不同腐熟剂处理对荞麦秸秆腐熟效果的影响

裴双康 解晓敏 闫源

摘要    以荞麦秸秆为研究对象，以秸秆降解率、纤维素含量为指标，采用尼龙网袋法开展试验，探讨3种秸秆腐熟剂处理荞麦秸秆的腐解动态，确定最佳腐熟剂及最佳处理方式。结果表明，含水量60%条件下生物菌肥腐熟剂+荞麦秸秆处理（T5）在处理12、24、36、48、60 d后的荞麦秸秆降解率分别为23.45%、53.58%、67.06%、72.75%、78.92%，均高于其他处理，并与不加秸秆腐熟剂对照在0.05水平上差异显著，且不同腐熟处理荞麦秸秆的剩余干物质含量、剩余纤维素含量随时间变化及趋势差异不显著，处理T5在降解速率等方面均表现最佳，确定生物菌肥为荞麦秸秆腐熟试验的最佳腐熟剂，最佳处理方式为生物菌肥腐熟剂+荞麦秸秆（含水量60%）。

关键词    荞麦秸秆;动态降解速率;腐熟剂

中图分类号    S141.4        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）13-0180-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    Taking buckwheat straw as the research object，using straw degradation rate and cellulose content as the indexes， the nylon net bag method was used to conduct experiment. The decaying dynamics of the buckwheat straw treating with three kinds of straw decomposing agents was explored， the best decomposing agent and the best treatment method were determined. The results showed that the degradation rate of buckwheat straw treating with biobacteria fertilizer decomposing agent and buckwheat straw （T5） in 12， 24， 36， 48 and 60 d was 23.45%， 53.58%， 67.06%， 72.75% and 78.92%， respectively， which was higher than that of other treatments， and the difference between it and CK （no straw paste treatment） was significant at 0.05 level. The differences of changes and trend of the residual dry material content and the residual cellulose content among buckwheat straw treating with different decomposing agents were not significant. The T5 treatment showed the best performance in the degradation rate and other aspects， biobacteria fertilizer was determined as the best decomposing agent in this experiment. The best treatment method was using biobacteria fertilizer decomposing agent and buckwheat straw （60% water content）.

Key words    buckwheat straw; dynamic degradation rate; decomposing agent

蕎麦在我国具有悠久的历史，因荞麦营养丰富而经常被加工成各种食品。随着科学技术的发展，人们逐渐认识到荞麦的药用价值，荞麦所特有的黄酮类化合物在其他谷物中很少见到，黄酮类多酚活性物质具有抗炎、降血脂和强心等作用[1]。目前，我国对荞麦的利用主要是荞麦籽粒，包括荞麦淀粉、荞麦蛋白提取物（BWPE）、芦丁和荞麦油，籽粒副产品主要有保健醋、保健酒、饲料、荞麦茶等[2]，而对于荞麦秸秆的处理多是焚烧或者丢弃，只有少部分用于动物饲料。因此，产生了大量废弃物，造成了严重的环境污染[3]。

目前，秸秆还田已经得到了大面积的推广应用，这项措施的使用在很大程度上提升了土壤肥力[4]，但在荞麦秸秆还田过程中，正确评价不同腐熟剂处理的腐熟效果显得尤为重要。本研究通过探究不同处理对荞麦秸秆腐熟效果的影响，确定荞麦秸秆的最佳腐熟处理，旨在提高秸秆降解效率及资源利用效率。

1    材料与方法

1.1    试验材料

1.1.1    供试荞麦秸秆及腐熟剂。供试荞麦秸秆取自山西临县的村庄，取回后用作秸秆还田的试验材料。复合有机肥腐熟剂（1 000 g/袋，有效活菌数≥2亿个/g），由湖南山河美生物科技有限公司生产;秸秆发酵剂（100 g/袋，有效菌含量 ≥100亿个/g），由河南农富康生物有限公司生产;生物菌肥腐熟剂（200 g/袋，有效活菌数≥60亿个/g），由河南南华千牧生物科技有限公司生产。

1.1.2    仪器与设备。BSA224S电子天平，由赛多利斯科学仪器（北京）有限公司生产;101-2S恒温烘箱，由浙江力辰仪器科技有限公司生产。

1.2    试验设计

试验设10个荞麦秸秆处理，见表1。各处理重复6次，按照荞麦秸秆还田相关要求和秸秆腐熟剂商品说明进行试验。

1.3    试验方法

1.3.1    荞麦秸秆样品准备。试验荞麦秸秆取回后自然晒干，测定其初始含水量。将秸秆分为3个部分，按比例添加水分，控制秸秆含水量分别为40%、60%、80%，并通过尼龙网袋法测定。利用切割机将长短、粗细均相近的秸秆切成秸秆段（长约4 cm），称取70.0 g并用尼龙网袋装好，对60袋荞麦秸秆样品进行编号。选取6袋荞麦秸秆样品于90 ℃烘箱烘干8 h，并分别记录重量，记为Na。

1.3.2    荞麦秸秆腐熟。根据腐熟剂各产品说明，经计算得上述3种腐熟剂最适添加比例分别为10.0%、0.8%、1.0%，利用电子天平分别称量各个秸秆腐熟剂，各处理重复6次。在吕梁学院试验种植草地块挖坑（规格为50 cm×30 cm×20 cm），然后将尼龙网袋装好的荞麦秸秆样品置于坑中，土壤深10 cm。

1.3.3    样品预处理。于试验进行第12、24、36、48、60天分别随机选取样品各1袋取回室内，用自来水多次反复冲洗，至滤液无色为止，彻底清除土块等杂物，将洗净的样品于90 ℃烘箱烘干8 h，并分别记录重量，记为Nb。秸秆降解率（Wb）=（Na-Nb）×100/Na，分别得到腐解12、24、36、48、60 d后的荞麦秸秆降解率。之后用粉碎机将样品进行粉碎，置于干燥器中待用。

1.3.4    秸秆中干物质含量测定。取洁净铝盒并将盒盖打开放入烘箱，于105 ℃条件下烘干30 min后取出盖好。将干燥器中盛入硅胶，移入铝盒冷却30 min，称重。再烘干30 min，并进行二次称重，达到恒重，即2次称重之差<1 mg，将其记为m0。将样品粉碎并混合均匀，称取约3 g平铺至已达恒重的铝盒中，准确称量（m1）。烘箱预热至115 ℃，将铝盒盖子放在盒底并烘箱，于100 ℃烘干4 h。取出后盖好盒盖，迅速移入干燥器中冷却至室温，并称重。采用相同的方法烘干约2 h，再称重（m2），直到2次重量之差<2 mg为止[5-6]。计算公式如下：

干物质含量（M）（%）=（m2-m0）/（m1-m0）×100

1.3.5    硝酸乙醇法测定纤维素含量。取少量样品，测定其水分含量，记为w。精确称量干燥样品1.00～1.05 g，记为m0，放入250 mL洁净锥形瓶中。加入硝酸-乙醇混合液25 mL，装上回流冷凝管，用沸水浴加热1 h。将G4玻璃砂芯斗在500 ℃灼烧至质量恒定。用G4玻璃砂芯漏斗抽滤，去除溶剂。上述重复操作3～5次，直到纤维变白。用硝酸-乙醇混合液10 mL洗涤残渣，再用热水洗涤至甲基橙试验不呈酸性反应为止。最后，用无水乙醇洗涤2次，将滤液抽干后，将盛有残渣的玻璃砂芯漏斗移入105 ℃烘箱烘干至质量恒定并称量，记为m1，然后放到坩埚中于500 ℃灼烧至质量恒定，称质量，记为m2[7-9]。計算公式如下：

纤维素含量（C）（%）=（m1-m2）/[m0×（1-w）]×100

1.4    数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据的整理与编辑，采用SPSS 22.0软件进行统计分析，选择P=0.05作为差异显著水平。

2    结果与分析

2.1    不同处理的秸秆腐熟效果

在试验过程中，每隔12 d观测1次秸秆颜色、气味和秸秆腐解度。由表2可知，腐熟剂对荞麦秸秆的软化作用在秸秆腐熟处理后12 d开始显现，12 d后腐解速度加快，处理后24 d，腐熟剂处理的荞麦秸秆明显变软，处理后48 d散发腐烂味，处理后60 d秸秆已基本全部腐烂。CK出现腐烂味较处理T5晚20 d左右，秸秆腐熟效果较差。

2.2    不同处理对荞麦秸秆干物质的影响

从表3可以看出，0～24 d腐解后剩余干物质重量迅速下降，24～48 d腐解后剩余干物质重量下降速度有所减缓，48～60 d腐解后剩余干物质重量下降趋于平缓。处理T5的荞麦秸秆干物质总质量变化从处理后的12 d开始急剧下降到47.31 g，与其他9个处理比较达显著水平。

从图1可以看出，当荞麦秸秆含水量为40%时，前24 d荞麦秸秆累积降解率增加较快，处理T1、T4和T7荞麦秸秆累积降解率分别为32.49%、37.64%、35.31%;处理后24～48 d累积降解率仍增加但增幅不断减小;处理后48 d，处理T1、T4及T7荞麦秸秆累积降解率分别44.89%、61.73%、50.65%;处理后48～60 d各处理累积降解率逐渐趋于平缓;处理后60 d，处理T1、T4及T7荞麦秸秆累积降解率分别为46.28%、66.41%、52.57%。

从图2可以看出，当荞麦秸秆含水量为60%时，前24 d荞麦秸秆累积降解率增加较快，处理T2、T5和T8荞麦秸秆累积降解率分别为44.13%、53.58%、38.80%;处理后24～48 d累积降解率仍增加但增幅不断减小;处理后48 d，处理T2、T5及T8荞麦秸秆累积降解率分别52.75%、72.75%、60.89%;处理后48～60 d各处理累积降解率逐渐趋于平缓;处理后60 d，处理T2、T5及T8荞麦秸秆累积降解率分别为54.50%、78.92%、62.49%。在0.05显著水平下差异性分析表明，不同秸秆腐熟剂间的差异性较为显著。

从图3可以看出，当荞麦秸秆含水量为80%时，前24 d荞麦秸秆累积降解率增加较快;处理T3、T6和T9荞麦秸秆累积降解率分别为33.12%、34.19%、32.70%;处理后24～48 d累积降解率仍增加但增幅不断减小;处理后48 d，处理T3、T6及T9荞麦秸秆累积降解率分别为43.11%、58.45%、49.53%;处理后48～60 d各处理累积降解率逐渐趋于平缓;处理后60 d，处理T3、T6及T9荞麦秸秆累积降解率分别为44.17%、62.10%、51.68%。

由图1、2、3可知，利用不同秸秆腐熟剂处理荞麦秸秆的动态累积降解率随时间变化的趋势大致相同。秸秆腐熟剂对荞麦秸秆的降解作用基本分为3个阶段：快速降解期（0～24 d）、中速降解期（24～48 d）、慢速降解期（48～60 d）。综合分析可得，当秸秆含水量一定时，生物菌肥腐熟剂腐熟处理降解率最大，腐熟效果最佳。

2.3    不同处理荞麦秸秆剩余纤维素含量的动态变化

从不同处理对荞麦秸秆纤维素含量的影响（表4）可以看出，纤维素含量随着时间的延长而逐渐减少。从纤维素含量变化看，处理T5的纤维素含量变化最明显，在处理后12 d的纤维素剩余含量为24.7%，较其他处理少，表明生物菌肥腐熟剂的腐熟效果明显优于其他腐熟剂。

3    结论

通过不同腐熟剂处理荞麦秸秆，对荞麦秸秆动态累积降解率、纤维素含量和干物物质含量进行研究，试验结果表明，秸秆发酵剂、生物菌肥腐熟剂较为适合在与本研究具有类似的半干旱土壤环境试验田中进行荞麦秸秆直接还田时使用，生物菌肥腐熟剂在降解率、降解效果等方面均表现最佳，在生物菌肥腐熟剂+荞麦秸秆（含水量60%）处理时腐熟效果最优。

4    参考文献

[1] 周元成.关于荞麦生物类黄酮的研究进展[J].山西农业大学学报，2006，26（6）：131-133.

[2] 李春霞，陳阜，王俊忠，等.秸秆还田与耕作方式对土壤酶活性动态变化的影响[J].河南农业科学，2006，35（11）：68-70.

[3] 贾伟，周怀平，解文艳，等.长期秸秆还田秋施肥对褐土微生物碳、氮量和酶活性的影响[J].华北农学报，2008，23（2）：138-142.

[4] 王喜枝，姚丽娟，孙笑梅，等.不同秸秆腐熟剂在河南省麦田的应用效果研究[J].河南农业科学，2013，42（10）：59-62.

[5] 梁文俊，刘佳，刘春敬，等.农作物秸秆处置与资源化[M].北京：化学工业出版社，2018：62-66.

[6] 李莉，池景良.秸秆生物降解技术研究与应用[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2013：240-248.

[7] 王林风，程远超.硝酸乙醇法测定纤维素含量[J].化学研究，2011（4）：52-55.

[8] 王金主，王元秀，李峰，等.玉米秸秆中纤维素半纤维素和木质素的测定[J].山东食品发酵，2010（3）：44-47.

[9] 许颖，韩洪玲，王金凤.二种测定纤维素含量方法的比较与分析[J].黑龙江粮食，2002（3）：41-46.