水稻秸稈的腐熟劑篩選研究

王瓊瑤 趙源 朱艷婷　肖煒　常青　岳鈞　劉理

摘要 [目的]為解決水稻秸稈自然腐熟過程慢、影響農(nóng)耕等問題，開展水稻秸稈的最佳腐熟劑篩選研究。[方法]采用室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)，觀察不同時(shí)間秸稈腐熟的顏色變化，測(cè)定腐熟過程中pH、溫度、種子發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)，對(duì)比分析不同腐熟劑對(duì)水稻秸稈的腐熟效果，從而篩選出水稻秸稈的最佳腐熟劑。[結(jié)果]添加腐熟劑可縮短水稻秸稈的腐熟時(shí)間，提前7～14 d達(dá)到腐熟效果。宜春強(qiáng)微生物科技有限公司的強(qiáng)微堆肥快速腐熟劑處理后，在42 d時(shí)腐熟液pH達(dá)7.5，84 d種子發(fā)芽率達(dá)到85%，發(fā)芽指數(shù)為0.83，達(dá)到完全腐熟效果。[結(jié)論]相比其他處理，宜春強(qiáng)微生物科技有限公司的強(qiáng)微堆肥快速腐熟劑對(duì)水稻秸稈的腐熟效果最佳，可作為試驗(yàn)材料進(jìn)行田間應(yīng)用技術(shù)的研究與推廣，從而為水稻秸稈的資源化利用和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 水稻秸稈；腐熟劑；發(fā)芽指數(shù)；pH

中圖分類號(hào) S216.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A 文章編號(hào) 0517-6611（2018）14-0068-03

Research on Selecting of Decomposition Agent of Rice Straw

WANG Qiongyao1，2，ZHAO Yuan1，2，ZHU Yanting1，2 et al （1.Sichuan Province Natural Resources Science Academy，Chengdu，Sichuan 610015；2.Sichuan Productivity Promoting Centre，Chengdu，Sichuan 610015）

Abstract [Objective]In order to solve the problem of slow natural maturation of rice straw and the influence of farming，the experiment was conducted to select the best decomposing agent of rice straw.[Method]The laboratory contrast experiment was to observe the color change of straw maturity at different times and determine the pH，temperature，seed germination rate，seed germination index and other indicators of decomposition process，compare and analyze of the effect of different decomposing agents on straw，then select the best decomposing agent of rice straw.[Result]Adding decomposing agent could shorten the maturity time of rice straw about 7-14 days in advance. Under the treatment of the strong compost rapid maturity agent of Yichun Strong Microbial Technology Co.， Ltd.， the pH of rice straw reached 7.5 on 42 days， the germination rate was 85%， the germination index was 0.83 on 84 days and it achieved maturation effect.[Conclusion]Comparing to other treatments， the strong compost rapid maturity agent of Yichun Strong Microbial Technology Co.， Ltd. is the best decomposing agent for the rice straw. It can be used as experimental material to study and promote field application technology， in order to provide scientific basis for the resource utilization of rice straw and the sustainable development of agriculture.

Key words Rice straw； Decomposition agent； Germination index； pH

四川是我國產(chǎn)生秸稈的大省，秸稈資源豐富且產(chǎn)生量趨于穩(wěn)定，主要集中在成都平原地區(qū)、川東北和川南丘陵區(qū)域。其中成都平原地區(qū)秸稈資源年總量達(dá)1 482萬t，占秸稈資源總量的31.9%。全省常年農(nóng)作物秸稈理論資源量4 641.09萬t 左右，約占全國的4.46%，其中水稻秸稈約1 638.08萬t，占總量的35.3%[1]。水稻秸稈作為重要的農(nóng)業(yè)資源，國內(nèi)外大多采用秸稈還田作為資源化利用的主要方式[2]，我國每年產(chǎn)生農(nóng)作物秸稈7億t左右，有超過2億t的秸稈白白腐爛或焚燒，使資源變成了污染源[3-4]。秸稈的焚燒不僅加重了氣候變暖和環(huán)境污染，而且造成巨大的生物資源浪費(fèi)[5]。研究表明，秸稈中含有豐富的有機(jī)質(zhì)、氮磷鉀和微量元素，是農(nóng)作物重要的有機(jī)肥源[6-8]。秸稈還田不僅減少了無機(jī)化肥的施用，降低成本，且降低氮磷元素隨水土流失引起水體富營養(yǎng)化的潛在風(fēng)險(xiǎn)，有利于保護(hù)水資源，秸稈還田可以增加耕地有機(jī)物料的歸還量，保持提高地力[9]。

成都平原的水稻秸稈大多作為農(nóng)戶基本燃料利用，但季節(jié)性過剩的秸稈處置成了農(nóng)戶的一大問題[10-11]。秸稈就地還田是傳統(tǒng)的秸稈資源利用法之一，但是秸稈自然腐熟速度緩慢，制約了秸稈就地還田的發(fā)展。成都平原大多是兩季或者兩季以上作物輪作，前季作物秸稈還田后來不及腐解，在一定程度上影響后季作物的正常播種或者生長(zhǎng)。應(yīng)用秸稈腐熟菌劑，可以加快秸稈還田速度，實(shí)現(xiàn)水稻秸稈全量直接還田[12]。有研究表明，在堆肥過程中，溫度、顏色等物理指標(biāo)可以較為直觀地反映腐熟度[13]，而化學(xué)指標(biāo)中pH、有機(jī)碳、全氮、 水溶性銨態(tài)氮等可以作為測(cè)定指標(biāo)來觀察堆肥腐熟度[14]，種子發(fā)芽指數(shù)（GI）作為生物學(xué)指標(biāo)也常用于評(píng)價(jià)糞便堆肥腐熟度[15]。筆者通過腐熟模擬試驗(yàn)，篩選出腐熟效果較好的微生物腐熟劑，為成都平原地區(qū)水稻秸稈還田技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)，也為提高農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用率、減少環(huán)境污染、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 水稻秸稈（品種為川香9838）；小白菜（品種為上海青）；腐熟劑1（萊特微生物催腐劑，成都合成生物科技有限公司）、腐熟劑2（強(qiáng)微堆肥快速腐熟劑，宜春強(qiáng)微生物科技有限公司）、腐熟3（高活性秸稈腐熟劑，山東省濰坊市君德生物科技公司）、腐熟劑4（益富農(nóng)秸稈發(fā)酵劑，河南益富農(nóng)農(nóng)業(yè)科技有限公司）、腐熟劑5（農(nóng)富康秸稈發(fā)酵劑，鄭州農(nóng)富康生物科技有限公司）；W1和W2（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)自主培養(yǎng)的秸稈分解微生物）。

1.2 試驗(yàn)處理設(shè)置

1.2.1 腐熟劑控制試驗(yàn)。試驗(yàn)處理：CK（秸稈+水）；T1（秸稈+腐熟劑1+水）；T2（秸稈+腐熟劑2+水）；T3（秸稈+腐熟劑3+水）；T4（秸稈+腐熟劑4+水）；T5（秸稈+腐熟劑5+水）；W1（秸稈+W1+水）；W2（秸稈+W2+水）；W1+W2（秸稈+W1+W2+水）。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.2.2 試驗(yàn)處理。將秸稈剪成2～3 cm的小段，稱取10 g 將其放入白色塑料瓶中。將5種腐熟劑和2種微生物分別按照每杯5億微生物活菌，加水500 mL溶解活化，倒入塑料瓶中淹沒秸稈，用封口膜和濾紙密封，放置在室內(nèi)進(jìn)行腐解試驗(yàn)，室溫20 ℃。

1.3 觀察與測(cè)定 每周觀察秸稈腐熟顏色變化，測(cè)定腐熟過程中的pH、種子發(fā)芽率、發(fā)芽種子根長(zhǎng)、溫度變化，計(jì)算種子發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)。

吸取腐熟液體2 mL于鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，同時(shí)設(shè)空白對(duì)照（蒸餾水），每個(gè)培養(yǎng)皿內(nèi)放20粒飽滿的小白菜種子，將其放置在30 ℃恒溫培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)48 h后取出，測(cè)定種子發(fā)芽率及其根長(zhǎng)。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 采用SPSS、DPS等統(tǒng)計(jì)工具對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。種子發(fā)芽指數(shù)（GI）的計(jì)算方法為：

GI= 堆肥處理種子的發(fā)芽率×堆肥種子根長(zhǎng) 對(duì)照種子發(fā)芽率×對(duì)照種子根長(zhǎng) ×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻秸稈腐熟過程中顏色變化 腐熟堆肥的顏色接近褐色或黑色，將水稻秸稈腐熟的過程分為前、中、后3個(gè)時(shí)期，統(tǒng)計(jì)3個(gè)時(shí)期的秸稈和溶液的顏色，結(jié)果見表1。從秸稈腐熟顏色來看，腐熟前期，T1和W1的顏色變化較為明顯，溶液和秸稈變?yōu)辄S色，其余處理顏色均為微黃色。腐熟到中期時(shí)，各處理顏色變化程度較大，其秸稈顏色加深至黃褐色和灰黃褐色，溶液顏色變化程度不如秸稈大；其中T4、T5顏色變化程度最為明顯，秸稈由微黃變?yōu)榛尹S褐色，溶液由微黃色變?yōu)樯铧S棕色。而到了后期，除了T4和CK的溶液顏色為深黃褐色，其余秸稈顏色和溶液顏色均達(dá)到了灰黃褐色。從秸稈腐熟的硬度來看，秸稈腐熟過程中，秸稈越來越軟，各處理之間的軟硬度變化差異較為顯著，秸稈腐熟前期都處于較硬等級(jí)，在中期時(shí)，T2、T3和3個(gè)W處理達(dá)到微軟，后期則已經(jīng)軟化，其中T2、T3軟化程度最深，CK秸稈后期較軟，但是較T2、T3來說不易扯斷。

2.2 水稻秸稈腐熟過程中pH變化 秸稈腐熟初期，多為弱酸性到中性，pH一般為6.5～7.5，腐熟的堆肥一般呈弱堿性，故能作為堆肥腐熟度的一項(xiàng)參考指標(biāo)。pH在7.5～8.5時(shí)，可以作為初步判斷堆肥已達(dá)到腐熟要求之一[16-17]。

從圖1可看出，在室內(nèi)條件下，pH變化整體呈先降后升的趨勢(shì)，最終各處理均達(dá)到微堿性環(huán)境（pH為7.5～9.0），腐熟結(jié)束后所有處理的秸稈溶液pH提高明顯，最終pH均高于CK的pH（7.5），且所有添加腐熟劑處理的pH均比CK先達(dá)到7.5。T2、T3在第42天時(shí)，pH就達(dá)7.5，比CK提前了28 d。在整個(gè)腐熟期里，所有處理在0～21 d pH呈下降趨勢(shì)，其中T2下降至6.6，T3下降至6.5。第28～84天，pH整體呈上升趨勢(shì)，且49 d后上升趨勢(shì)減小逐漸趨于穩(wěn)定，最終T2達(dá)8.0，T3達(dá)8.1。相比CK和添加四川農(nóng)業(yè)大學(xué)自主培養(yǎng)的秸稈分解微生物的處理，添加微生物腐熟劑的處理pH提升明顯。以上數(shù)據(jù)表明添加腐熟劑可以加快秸稈的腐熟，且從pH變化效果來看T3的腐熟效果較好，最高pH達(dá)8.1，其次是T2達(dá)8.0。

2.3 水稻秸稈腐熟過程中溫度變化 溫度變化是反映腐熟度和腐熟效 果的常用指標(biāo)，溫度與堆肥中微生物活性密切相關(guān)，有機(jī)物質(zhì)被微生物氧化分解越快，釋熱越多，堆肥溫度就越高。此次室內(nèi)試驗(yàn)研究，由于試驗(yàn)所用容器存在較大的熱傳導(dǎo)，試驗(yàn)所測(cè)溫度遠(yuǎn)低于秸稈腐熟所放出的熱量，各處理之間的溫度變化高低差異不顯著，不能直接作為判斷腐熟效果的指標(biāo)，但其變化趨勢(shì)仍然可以反映整體腐熟過程的進(jìn)度。

從圖2可看出，室溫20 ℃條件下，在第84天后，整個(gè)水稻秸稈腐熟過程基本結(jié)束。9個(gè)處理秸稈腐熟過程中，溫度均大于室溫，溫度變化明顯，不同處理間溫度變化規(guī)律存在差異，但是差異性并不顯著。在第21天時(shí)，出現(xiàn)短暫的高溫期，溫度迅速上升為26.5 ℃左右，第28天溫度快速下降，CK、T2溫度下降至接近室溫。28～63 d，溫度呈上升趨勢(shì)，63 d溫度達(dá)到整個(gè)腐熟過程中后期的高峰，除T2外均大于等于27.0 ℃，CK最高溫度為27.9 ℃。腐熟后期，秸稈溫度基本穩(wěn)定，其中T3溫度最高，為25.0 ℃。

2.4 水稻秸稈腐熟過程中種子發(fā)芽指數(shù)變化 種子發(fā)芽試驗(yàn)是測(cè)試植物毒性直接快速可靠的生物測(cè)試方法，反映了堆肥的植物毒性，是一個(gè)綜合性的參數(shù)。該試驗(yàn)各處理的種子發(fā)芽率基本呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，隨著秸稈腐熟，有機(jī)質(zhì)逐步分解，產(chǎn)生對(duì)種子有害的物質(zhì)影響發(fā)芽，后期腐熟基本完成，種子發(fā)芽率逐漸升高。種子發(fā)芽指數(shù)是根據(jù)種子發(fā)芽率和根長(zhǎng)計(jì)算所得，是檢驗(yàn)堆肥有機(jī)質(zhì)腐熟度的最精確、最有效的方法和最具說服力的判斷堆肥腐熟度的指標(biāo)，目前被廣泛接受和應(yīng)用。一般情況下發(fā)芽指數(shù)大于50%可認(rèn)為堆肥對(duì)種子基本無毒性。GI>50%，則可認(rèn)為基本腐熟，當(dāng)GI達(dá)80%～85%時(shí)，這種堆肥就可以認(rèn)為已經(jīng)完全腐熟，對(duì)植物沒有毒性[18]。

從圖3可看出，秸稈腐熟前中期，種子的發(fā)芽指數(shù)較低，整體在0.1～0.3波動(dòng)；7～21 d種子發(fā)芽指數(shù)出現(xiàn)短暫的下降趨勢(shì)；21～70 d發(fā)芽指數(shù)較為穩(wěn)定，呈微弱的上升趨勢(shì)；70 d后種子發(fā)芽指數(shù)迅速增長(zhǎng)，所有處理（T4除外）的發(fā)芽指數(shù)均大于0.50，腐熟結(jié)束后，各處理（T4除外）的發(fā)芽指數(shù)均超過了0.60，T4、T5的最終發(fā)芽指數(shù)為0.55、0.60，低于CK的發(fā)芽指數(shù)（0.63），T1、T2、T3、W1、W2、W1+W2的發(fā)芽指數(shù)則高于CK，其中T2最高，為0.83，T3次之，為0.76。

3 結(jié)論與討論

研究結(jié)果表明，添加秸稈腐熟劑可以加快秸稈的腐熟，由于添加的腐熟劑不同，各處理的pH、溫度、發(fā)芽指數(shù)等指標(biāo)的整體變化趨勢(shì)相似，但各處理之間的變化時(shí)間、速度和幅度存在差異。從pH變化的綜合情況來看，各處理的pH均呈上升趨勢(shì)，T2的 pH在28 d達(dá)7.1，比CK提前了7 d；T3的pH在35 d達(dá)7.4，比CK提前14 d；在84 d，T3的pH為最高（8.1），各處理pH平均為7.9，平均高出CK 0.5，說明添加腐熟劑的水稻秸稈在微生物的作用下，腐熟速度更快，且腐熟效果較CK更好。從溫度指標(biāo)來看，各處理都在21 d達(dá)到了一個(gè)小高峰，平均溫度為達(dá)26.8 ℃，隨后63 d又出現(xiàn)一次峰值，平均溫度27.3 ℃，說明在這2個(gè)時(shí)期水稻秸稈進(jìn)入腐熟高峰期；腐熟后期溫度逐漸降低至室溫，平均溫度為24.4 ℃，說明可降解有機(jī)質(zhì)的分解接近完全，秸稈腐熟基本完成。從秸稈的腐熟表觀特征來看，T2、T3的秸稈和溶液顏色最終變?yōu)榛尹S褐色，且比其他處理更軟，更易拉扯斷；從發(fā)芽指數(shù)來看，84 d各處理的發(fā)芽指數(shù)平均為0.70，高出CK 0.07，其中T2最高（0.83），高出CK 0.20，水稻秸稈基本腐熟。根據(jù)腐熟效果的判斷指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，分析得出腐熟劑2的腐熟效果最佳，腐熟劑3次之。

綜上所述，添加了腐熟劑的水稻秸稈腐熟進(jìn)程較對(duì)照提前7～14 d，綜合各項(xiàng)指標(biāo)，最終篩選出宜春強(qiáng)微生物科技有限公司的強(qiáng)微堆肥快速腐熟劑對(duì)水稻秸稈的腐熟效果最好，在42 d時(shí)腐熟液pH達(dá)7.5，84 d種子發(fā)芽率達(dá)85%，發(fā)芽指數(shù)為0.83，相比其他處理腐熟效果更好。因此建議宜春強(qiáng)微生物科技有限公司的強(qiáng)微堆肥快速腐熟劑作為水稻秸稈還田的腐熟劑應(yīng)用技術(shù)研究首選試驗(yàn)材料，為田間腐熟劑應(yīng)用技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)。

腐熟劑篩選試驗(yàn)是在可控環(huán)境條件下進(jìn)行的，影響水稻秸稈腐熟的因素除了溫度、pH、腐熟劑的用量等，還有秸稈的水分含量、碳氮比以及本身所攜的微生物等。對(duì)于田間復(fù)雜多變的自然環(huán)境，該試驗(yàn)篩選出的效果較好的腐熟劑在應(yīng)用于田間時(shí)，其應(yīng)用技術(shù)和腐熟效果還需要進(jìn)一步研究。秸稈作為一種產(chǎn)量大的農(nóng)業(yè)資源，可利用空間巨大，目前我國的秸稈資源利用途徑多，對(duì)于水稻秸稈的全量還田施用腐熟劑技術(shù)仍需進(jìn)一步的探究。

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