高溫高壓處理對麥秸理化性質(zhì)的影響

沈 軍，武英霞，王杰春

（河南科技學院園藝園林學院，河南新鄉(xiāng) 453003）

中國每年產(chǎn)生9 億多t 的農(nóng)作物秸稈，麥秸占其中的15.2%。目前，我國的秸稈利用率較低，其綜合利用率還不到45%。2016 年，農(nóng)業(yè)部等6 部委聯(lián)合下發(fā)了《關于推進農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用試點的方案》，明確提出了“力爭到2020 年，秸稈綜合利用率達到85%以上”，其中一條有效技術路徑就是將其作為育秧、育苗基料[1]。

目前，針對農(nóng)業(yè)廢棄物如棉花秸稈、玉米稈、菇渣、花生殼、稻草、油菜稈等作為無土栽培基質(zhì)進行了較多的研究[2-9]。曾清華[10]、劉濤[11]、韓春梅[12]等研究了以小麥秸稈為主要成分的無土栽培基質(zhì)在蔬菜育苗上的應用效果，改善了基質(zhì)的理化性狀，提高了育苗效果，但其主要采用堆漚發(fā)酵的方法處理麥秸，漚制時間較長，一般需要3 個月以上，費時費工[13-14]。采用高溫高壓處理麥秸作為無土栽培基質(zhì)還未見報道。本試驗以麥秸作為研究對象，研究了不同時間高溫高壓處理對其物理、化學性狀的影響，為商業(yè)化開發(fā)麥秸型無土栽培基質(zhì)提供理論指導。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

麥秸為新鄉(xiāng)當?shù)匦←準斋@后的廢棄物，去除雜質(zhì)，用藥物粉碎機（型號：FY130）粉碎，過5mm 的篩網(wǎng)。

1.2 試驗設計

本試驗設4 個處理，采用型號為DSX-30L 高壓鍋，溫度為120℃、壓強102kPa 的條件下處理0.5h、1h、1.5h，分別記作處理1（T1）、處理2（T2）、處理3（T3），以不做高溫高壓處理的作為對照（CK）。每個處理設3次重復。

1.3 試驗方法

將粉碎好的麥秸均勻噴濕后裝入聚丙烯袋中，封緊塑料袋口，裝入高壓鍋中（型號：HICLAVE HVE-50），時間分別設定為0.5h、1h、1.5h。待高壓鍋溫度和壓力降下來后，取出處理過的麥秸，晾干后測定其物理、化學性狀[15-16]。

容重與孔隙度：體積為100mL 的燒杯質(zhì)量為W1，裝滿麥秸后，燒杯和麥秸的重量為W2，用紗布包裹后，在水中浸泡24h，稱重為W3，紗布重為W4，控水后重為W5，按照以下公式進行計算：容重（g/cm3）=（W2-W1）/100；總孔隙度（%）=[（W3-W1）－（W2－W1）]/100×100；通氣空隙（%）=（W3+W4－W5）/100×100；持水孔隙（%）=（W5－W2－W4）/100×100；大小孔隙比（%）=通氣空隙/持水孔隙。

pH、EC 值：采用1∶5 飽和浸提法測定。烘干基質(zhì)與去離子水按1∶5 的比例充分攪拌，過濾后，用pH計（PHS-3C）和電導率儀（DDS-11A）分別測定濾液的pH、EC 值。

總碳：采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定。

全氮：采用半微量凱氏定氮法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 處理數(shù)據(jù)，SPSS17.0 軟件進行單因素方差分析。

表1 不同處理時間對麥秸物理性質(zhì)的影響

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理時間對麥秸物理性質(zhì)的影響

容重反映了基質(zhì)的疏松、緊實程度。由表1 可知，對照麥秸的容重最大，為0.16g/cm3，隨著處理時間的增加，麥秸的容重在降低，處理時間為1.5h 時，容重最小，為0.09g/cm3，與對照相比減小了0.07g/cm3。經(jīng)方差分析可知，所有處理與對照相比，均達到了顯著水平但沒有達到極顯著水平；處理間沒有達到顯著水平。

通氣孔隙的孔隙直徑在1mm 以上，作用是貯氣。處理2 與對照的通氣孔隙較大，而處理1 和處理3 的通氣孔隙值有所降低，最大值與最小值相差5.87%。經(jīng)方差分析可知，對照與處理2 未達到顯著水平，但與處理1 和處理3 達到了極顯著水平，處理1 與處理3 未達到顯著水平。

持水孔隙是孔隙直徑在0.001～0.1mm 范圍內(nèi)的孔隙，作用是貯水。對照的持水孔隙最大，為67.92%，各處理的持水孔隙均有所降低，以處理2 的持水孔隙最小，為35.25%。經(jīng)方差分析可知，對照與各處理均達到了極顯著水平，處理1 與處理3 達到了極顯著水平，處理3 與處理2 達到了極顯著水平。

總孔隙度反映了基質(zhì)貯氣和貯水的能力。對照的總孔隙度最大，為85.19%，各處理的總孔隙度均有所降低，以處理2 的總孔隙度最小，為52.54%，與對照相差32.65%。經(jīng)方差分析可知，對照與各處理間達到了極顯著水平，處理1 與處理3 達到了極顯著水平，處理3 與處理2 達到了極顯著水平。

大小孔隙比反映了基質(zhì)中氣、水之間的狀況，是衡量基質(zhì)優(yōu)劣的重要指標。處理2 的大小孔隙比最大，為0.49，其余的均在0.20 左右。經(jīng)過方差分析可知，處理2 與對照和其余處理達到了極顯著水平，對照與其余處理之間未達到顯著水平。

2.2 不同處理時間對麥秸化學性質(zhì)的影響

由表2 可知，經(jīng)過高溫高壓處理，麥秸的電導率均有所提高，以處理1 的電導率值最大，為1.73mS/cm。經(jīng)方差分析可知，對照與各處理間達到了極顯著水平；處理1 與處理2 和處理3 達到了極顯著水平，處理2與處理3 達到了極顯著水平。

所有處理的pH 值均在6.0～7.0 之間，為中性或弱酸性。對照的pH 值最大，經(jīng)過高溫高壓處理后，麥秸的pH 值均有所下降。經(jīng)過方差分析可知，對照與各處理間均達到了極顯著水平，處理2 與處理1 和處理3達到了極顯著水平，處理1 與處理3 達到了極顯著水平。

表2 不同處理時間對麥秸化學性質(zhì)的影響

所有處理全碳的含量均在30%以上，經(jīng)方差分析可知，對照與各處理間未達到顯著水平；各處理間也未達到顯著水平。

經(jīng)過高溫高壓處理后，麥秸的含氮量比對照都有所增加，達到了3%以上，并且隨著處理時間的增加，氮含量也在增加，處理3 比對照增加了1.65%。經(jīng)方差分析可知，各處理與對照達到了極顯著水平，各處理間未達到顯著水平。

對照的碳氮比最大，經(jīng)過高溫高壓處理后，麥秸的碳氮比均降低，其中處理2 降低得最多，降低了10.82。經(jīng)方差分析可知，對照與各處理達到了差異極顯著水平，各處理間未達到顯著水平。

3 討論與結(jié)論

堆漚發(fā)酵可以很好地改善有機固體廢棄物的理化性狀，采用與其他基質(zhì)復配更好地滿足作為無土栽培基質(zhì)的要求[17-19]。通常認為無土栽培基質(zhì)的最佳容重值在0.1～0.8g/cm3[16]，本試驗中麥秸的容重基本在此范圍內(nèi)，但所有的容重均較低，高新昊等通過堆漚發(fā)酵麥秸，其容重為0.1024g/cm3，與本試驗的結(jié)果一致[18]，需要與容重較大的基質(zhì)混配。

基質(zhì)的總孔隙度由通氣孔隙和持水孔隙組成，反映了容納空氣和水的能力，一般認為適宜的總孔隙度在54%～96%[16]。本試驗的總孔隙度除處理2 略低于此范圍外，其余都在適宜范圍之內(nèi)。處理2 的通氣孔隙占總孔隙度的32.91%，屬于高孔隙度，其余處理屬于中等孔隙度。適宜的大小孔隙比在25%～50%之間。試驗中，除處理1 略低于25%以外，其余處理都符合此要求。從麥秸的物理性狀的總體上看，經(jīng)過高溫高壓處理后，基本滿足無土栽培基質(zhì)的要求，可以作為無土栽培基質(zhì)使用，但需與其他基質(zhì)混配達到更好的物理性狀。

栽培蔬菜的溶液電導率應大于1mS/cm[16]，經(jīng)過堆漚處理的麥秸，其電導率在3.23mS/cm，對于作物來說有些偏大[18]。從本試驗結(jié)果看，所有處理的電導率均大于1mS/cm，但只有處理1 的電導率大于1.3mS/cm。當電導率小于1.3mS/cm 時，需要進行施肥，因此，其他處理在栽培作物時需要灌溉營養(yǎng)液。在本試驗中，隨著處理時間的增加，電導率呈現(xiàn)降低的趨勢。

pH 值對基質(zhì)總體的肥力，有機質(zhì)分解，營養(yǎng)元素釋放，離子代換吸收有著重要影響，一般認為基質(zhì)的pH 值以6.5～7.0 為宜[16]。經(jīng)過堆漚處理的麥秸，其pH值在7.3 左右，偏堿性，但經(jīng)過高溫高壓處理后，其pH值基本處于弱酸性，滿足了作物的需求。

經(jīng)過高溫高壓處理后，麥秸的全碳含量變化較小，而全氮的含量有所增加，增加量幾乎達到了1 倍。合適的碳氮比有利于基質(zhì)中微生物的活動，促進作物根系和莖葉全面生長，若碳氮比值過高，微生物生命活動時會對氮進行爭奪，會導致植物缺氮。一般要求碳氮比宜低不宜高，在30 左右較適宜[16]。經(jīng)過堆漚處理的麥秸，其碳氮比值為10.7[18]，與本試驗的相差不大，適宜作物的生長。

試驗結(jié)果表明，經(jīng)過高溫高壓處理，可以較好地改善麥秸的理化性狀，相較于傳統(tǒng)的堆漚發(fā)酵處理麥秸，高溫高壓處理達到了堆漚處理秸稈的水平，甚至在EC值和pH 值等指標上有所提高，同時縮短了制備周期，減輕了對環(huán)境的影響，但仍需與其他基質(zhì)混配來進一步改善麥秸型無土栽培基質(zhì)的理化性狀。