的pH逐漸升高，到達(dá)峰值，分別比處理C高0.70和0.34個(gè)單位；隨著堆置時(shí)間的延長(zhǎng)，處理A的pH顯著降低，處理C的pH無(wú)顯著變化，處理B的pH降低程度介于兩者之間；在堆肥結(jié)束時(shí)，處理A的pH為6.21，處理B為6.46，處理C為6.59。

圖3 農(nóng)作物秸稈堆肥的pH變化

Fig.3 pH changes in the process of crop straw producing compost

2.5 秸稈堆肥的外觀

秸稈在整個(gè)堆置過程中，顏色由黃色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛疑?、褐色、黑褐色和黑色，體積逐漸減小。堆置40 d時(shí)，處理A的農(nóng)作物秸稈均變?yōu)楹谏市K狀或粉末狀，體積縮小，無(wú)臭味，完全腐熟；處理C的農(nóng)作物秸稈顏色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛疑?，堆肥表面出現(xiàn)灰白色的菌絲，大部分秸稈保持原有狀態(tài)，有異味，腐熟不完全；處理B的農(nóng)作物秸稈顏色逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楹诤稚?，呈小塊狀，仍有少量秸稈保持原有狀態(tài)，無(wú)臭味，腐熟程度介于處理A和C之間。

2.6 秸稈堆肥有機(jī)質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分

由圖4可知，隨堆肥時(shí)間的延長(zhǎng)，全部處理的有機(jī)質(zhì)含量逐漸降低，變化規(guī)律相近。其中，處理A有機(jī)質(zhì)降幅最大，處理C的降幅最小，處理B的降幅介于二者之間。堆置40 d時(shí)，處理A、B、C的有機(jī)質(zhì)含量分別為50.08%、55.42%和63.45%，均大于45%，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)NY525-2012。

另外，隨著堆置時(shí)間的增加，秸稈堆肥中的氮、磷、鉀養(yǎng)分含量逐漸升高。在堆置40 d時(shí)，處理A的總養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)含量最高，達(dá)4.22%；處理C的總養(yǎng)分含量最低，僅有3.34%；處理B的總養(yǎng)分含量介于二者之間，為3.57%。統(tǒng)計(jì)分析表明，處理C的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀養(yǎng)分含量均顯著高于處理B、C，堆肥效果最好。

2.7 農(nóng)作物秸稈堆肥對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表2可知，處理T1(75%化肥+25%秸稈有機(jī)肥)的產(chǎn)量最高，達(dá)到9.59 t/hm2，比單施化肥(CK)提高6.8%；其次是處理T2(50%化肥+50%秸稈有機(jī)肥)，比單施化肥(CK)提高4.1%；處理T3(25%化肥+75%秸稈有機(jī)肥)比單施化肥(CK)僅提高1.7%。另外，有機(jī)肥+無(wú)機(jī)肥的處理(T1，T2，T3)處理與單施化肥(CK)相比，均顯著提高單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率，而千粒重差異不明顯。

圖4 農(nóng)作物秸稈堆肥的有機(jī)質(zhì)、氮、磷和鉀含量

處理Treatment有效穗數(shù)/(×104/hm2)Numberofproductiveear每穗粒數(shù)/粒Numberofgrainperear結(jié)實(shí)率/%Settingpercentage千粒重/gThousandkernelweight產(chǎn)量/(t/hm2)YieldCK295c129b93.22b26.31a8.94bT1312a144a95.32a26.60a9.59aT2305b138a94.23ab26.52a9.32aT3307ab139a94.66ab26.69a9.09ab

表3 施用農(nóng)作物秸稈堆肥的稻米品質(zhì)

從表3可知，與單施化肥相比，秸稈有機(jī)肥+無(wú)機(jī)肥的處理(T1，T2，T3)雖然對(duì)稻谷的出糙率無(wú)顯著影響，但精米率和蛋白質(zhì)含量均顯著增加。其中，處理T3(25%化肥+75%秸稈有機(jī)肥)的精米率最高，比單施化肥提高了4.4%；處理T2(50%化肥+50%秸稈有機(jī)肥)的蛋白質(zhì)含量最高，比單施化肥提高了17.9%。另外，與單施化肥相比，秸稈有機(jī)肥+無(wú)機(jī)肥的處理(T1，T2，T3)顯著降低稻谷的堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量，其中，處理T2(50%化肥+50%秸稈有機(jī)肥)的堊白粒率和堊白度含量最低，比單施化肥降低21.1%和19.5%；處理T3(25%化肥+75%秸稈有機(jī)肥)的直鏈淀粉含量最低，比單施化肥降低17.0%。

3 結(jié)論與討論

在農(nóng)作物秸稈高溫堆肥生成有機(jī)肥的過程中，通過接種微生物菌劑，并適當(dāng)添加氮素和保氮?jiǎng)?，有益于增加微生物的活?dòng)，加速有機(jī)質(zhì)礦化和腐殖化，促進(jìn)秸稈腐熟，提高堆肥質(zhì)量。在水稻肥效試驗(yàn)中，75%化肥+25%秸稈有機(jī)肥的施肥方式，可提高稻谷的產(chǎn)量并改善其品質(zhì)。

堆肥過程是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過程，伴隨堆肥化進(jìn)程，有機(jī)物質(zhì)在微生物作用下發(fā)生礦化和腐殖化[16]，堆肥物料中的溫度、pH、水分、營(yíng)養(yǎng)元素的釋放和碳氮比等因素也與微生物活動(dòng)和堆肥質(zhì)量密切相關(guān)[17]。有研究表明，在高溫期，微生物活動(dòng)頻繁，有利于有機(jī)質(zhì)腐熟和水分的散發(fā)，能快速實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物的資源化和無(wú)害化處理[18]。在本試驗(yàn)中，接種菌劑之后，秸稈原料溫度迅速升高，其中處理A高達(dá)72℃，且高溫期維持時(shí)間長(zhǎng)，而不接種的處理C升溫速度慢，最高溫僅有45℃，并且隨著溫度升高，物料中的微生物種群數(shù)量也迅速減少，接種微生物的處理僅分離出2株細(xì)菌，數(shù)量高達(dá)9.9×107cfu/g。說(shuō)明接入的2種微生物不僅耐高溫能力強(qiáng)，而且有利于農(nóng)作物秸稈的快速腐熟，同時(shí)能有效的殺滅病原菌和除去臭味。此外，處理A(秸稈+菌劑+尿素+硫酸鎂)的發(fā)酵腐熟情況明顯比處理B和C效果好，其中添加尿素能有效的降低堆肥過程中的碳氮比，硫酸鎂的添加能防止氨氣揮發(fā)，滿足微生物的碳、氮營(yíng)養(yǎng)需求，從多方面促進(jìn)微生物的活動(dòng)，有利于促進(jìn)農(nóng)作物秸稈的發(fā)酵、腐熟，提高堆肥質(zhì)量、滅菌除臭等效果[19]。研究表明，在有機(jī)廢棄物的無(wú)害化處理中，接種微生物菌劑可以使堆肥系統(tǒng)高溫期迅速升高，縮短堆肥周期[20]；而適當(dāng)添加氮元素，可以降低原料中的碳氮比，提高堆肥質(zhì)量[21]。因此，接種高溫微生物用于農(nóng)作物秸稈資源化處理是必不可少的，將原料中的C/N比調(diào)節(jié)到合適范圍，不僅有利于增強(qiáng)微生物的活動(dòng)，縮短堆肥周期，而且是無(wú)害化處理農(nóng)業(yè)廢棄物的關(guān)鍵。

堆肥原料中的水分含量關(guān)系到堆肥有氧發(fā)酵的效率[22]。有研究發(fā)現(xiàn)，水分含量是有機(jī)廢棄物堆肥腐熟的重要指標(biāo)之一[23]。在本試驗(yàn)中，秸稈堆肥物料在堆置結(jié)束時(shí)，處理A的含水量由開始的64.45%降至25.14%，降幅顯著高于處理B和C。與此同時(shí)，堆肥發(fā)酵過程中，物料pH先升高后降低，其主要原因是微生物在高溫期分解含氮有機(jī)物產(chǎn)生了氨氣，后期又合成腐殖質(zhì)等，氨含量降低。一般情況下，多數(shù)微生物的生命活動(dòng)、物質(zhì)代謝和產(chǎn)酶效率在pH為6～8的范圍內(nèi)最高，過高或過低的pH均會(huì)抑制其活性。因此，堆肥適宜pH的控制也至關(guān)重要[24]。另外，處理A的氮磷鉀含量顯著高于處理B和C，且外觀呈現(xiàn)黑色粉末狀，說(shuō)明農(nóng)作物秸稈經(jīng)過高溫堆肥處理之后，其水分、pH、有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)作物秸稈資源化和無(wú)害化的處理。

在水稻種植過程中，處理T1(75%化肥+25%秸稈有機(jī)肥配施)與單施化肥相比，既能顯著提高水稻產(chǎn)量，又能顯著降低稻谷的堊白粒率、堊白度和直鏈淀粉含量，并增加稻谷中蛋白質(zhì)含量，促進(jìn)稻谷的生長(zhǎng)和提高品質(zhì)，綜合各方面指標(biāo)，施肥效果最佳。研究表明，秸稈還田與化肥配施，通過提高土壤氮肥利用率，顯著改善作物的品質(zhì)和提高產(chǎn)量[25]。另外，秸稈有機(jī)肥的施入，可以增加土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤理化性質(zhì)，降低容重、疏松土質(zhì)、提高通透性，同時(shí)緩解我國(guó)氮磷鉀肥比例失調(diào)的矛盾，培肥地力，使養(yǎng)分結(jié)構(gòu)趨于合理。因此，利用農(nóng)作物秸稈高溫堆肥生成有機(jī)肥，既能快速解決農(nóng)業(yè)廢棄物的堆積、污染和浪費(fèi)問題，又能實(shí)現(xiàn)資源的回收利用，改善土壤養(yǎng)分狀況。

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(責(zé)任編輯： 劉 海)

Study on High Temperature Compost of Crop Straw to Produce Organic Fertilizer and Fertilizer Effect

ZHANG Liang1, LIN Ning2, DU Xi1, LI Fei1

(1.SchoolofChemistryandBioengineering,TaizhouCollege,NanjingNormalUniversity,Taizhou,Jiangsu225300; 2.TaizhouHigherVocationalSchoolofMechanical&ElectricalTechnology,Taizhou,Jiangsu225300,China)

To realize innocent treatment and resource utilization of agricultural waste, three kinds of cereal straw (wheat, rice and maize) were mixed in equal proportion and inoculated thermal bacteria (Bacillus megaterium and Pseudomonas aeruginosa) decomposing cellulose and lignose, proper amount of chemical nitrogen and nitrogen absorption agent were added. Then, rice grown was fertilized with the organic fertilizer by high temperature compost to study the fertilizer effect. The results indicated that the temperature of treatment A and B with inoculated thermal bacteria increased quickly but deceased slowly compared to treatment C, and the high temperature sustained for a long period. The microbial numbers of treatment A was the highest during high temperature period, but the microbial groups were the highest in compost at the beginning, and they were the lowest during high temperature period, and the microbial groups increased again subsequently. After 40 days of fermentation, the water content of crop straw treatment A was less than 30% with pH 6.21 and showed black color and farinose physical state, indicating the best effect of decomposition and humification. Meanwhile, the organic matter was more than 45% and the total nutrient (N+P2O5+K2O) reached 4.22% in compost materials. The fertilizer efficiency experiment showed that the crop straw organic fertilizer and chemical fertilizer could significantly increase rice yield, the yield of treatment 1 (75% chemical fertilizer and 25% organic fertilizer) was the highest, reached 9.59 t/hm2, compared with the single application of chemical fertilizer (CK) increased 6.8%, and improved the qualities of rice. Therefore, the method of high temperature compost of crop straw to produce organic fertilizer could solve efficiently the problems of accumulate, pollution and waste caused with agricultural waste, and also could realize resource recycling.

crop straw; high temperature compost; fermentation; organic fertilizer

2015-03-16； 2015-07-10修回

泰州市科技支撐計(jì)劃(社會(huì)發(fā)展)項(xiàng)目“農(nóng)作物秸稈高溫堆肥生產(chǎn)有機(jī)肥”(TS018)；泰州市科技支撐計(jì)劃(社會(huì)發(fā)展)項(xiàng)目“環(huán)境污染物生物降解劑的研究與開發(fā)”(TS019)；2015年江蘇省高等學(xué)校大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“鋁脅迫下外生菌根真菌對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷的活化作用”(201513843015Y)；南京師范大學(xué)泰州學(xué)院院級(jí)科研項(xiàng)目“生態(tài)文明建設(shè)背景下的新村鎮(zhèn)綠化研究”(Q201243)；南京師范大學(xué)泰州學(xué)院第二批教學(xué)成果建設(shè)“園林工程”精品課程項(xiàng)目。

張 亮(1987-)，男，碩士，從事農(nóng)業(yè)資源微生物研究。E-mail: liangzai0061@126.com

1001-3601(2015)07-0370-0091-06

S141.4

A