水稻秸秆的腐熟剂筛选研究

王琼瑶 赵源 朱艳婷　肖炜　常青　岳钧　刘理

摘要 [目的]为解决水稻秸秆自然腐熟过程慢、影响农耕等问题，开展水稻秸秆的最佳腐熟剂筛选研究。[方法]采用室内对比试验，观察不同时间秸秆腐熟的颜色变化，测定腐熟过程中pH、温度、种子发芽指数等指标，对比分析不同腐熟剂对水稻秸秆的腐熟效果，从而筛选出水稻秸秆的最佳腐熟剂。[结果]添加腐熟剂可缩短水稻秸秆的腐熟时间，提前7～14 d达到腐熟效果。宜春强微生物科技有限公司的强微堆肥快速腐熟剂处理后，在42 d时腐熟液pH达7.5，84 d种子发芽率达到85%，发芽指数为0.83，达到完全腐熟效果。[结论]相比其他处理，宜春强微生物科技有限公司的强微堆肥快速腐熟剂对水稻秸秆的腐熟效果最佳，可作为试验材料进行田间应用技术的研究与推广，从而为水稻秸秆的资源化利用和农业的可持续发展提供科学依据。

关键词 水稻秸秆；腐熟剂；发芽指数；pH

中图分类号 S216.2 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2018）14-0068-03

Research on Selecting of Decomposition Agent of Rice Straw

WANG Qiongyao1，2，ZHAO Yuan1，2，ZHU Yanting1，2 et al （1.Sichuan Province Natural Resources Science Academy，Chengdu，Sichuan 610015；2.Sichuan Productivity Promoting Centre，Chengdu，Sichuan 610015）

Abstract [Objective]In order to solve the problem of slow natural maturation of rice straw and the influence of farming，the experiment was conducted to select the best decomposing agent of rice straw.[Method]The laboratory contrast experiment was to observe the color change of straw maturity at different times and determine the pH，temperature，seed germination rate，seed germination index and other indicators of decomposition process，compare and analyze of the effect of different decomposing agents on straw，then select the best decomposing agent of rice straw.[Result]Adding decomposing agent could shorten the maturity time of rice straw about 7-14 days in advance. Under the treatment of the strong compost rapid maturity agent of Yichun Strong Microbial Technology Co.， Ltd.， the pH of rice straw reached 7.5 on 42 days， the germination rate was 85%， the germination index was 0.83 on 84 days and it achieved maturation effect.[Conclusion]Comparing to other treatments， the strong compost rapid maturity agent of Yichun Strong Microbial Technology Co.， Ltd. is the best decomposing agent for the rice straw. It can be used as experimental material to study and promote field application technology， in order to provide scientific basis for the resource utilization of rice straw and the sustainable development of agriculture.

Key words Rice straw； Decomposition agent； Germination index； pH

四川是我国产生秸秆的大省，秸秆资源丰富且产生量趋于稳定，主要集中在成都平原地区、川东北和川南丘陵区域。其中成都平原地区秸秆资源年总量达1 482万t，占秸秆资源总量的31.9%。全省常年农作物秸秆理论资源量4 641.09万t 左右，约占全国的4.46%，其中水稻秸秆约1 638.08万t，占总量的35.3%[1]。水稻秸秆作为重要的农业资源，国内外大多采用秸稈还田作为资源化利用的主要方式[2]，我国每年产生农作物秸秆7亿t左右，有超过2亿t的秸秆白白腐烂或焚烧，使资源变成了污染源[3-4]。秸秆的焚烧不仅加重了气候变暖和环境污染，而且造成巨大的生物资源浪费[5]。研究表明，秸秆中含有丰富的有机质、氮磷钾和微量元素，是农作物重要的有机肥源[6-8]。秸秆还田不仅减少了无机化肥的施用，降低成本，且降低氮磷元素随水土流失引起水体富营养化的潜在风险，有利于保护水资源，秸秆还田可以增加耕地有机物料的归还量，保持提高地力[9]。

成都平原的水稻秸秆大多作为农户基本燃料利用，但季节性过剩的秸秆处置成了农户的一大问题[10-11]。秸秆就地还田是传统的秸秆资源利用法之一，但是秸秆自然腐熟速度缓慢，制约了秸秆就地还田的发展。成都平原大多是两季或者两季以上作物轮作，前季作物秸秆还田后来不及腐解，在一定程度上影响后季作物的正常播种或者生长。应用秸秆腐熟菌剂，可以加快秸秆还田速度，实现水稻秸秆全量直接还田[12]。有研究表明，在堆肥过程中，温度、颜色等物理指标可以较为直观地反映腐熟度[13]，而化学指标中pH、有机碳、全氮、 水溶性铵态氮等可以作为测定指标来观察堆肥腐熟度[14]，种子发芽指数（GI）作为生物学指标也常用于评价粪便堆肥腐熟度[15]。笔者通过腐熟模拟试验，筛选出腐熟效果较好的微生物腐熟剂，为成都平原地区水稻秸秆还田技术研究奠定基础，也为提高农业废弃物循环利用率、减少环境污染、实现农业的可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 水稻秸秆（品种为川香9838）；小白菜（品种为上海青）；腐熟剂1（莱特微生物催腐剂，成都合成生物科技有限公司）、腐熟剂2（强微堆肥快速腐熟剂，宜春强微生物科技有限公司）、腐熟3（高活性秸秆腐熟剂，山东省潍坊市君德生物科技公司）、腐熟剂4（益富农秸秆发酵剂，河南益富农农业科技有限公司）、腐熟剂5（农富康秸秆发酵剂，郑州农富康生物科技有限公司）；W1和W2（四川农业大学自主培养的秸秆分解微生物）。

1.2 试验处理设置

1.2.1 腐熟剂控制试验。试验处理：CK（秸秆+水）；T1（秸秆+腐熟剂1+水）；T2（秸秆+腐熟剂2+水）；T3（秸秆+腐熟剂3+水）；T4（秸秆+腐熟剂4+水）；T5（秸秆+腐熟剂5+水）；W1（秸秆+W1+水）；W2（秸秆+W2+水）；W1+W2（秸秆+W1+W2+水）。每个处理设置3个重复。

1.2.2 试验处理。将秸秆剪成2～3 cm的小段，称取10 g 将其放入白色塑料瓶中。将5种腐熟剂和2种微生物分别按照每杯5亿微生物活菌，加水500 mL溶解活化，倒入塑料瓶中淹没秸秆，用封口膜和滤纸密封，放置在室内进行腐解试验，室温20 ℃。

1.3 观察与测定 每周观察秸秆腐熟颜色变化，测定腐熟过程中的pH、种子发芽率、发芽种子根长、温度变化，计算种子发芽指数等指标。

吸取腐熟液体2 mL于铺有滤纸的培养皿中，同时设空白对照（蒸馏水），每个培养皿内放20粒饱满的小白菜种子，将其放置在30 ℃恒温培养箱中避光培养48 h后取出，测定种子发芽率及其根长。

1.4 统计分析 采用SPSS、DPS等统计工具对试验数据进行处理。种子发芽指数（GI）的计算方法为：

GI= 堆肥处理种子的发芽率×堆肥种子根长 对照种子发芽率×对照种子根长 ×100%

2 结果与分析

2.1 水稻秸秆腐熟过程中颜色变化 腐熟堆肥的颜色接近褐色或黑色，将水稻秸秆腐熟的过程分为前、中、后3个时期，统计3个时期的秸秆和溶液的颜色，结果见表1。从秸秆腐熟颜色来看，腐熟前期，T1和W1的颜色变化较为明显，溶液和秸秆变为黄色，其余处理颜色均为微黄色。腐熟到中期时，各处理颜色变化程度较大，其秸秆颜色加深至黄褐色和灰黄褐色，溶液颜色变化程度不如秸秆大；其中T4、T5颜色变化程度最为明显，秸秆由微黄变为灰黄褐色，溶液由微黄色变为深黄棕色。而到了后期，除了T4和CK的溶液颜色为深黄褐色，其余秸秆颜色和溶液颜色均达到了灰黄褐色。从秸秆腐熟的硬度来看，秸秆腐熟过程中，秸秆越来越软，各处理之间的软硬度变化差异较为显著，秸秆腐熟前期都处于较硬等级，在中期时，T2、T3和3个W处理达到微软，后期则已经软化，其中T2、T3软化程度最深，CK秸秆后期较软，但是较T2、T3来说不易扯断。

2.2 水稻秸秆腐熟过程中pH变化 秸秆腐熟初期，多为弱酸性到中性，pH一般为6.5～7.5，腐熟的堆肥一般呈弱碱性，故能作为堆肥腐熟度的一项参考指标。pH在7.5～8.5时，可以作为初步判断堆肥已达到腐熟要求之一[16-17]。

从图1可看出，在室内条件下，pH变化整体呈先降后升的趋势，最终各处理均达到微碱性环境（pH为7.5～9.0），腐熟结束后所有处理的秸秆溶液pH提高明显，最终pH均高于CK的pH（7.5），且所有添加腐熟剂处理的pH均比CK先达到7.5。T2、T3在第42天时，pH就达7.5，比CK提前了28 d。在整個腐熟期里，所有处理在0～21 d pH呈下降趋势，其中T2下降至6.6，T3下降至6.5。第28～84天，pH整体呈上升趋势，且49 d后上升趋势减小逐渐趋于稳定，最终T2达8.0，T3达8.1。相比CK和添加四川农业大学自主培养的秸秆分解微生物的处理，添加微生物腐熟剂的处理pH提升明显。以上数据表明添加腐熟剂可以加快秸秆的腐熟，且从pH变化效果来看T3的腐熟效果较好，最高pH达8.1，其次是T2达8.0。

2.3 水稻秸秆腐熟过程中温度变化 温度变化是反映腐熟度和腐熟效 果的常用指标，温度与堆肥中微生物活性密切相关，有机物质被微生物氧化分解越快，释热越多，堆肥温度就越高。此次室内试验研究，由于试验所用容器存在较大的热传导，试验所测温度远低于秸秆腐熟所放出的热量，各处理之间的温度变化高低差异不显著，不能直接作为判断腐熟效果的指标，但其变化趋势仍然可以反映整体腐熟过程的进度。

从图2可看出，室温20 ℃条件下，在第84天后，整个水稻秸秆腐熟过程基本结束。9个处理秸秆腐熟过程中，温度均大于室温，温度变化明显，不同处理间温度变化规律存在差异，但是差异性并不显著。在第21天时，出现短暂的高温期，温度迅速上升为26.5 ℃左右，第28天温度快速下降，CK、T2温度下降至接近室温。28～63 d，温度呈上升趋势，63 d温度达到整个腐熟过程中后期的高峰，除T2外均大于等于27.0 ℃，CK最高温度为27.9 ℃。腐熟后期，秸秆温度基本稳定，其中T3温度最高，为25.0 ℃。

2.4 水稻秸秆腐熟过程中种子发芽指数变化 种子发芽试验是测试植物毒性直接快速可靠的生物测试方法，反映了堆肥的植物毒性，是一个综合性的参数。该试验各处理的种子发芽率基本呈现先降低后升高的趋势，随着秸秆腐熟，有机质逐步分解，产生对种子有害的物质影响发芽，后期腐熟基本完成，种子发芽率逐渐升高。种子发芽指数是根据种子发芽率和根长计算所得，是检验堆肥有机质腐熟度的最精确、最有效的方法和最具说服力的判断堆肥腐熟度的指标，目前被广泛接受和应用。一般情况下发芽指数大于50%可认为堆肥对种子基本无毒性。GI>50%，则可认为基本腐熟，当GI达80%～85%时，这种堆肥就可以认为已经完全腐熟，对植物没有毒性[18]。

从图3可看出，秸秆腐熟前中期，种子的发芽指数较低，整体在0.1～0.3波动；7～21 d种子发芽指数出现短暂的下降趋势；21～70 d发芽指数较为稳定，呈微弱的上升趋势；70 d后种子发芽指数迅速增长，所有处理（T4除外）的发芽指数均大于0.50，腐熟结束后，各处理（T4除外）的发芽指数均超过了0.60，T4、T5的最终发芽指数为0.55、0.60，低于CK的发芽指数（0.63），T1、T2、T3、W1、W2、W1+W2的发芽指数则高于CK，其中T2最高，为0.83，T3次之，为0.76。

3 结论与讨论

研究结果表明，添加秸秆腐熟剂可以加快秸秆的腐熟，由于添加的腐熟剂不同，各处理的pH、温度、发芽指数等指标的整体变化趋势相似，但各处理之间的变化时间、速度和幅度存在差异。从pH变化的综合情况来看，各处理的pH均呈上升趋势，T2的 pH在28 d达7.1，比CK提前了7 d；T3的pH在35 d达7.4，比CK提前14 d；在84 d，T3的pH为最高（8.1），各处理pH平均为7.9，平均高出CK 0.5，说明添加腐熟剂的水稻秸秆在微生物的作用下，腐熟速度更快，且腐熟效果较CK更好。从温度指标来看，各处理都在21 d达到了一个小高峰，平均温度为达26.8 ℃，随后63 d又出现一次峰值，平均温度27.3 ℃，说明在这2个时期水稻秸秆进入腐熟高峰期；腐熟后期温度逐渐降低至室温，平均温度为24.4 ℃，说明可降解有機质的分解接近完全，秸秆腐熟基本完成。从秸秆的腐熟表观特征来看，T2、T3的秸秆和溶液颜色最终变为灰黄褐色，且比其他处理更软，更易拉扯断；从发芽指数来看，84 d各处理的发芽指数平均为0.70，高出CK 0.07，其中T2最高（0.83），高出CK 0.20，水稻秸秆基本腐熟。根据腐熟效果的判断指标综合评价，分析得出腐熟剂2的腐熟效果最佳，腐熟剂3次之。

综上所述，添加了腐熟剂的水稻秸秆腐熟进程较对照提前7～14 d，综合各项指标，最终筛选出宜春强微生物科技有限公司的强微堆肥快速腐熟剂对水稻秸秆的腐熟效果最好，在42 d时腐熟液pH达7.5，84 d种子发芽率达85%，发芽指数为0.83，相比其他处理腐熟效果更好。因此建议宜春强微生物科技有限公司的强微堆肥快速腐熟剂作为水稻秸秆还田的腐熟剂应用技术研究首选试验材料，为田间腐熟剂应用技术研究奠定基础。

腐熟剂筛选试验是在可控环境条件下进行的，影响水稻秸秆腐熟的因素除了温度、pH、腐熟剂的用量等，还有秸秆的水分含量、碳氮比以及本身所携的微生物等。对于田间复杂多变的自然环境，该试验筛选出的效果较好的腐熟剂在应用于田间时，其应用技术和腐熟效果还需要进一步研究。秸秆作为一种产量大的农业资源，可利用空间巨大，目前我国的秸秆资源利用途径多，对于水稻秸秆的全量还田施用腐熟剂技术仍需进一步的探究。

参考文献

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