秸稈腐解劑對番茄秸稈發(fā)酵過程、養(yǎng)分含量和腐熟度的影響*

張飛雪 周肖喻 周利利 王豐穎 王光燕 陳麗萍陳建平 沈衛(wèi)新 李艷冬 趙 根

（浙江省湖州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 湖州 313000）

我國是設(shè)施蔬菜生產(chǎn)大國，蔬菜生產(chǎn)每年產(chǎn)生的廢棄物數(shù)量巨大［1］。研究表明，蔬菜秸稈是一種有機(jī)肥源，還田后在增加土壤有機(jī)質(zhì)含量的同時(shí)還可促進(jìn)土壤微粒團(tuán)聚，改善土壤的理化性質(zhì)及保水和滲透性［2-3］。但蔬菜秸稈含水量大且木質(zhì)化程度高，具有腐解速率低、養(yǎng)分釋放速度慢、腐解時(shí)間長等特點(diǎn)，不完全腐解的秸稈還田后會造成嚴(yán)重的土壤問題［4-5］。秸稈就地堆漚腐解還田循環(huán)利用模式是一種在田間就地加工秸稈、就地還田的農(nóng)業(yè)廢棄物再利用模式，應(yīng)用該模式處理秸稈無需運(yùn)輸、轉(zhuǎn)場，縮減了作業(yè)環(huán)節(jié)，可以有效降低秸稈的處理成本，既經(jīng)濟(jì)又對環(huán)境友好［6］。秸稈腐解劑富含高效微生物菌，能加速秸稈腐熟，已逐漸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用［7-8］。2022年我們研究了秸稈腐解劑對番茄秸稈發(fā)酵過程、養(yǎng)分含量和腐熟程度的影響，為秸稈腐解劑在番茄秸稈就地堆漚腐解還田模式中的推廣和應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

番茄秸稈取自湖州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)示范基地。將新鮮的番茄秸稈自然風(fēng)干15 d后，用秸稈粉碎機(jī)碾壓切碎成2 cm左右的細(xì)碎小段。供試番茄秸稈含有機(jī)質(zhì)483.15 g/kg、全氮21.06 mg/g、全磷5.07 g/kg、全鉀26.30 g/kg，pH值9.14，含水率74%。秸稈腐解劑由北京世紀(jì)阿姆斯生物技術(shù)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)在湖州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)示范基地大棚內(nèi)。2022年11月20日，將粉碎后的番茄秸稈平鋪在地面，每鋪15~20 cm 厚時(shí)均勻撒施秸稈腐解劑，連續(xù)堆放6層，形成1 m3的堆塊，隨后灌水，水量以濕透秸稈但不流出為宜。秸稈腐解劑用量為秸稈質(zhì)量的2%。堆制后7 d翻堆通氣1次，自然發(fā)酵15 d后堆溫降至室溫，表明發(fā)酵已完成。試驗(yàn)設(shè)2 個(gè)處理，即添加秸稈腐解劑和不添加秸稈腐解劑，以不添加秸稈腐解劑為對照，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.3 調(diào)查統(tǒng)計(jì)方法

分別在番茄秸稈堆漚第0 d、第7 d、第15 d采用五點(diǎn)混合取樣法（對角線4個(gè)點(diǎn)及1個(gè)中心點(diǎn)），采集料堆表面下約30 cm 處（發(fā)酵核心區(qū)）樣品。樣品混勻后按四分法將其縮減至約 400 g，并分為兩份，一份測含水率，另一份風(fēng)干粉碎后按有機(jī)肥料行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY 525—2012）測定有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀、腐植酸含量及pH值。每天9時(shí)采用溫度計(jì)法手動(dòng)測量料堆表面以下30 cm處溫度。

堆肥的腐熟程度可以用堆肥浸提液培養(yǎng)種子來測定，種子發(fā)芽率和發(fā)芽種子的根長是判定堆肥腐熟度的依據(jù)。本次測定分別用添加秸稈腐解劑和不添加秸稈腐解劑的浸提液、去離子水培養(yǎng)甜瓜種子。種子發(fā)芽指數(shù)（GI）測定參見陳云峰等［9］方法，即取堆肥樣品 10.0 g，按固液比（質(zhì)量/體積）1∶10 加入去離子水，振蕩離心后取上清液備用。直徑9 cm培養(yǎng)皿中墊2層濾紙，均勻放入10粒大小相近、飽滿的甜瓜種子，加堆肥浸提液5 mL，將種子放在25 ℃避光環(huán)境中培養(yǎng)48 h后統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率、測量根長。以去離子水作對照。

有機(jī)碳或全氮損失（%）=［（初始有機(jī)碳或全氮-取樣時(shí)有機(jī)碳或全氮）/（初始有機(jī)碳或全氮）］ × 100［10］

式中，GI 為種子發(fā)芽指數(shù)，A1 為堆肥浸提液處理的種子發(fā)芽率（%），A2 為堆肥浸提液處理種子的平均根長（mm），B1為去離子水處理的種子發(fā)芽率（%），B2為去離子水處理的種子平均根長（mm）。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈腐解劑對番茄秸稈料堆溫度的影響

秸稈腐解劑對番茄秸稈料堆溫度的影響見圖1。

圖1 秸稈腐解劑對番茄秸稈料堆溫度的影響

由圖1可以看出，添加秸稈腐解劑處理在堆漚期間堆肥的溫度始終高于不添加秸稈腐解劑處理，且料堆高溫期持續(xù)時(shí)間較長；添加秸稈腐解劑處理在堆漚第4 d料堆溫度達(dá)到最高（67 ℃）。

2.2 秸稈腐解劑對番茄秸稈料堆理化性質(zhì)的影響

秸稈腐解劑對番茄秸稈料堆理化性質(zhì)的影響見表1。

表1 秸稈腐解劑對番茄秸稈料堆理化性質(zhì)的影響

由表1 可知，在番茄秸稈堆漚期間，各處理料堆的有機(jī)碳含量、全氮含量、pH 值呈降低趨勢，全磷、全鉀和腐植酸含量則有一定程度增加；與堆漚前相比，堆漚結(jié)束時(shí)不添加秸稈腐解劑處理料堆的有機(jī)碳含量下降16.7%、全氮含量降低7.9%、全磷含量增加9.1%、全鉀含量增加32.9%、腐植酸含量增加7.3%，添加秸稈腐解劑處理料堆的有機(jī)碳含量下降19.3%、全氮含量降低12.8%、全磷含量增加16.2%、全鉀含量增加22.5%、腐植酸含量增加19.6%；不添加秸稈腐解劑處理堆料的全鉀含量增幅大于添加秸稈腐解劑處理，其余指標(biāo)的增加或降低幅度小于添加秸稈腐解劑處理。

2.3 秸稈腐解劑對番茄秸稈堆肥腐熟度的影響

不同處理對甜瓜種子發(fā)芽態(tài)勢影響見圖2、圖3。

圖2 不同處理對甜瓜種子發(fā)芽指數(shù)的影響

圖3 不同處理甜瓜種子的發(fā)芽態(tài)勢

未腐熟堆肥中含有機(jī)酸等可溶性物質(zhì)，其浸提液會抑制種子萌發(fā)和根系生長，因此發(fā)芽指數(shù)可以直接用于評估肥料的腐熟程度［9，11］。由圖2 可以看出，番茄秸稈堆漚15 d 后，不添加秸稈腐解劑處理的種子發(fā)芽指數(shù)為75%，添加秸稈腐解劑處理的種子發(fā)芽指數(shù)為79%、較不添加秸稈腐解劑處理提高4 個(gè)百分點(diǎn)。由圖3 可以看出，添加秸稈腐解劑處理的甜瓜種子發(fā)芽態(tài)勢（根長）明顯強(qiáng)于不添加秸稈腐解劑和去離子水處理。

3 小結(jié)與討論

3.1 秸稈腐解劑對堆肥溫度的影響

秸稈漚堆是一個(gè)微生物作用下的酶促反應(yīng)過程，料堆溫度的高低代表了微生物活性的強(qiáng)弱，添加外源生物菌劑后，料肥中纖維素酶、脲酶和木質(zhì)素過氧化物酶含量顯著提高。秸稈發(fā)酵過程主要包括3 個(gè)階段，即升溫期、高溫期和降溫期。本試驗(yàn)研究中，添加秸稈腐解劑處理在堆漚第4 d 料堆溫度達(dá)到最高（67 ℃），且高溫期持續(xù)時(shí)間較長，說明微生物菌劑可提高秸稈水解酶活性，促進(jìn)秸稈腐解，這一研究結(jié)果與高日平等［12］研究結(jié)果一致。

3.2 秸稈腐解劑對堆肥理化性質(zhì)的影響

堆肥過程是一個(gè)微生物在分解和利用碳、氮原料完成其自身生長同時(shí)合成腐殖質(zhì)的過程，料堆溫度越高，有機(jī)碳損失比例會越大。本試驗(yàn)研究中，發(fā)酵結(jié)束時(shí)料堆的有機(jī)碳和全氮含量呈下降趨勢、腐殖質(zhì)含量有所增加，這與許多學(xué)者研究結(jié)果一致［1，10］。堆肥期間微生物主要消耗有機(jī)物質(zhì)，將有機(jī)物質(zhì)分解成二氧化碳和水，因此堆漚結(jié)束后料堆的磷、鉀絕對含量基本沒有變化。本試驗(yàn)研究中料堆的總磷和總鉀含量增加可能與濃縮效應(yīng)有關(guān)。

3.3 秸稈腐解劑對堆肥腐熟度的影響

用畜禽糞便堆肥浸提液處理種子，發(fā)芽指數(shù)大于70%被認(rèn)為堆肥已達(dá)到無害化要求，番茄秸稈為純植物堆肥，對植物的有害性明顯降低。本試驗(yàn)研究中不添加秸稈腐解劑處理（堆漚15 d）的種子發(fā)芽指數(shù)為75%，添加秸稈腐解劑處理的發(fā)芽指數(shù)達(dá)79%，說明秸稈腐解劑可以提高番茄秸稈的腐熟度。

由此可見，在番茄秸稈堆制發(fā)酵過程中添加秸稈腐解劑可以顯著提高料堆溫度和腐熟程度，料堆的有機(jī)碳和全氮含量降低速度快，堆肥使用安全性高。