秸稈不同還田方式的堆肥效果

劉紹鵬 李清秀 賀峰

摘要：將秸稈、秸稈制沼氣后沼渣和秸稈飼喂羊后糞便與污水處理廠污泥混合進行堆肥試驗。對此3種原料堆肥溫度、pH值、C/N、有機質含量、種子發芽指數、氣味變化進行堆肥評價，結果這3種原料均達到腐熟要求。綜合經濟效益和投入成本認為，秸稈先飼喂牲畜再進行沼氣生產、最后進行堆肥的還田方式最佳。

關鍵詞：秸稈還田；優化模式；堆肥；堆肥溫度；pH值；有機質含量；氣味變化；腐熟度；種子發芽指數

中圖分類號： S141.4文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0483-03

我國是農業大國，糧食產量世界第一，與此同時秸稈年產量為9億t。對秸稈的利用目前有秸稈制備沼氣、秸稈制備飼料和直接還田以及制備建材、編制手工品等[1]。其中，秸稈制備沼氣或飼喂牲畜后留下沼渣或牲畜糞便，其最佳利用方式是制備肥料還田。然而，沼渣或牲畜糞便不經堆肥處理直接施放農田，會對農作物生長和農業生產造成負面影響[2-4]。秸稈直接還田可減少中間處理環節，且一次性處理量大，成本低廉。但是，由于秸稈中含氮量少，且直接還田時在微生物的作用下耗氧量上升，產生大量有害氣體，導致作物根部受害，生長抑制，營養不良，免疫力差，倒伏減產[5]。因此，不論是直接還田或者是秸稈利用后間接還田都需要經過堆肥處理，才能夠保障肥料營養安全。

堆肥處理可以保障秸稈、糞便或沼渣在微生物作用下通過高溫發酵殺死病原菌、腐殖有機物、穩定質量，最終使其達到腐熟，成為寶貴的復混肥料[6]。而評價肥料是否腐熟，一般從種子發芽指數（GI）、有機質含量、氨氮含量、堆腐過程中溫度變化等指標來評價。

本研究對秸稈、秸稈產沼氣后沼渣和以秸稈為主食的牲畜糞便進行堆肥處理，以期找到秸稈還田的最佳方式。

1材料與方法

1.1材料來源

秸稈取自江蘇省徐州市豐縣宋樓鎮農戶，生污泥取自蘇北某污水處理廠污泥脫水車間，沼渣取自徐州生物工程職業技術學院校內沼氣池，牲畜糞便為以秸稈為主飼養的羊糞。

1.2試驗裝置

以自制立方體堆肥箱堆肥，容積為20 L，堆肥體積約為15 L。堆肥箱上方設有通風出氣口和溫度計插口，底部連接通風管和垃圾滲濾液出口塑料管。箱底接近底部處設有一面承托堆肥物的篩板，篩板與底部約為3 L氣體容積。

1.3試驗方法

1.3.1堆肥試驗設計及堆制[7]以污泥為接種物，將污泥與堆肥對象按1 ∶[KG-3]2的比例混合，調節含水率至（65±5）%，密封上部，底部用曝氣泵通風，環境溫度為（20±1） ℃，堆制 15 d。其中，1號堆肥箱為秸稈，2號為沼渣，3號為羊糞便。

1.3.2分析方法

1.3.2.1溫度分析每天09：00測定堆肥溫度并記錄，測試深度為堆層表面下30cm處。

1.3.2.2含水率分析稱取10.0 g樣品，烘箱內烘12 h，稱質量。

1.3.2.3pH值測定取1.0 g樣品，加去離子水10 mL，混勻，以pH計測定。

1.3.2.4有機質含量分析取1.0 g烘干后樣品，于馬弗爐中550 ℃下灼燒4 h，稱質量。

1.3.2.5碳、氮含量分析其中，全氮分析以硫酸-過氧化氫聯合消煮后通過凱氏定氮法測定；以重鉻酸鉀容量法-沸水浴稀釋熱法分析碳含量。

1.3.2.6GI測定[8]稱取待測堆肥樣品5.0 g，與蒸餾水按體積比1 ∶[KG-3]10混合，振蕩后過濾，吸取10 mL濾液，加到鋪有2張濾紙的培養皿中，每個培養皿均勻擺放20粒水芹種子，在溫度為（30±1） ℃恒溫培養箱中培養48 h后，測定發芽率和根長，同時以蒸餾水為對照，每個處理3次重復。

[JZ]GI=GI1/GI2×100%。

式中：GI1為浸提液種子發芽率×根長，GI2為對照種子發芽率×根長。

1.3.2.7氣味分析將待測樣品置于三角燒瓶中，離鼻孔30 cm，輕輕扇動瓶口上方判斷氣味。以新鮮沼渣氣味5級，以稻田土壤氣味為0級，判斷待測樣品腐熟情況。

2結果與分析

2.1堆肥過程中溫度的變化

由圖1可知，環境溫度基本維持在20 ℃左右。堆肥時，堆肥箱內溫度的變化可分為升溫期、高溫期、降溫期和穩定期[8]。其中，在升溫期時有機物開始分解，微生物生長。此時，主要利用的原料為單糖、蛋白質和脂肪等易降解原料。高溫期溫度基本達到48 ℃以上。在高溫期，微生物生長迅猛，原料中纖維素和半纖維素出現降解，原料開始往腐殖化過渡。當溫度維持在48～60 ℃/d時，原料中有害菌或寄生蟲可被殺死。在降溫期，當溫度降低到50 ℃以下，高溫菌活動衰弱，但中溫性微生物活動依然存在，原料進一步腐熟。在穩定期，堆肥溫度稍高于室溫，原料中微生物活動處于衰退勢，原料基本被腐熟。由圖1可知，秸稈和羊糞便在堆肥過程中進入高溫期迅速，維持時間也長，均為6 d，只是羊糞便進入高溫期比秸稈快1 d且總體維持高溫水平均高于其他2組。這可能是因為羊糞便中氮源較其他2組充分，更適合微生物的生長。而沼渣高溫期維持時間僅為3 d，且進入高溫期時間遲緩，約到9 d左右時才緩慢達到高溫。這可能是因為沼渣中可被利用的有機物在之前的沼氣發酵中消耗較大，從而導致整體堆肥溫度水平不高。另一方面，沼渣蓬松度比秸稈和羊糞便差，與污泥混合后通氣性較差，影響好養微生物呼吸，這有可能是導致沼渣不能迅速進入高溫期的另一原因。

2.3堆肥過程中有機質含量的變化

由表2可知，秸稈的初始有機質含量高，堆肥過程中有機質含量下降也最多，沼渣有機質含量下降幅度最小，但最終有機質含量與秸稈相當。這是因為秸稈經沼氣發酵時消耗的一部分有機質加上好氧堆肥時剩下被降解的有機質相當于秸稈可被微生物降解的部分。而秸稈直接堆肥，由于蓬松度比沼渣好，所以降解率會稍高一些。羊糞便的有機質降解幅度比秸稈低，初始有機質含量也低于秸稈，與沼渣相當。但以秸稈為主的飼料中添加了豆粕、玉米淀粉等材料，因此該數據不能直接反映秸稈在牲畜體內降解程度。通過最終有機質含量的確定，可以確定這3種原料最終剩余的有機質為51%左右，無明顯差別。

2.5堆肥過程中pH值的變化

由表4可知，在堆肥開始前，3種原料pH值均為弱堿性；而隨著堆肥過程的延續，3種原料pH值均呈下降趨勢，這是由微生物活動時會產生大量有機酸所致；而在堆肥7 d時，沼渣和羊糞便pH值較秸稈的稍高，這是由于沼渣中微生物尚未達到最佳生長狀態；羊糞便中氮元素含量較高，因此在分解過程中產生氨氮從而回補了有機酸生成所造成的pH值下降。大量有機酸的積累會抑制微生物生長，說明如果秸稈直接用于堆肥，應適當補充氮素，如添加糞肥、尿素等，以保持微生物的生長活性。

3結論

通過堆肥處理，秸稈、沼渣和羊糞便均可達到腐熟標準。未經堆肥處理的秸稈、沼渣和羊糞便C/N過高，沼渣和羊糞便氣味很重，均不適合直接施放農田。秸稈不可不加任何處理直接還田，因為隨著土壤微生物的分解作用，秸稈會產生有毒物質，一定程度上抑制植物生長。堆肥過程會消耗秸稈有機質，但同時也會消除秸稈的植物毒性。通過15 d的堆肥，沼渣、秸稈和羊糞便的GI均超過80%，可認為植物毒性已被消除。

從投入成本和效益來看，秸稈直接還田所投入成本最低，但依然需要進行堆肥處理才能做到還田。而秸稈制備沼氣后，雖然在堆肥過程中效果較差，其制肥結果和秸稈直接堆肥差別不大。在制備沼氣過程中，雖要投入一定的人力物力來滿足沼氣生產和沼渣出料，但經濟收益遠大于直接還田。秸稈制成飼料后以糞便還田的形式稱為“過腹還田”。從堆肥效果來看，羊糞便的堆肥腐熟度最佳，且經濟收益比沼氣還田還高。然而，由于養分和口感的原因，目前以秸稈為主要飼料飼喂牲口的利用方式極其有限，所能利用的秸稈多為玉米秸稈，這也意味著“過腹還田”目前推廣的局限性。

中國為農業大國，秸稈資源豐富。秸稈最佳的還田方式為先飼養牲畜，再取其糞便制備沼氣，最后進行還田的間接還田方式。而在這過程中，制備牲畜飼料是核心技術問題。如能制備口感良好、營養豐富的動物飼料，則可進一步解決秸稈消費的問題，進而為畜糞制氣和沼渣制肥環節帶來充足原料。

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