CN102976803A

CN102976803A - 促进农作物秸秆高效腐熟的添加剂及其应用

Info

Publication number: CN102976803A
Application number: CN2012105353585A
Authority: CN
Inventors: 刘明; 翟修彩; 李忠佩
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2013-03-20

Abstract

促进农作物秸秆高效腐熟的添加剂及其应用，以秸秆重量为参照，EM菌原液占秸秆重量的2%，尿素占秸秆重量的0.75%～2.1%，FeSO₄占秸秆重量的1%~5%。本发明的应用以花生或水稻秸秆为原料，选用EM菌为供试菌剂，再分别添加不同水平FeSO₄，在恒温、通气培养条件下研究不同水平FeSO₄对秸秆高效腐熟的促进效果，最后以适量配比的菌剂、尿素和化学物质FeSO₄形成堆肥添加剂产品。本发明为秸秆的好氧堆肥提供适宜的添加剂及添加量，以期提高秸秆资源的循环利用。

Description

促进农作物秸秆高效腐熟的添加剂及其应用

技术领域

本发明属于农作物秸秆处理技术领域，尤其涉及一种促进农作物秸秆高效腐熟的添加剂及其应用。

背景技术

据调查，我国每年未被利用的秸秆资源约为2.15亿吨，约占可收集秸秆资源量的1/3，然而秸秆中含有大量的氮磷钾及有机物，被丢弃的秸秆就是流失的固体资源，而通过堆肥技术将秸秆制成有机肥是应对其过剩的有效手段，因此，需要探究一套高效秸秆腐熟的技术方案，以期缓解秸秆浪费的同时，达到农业资源循环利用的目的。研究表明，添加剂可以调节堆肥的理化性质，牟克珺等【牟克珺,王平.调理剂在猪粪秸秆堆肥中的保氮效果.广东农业科学,2008】研究显示，以FeSO₄为添加剂处理的猪粪秸秆堆肥全氮含量较对照增加5.3%，NO₃ ^-1-N含量增加969.0mg.kg^-1，可显著提高堆肥质量。FeSO₄俗称绿矾，可与堆肥过程中产生的(NH₄)₂CO₃生成稳定的铁复铵盐，具有明显的保氮和除臭作用，受到很多学者的青睐。目前关于FeSO₄添加剂的研究中，主要以禽畜粪便为堆肥物料，然而FeSO₄的用量范围及其协同EM菌剂、尿素制成添加剂的报道较少，且未见FeSO₄在单纯秸秆堆肥中的应用，可见，FeSO₄对促进秸秆高效腐熟的效果如何值得进一步研究。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对当前农作物秸秆被焚烧废弃的现状，提供一种由菌剂、尿素和FeSO₄组成的添加剂，及其促进秸秆高效腐熟的方法和在处理花生或水稻秸秆中的应用。

技术方案：促进农作物秸秆高效腐熟的添加剂，以秸秆重量为参照，EM菌原液占秸秆重量的2%，尿素占秸秆重量的0.75%~2.1%，FeSO₄占秸秆重量的1%~5%。

促进农作物秸秆高效腐熟的添加剂的使用方法：先将秸秆粉碎，加入占秸秆重量2%的EM菌原液和1%~5%的FeSO₄，混匀后加尿素调节C/N至20~30，蒸馏水调节混合体系的含水量至60~70%wt，25~30℃培养箱通风培养50~60天，每隔两天翻捣通气一次，并维持混合体系的含水量。

所述添加剂在处理花生秸秆或水稻秸秆中的应用。

处理花生秸秆时，所述FeSO₄的添加量为秸秆重量的1%~3%，EM菌原液的用量为秸秆重量的2%，尿素的用量为秸秆重量的0.75%。

处理水稻秸秆时，所述FeSO₄的添加量为秸秆重量的3%~5%，EM菌原液的用量为秸秆重量的2%，尿素的用量为秸秆重量的2.1%。

有益效果：本试验采用花生或水稻秸秆为原料，商业EM菌原液为供试菌剂（EM菌主要成分是光合细菌、酵母菌、乳酸菌、放线菌和芽孢杆菌及蛋白质、氨基酸、生物酶、果糖核酸和多种微量元素等生长因子，总菌数≥10¹⁰cfu·mL^-1），再分别添加不同水平FeSO₄，在恒温、通气培养条件下研究不同水平FeSO₄对秸秆高效腐熟的促进效果，为秸秆的好氧堆肥提供适宜的化学添加剂和添加量，以期提高秸秆资源的循环利用。

在花生秸秆处理过程中：

在所有花生秸秆腐解产物中，占秸秆重量1%FeSO₄、3%FeSO₄处理的pH呈微碱性，且颜色、气味呈明显的物理腐熟特征；低量FeSO₄对提高花生秸秆腐解产物养分含量的影响较大，适宜的用量为1%~3%；另外，施加占秸秆重量1%~3%FeSO₄在秸秆腐解过程中保氮除臭，多角度加速腐解微生物的生长，进而可促进腐解产物腐殖酸的形成，并对腐殖酸品质具有提升效果，再配合调控含水量、温度和通风改善体系环境，达到最佳的处理效果；从结果还得知，以FeSO₄为添加剂的秸秆腐解产物均可达到腐熟无害化标准。综合比较，添加占秸秆重量2%的EM菌剂，0.75%的尿素，并配合1%~3%的FeSO₄对促进花生秸秆高效腐熟的效果较好，可形成用于花生秸秆堆肥的添加剂产品。

在水稻秸秆处理过程中：

添加剂处理的水稻秸秆腐解产物均呈微碱性，物理腐熟特征明显；FeSO₄使腐解产物全碳含量增加7.97%~11.63％，提高了有机质残留量，而对增加其它养分的促进作用不明显；另外，FeSO₄在秸秆腐解过程中保氮除臭，多角度加速腐解微生物生长，进而促进秸秆的高效腐熟，再配合调控含水量、温度和通风改善体系环境，达到最佳的处理效果，还可提高腐解产物的腐殖酸含量和品质，尤其是占秸秆重量1%和5%FeSO₄处理；发芽指数结果显示，当FeSO₄添加量为3%时，腐解产物可达到高效腐熟且无害化，当添加量为5%时可促进秸秆腐熟。综合评定，添加占秸秆重量2%的EM菌剂，2.1%的尿素，并配合3%~5%的FeSO₄对促进水稻秸秆腐熟的效果较好，可形成用于水稻秸秆堆肥的添加剂产品。

附图说明

图1为不同FeSO₄添加量对花生秸秆腐解产物种子发芽指数（GI）的影响；

图2为不同FeSO₄添加量对水稻秸秆腐解产物种子发芽指数（GI）的影响。

具体实施方式

实施例1

1材料与方法

1.1试验材料

花生秸秆取自江西省鹰潭市红壤站，含碳359.9g.kg^-1、氮10.95g.kg^-1、磷1.54g.kg^-1、钾14.81g.kg^-1；FeSO₄为分析纯的化学试剂；供试菌剂为商业EM菌原液。

1.2试验方法

本实验设置无FeSO₄的对照，以及三个水平FeSO₄添加剂，共4个处理（表1），采用培养箱恒温通气培养。首先，将80g粉碎的花生秸秆至于500mL培养瓶中；然后，加入占秸秆重量2%的EM菌剂和1%~5%的FeSO₄添加剂混匀，同时为达到微生物所需的最佳C/N，用0.75%的尿素将物料C/N调至20~30；最后，以蒸馏水调节混合体系的含水量至60~70%wt（达到手攥成团，打开即散）。将培养瓶置于25~30℃恒温培养箱通风培养，期间每隔两天翻捣通气一次，适时补充蒸发的水分，以维持混合体系的含水量。培养50~60天后，将秸秆腐解产物充分混匀，取20g自然风干测定pH、养分含量，其余鲜样4℃冰箱保存，短时间内测定腐殖酸含量、品质变化以及萝卜种子发芽指数。

表1试验处理设置

	处理
		CK	花生秸秆+2%菌剂+0.75%尿素
F1	花生秸秆+2%菌剂+0.75%尿素+1%FeSO₄
		F2	花生秸秆+2%菌剂+0.75%尿素+3%FeSO₄
F3	花生秸秆+2%菌剂+0.75%尿素+5%FeSO₄

1.3分析方法

花生秸秆腐解产物的pH值采用pH计法测定；全碳采用重铬酸钾-硫酸氧化法；腐解产物经过H₂SO₄-H₂O₂消煮后，全氮采用扩散法测定【鲁如坤.土壤农业化学分析方法.北京:中国农业科学出版社,1999】；腐解产物的速效氮用靛酚蓝比色法，速效磷采用柠檬酸浸提-钒钼黄比色法，速效钾采用1.00mol/L HNO₃煮沸浸提-火焰光度法【李谦盛.芦苇末基质的应用基础研究及园艺基质质量标准的探讨.南京:南京农业大学,2003】。

腐殖酸碳采用0.1mol·L^-1焦磷酸钠和0.1mol·L^-1氢氧化钠混合液提取，TOC仪测定，E4/E6（胡敏酸在波长465nm和665nm处光密度之比）采用分光光度计法。

种子发芽指数（GI）的测定方法为：蒸馏水对萝卜种子浸种4h，吸水纸吸干种子表面的水分。取5g（干重计）腐解产物，用蒸馏水按1﹕5质量比振荡0.5h后过滤即得腐解产物浸提液。吸取10mL浸提液加到铺有2层定性滤纸的9cm培养皿中，每个培养皿中均匀放入20粒萝卜种子，再以10mL蒸馏水为空白对照，28℃恒温避光培养72h，测定种子发芽率和根长，发芽指数的计算公式如下：

GI（%）＝处理的种子发芽率×处理的平均根长/（空白的种子发芽率×空白的平均根长）×100%

2结果与分析

2.1不同水平FeSO₄对花生秸秆腐解产物pH及物理性状的影响

通常认为当堆肥腐熟时，pH值在8.0~9.0之间，本试验各处理腐解产物的pH值均在此范围内（表2），达到腐熟要求。另外，堆肥在腐熟过程中颜色由浅变深，气味逐渐变成土臭味，从物理性状来看，对照（CK）的腐解产物呈近似秸秆的黄褐色且气味较臭，表现出未腐熟特性，而1%FeSO₄（F1）和3%FeSO₄（F2）处理的腐解产物颜色较深，并具有接近泥土的微臭气味，物理腐熟特征明显，促进秸秆腐熟效果显著。

表2不同处理的pH值和物理性状

处理	pH	颜色	气味
				CK	8.03	黄褐	腐臭
F1	8.01	黑褐	微臭
				F2	8.10	黑褐	微臭
F3	8.01	褐	臭

2.2不同水平FeSO₄对花生秸秆腐解产物养分含量的影响

本试验测定了秸秆腐解产物的养分含量（表3），结果可知，与对照相比各养分指标均有所提高，尤其是占秸秆重量1%FeSO₄处理幅度较大，增幅为2.61%~41.96%。从表3还得知，全碳含量最高的为3%FeSO₄处理，促进了腐解产物有机物的残留；速效氮含量最高的为1%FeSO₄处理，3%FeSO₄处理次之；其它养分指标则呈1%FeSO₄>3%FeSO₄>5%FeSO₄>对照的变化特征。以上说明低量的FeSO₄可促进全量养分的积累和速效养分的提高，进而提升秸秆腐解产物的质量，且适宜的用量为1%~3%。

表3不同处理的养分含量

2.3不同水平FeSO₄对花生秸秆腐解产物腐殖酸性质的影响

为进一步探明促进秸秆高效腐解的FeSO₄用量，本试验测定了腐殖酸（HS）等指标。从结果得知（表4），占秸秆重量1%和3%FeSO₄的处理较对照分别提高9.25%和2.96%，而5%FeSO₄（F3）处理降低1.68%，说明投入过量的FeSO₄会对腐殖酸的形成产生抑制作用。胡敏酸（HA）和富里酸（FA）对腐殖酸的质量起着决定性的作用，添加剂处理显著增加了胡敏酸含量和胡富比，尤其是5%FeSO₄处理效果明显，腐解产物的腐殖化、稳定化程度较大。E4/E6反映了胡敏酸的缩合度和芳香度，该值越小，胡敏酸品质越高，施用FeSO₄使E4/E6值减小了12.37%~38.72%，一定程度上促进了秸秆的深度腐解。

表4不同处理的腐殖酸性质

2.4不同水平FeSO₄处理的花生秸秆腐解产物的种子发芽指数

种子发芽指数（Germination index,GI）是最常用于判断堆肥腐熟的指标，一般认为当GI>50%时堆肥腐熟，当GI>80%时堆肥毒害消除。从图1可知，对照的GI仅为43.6%，未腐熟；FeSO₄添加剂处理的GI均超过80%，不仅达到腐熟标准，花生秸秆腐解过程中产生的毒害物质也被消除，可安全使用。

3.结论

3.1各处理pH值接近8.0，属微碱性，尤其占秸秆重量1%和3%FeSO₄的处理的腐解产物颜色较深、气味微臭，物理腐熟特征明显。

3.2不同水平FeSO₄处理的腐解产物养分含量均有所增加，除全碳、速效氮外，其它养分指标均呈1%FeSO₄>3%FeSO₄>5%FeSO₄>对照的变化特征。

3.3不同水平FeSO₄对腐解产物的腐殖酸性质有不同影响，占秸秆重量1%和3%的FeSO₄可促进腐殖酸产生，而5%用量的FeSO₄则起抑制作用，但后者对腐殖酸品质的提高效果显著。

3.4对照的秸秆腐解产物仍未完全腐熟，而占秸秆重量1%~5%用量的FeSO₄处理达到腐熟无害化标准。

3.5综上所述，FeSO₄对花生秸秆的腐熟有一定的促进作用，尤其占秸秆重量1%和3%用量的FeSO₄的物理腐熟特征明显，且对腐解产物品质、腐熟无害化的促进效果显著，因此，适用于花生秸秆高效腐解的FeSO₄添加量为1%~3%，并协同占秸秆质量2%的EM菌剂，0.75%的尿素形成用于花生秸秆堆肥的添加剂产品。

实施例2

1材料与方法

1.1试验材料

水稻秸秆取自江西省鹰潭市红壤站，含碳403.8g.kg^-1、氮6.37g.kg^-1、磷0.88g.kg^-1、钾21.21g.kg^-1；FeSO₄为分析纯的化学试剂；供试菌剂为商业EM菌原液。

1.2试验方法

本实验设置无FeSO₄的对照，以及三个水平FeSO₄添加剂，共4个处理（表5），采用培养箱恒温25~30℃通气培养。首先，将80g粉碎的水稻秸秆至于500mL培养瓶中；然后，加入占秸秆重量2%的EM菌剂和1%~5%的FeSO₄添加剂混匀，同时为达到微生物所需的最佳C/N，用占秸秆重量2.1%的尿素将物料C/N调至20~30；最后，以蒸馏水调节混合体系的含水量至60~70%wt（达到手攥成团，打开即散）。将培养瓶置于25~30℃恒温培养箱通风培养，期间每隔两天翻捣通气一次，适时补充蒸发的水分，以维持混合体系的含水量。培养50~60天后，将秸秆腐解产物充分混匀，取20g自然风干测定pH、养分含量，其余鲜样4℃冰箱保存，短时间内测定腐殖酸含量、品质变化以及萝卜种子发芽指数。

表5试验处理设置

	处理
		CK	水稻秸秆+2%菌剂+2.1%尿素
F1	水稻秸秆+2%菌剂+2.1%尿素+1%FeSO₄
		F2	水稻秸秆+2%菌剂+2.1%尿素+3%FeSO₄
F3	水稻秸秆+2%菌剂+2.1%尿素+5%FeSO₄

1.3分析方法

水稻秸秆腐解产物的pH值、养分按照文献【鲁如坤.土壤农业化学分析方法.北京:中国农业科学出版社,1999】提供的方法进行测定。其中pH值采用pH计法，全碳采用重铬酸钾-硫酸氧化法，腐解产物经过H₂SO₄-H₂O₂消煮后，全氮采用扩散法测定，全磷采用钼蓝比色法测定，全钾采用火焰光度法测定。

2.结果与分析

2.1不同水平FeSO₄对水稻秸秆腐解产物pH及物理性状的影响

在水稻秸秆培养末期测定了腐解产物的pH，结果显示（表6）各处理pH值均在8.0~9.0之间，并随FeSO₄添加量的增加而降低，这是因为秸秆腐解产生的NH₃被较多的FeSO₄吸收，从而使pH值趋于中性，符合一般腐熟标准。再通过检测颜色和气味可知，对照呈黄褐色、臭味刺鼻，而添加剂处理呈黑褐色，且FeSO₄的除臭作用使其具有轻微的土臭味，物理性状上可断定添加剂处理下的秸秆腐解产物已腐熟。

表6不同处理的pH值和物理性状

处理	pH	颜色	气味
				CK	8.60	黄褐	腐臭
F1	8.62	黑褐	微臭
				F2	8.50	黑褐	微臭
F3	8.13	黑褐	微臭

2.2不同水平FeSO₄对水稻秸秆腐解产物养分含量的影响

秸秆腐解产物中含有多种可供植物生长的养分，添加剂对不同营养元素有不同影响。由表7可知，与对照相比，添加剂处理的全碳含量提高7.97%~11.63％，5%FeSO₄（F3）处理最大，3%FeSO₄（F2）处理次之，秸秆有机物质残留较多；另外，添加剂处理的全氮、全磷分别较对照低17.98%~26.33%和10.29%~19.43%，这可能是秸秆失重率不同而导致的养分“浓缩”差异；从全钾含量来看，除5%FeSO₄处理外，1%FeSO₄（F1）、3%FeSO₄处理较对照分别提高5.78%和6％，明显提高了秸秆腐解产物的钾素养分。

表7不同处理的养分含量

2.3不同水平FeSO₄对水稻秸秆腐解产物腐殖酸性质的影响

腐殖质是影响土壤生态、团粒结构、土壤肥力和植物生长的重要因素，所以腐解产物中腐殖酸含量及组成是其肥效的重要指标，同时腐殖酸组成也是秸秆腐熟指标之一。由表8可知，腐解产物的腐殖酸（HS）含量与FeSO₄添加量呈正相关，较多的FeSO₄可促进秸秆腐殖酸的形成；同时，相对于对照，FeSO₄的投入使胡敏酸（HA）提高了4.72%~7.83%，尤其是1%FeSO₄使胡富比（HA/FA）提高16.77%，但其E4/E6值过高（E4/E6越小胡敏酸结构性质越好），而5%FeSO₄处理的E4/E6值仅为9.20，胡敏酸具有较高的缩合度和芳香度。因此5%FeSO₄处理的秸秆腐解产物具有较高的肥力品质。

表8不同处理的腐殖酸性质

2.4不同水平FeSO₄处理的水稻秸秆腐解产物的种子发芽指数

图2为水稻秸秆腐解产物的发芽指数（GI）。从结果得知，对照的GI<50%，腐解产物未腐熟。另外，不同水平FeSO₄所得的GI值不同，当FeSO₄添加量为1%时，GI仅为46.11%，未腐熟；当FeSO₄添加量为5%时，GI值为76.16%，腐熟但毒害未完全消除；当FeSO₄添加量为3%时，GI值为82.85%，腐解产物腐熟且达到无害化标准，可用于作物生产。结果说明3%~5%FeSO₄添加量可促进水稻秸秆高效腐熟，但是要注意用量的控制方可达到无害化。

3结论

3.1添加剂处理的水稻秸秆腐解产物pH显微碱性，颜色呈黑褐色并伴有轻微的土臭味，符合一般物理腐熟特征。

3.2与对照比，添加剂处理使腐解产物的全碳提高7.97%~11.63%，而全氮、全磷分别降低17.98%~26.33%和10.29%~19.43%，1%FeSO₄和3%FeSO₄处理对提高全钾含量效果显著。

3.3腐解产物的腐殖酸含量随FeSO4添加量的提高而提高，5%FeSO₄添加量处理具有较高的肥力品质。

3.4当FeSO₄添加量>3%时，可促进水稻秸秆高效腐熟，但过量的FeSO₄不利于腐解产物毒害物质的消除。

3.5综上结果分析，以FeSO₄作为添加剂能够促进水稻秸秆腐熟，其腐熟效果受FeSO₄添加量的影响，占秸秆重量1%FeSO₄和3%FeSO₄用量时养分水平较高，5%FeSO₄用量时腐殖酸品质较佳，结合发芽指数指标分析，选定3%~5%为促进水稻秸秆腐熟的适宜FeSO₄添加量，并协同占秸秆质量2%的EM菌剂，2.1%的尿素形成用于水稻秸秆堆肥的添加剂产品。

Claims

1.促进农作物秸秆高效腐熟的添加剂，其特征在于以秸秆重量为参照，EM菌原液占秸秆重量的2%，尿素占秸秆重量的0.75%~2.1%，FeSO₄占秸秆重量的1%~5%。

2.促进农作物秸秆高效腐熟的添加剂的使用方法，其特征在于：先将秸秆粉碎，加入占秸秆重量2%的EM菌原液和1%~5%的FeSO₄，混匀后加尿素调节C/N至20~30，蒸馏水调节混合体系的含水量至60~70%wt，25~30℃培养箱通风培养50~60天，每隔两天翻捣通气一次，并维持混合体系的含水量。

3.权利要求1所述添加剂在处理花生秸秆或水稻秸秆中的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于处理花生秸秆时，所述FeSO₄的添加量为秸秆重量的1%~3%，EM菌原液的用量为秸秆重量的2%，尿素的用量为秸秆重量的0.75%。

5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于处理水稻秸秆时，所述FeSO₄的添加量为秸秆重量的3%~5%，EM菌原液的用量为秸秆重量的2%，尿素的用量为秸秆重量的2.1%。