酵母与鸡粪处理对不同作物秸秆矿质营养的影响

2017-04-12张婷

湖北农业科学 2016年22期

张婷

摘要：为了研究作物秸秆在腐熟过程中矿质营养的变化，拓展秸秆的应用领域，以玉米、大豆、水稻3种秸秆为材料，分别以腐熟风干的鸡粪和酵母为发酵物进行比较，按干物料与液体比为1∶5混合搅拌，其中秸秆与鸡粪的比例为4∶1，酵母与水的比例为1∶40，密闭发酵50 d，对矿质营养进行测定并分析。结果表明，玉米、大豆、水稻3种秸秆中，酵母处理后秸秆的铵态氮含量均显著高于鸡粪处理。在酵母发酵后，除了大豆秸秆的有效磷含量降低，其他5个处理的有效磷和有效钾含量均高于鸡粪处理的结果。经鸡粪处理的玉米秸秆pH呈碱性，其他处理pH均偏于中性，且各处理均具备了一定缓冲能力。各处理的电导率值均大于100 S/m，秸秆中可溶性盐含量较高。综合而言，在一定程度上加入酵母发酵的秸秆，矿质营养含量高于鸡粪处理，可进一步应用在秸秆还田、栽培基质等方面的研究中。

关键词：玉米秸秆；大豆秸秆；水稻秸秆；酵母；鸡粪；矿质营养

中图分类号：S141.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）22-5777-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.013

Effects of Yeast and Chicken Manure on Mineral Nutrition of Different Crops Straw

ZHANG Ting

（College of Life Engineering， Shenyang Institute of Technology， Fushun 113122，Liaoning， China）

Abstract： In order to study the changes of mineral nutrition of crop straw in composting process， and expand the application field of straw， three straws of corn， soybean， rice were chosen as materials， and compared by fermentation with maturity dried chicken manure and yeast. Dry material and liquid were mixed according to the ratio of 1∶5， of which the ratio of the straw and chicken manure was 4∶1， and the ratio of yeast and water was 1∶40. All treatments were sealed fermentation for 50 days， and then the mineral nutrition was determined and analyzed. The results showed that in the three straws of corn， soybean， rice， ammonium nitrogen of yeast treated straws were significantly higher than that in chicken manure treatments. After the yeast fermentation， available phosphorus content in soybean straw was reduced， and available phosphorus and available potassium content of the other five treatments were higher than that in chicken manure treatments. After chicken manure treatment， the pH of corn straw was alkaline， the pH of the other five treatments was closed to neutral， and all treatments had certain buffer capacity. The conductivity value of each treatment was higher than 100 S/m， and the content of soluble salt in straws were higher. In general， in a certain extent， after adding yeast fermentation of straw， the contents of the mineral nutrition were higher than chicken manure. The results could be further applied in straw returning， culture medium and so on.

Key words： corn straw； soybean straw； rice straw； yeast； chicken manure； mineral nutrition

作物秸稈是除产品器官外，植物地上剩余部分的总称。农作物在产品器官收获后，一半以上的光合产物仍然存在于秸秆中。秸秆含有丰富的氮、磷、钾、钙、镁等有机养分，是一种应用价值较高的可再生生物资源[1]。在中国早期的生产栽培中，大量的作物秸秆由农民自己处理，大部分秸秆被焚烧或废弃，这不仅对周围环境造成了污染，而且也是一种巨大的资源浪费[2]。随着“十二五”规划的推进，秸秆利用的范围和途径也在不断加大，人们开始不断地重视秸秆利用。目前，秸秆利用主要是用于直接还田[3，4]，用作肥料增加土壤肥力，或是经过加工处理成栽培基质[5]。也有研究人员通过微生物发酵进行秸秆微贮，或是将秸秆用于食用菌栽培中[6]。但是，无论是哪种利用途径，如何提高秸秆中有机养分的转换，是关系到秸秆利用效果的重要因素，然而这方面缺乏基础性研究。

如果使用单一秸秆进行厌氧发酵，会存在消化时间长、降解速度慢、秸秆难以出料等问题[7]。因此，人们开始研究在秸秆中添加畜禽粪便，加快秸秆的转换效率。黄懿梅等[8]利用自制的强制通风静态垛堆肥反应器，将鸡粪分别与小麦秸秆和玉米秸杆进行混合堆置，研究发酵过程中氮素的变化。Weiland等[9]认为，家畜的粪便与作物秸秆混合，二者之间的相互作用可以提高秸秆的降解数量，提高厌氧发酵的效果。同样，赵建荣等[10]在研究鸡粪和小麦秸秆堆肥腐熟研究中，李文静等[11]在研究鸡粪和水稻秸秆共同进行厌氧发酵过程中，均肯定了Weiland的这种观点。

利用菌类进行发酵，在畜牧饲料领域已经开始了相关研究[12，13]，主要是为了提高作物秸秆的适口性和消化率。惠文森等[14]利用酵母菌发酵玉米秸秆，发现发酵后玉米秸秆中粗蛋白、粗脂肪含量显著提高。但利用酵母菌发酵作物秸秆的研究还处于刚刚起步阶段，而且基本上集中在畜牧方面。本研究从种植角度出发，探索性地利用酵母发酵作物秸秆，并与鸡粪发酵秸秆进行对比，分析矿质元素N、P、K的含量，为秸秆还田、栽培基质加工、食用菌栽培等方面的应用提供一定的理论依据，从而进一步提高秸秆的利用效率。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究选用的作物秸秆为玉米、大豆和水稻，供试材料为作物成熟期采收后的植物茎叶部分。经过自然风干后，将3种秸秆分别粉碎，于2015年3-5月在沈阳工学院实习基地温室内进行发酵处理和植物生理实验室内进行指标测定。

1.2 试验方法

以酵母为发酵物处理秸秆，与腐熟风干的鸡粪处理秸秆进行对比。秸秆与鸡粪的比例为4∶1，与玉米、大豆、水稻3种作物秸秆进行混合，均匀搅拌，干物料与液体比例为1∶5，酵母与水的比例为1∶40，具体配比见表1。各处理在密闭环境下进行发酵，为期50 d。

秸秆中铵态氮、有效磷、有效钾的测定参照姜佰文等[15]的方法，利用pH计测量发酵后秸秆的pH，通过加入1 mol/L的NaOH溶液，测量不同处理秸秆的缓冲容量。使用电导率仪，在各处理中加入饱和CaCl2测量电导率值。

1.3 数据处理

采用SPSS软件对试验数据进行差异显著性分析，用Microsoft Excel进行图表的处理。

2 结果与分析

2.1 不同作物秸秆发酵处理后铵态氮含量的分析

鸡粪是一种氮含量较多的有机肥。通过图1可以看出，在酵母发酵处理下（T-1，T-2，T-3），玉米、大豆、水稻秸秆中的铵态氮含量分别显著高于鸡粪处理（C-1，C-2，C-3）。作物秸秆中含有丰富的有机氮，这些物质通过酵母菌的氨化作用，被分解后再形成铵态氮，使得加入酵母发酵的作物秸秆中铵态氮的含量显著增加。尤其是在玉米秸秆中，经过酵母处理后（T-1）的铵态氮含量是加入鸡粪发酵处理（C-1）的3倍以上。在水稻秸秆中（T-3和C-3），酵母处理与鸡粪处理的比值也接近3。这可能与玉米和水稻秸秆中含有的有机氮含量比较高有关，经酵母发酵后转换的铵态氮就比较多。而在大豆秸秆中，经过酵母和鸡粪处理后（T-2和C-2），二者的铵态氮含量显著高于玉米和水稻秸秆，这与豆科植物的固氮作用有一定的关系，大豆秸秆内自身铵态氮含量较高。在玉米和水稻中，二者经过鸡粪处理铵态氮的差异不大（C-1和C-3）。经过酵母处理，玉米和水稻秸秆中的铵态氮差异也不显著（T-1和T-3）。

2.2 不同作物秸秆发酵处理后有效磷含量的分析

由图2可以看出，经过酵母和鸡粪处理后，在3种秸秆中有效磷含量表现出的效果并不一样。在玉米秸秆中，酵母处理（T-1）的有效磷含量显著高于鸡粪处理（C-1）。与之相反，在大豆秸秆中，鸡粪处理（C-2）的有效磷含量显著高于酵母处理（T-2）。在水稻秸秆中，两个处理之间差异不显著（C-3和T-3）。这可能与3种秸秆中有效磷的形式及转化方式有一定关系。

2.3 不同作物秸秆发酵处理后有效钾含量的分析

从图3可以看出，3种秸秆（玉米、大豆和水稻）均表现出酵母处理（T-1，T-2，T-3）的有效钾含量高于鸡粪处理（C-1，C-2，C-3）。其中差别倍数最大的是玉米秸秆，酵母处理的有效钾（T-1）含量与鸡粪处理（C-1）的比值大于1.5，其他两种秸秆不同处理的比值均未达到1.2。并且在所有处理中，玉米秸秆在酵母处理下有效钾的含量最高（T-1）。

2.4 不同发酵处理的作物秸秆pH和緩冲能力

从表2可以看出，3种秸秆在酵母和鸡粪处理下pH对比结果不同。在鸡粪处理下（C-1），玉米秸秆中的pH明显大于7，呈碱性。而经过酵母处理的玉米秸秆（T-1）pH显著下降，为6.95，中性偏酸。在大豆秸秆中，酵母和鸡粪处理之间pH差异不显著（C-2和T-2），且均介于6～7之间，中性偏酸。在水稻秸秆中（C-3和T-3），两种处理下pH均介于7～8之间，中性偏碱。6种处理的缓冲容量表现出一定的差异显著性，但是基本在0.2左右，说明经过发酵处理后秸秆具备了一定缓冲能力。6种处理下，除了C-1外，其他处理的pH均表现出偏中性的效果，说明可以应用在土壤改良或基质栽培中。

2.5 不同发酵处理的作物秸秆电导率值

电导率（EC）反映秸秆中含有的可溶性盐分的含量。从图4可以看出，6种处理的电导率值均大于100 S/m。在玉米秸秆中，表现出酵母处理（T-1）的电导率值显著高于鸡粪处理（C-1）。而在大豆和水稻秸秆中，酵母处理和鸡粪处理之间差别不大。但3种作物秸秆中，大豆的电导率值最高。电导率值越高，说明秸秆中可溶性盐含量较高。

3 小结与讨论

自然界的氮素主要以分子态（N2）、无机态（铵盐和硝酸盐等）和有机态（蛋白质和核酸等）的形式存在，这些氮素分布在地球的各个部位。植物能够直接吸收和同化的铵盐和硝酸盐在土壤中含量其实很少，不断地补充这两种无机态氮才能使植物进行良好的生长。生产中，一方面可以施用氮肥，另一方面是通过氮素的转化，使秸秆中的有机态氮通过微生物氨化作用，再进一步形成铵态氮。本研究中，以玉米、大豆、水稻3种比较有代表性的作物秸秆为材料，与鸡粪处理进行比较，发现酵母处理后秸秆中铵态氮的含量显著增加。关于鸡粪与秸秆发酵的研究，已有一些相关报道[8-11]。在黄懿梅等[8]的研究报道中指出，鸡粪与小麦秸秆和鸡粪与玉米秸秆在堆肥处理的过程中，铵态氮含量在高温期呈增加趋势，这一点说明鸡粪发酵处理会影响秸秆中铵态氮的含量。关于酵母菌在秸秆发酵中的作用，这方面研究相对比较少，仅仅是从畜牧饲料的角度出发[14]，而且没有关于矿质营养的分析。本研究证明，酵母发酵在一定程度上可以提高秸秆中铵态氮的含量。在今后的研究中，可以进一步研究酵母用量对提高秸秆中氮转换的影响，为秸秆还田、土壤改良，甚至是栽培基质配置提出有效的途径。

氮、磷、钾被称为肥料三元素，是植物生长的必需元素。本試验中，除了对不同处理中铵态氮含量做了详细的测定和分析，还进一步测定了有效磷和有效钾的含量。林天杰等[5]在研究鸡粪和稻草发酵过程中发现，秸秆中磷、钾的速效比率增大。而本试验中，除了大豆秸秆在酵母处理后有效磷含量降低之外，其他处理在酵母处理后均表现出有效磷和有效钾高于鸡粪处理的结果。但是，对于酵母发酵秸秆中磷和钾的具体成分还有待进一步研究[16]。

在秸秆发酵处理过程中，pH也是关系到秸秆利用的一个方面。pH过高或者过低都会影响秸秆中养分的平衡和稳定[17]。本研究中，除了经鸡粪处理的玉米秸秆pH呈碱性，其他各处理pH均偏于中性，且具备了一定缓冲能力，进一步说明了秸秆发酵后应用到秸秆还田或是栽培基质中，不会过多改变环境中的酸碱性。另外，6种处理的电导率值均大于100 S/m，同样说明了经过酵母和鸡粪发酵处理后的3种秸秆可溶性盐含量较高，容易被植物吸收利用。

虽然已有很多人在研究鸡粪和秸秆发酵的效果，但是从矿质营养角度出发，研究酵母对不同秸秆发酵腐熟的影响，至今鲜见报道。本研究发现，与鸡粪处理相比较，在酵母发酵过程中作物秸秆的氮、磷、钾含量在一定程度上有所提高，将来可作为营养源去改良土壤或是配置成栽培基质。但是，具体用量、发酵时间以及物质成分还有待进一步深入研究。

参考文献：

[1] 陈中玉，马方.浅析农作物秸秆利用的意义[J].河北农机，2010（5）：23-24.

[2] 刘瑞伟.我国农作物秸秆利用现状及对策[J].农业与技术，2009， 29（1）：7-9.

[3] 武爱莲，王劲松，焦晓燕，等.秸秆还田对日光温室有机肥氮素矿化特征的影响[J].中国生态农业学报，2014，22（6）：744-748.

[4] 潘剑玲，代万安，尚占环，等.秸秆还田对土壤有机质和氮素有效性影响及机制研究进展[J].中国生态农业学报，2013，21（5）：526-535.

[5] 林天杰，黄建春，龚宗浩，等.稻草发酵过程理化性质变化及其作为栽培基质的研究[J].上海农学院学报，2000，18（2）：101-106.

[6] 陆胜龙.秸秆利用途径初探[J].农业环境与发展，2000，66（4）：37-39.

[7] 熊承永，李健，黄利宏.户用沼气池秸秆利用浅析[J].可再生能源，2003（3）：44-46.

[8] 黄懿梅，安韶山，白红英，等.鸡粪与不同秸秆高温堆肥中氮素的变化特征[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2004，32（11）：53-58.

[9] WEILAND P.Anaerobic waste digestion in Germany-Status and recent developments[J].Biodegradation，2000，11（6）：415-421.

[10] 赵建荣，高德才，汪建飞，等.不同C/N下鸡粪麦秸高温堆肥腐熟过程研究[J].农业环境科学学报，2011，30（5）：1014-1020.

[11] 李文静，张彤，李伟，等.鸡粪与水稻秸秆混合厌氧发酵特性研究[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2011，39（1）：137-143.