酵母與雞糞處理對(duì)不同作物秸稈礦質(zhì)營養(yǎng)的影響

張婷

摘要：為了研究作物秸稈在腐熟過程中礦質(zhì)營養(yǎng)的變化，拓展秸稈的應(yīng)用領(lǐng)域，以玉米、大豆、水稻3種秸稈為材料，分別以腐熟風(fēng)干的雞糞和酵母為發(fā)酵物進(jìn)行比較，按干物料與液體比為1∶5混合攪拌，其中秸稈與雞糞的比例為4∶1，酵母與水的比例為1∶40，密閉發(fā)酵50 d，對(duì)礦質(zhì)營養(yǎng)進(jìn)行測定并分析。結(jié)果表明，玉米、大豆、水稻3種秸稈中，酵母處理后秸稈的銨態(tài)氮含量均顯著高于雞糞處理。在酵母發(fā)酵后，除了大豆秸稈的有效磷含量降低，其他5個(gè)處理的有效磷和有效鉀含量均高于雞糞處理的結(jié)果。經(jīng)雞糞處理的玉米秸稈pH呈堿性，其他處理pH均偏于中性，且各處理均具備了一定緩沖能力。各處理的電導(dǎo)率值均大于100 S/m，秸稈中可溶性鹽含量較高。綜合而言，在一定程度上加入酵母發(fā)酵的秸稈，礦質(zhì)營養(yǎng)含量高于雞糞處理，可進(jìn)一步應(yīng)用在秸稈還田、栽培基質(zhì)等方面的研究中。

關(guān)鍵詞：玉米秸稈；大豆秸稈；水稻秸稈；酵母；雞糞；礦質(zhì)營養(yǎng)

中圖分類號(hào)：S141.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）22-5777-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.013

Effects of Yeast and Chicken Manure on Mineral Nutrition of Different Crops Straw

ZHANG Ting

（College of Life Engineering， Shenyang Institute of Technology， Fushun 113122，Liaoning， China）

Abstract： In order to study the changes of mineral nutrition of crop straw in composting process， and expand the application field of straw， three straws of corn， soybean， rice were chosen as materials， and compared by fermentation with maturity dried chicken manure and yeast. Dry material and liquid were mixed according to the ratio of 1∶5， of which the ratio of the straw and chicken manure was 4∶1， and the ratio of yeast and water was 1∶40. All treatments were sealed fermentation for 50 days， and then the mineral nutrition was determined and analyzed. The results showed that in the three straws of corn， soybean， rice， ammonium nitrogen of yeast treated straws were significantly higher than that in chicken manure treatments. After the yeast fermentation， available phosphorus content in soybean straw was reduced， and available phosphorus and available potassium content of the other five treatments were higher than that in chicken manure treatments. After chicken manure treatment， the pH of corn straw was alkaline， the pH of the other five treatments was closed to neutral， and all treatments had certain buffer capacity. The conductivity value of each treatment was higher than 100 S/m， and the content of soluble salt in straws were higher. In general， in a certain extent， after adding yeast fermentation of straw， the contents of the mineral nutrition were higher than chicken manure. The results could be further applied in straw returning， culture medium and so on.

Key words： corn straw； soybean straw； rice straw； yeast； chicken manure； mineral nutrition

作物秸稈是除產(chǎn)品器官外，植物地上剩余部分的總稱。農(nóng)作物在產(chǎn)品器官收獲后，一半以上的光合產(chǎn)物仍然存在于秸稈中。秸稈含有豐富的氮、磷、鉀、鈣、鎂等有機(jī)養(yǎng)分，是一種應(yīng)用價(jià)值較高的可再生生物資源[1]。在中國早期的生產(chǎn)栽培中，大量的作物秸稈由農(nóng)民自己處理，大部分秸稈被焚燒或廢棄，這不僅對(duì)周圍環(huán)境造成了污染，而且也是一種巨大的資源浪費(fèi)[2]。隨著“十二五”規(guī)劃的推進(jìn)，秸稈利用的范圍和途徑也在不斷加大，人們開始不斷地重視秸稈利用。目前，秸稈利用主要是用于直接還田[3，4]，用作肥料增加土壤肥力，或是經(jīng)過加工處理成栽培基質(zhì)[5]。也有研究人員通過微生物發(fā)酵進(jìn)行秸稈微貯，或是將秸稈用于食用菌栽培中[6]。但是，無論是哪種利用途徑，如何提高秸稈中有機(jī)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)換，是關(guān)系到秸稈利用效果的重要因素，然而這方面缺乏基礎(chǔ)性研究。

如果使用單一秸稈進(jìn)行厭氧發(fā)酵，會(huì)存在消化時(shí)間長、降解速度慢、秸稈難以出料等問題[7]。因此，人們開始研究在秸稈中添加畜禽糞便，加快秸稈的轉(zhuǎn)換效率。黃懿梅等[8]利用自制的強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛堆肥反應(yīng)器，將雞糞分別與小麥秸稈和玉米秸桿進(jìn)行混合堆置，研究發(fā)酵過程中氮素的變化。Weiland等[9]認(rèn)為，家畜的糞便與作物秸稈混合，二者之間的相互作用可以提高秸稈的降解數(shù)量，提高厭氧發(fā)酵的效果。同樣，趙建榮等[10]在研究雞糞和小麥秸稈堆肥腐熟研究中，李文靜等[11]在研究雞糞和水稻秸稈共同進(jìn)行厭氧發(fā)酵過程中，均肯定了Weiland的這種觀點(diǎn)。

利用菌類進(jìn)行發(fā)酵，在畜牧飼料領(lǐng)域已經(jīng)開始了相關(guān)研究[12，13]，主要是為了提高作物秸稈的適口性和消化率。惠文森等[14]利用酵母菌發(fā)酵玉米秸稈，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后玉米秸稈中粗蛋白、粗脂肪含量顯著提高。但利用酵母菌發(fā)酵作物秸稈的研究還處于剛剛起步階段，而且基本上集中在畜牧方面。本研究從種植角度出發(fā)，探索性地利用酵母發(fā)酵作物秸稈，并與雞糞發(fā)酵秸稈進(jìn)行對(duì)比，分析礦質(zhì)元素N、P、K的含量，為秸稈還田、栽培基質(zhì)加工、食用菌栽培等方面的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)，從而進(jìn)一步提高秸稈的利用效率。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究選用的作物秸稈為玉米、大豆和水稻，供試材料為作物成熟期采收后的植物莖葉部分。經(jīng)過自然風(fēng)干后，將3種秸稈分別粉碎，于2015年3-5月在沈陽工學(xué)院實(shí)習(xí)基地溫室內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵處理和植物生理實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行指標(biāo)測定。

1.2 試驗(yàn)方法

以酵母為發(fā)酵物處理秸稈，與腐熟風(fēng)干的雞糞處理秸稈進(jìn)行對(duì)比。秸稈與雞糞的比例為4∶1，與玉米、大豆、水稻3種作物秸稈進(jìn)行混合，均勻攪拌，干物料與液體比例為1∶5，酵母與水的比例為1∶40，具體配比見表1。各處理在密閉環(huán)境下進(jìn)行發(fā)酵，為期50 d。

秸稈中銨態(tài)氮、有效磷、有效鉀的測定參照姜佰文等[15]的方法，利用pH計(jì)測量發(fā)酵后秸稈的pH，通過加入1 mol/L的NaOH溶液，測量不同處理秸稈的緩沖容量。使用電導(dǎo)率儀，在各處理中加入飽和CaCl2測量電導(dǎo)率值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析， 用Microsoft Excel進(jìn)行圖表的處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同作物秸稈發(fā)酵處理后銨態(tài)氮含量的分析

雞糞是一種氮含量較多的有機(jī)肥。通過圖1可以看出，在酵母發(fā)酵處理下（T-1，T-2，T-3），玉米、大豆、水稻秸稈中的銨態(tài)氮含量分別顯著高于雞糞處理（C-1，C-2，C-3）。作物秸稈中含有豐富的有機(jī)氮，這些物質(zhì)通過酵母菌的氨化作用，被分解后再形成銨態(tài)氮，使得加入酵母發(fā)酵的作物秸稈中銨態(tài)氮的含量顯著增加。尤其是在玉米秸稈中，經(jīng)過酵母處理后（T-1）的銨態(tài)氮含量是加入雞糞發(fā)酵處理（C-1）的3倍以上。在水稻秸稈中（T-3和C-3），酵母處理與雞糞處理的比值也接近3。這可能與玉米和水稻秸稈中含有的有機(jī)氮含量比較高有關(guān)，經(jīng)酵母發(fā)酵后轉(zhuǎn)換的銨態(tài)氮就比較多。而在大豆秸稈中，經(jīng)過酵母和雞糞處理后（T-2和C-2），二者的銨態(tài)氮含量顯著高于玉米和水稻秸稈，這與豆科植物的固氮作用有一定的關(guān)系，大豆秸稈內(nèi)自身銨態(tài)氮含量較高。在玉米和水稻中，二者經(jīng)過雞糞處理銨態(tài)氮的差異不大（C-1和C-3）。經(jīng)過酵母處理，玉米和水稻秸稈中的銨態(tài)氮差異也不顯著（T-1和T-3）。

2.2 不同作物秸稈發(fā)酵處理后有效磷含量的分析

由圖2可以看出，經(jīng)過酵母和雞糞處理后，在3種秸稈中有效磷含量表現(xiàn)出的效果并不一樣。在玉米秸稈中，酵母處理（T-1）的有效磷含量顯著高于雞糞處理（C-1）。與之相反，在大豆秸稈中，雞糞處理（C-2）的有效磷含量顯著高于酵母處理（T-2）。在水稻秸稈中，兩個(gè)處理之間差異不顯著（C-3和T-3）。這可能與3種秸稈中有效磷的形式及轉(zhuǎn)化方式有一定關(guān)系。

2.3 不同作物秸稈發(fā)酵處理后有效鉀含量的分析

從圖3可以看出，3種秸稈（玉米、大豆和水稻）均表現(xiàn)出酵母處理（T-1，T-2，T-3）的有效鉀含量高于雞糞處理（C-1，C-2，C-3）。其中差別倍數(shù)最大的是玉米秸稈，酵母處理的有效鉀（T-1）含量與雞糞處理（C-1）的比值大于1.5，其他兩種秸稈不同處理的比值均未達(dá)到1.2。并且在所有處理中，玉米秸稈在酵母處理下有效鉀的含量最高（T-1）。

2.4 不同發(fā)酵處理的作物秸稈pH和緩沖能力

從表2可以看出，3種秸稈在酵母和雞糞處理下pH對(duì)比結(jié)果不同。在雞糞處理下（C-1），玉米秸稈中的pH明顯大于7，呈堿性。而經(jīng)過酵母處理的玉米秸稈（T-1）pH顯著下降，為6.95，中性偏酸。在大豆秸稈中，酵母和雞糞處理之間pH差異不顯著（C-2和T-2），且均介于6～7之間，中性偏酸。在水稻秸稈中（C-3和T-3），兩種處理下pH均介于7～8之間，中性偏堿。6種處理的緩沖容量表現(xiàn)出一定的差異顯著性，但是基本在0.2左右，說明經(jīng)過發(fā)酵處理后秸稈具備了一定緩沖能力。6種處理下，除了C-1外，其他處理的pH均表現(xiàn)出偏中性的效果，說明可以應(yīng)用在土壤改良或基質(zhì)栽培中。

2.5 不同發(fā)酵處理的作物秸稈電導(dǎo)率值

電導(dǎo)率（EC）反映秸稈中含有的可溶性鹽分的含量。從圖4可以看出，6種處理的電導(dǎo)率值均大于100 S/m。在玉米秸稈中，表現(xiàn)出酵母處理（T-1）的電導(dǎo)率值顯著高于雞糞處理（C-1）。而在大豆和水稻秸稈中，酵母處理和雞糞處理之間差別不大。但3種作物秸稈中，大豆的電導(dǎo)率值最高。電導(dǎo)率值越高，說明秸稈中可溶性鹽含量較高。

3 小結(jié)與討論

自然界的氮素主要以分子態(tài)（N2）、無機(jī)態(tài)（銨鹽和硝酸鹽等）和有機(jī)態(tài)（蛋白質(zhì)和核酸等）的形式存在，這些氮素分布在地球的各個(gè)部位。植物能夠直接吸收和同化的銨鹽和硝酸鹽在土壤中含量其實(shí)很少，不斷地補(bǔ)充這兩種無機(jī)態(tài)氮才能使植物進(jìn)行良好的生長。生產(chǎn)中，一方面可以施用氮肥，另一方面是通過氮素的轉(zhuǎn)化，使秸稈中的有機(jī)態(tài)氮通過微生物氨化作用，再進(jìn)一步形成銨態(tài)氮。本研究中，以玉米、大豆、水稻3種比較有代表性的作物秸稈為材料，與雞糞處理進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)酵母處理后秸稈中銨態(tài)氮的含量顯著增加。關(guān)于雞糞與秸稈發(fā)酵的研究，已有一些相關(guān)報(bào)道[8-11]。在黃懿梅等[8]的研究報(bào)道中指出，雞糞與小麥秸稈和雞糞與玉米秸稈在堆肥處理的過程中，銨態(tài)氮含量在高溫期呈增加趨勢(shì)，這一點(diǎn)說明雞糞發(fā)酵處理會(huì)影響秸稈中銨態(tài)氮的含量。關(guān)于酵母菌在秸稈發(fā)酵中的作用，這方面研究相對(duì)比較少，僅僅是從畜牧飼料的角度出發(fā)[14]，而且沒有關(guān)于礦質(zhì)營養(yǎng)的分析。本研究證明，酵母發(fā)酵在一定程度上可以提高秸稈中銨態(tài)氮的含量。在今后的研究中，可以進(jìn)一步研究酵母用量對(duì)提高秸稈中氮轉(zhuǎn)換的影響，為秸稈還田、土壤改良，甚至是栽培基質(zhì)配置提出有效的途徑。

氮、磷、鉀被稱為肥料三元素，是植物生長的必需元素。本試驗(yàn)中，除了對(duì)不同處理中銨態(tài)氮含量做了詳細(xì)的測定和分析，還進(jìn)一步測定了有效磷和有效鉀的含量。林天杰等[5]在研究雞糞和稻草發(fā)酵過程中發(fā)現(xiàn)，秸稈中磷、鉀的速效比率增大。而本試驗(yàn)中，除了大豆秸稈在酵母處理后有效磷含量降低之外，其他處理在酵母處理后均表現(xiàn)出有效磷和有效鉀高于雞糞處理的結(jié)果。但是，對(duì)于酵母發(fā)酵秸稈中磷和鉀的具體成分還有待進(jìn)一步研究[16]。

在秸稈發(fā)酵處理過程中，pH也是關(guān)系到秸稈利用的一個(gè)方面。pH過高或者過低都會(huì)影響秸稈中養(yǎng)分的平衡和穩(wěn)定[17]。本研究中，除了經(jīng)雞糞處理的玉米秸稈pH呈堿性，其他各處理pH均偏于中性，且具備了一定緩沖能力，進(jìn)一步說明了秸稈發(fā)酵后應(yīng)用到秸稈還田或是栽培基質(zhì)中，不會(huì)過多改變環(huán)境中的酸堿性。另外，6種處理的電導(dǎo)率值均大于100 S/m，同樣說明了經(jīng)過酵母和雞糞發(fā)酵處理后的3種秸稈可溶性鹽含量較高，容易被植物吸收利用。

雖然已有很多人在研究雞糞和秸稈發(fā)酵的效果，但是從礦質(zhì)營養(yǎng)角度出發(fā)，研究酵母對(duì)不同秸稈發(fā)酵腐熟的影響，至今鮮見報(bào)道。本研究發(fā)現(xiàn)，與雞糞處理相比較，在酵母發(fā)酵過程中作物秸稈的氮、磷、鉀含量在一定程度上有所提高，將來可作為營養(yǎng)源去改良土壤或是配置成栽培基質(zhì)。但是，具體用量、發(fā)酵時(shí)間以及物質(zhì)成分還有待進(jìn)一步深入研究。

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