利用猪粪渣与秸秆生产有机堆肥及其在小白菜栽培中的应用研究

李瑞莲，周文新*，王克勤，向健政

（1湖南农业大学农学院，长沙410128；2湖南省核农学与航天育种研究所，长沙410125；3沅江市四季红镇农业综合服务站，湖南沅江413113）



利用猪粪渣与秸秆生产有机堆肥及其在小白菜栽培中的应用研究

李瑞莲1，周文新1*，王克勤2，向健政3

（1湖南农业大学农学院，长沙410128；2湖南省核农学与航天育种研究所，长沙410125；3沅江市四季红镇农业综合服务站，湖南沅江413113）

摘 要：利用畜禽粪便和农作物废弃秸秆生产有机堆肥，寻找有效解决农业面源污染问题的途径。通过采用猪粪渣与稻草秸秆人工翻堆的静态高温堆制方式生产堆肥并应用于蔬菜生产试验，结果表明，以猪粪渣与稻草秸秆7 ∶3（W／W）混合，添加外源菌剂进行堆制，堆制过程中pH值均为弱碱性，温度在第11 d达到最高值72.6℃，高于对照组（未添加外源菌剂）；对照组和试验组在堆肥过程中，碳素含量均呈现下降趋势，全氮含量均呈先上升后降低，全磷和全钾含量均逐渐上升；堆制20 d后GI值达到50%以上，说明堆肥已经成熟。在小白菜栽培试验中，添加外源菌剂的堆肥组产量高于化肥组和对照组，增幅分别达22.19%和10.19%。

关键词：猪粪；秸秆；有机肥；堆肥；小白菜

近年来，随着我国畜牧养殖业的快速发展，畜禽粪便的排放量日益增大，随意排放或处置不当，均对大气、环境和土壤造成严重的污染，同时也给人类的健康带来威胁［1］。秸秆作为农业副产物之一，大部分被抛弃或者直接焚烧，不仅浪费资源，而且污染环境［2］。许多研究表明，堆肥化处理尤其是好氧堆肥是农业废弃物变废为宝的有效方法，畜禽粪便等经过堆肥过程的高温发酵后，能成为对农作物无害并且可以改良土壤的肥料［3～5］。但是，由于猪粪本身的性质，含水量高，C／N比低，直接堆肥不利于微生物的生长，所以猪粪堆肥前需要进行C／N的调节使其维持在25左右，水分含量保持在50%～60%［6，7］。秸秆作为最常见的有机质是进行堆肥C／N比和含水量调节的主要原料来源，因此，将猪粪和秸秆相结合进行堆肥处理是对秸秆进行资源化利用的有效途径［8］。通过对稻草秸秆与猪粪混合堆肥过程中物质变化情况及腐熟后的堆肥对小白菜生长情况的影响进行研究，对提高堆肥效率具有重要意义，对我国农业的可持续性发展有着不可代替的作用。

1 材料与方法

1.1 材料

猪粪渣：湖南原生生物科技股份有限公司浏阳永安有机肥示范工厂提供。猪粪渣含水率75.12%，C含量40.54%，N含量1.69%，C／N比为23.99。

水稻秸秆：湖南省核农学与航天育种研究所高桥试验基地提供。秸秆采回后自然晾干，切成3～5 cm的小段；秸秆含水率10.21%，C含量42.35%，N含量0.98%，C／N比为43.21。

外源菌剂F4ZX3，来源于湖南省核农学与航天育种研究所。

1.2 试验方法

1.2.1 堆肥制作和采样方法

以猪粪为堆肥填料，利用秸秆调节堆肥C／N，猪粪和秸秆按7∶3（W／W，鲜重计）混合后堆肥含水量控制在55%左右。堆成高1 m，直径2 m的圆锥体堆垛，采用人工翻堆的通气方式，每5 d翻1次，翻后堆回原状，堆制时间为30 d（2014年9月1日～2014年9月30日）。采用5点采样法每5 d取样1次，每次采集6个混合样，其中3个风干、粉碎后用于测定全碳、全氮、全磷、全钾、铵态氮和硝态氮含量；另外3个保存于4℃的冰箱中，用于测定pH值和GI值。对照组未添加菌剂，试验组接种0.1%的外源菌剂F4ZX3。

1.2.2 小白菜栽培试验

小白菜品种为上海青。试验于2014年10月13日～2014年11月17日，在湖南省核农学与航天育种研究所大棚内进行。试验设3个处理：试验组、对照组和化肥组，3次重复，小区长2 m，宽1 m，小白菜栽培间距为10 cm。化肥、堆肥均作基肥一次性施用，于移栽前与土壤混合均匀。各处理采用等氮量计算施肥量，施氮量为100 kg／hm2，试验周期为35 d。

1.2.3 测定项目及方法

温度：将水银温度计从堆肥发酵堆顶部插入，深约30 cm，每天10：00、16：00定时记录气温和堆体温度，取平均值。

pH值：称取5.00 g左右的鲜样，按干重／体积（W／V）＝1∶10加入蒸馏水，摇床振荡，静置30 min，取上清液用pH计测定pH值。

全碳（TC）、全氮（TN）、全磷（TP）和全钾（TK）：采用有机肥料国标测定方法（NY 525-2002）。

水溶性铵态氮含量采用靛酚蓝比色法，硝态氮含量采用Zn-FeSO4还原MgO蒸馏法测定［9］。

种子发芽指数（GI）：采用湿样法，即以堆肥浸提液（肥／水＝1／10）10 mL培养小白菜种子，同时用等量的蒸馏水作对照；在25℃、80%湿度的恒温培养箱中培养48 h，每个样品重复6次。

单株重：小白菜连根拔去后清洗，称整株重；生物产量：收获后去根称重，再折算为每公顷产量。

1.3 数据处理

试验所得数据均采用Excel和SPSS 13.0统计软件处理。

2 结果与分析

2.1 堆肥过程中温度、pH的变化

堆肥温度的变化反映了肥料堆制过程中微生物生命活力的变化和有机质物料转换情况［10］。图1 -A为堆肥过程中猪粪有机肥温度变化情况。由图可知，堆肥初期堆体温度迅速上升，是由于堆内的微生物迅速分解利用物料释放大量的热量所致。对照组和试验组堆肥温度在第5 d时分别达到47.3℃和51.2℃，在第11 d时均达到最高值，但试验组最高温（72.6℃）高于对照组（69.9℃），说明接种外源微生物可以使堆肥初期升温快，使其迅速升至理想温度的范围，同时外源菌剂的加入可以有效地提高堆体的最高温度，有利于杀灭堆肥中的病源微生物［11］。当堆肥进行到第30 d，堆体温度下降至44℃左右。

图1-B为堆肥过程中猪粪有机肥pH变化情况。由图可知，对照组和试验组在堆肥初期pH值呈现下降趋势，第5 d左右达到最低值，分别为7.05 和6.32，第10 d以后，堆体pH均在7.5～8.5之间，有利于微生物的生长。在整个堆肥过程中，试验组猪粪有机肥均处于弱碱性环境中，有利于微生物的生长，而对照组最低pH值降至6.32。

图1 有机肥堆制过程中温度（A）和pH（B）的变化Fig.1 Changes of temperature（A）and pH（B）in composting process of organic fertilizer

2.2 堆肥过程中化学性状的变化

堆肥是利用微生物分解和转化堆肥原料中可降解有机物质的过程。图2为堆肥过程中化学性状（C、N、P、K、NH4＋-N、NO3-N）的变化情况。堆肥原料中的C素主要是微生物用于活动的能源和碳源，从图2可以看出，各处理的总C含量均呈现下降趋势，试验组降低幅度较大，这是由于微生物大量繁殖消耗了大量含碳化合物所致；全N含量先上升后降低，是由于堆肥初期，有机氮化合物被分解，使NH4＋-N大量产生，伴随着温度、pH值的升高而出现NH3挥发损失［12］；堆肥过程中对照组和试验组全P和全K含量均是逐渐上升，试验组含量均高于对照组，说明添加外源菌剂均有利于提高堆肥中P 和K的含量。此外，试验组堆肥过程中NO3-N含量高于对照组，但NH＋4-N含量低于对照组，可能是由于堆肥过程中，添加外源菌剂后堆肥温度较高，导致NH3挥发损失［13］。

堆肥的实质是微生物为主的生化过程，在微生物的作用下堆肥原料中的碳被微生物分解、消耗并转化为腐殖物质。而原料中的氮一部分转化为氨气形式挥发损失，还有一部分首先通过硝化作用转化为硝酸盐和亚硝酸盐，再在反硝化细菌的作用下，以氮气的形态损失［14］。表1为堆肥过程中C／N的变化，由表中数据可知，各个处理C／N均呈下降的趋势，但是总体变幅不大。由于起始C／N较低，减缓了堆肥内微生物的降解速度，试验组C／N均比对照组低，说明接种微生物菌剂可以提高堆肥内的微生物活性，加快堆肥的腐熟过程。

图2 有机肥堆制过程中化学性状的变化Fig.2 Changes of chemical properties in composting process of organic fertilizer

表1 有机肥堆制过程中　C/N变化Table 1 Changes of C/N in composting process of organic fertilizer

2.3 不同时期堆肥对种子发芽指数的影响

一般认为，植物毒性是堆肥腐熟度状况最直观的表现，堆肥的腐熟程度直接影响着种子发芽指数［15］。将不同堆制时期的猪粪用于小白菜发芽指数测试，结果如图3。由图3可知，堆肥时间越长，GI值越高。当堆肥时间达到20 d时，小白菜的发芽指数达到50%以上，说明此时堆肥对植物已经没有了毒性。此外，由图可以看出，试验组发芽指数高于对照组，说明添加外源菌剂有利于堆肥的腐熟。

图3 有机肥不同堆制时间的小白菜种子发芽指数Fig.3 Effect of composting days of organic fertilizer to germination index of cabbage seed

2.4 不同堆肥对小白菜生长的影响

小白菜移栽后35 d（收获期）测试其单株重、高度、根长和产量等指标，结果如表2。由表2可见，试验组小白菜单株重、单株高度、主根长度和产量均优于其他两组。试验组、对照组和化肥组小白菜的单株重分别为31.84、26.29和23.99 g，折合产量为23 475.0、21 303.8和19 197.4 kg／hm2。与化肥组和对照组相比，试验组增产分别达4259.6和2171.2 kg／hm2，增幅分别为22.19%和10.19%。说明添加猪粪有机肥可以提高小白菜单株重量，从而提高产量。同时，添加微生物菌剂可以提高猪粪堆肥的质量，从而使小白菜增产。

表2 不同堆肥的小白菜生物量Table 2 Influence of different organic fertilizer on the biomass of Chinese cabbage

3 结论

（1）添加外源菌剂的猪粪堆肥温度整体高于对照组，对照组和试验组温度均在第11 d达到最高值，分别为69.9℃和72.6℃，说明加入外源菌剂可以有效地提高堆体的最高温度。堆肥初期对照组和试验组pH值呈下降趋势，第5 d左右达到最低值，分别为7.05和6.32，试验组pH值均呈弱碱性，在微生物生长的最佳范围，而对照组最低pH值降至了6.32，呈弱酸性环境。

（2）堆肥原料中的C素含量均呈现下降趋势，试验组降低幅度较大，全N含量均呈先上升后降低，C／N均呈下降的趋势；对照组和试验组全P和全K含量均是逐渐上升，试验组含量均高于对照组，说明添加外源菌剂均有利于提高堆肥中P和K的含量；此外，试验组堆肥过程中NO-3N含量高于对照组，但NH＋4-N含量低于对照组。堆肥时间越长，GI值越高。当堆肥时间达到20 d时，小白菜的发芽指数达到50%以上，此时堆肥对植物已经没有了毒性，且试验组发芽指数高于对照组，说明添加外源菌剂有利于堆肥的腐熟。

（3）添加外源菌剂的堆肥在小白菜生物性状上均优于对照组和化肥组，试验组较化肥组和对照组增产分别达22.19%和10.19%，说明添加微生物菌剂可以提高猪粪堆肥的质量。

参考文献：

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Research on the Organic Fertilizer Production with Pig Dung and Straw and Its Application in Cabbage Cultivation

LI Ruilian1，ZHOU Wenxin1*，WANG Keqin2，XIANG Jianzheng3
（1 College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；2 Hunan Institute of Nuclear Agricultural Science and Space Breeding，Changsha，Hunan 410125，China；3 Agriculture Synthetic Service Site of Sijihong，Yuanjiang，Hunan 413113，China）

Abstract：The use of pig dung and crop straw to produce organic fertilizer，and to find the effectively ways to solve agricultural pollution problems were studied in this paper.Static high temperature stacking mode and artificial turning way was used to produce organic fertilizer and applied to vegetable production.The results showed that mix pig dung and rice straw up as 7∶3（fresh weight），adding exogenous agents were composting，the pH value are slightly alkaline during composting process，The temperature reached the highest value 72.6℃in 11 d，higher than with no exogenous agents.The control group and the test group in the composting process，carbon content showed a declined trend；the total nitrogen content increased at first，and then decreased；the total phosphorus and potassium levels were gradually increased.After composting 20 d，Chinese cabbage seed GI value reached more than 50%，it means that the compost was matured.Chinese cabbage cultivation experiments results showed.The cabbage yield of compost group with exogenous agents was 22.19%and 10.19%，higher than that of control group and CK group respectively.

Keywords：pig dung；straw；organi c fertilizer；manure mixture for fertilizing；cabbage

基金项目：长沙市科技计划项目（K1501007-21）；湖南农业大学作物学开放基金（ZWKF201309）。

作者简介：李瑞莲（1967-），女，硕士研究生，主要从事作物生理生态及分子生物学研究，Email：lrl-4618155＠163.com。*通信作者：周文新，教授，Email：2640742051＠qq.com。

收稿日期：2015-11-15

文章编号：1001-5280（2016）02-0166-05

DOI：10.16848／j.cnki.issn.1001-5280.2016.02.15

中图分类号：S141.4；S634.3

文献标识码：A