利用豬糞渣與秸稈生產(chǎn)有機(jī)堆肥及其在小白菜栽培中的應(yīng)用研究

李瑞蓮，周文新*，王克勤，向健政

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙410128；2湖南省核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所，長沙410125；3沅江市四季紅鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)站，湖南沅江413113）

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利用豬糞渣與秸稈生產(chǎn)有機(jī)堆肥及其在小白菜栽培中的應(yīng)用研究

李瑞蓮1，周文新1*，王克勤2，向健政3

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙410128；2湖南省核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所，長沙410125；3沅江市四季紅鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)站，湖南沅江413113）

摘 要：利用畜禽糞便和農(nóng)作物廢棄秸稈生產(chǎn)有機(jī)堆肥，尋找有效解決農(nóng)業(yè)面源污染問題的途徑。通過采用豬糞渣與稻草秸稈人工翻堆的靜態(tài)高溫堆制方式生產(chǎn)堆肥并應(yīng)用于蔬菜生產(chǎn)試驗(yàn)，結(jié)果表明，以豬糞渣與稻草秸稈7 ∶3（W／W）混合，添加外源菌劑進(jìn)行堆制，堆制過程中pH值均為弱堿性，溫度在第11 d達(dá)到最高值72.6℃，高于對照組（未添加外源菌劑）；對照組和試驗(yàn)組在堆肥過程中，碳素含量均呈現(xiàn)下降趨勢，全氮含量均呈先上升后降低，全磷和全鉀含量均逐漸上升；堆制20 d后GI值達(dá)到50%以上，說明堆肥已經(jīng)成熟。在小白菜栽培試驗(yàn)中，添加外源菌劑的堆肥組產(chǎn)量高于化肥組和對照組，增幅分別達(dá)22.19%和10.19%。

關(guān)鍵詞：豬糞；秸稈；有機(jī)肥；堆肥；小白菜

近年來，隨著我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，畜禽糞便的排放量日益增大，隨意排放或處置不當(dāng)，均對大氣、環(huán)境和土壤造成嚴(yán)重的污染，同時(shí)也給人類的健康帶來威脅［1］。秸稈作為農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物之一，大部分被拋棄或者直接焚燒，不僅浪費(fèi)資源，而且污染環(huán)境［2］。許多研究表明，堆肥化處理尤其是好氧堆肥是農(nóng)業(yè)廢棄物變廢為寶的有效方法，畜禽糞便等經(jīng)過堆肥過程的高溫發(fā)酵后，能成為對農(nóng)作物無害并且可以改良土壤的肥料［3～5］。但是，由于豬糞本身的性質(zhì)，含水量高，C／N比低，直接堆肥不利于微生物的生長，所以豬糞堆肥前需要進(jìn)行C／N的調(diào)節(jié)使其維持在25左右，水分含量保持在50%～60%［6，7］。秸稈作為最常見的有機(jī)質(zhì)是進(jìn)行堆肥C／N比和含水量調(diào)節(jié)的主要原料來源，因此，將豬糞和秸稈相結(jié)合進(jìn)行堆肥處理是對秸稈進(jìn)行資源化利用的有效途徑［8］。通過對稻草秸稈與豬糞混合堆肥過程中物質(zhì)變化情況及腐熟后的堆肥對小白菜生長情況的影響進(jìn)行研究，對提高堆肥效率具有重要意義，對我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展有著不可代替的作用。

1 材料與方法

1.1 材料

豬糞渣：湖南原生生物科技股份有限公司瀏陽永安有機(jī)肥示范工廠提供。豬糞渣含水率75.12%，C含量40.54%，N含量1.69%，C／N比為23.99。

水稻秸稈：湖南省核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所高橋試驗(yàn)基地提供。秸稈采回后自然晾干，切成3～5 cm的小段；秸稈含水率10.21%，C含量42.35%，N含量0.98%，C／N比為43.21。

外源菌劑F4ZX3，來源于湖南省核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 堆肥制作和采樣方法

以豬糞為堆肥填料，利用秸稈調(diào)節(jié)堆肥C／N，豬糞和秸稈按7∶3（W／W，鮮重計(jì)）混合后堆肥含水量控制在55%左右。堆成高1 m，直徑2 m的圓錐體堆垛，采用人工翻堆的通氣方式，每5 d翻1次，翻后堆回原狀，堆制時(shí)間為30 d（2014年9月1日～2014年9月30日）。采用5點(diǎn)采樣法每5 d取樣1次，每次采集6個混合樣，其中3個風(fēng)干、粉碎后用于測定全碳、全氮、全磷、全鉀、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量；另外3個保存于4℃的冰箱中，用于測定pH值和GI值。對照組未添加菌劑，試驗(yàn)組接種0.1%的外源菌劑F4ZX3。

1.2.2 小白菜栽培試驗(yàn)

小白菜品種為上海青。試驗(yàn)于2014年10月13日～2014年11月17日，在湖南省核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所大棚內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)3個處理：試驗(yàn)組、對照組和化肥組，3次重復(fù)，小區(qū)長2 m，寬1 m，小白菜栽培間距為10 cm?；?、堆肥均作基肥一次性施用，于移栽前與土壤混合均勻。各處理采用等氮量計(jì)算施肥量，施氮量為100 kg／hm2，試驗(yàn)周期為35 d。

1.2.3 測定項(xiàng)目及方法

溫度：將水銀溫度計(jì)從堆肥發(fā)酵堆頂部插入，深約30 cm，每天10：00、16：00定時(shí)記錄氣溫和堆體溫度，取平均值。

pH值：稱取5.00 g左右的鮮樣，按干重／體積（W／V）＝1∶10加入蒸餾水，搖床振蕩，靜置30 min，取上清液用pH計(jì)測定pH值。

全碳（TC）、全氮（TN）、全磷（TP）和全鉀（TK）：采用有機(jī)肥料國標(biāo)測定方法（NY 525-2002）。

水溶性銨態(tài)氮含量采用靛酚藍(lán)比色法，硝態(tài)氮含量采用Zn-FeSO4還原MgO蒸餾法測定［9］。

種子發(fā)芽指數(shù)（GI）：采用濕樣法，即以堆肥浸提液（肥／水＝1／10）10 mL培養(yǎng)小白菜種子，同時(shí)用等量的蒸餾水作對照；在25℃、80%濕度的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h，每個樣品重復(fù)6次。

單株重：小白菜連根拔去后清洗，稱整株重；生物產(chǎn)量：收獲后去根稱重，再折算為每公頃產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)均采用Excel和SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程中溫度、pH的變化

堆肥溫度的變化反映了肥料堆制過程中微生物生命活力的變化和有機(jī)質(zhì)物料轉(zhuǎn)換情況［10］。圖1 -A為堆肥過程中豬糞有機(jī)肥溫度變化情況。由圖可知，堆肥初期堆體溫度迅速上升，是由于堆內(nèi)的微生物迅速分解利用物料釋放大量的熱量所致。對照組和試驗(yàn)組堆肥溫度在第5 d時(shí)分別達(dá)到47.3℃和51.2℃，在第11 d時(shí)均達(dá)到最高值，但試驗(yàn)組最高溫（72.6℃）高于對照組（69.9℃），說明接種外源微生物可以使堆肥初期升溫快，使其迅速升至理想溫度的范圍，同時(shí)外源菌劑的加入可以有效地提高堆體的最高溫度，有利于殺滅堆肥中的病源微生物［11］。當(dāng)堆肥進(jìn)行到第30 d，堆體溫度下降至44℃左右。

圖1-B為堆肥過程中豬糞有機(jī)肥pH變化情況。由圖可知，對照組和試驗(yàn)組在堆肥初期pH值呈現(xiàn)下降趨勢，第5 d左右達(dá)到最低值，分別為7.05 和6.32，第10 d以后，堆體pH均在7.5～8.5之間，有利于微生物的生長。在整個堆肥過程中，試驗(yàn)組豬糞有機(jī)肥均處于弱堿性環(huán)境中，有利于微生物的生長，而對照組最低pH值降至6.32。

圖1 有機(jī)肥堆制過程中溫度（A）和pH（B）的變化Fig.1 Changes of temperature（A）and pH（B）in composting process of organic fertilizer

2.2 堆肥過程中化學(xué)性狀的變化

堆肥是利用微生物分解和轉(zhuǎn)化堆肥原料中可降解有機(jī)物質(zhì)的過程。圖2為堆肥過程中化學(xué)性狀（C、N、P、K、NH4＋-N、NO3-N）的變化情況。堆肥原料中的C素主要是微生物用于活動的能源和碳源，從圖2可以看出，各處理的總C含量均呈現(xiàn)下降趨勢，試驗(yàn)組降低幅度較大，這是由于微生物大量繁殖消耗了大量含碳化合物所致；全N含量先上升后降低，是由于堆肥初期，有機(jī)氮化合物被分解，使NH4＋-N大量產(chǎn)生，伴隨著溫度、pH值的升高而出現(xiàn)NH3揮發(fā)損失［12］；堆肥過程中對照組和試驗(yàn)組全P和全K含量均是逐漸上升，試驗(yàn)組含量均高于對照組，說明添加外源菌劑均有利于提高堆肥中P 和K的含量。此外，試驗(yàn)組堆肥過程中NO3-N含量高于對照組，但NH＋4-N含量低于對照組，可能是由于堆肥過程中，添加外源菌劑后堆肥溫度較高，導(dǎo)致NH3揮發(fā)損失［13］。

堆肥的實(shí)質(zhì)是微生物為主的生化過程，在微生物的作用下堆肥原料中的碳被微生物分解、消耗并轉(zhuǎn)化為腐殖物質(zhì)。而原料中的氮一部分轉(zhuǎn)化為氨氣形式揮發(fā)損失，還有一部分首先通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，再在反硝化細(xì)菌的作用下，以氮?dú)獾男螒B(tài)損失［14］。表1為堆肥過程中C／N的變化，由表中數(shù)據(jù)可知，各個處理C／N均呈下降的趨勢，但是總體變幅不大。由于起始C／N較低，減緩了堆肥內(nèi)微生物的降解速度，試驗(yàn)組C／N均比對照組低，說明接種微生物菌劑可以提高堆肥內(nèi)的微生物活性，加快堆肥的腐熟過程。

圖2 有機(jī)肥堆制過程中化學(xué)性狀的變化Fig.2 Changes of chemical properties in composting process of organic fertilizer

表1 有機(jī)肥堆制過程中　C/N變化Table 1 Changes of C/N in composting process of organic fertilizer

2.3 不同時(shí)期堆肥對種子發(fā)芽指數(shù)的影響

一般認(rèn)為，植物毒性是堆肥腐熟度狀況最直觀的表現(xiàn)，堆肥的腐熟程度直接影響著種子發(fā)芽指數(shù)［15］。將不同堆制時(shí)期的豬糞用于小白菜發(fā)芽指數(shù)測試，結(jié)果如圖3。由圖3可知，堆肥時(shí)間越長，GI值越高。當(dāng)堆肥時(shí)間達(dá)到20 d時(shí)，小白菜的發(fā)芽指數(shù)達(dá)到50%以上，說明此時(shí)堆肥對植物已經(jīng)沒有了毒性。此外，由圖可以看出，試驗(yàn)組發(fā)芽指數(shù)高于對照組，說明添加外源菌劑有利于堆肥的腐熟。

圖3 有機(jī)肥不同堆制時(shí)間的小白菜種子發(fā)芽指數(shù)Fig.3 Effect of composting days of organic fertilizer to germination index of cabbage seed

2.4 不同堆肥對小白菜生長的影響

小白菜移栽后35 d（收獲期）測試其單株重、高度、根長和產(chǎn)量等指標(biāo)，結(jié)果如表2。由表2可見，試驗(yàn)組小白菜單株重、單株高度、主根長度和產(chǎn)量均優(yōu)于其他兩組。試驗(yàn)組、對照組和化肥組小白菜的單株重分別為31.84、26.29和23.99 g，折合產(chǎn)量為23 475.0、21 303.8和19 197.4 kg／hm2。與化肥組和對照組相比，試驗(yàn)組增產(chǎn)分別達(dá)4259.6和2171.2 kg／hm2，增幅分別為22.19%和10.19%。說明添加豬糞有機(jī)肥可以提高小白菜單株重量，從而提高產(chǎn)量。同時(shí)，添加微生物菌劑可以提高豬糞堆肥的質(zhì)量，從而使小白菜增產(chǎn)。

表2 不同堆肥的小白菜生物量Table 2 Influence of different organic fertilizer on the biomass of Chinese cabbage

3 結(jié)論

（1）添加外源菌劑的豬糞堆肥溫度整體高于對照組，對照組和試驗(yàn)組溫度均在第11 d達(dá)到最高值，分別為69.9℃和72.6℃，說明加入外源菌劑可以有效地提高堆體的最高溫度。堆肥初期對照組和試驗(yàn)組pH值呈下降趨勢，第5 d左右達(dá)到最低值，分別為7.05和6.32，試驗(yàn)組pH值均呈弱堿性，在微生物生長的最佳范圍，而對照組最低pH值降至了6.32，呈弱酸性環(huán)境。

（2）堆肥原料中的C素含量均呈現(xiàn)下降趨勢，試驗(yàn)組降低幅度較大，全N含量均呈先上升后降低，C／N均呈下降的趨勢；對照組和試驗(yàn)組全P和全K含量均是逐漸上升，試驗(yàn)組含量均高于對照組，說明添加外源菌劑均有利于提高堆肥中P和K的含量；此外，試驗(yàn)組堆肥過程中NO-3N含量高于對照組，但NH＋4-N含量低于對照組。堆肥時(shí)間越長，GI值越高。當(dāng)堆肥時(shí)間達(dá)到20 d時(shí)，小白菜的發(fā)芽指數(shù)達(dá)到50%以上，此時(shí)堆肥對植物已經(jīng)沒有了毒性，且試驗(yàn)組發(fā)芽指數(shù)高于對照組，說明添加外源菌劑有利于堆肥的腐熟。

（3）添加外源菌劑的堆肥在小白菜生物性狀上均優(yōu)于對照組和化肥組，試驗(yàn)組較化肥組和對照組增產(chǎn)分別達(dá)22.19%和10.19%，說明添加微生物菌劑可以提高豬糞堆肥的質(zhì)量。

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Research on the Organic Fertilizer Production with Pig Dung and Straw and Its Application in Cabbage Cultivation

LI Ruilian1，ZHOU Wenxin1*，WANG Keqin2，XIANG Jianzheng3
（1 College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；2 Hunan Institute of Nuclear Agricultural Science and Space Breeding，Changsha，Hunan 410125，China；3 Agriculture Synthetic Service Site of Sijihong，Yuanjiang，Hunan 413113，China）

Abstract：The use of pig dung and crop straw to produce organic fertilizer，and to find the effectively ways to solve agricultural pollution problems were studied in this paper.Static high temperature stacking mode and artificial turning way was used to produce organic fertilizer and applied to vegetable production.The results showed that mix pig dung and rice straw up as 7∶3（fresh weight），adding exogenous agents were composting，the pH value are slightly alkaline during composting process，The temperature reached the highest value 72.6℃in 11 d，higher than with no exogenous agents.The control group and the test group in the composting process，carbon content showed a declined trend；the total nitrogen content increased at first，and then decreased；the total phosphorus and potassium levels were gradually increased.After composting 20 d，Chinese cabbage seed GI value reached more than 50%，it means that the compost was matured.Chinese cabbage cultivation experiments results showed.The cabbage yield of compost group with exogenous agents was 22.19%and 10.19%，higher than that of control group and CK group respectively.

Keywords：pig dung；straw；organi c fertilizer；manure mixture for fertilizing；cabbage

基金項(xiàng)目：長沙市科技計(jì)劃項(xiàng)目（K1501007-21）；湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)作物學(xué)開放基金（ZWKF201309）。

作者簡介：李瑞蓮（1967-），女，碩士研究生，主要從事作物生理生態(tài)及分子生物學(xué)研究，Email：lrl-4618155＠163.com。*通信作者：周文新，教授，Email：2640742051＠qq.com。

收稿日期：2015-11-15

文章編號：1001-5280（2016）02-0166-05

DOI：10.16848／j.cnki.issn.1001-5280.2016.02.15

中圖分類號：S141.4；S634.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A