高温高压处理对麦秸理化性质的影响

沈 军，武英霞，王杰春

（河南科技学院园艺园林学院，河南新乡 453003）

中国每年产生9 亿多t 的农作物秸秆，麦秸占其中的15.2%。目前，我国的秸秆利用率较低，其综合利用率还不到45%。2016 年，农业部等6 部委联合下发了《关于推进农业废弃物资源化利用试点的方案》，明确提出了“力争到2020 年，秸秆综合利用率达到85%以上”，其中一条有效技术路径就是将其作为育秧、育苗基料[1]。

目前，针对农业废弃物如棉花秸秆、玉米秆、菇渣、花生壳、稻草、油菜秆等作为无土栽培基质进行了较多的研究[2-9]。曾清华[10]、刘涛[11]、韩春梅[12]等研究了以小麦秸秆为主要成分的无土栽培基质在蔬菜育苗上的应用效果，改善了基质的理化性状，提高了育苗效果，但其主要采用堆沤发酵的方法处理麦秸，沤制时间较长，一般需要3 个月以上，费时费工[13-14]。采用高温高压处理麦秸作为无土栽培基质还未见报道。本试验以麦秸作为研究对象，研究了不同时间高温高压处理对其物理、化学性状的影响，为商业化开发麦秸型无土栽培基质提供理论指导。

1 材料和方法

1.1 试验材料

麦秸为新乡当地小麦收获后的废弃物，去除杂质，用药物粉碎机（型号：FY130）粉碎，过5mm 的筛网。

1.2 试验设计

本试验设4 个处理，采用型号为DSX-30L 高压锅，温度为120℃、压强102kPa 的条件下处理0.5h、1h、1.5h，分别记作处理1（T1）、处理2（T2）、处理3（T3），以不做高温高压处理的作为对照（CK）。每个处理设3次重复。

1.3 试验方法

将粉碎好的麦秸均匀喷湿后装入聚丙烯袋中，封紧塑料袋口，装入高压锅中（型号：HICLAVE HVE-50），时间分别设定为0.5h、1h、1.5h。待高压锅温度和压力降下来后，取出处理过的麦秸，晾干后测定其物理、化学性状[15-16]。

容重与孔隙度：体积为100mL 的烧杯质量为W1，装满麦秸后，烧杯和麦秸的重量为W2，用纱布包裹后，在水中浸泡24h，称重为W3，纱布重为W4，控水后重为W5，按照以下公式进行计算：容重（g/cm3）=（W2-W1）/100；总孔隙度（%）=[（W3-W1）－（W2－W1）]/100×100；通气空隙（%）=（W3+W4－W5）/100×100；持水孔隙（%）=（W5－W2－W4）/100×100；大小孔隙比（%）=通气空隙/持水孔隙。

pH、EC 值：采用1∶5 饱和浸提法测定。烘干基质与去离子水按1∶5 的比例充分搅拌，过滤后，用pH计（PHS-3C）和电导率仪（DDS-11A）分别测定滤液的pH、EC 值。

总碳：采用重铬酸钾容量法—外加热法测定。

全氮：采用半微量凯氏定氮法测定。

1.4 数据分析

采用Excel 处理数据，SPSS17.0 软件进行单因素方差分析。

表1 不同处理时间对麦秸物理性质的影响

2 结果与分析

2.1 不同处理时间对麦秸物理性质的影响

容重反映了基质的疏松、紧实程度。由表1 可知，对照麦秸的容重最大，为0.16g/cm3，随着处理时间的增加，麦秸的容重在降低，处理时间为1.5h 时，容重最小，为0.09g/cm3，与对照相比减小了0.07g/cm3。经方差分析可知，所有处理与对照相比，均达到了显著水平但没有达到极显著水平；处理间没有达到显著水平。

通气孔隙的孔隙直径在1mm 以上，作用是贮气。处理2 与对照的通气孔隙较大，而处理1 和处理3 的通气孔隙值有所降低，最大值与最小值相差5.87%。经方差分析可知，对照与处理2 未达到显著水平，但与处理1 和处理3 达到了极显著水平，处理1 与处理3 未达到显著水平。

持水孔隙是孔隙直径在0.001～0.1mm 范围内的孔隙，作用是贮水。对照的持水孔隙最大，为67.92%，各处理的持水孔隙均有所降低，以处理2 的持水孔隙最小，为35.25%。经方差分析可知，对照与各处理均达到了极显著水平，处理1 与处理3 达到了极显著水平，处理3 与处理2 达到了极显著水平。

总孔隙度反映了基质贮气和贮水的能力。对照的总孔隙度最大，为85.19%，各处理的总孔隙度均有所降低，以处理2 的总孔隙度最小，为52.54%，与对照相差32.65%。经方差分析可知，对照与各处理间达到了极显著水平，处理1 与处理3 达到了极显著水平，处理3 与处理2 达到了极显著水平。

大小孔隙比反映了基质中气、水之间的状况，是衡量基质优劣的重要指标。处理2 的大小孔隙比最大，为0.49，其余的均在0.20 左右。经过方差分析可知，处理2 与对照和其余处理达到了极显著水平，对照与其余处理之间未达到显著水平。

2.2 不同处理时间对麦秸化学性质的影响

由表2 可知，经过高温高压处理，麦秸的电导率均有所提高，以处理1 的电导率值最大，为1.73mS/cm。经方差分析可知，对照与各处理间达到了极显著水平；处理1 与处理2 和处理3 达到了极显著水平，处理2与处理3 达到了极显著水平。

所有处理的pH 值均在6.0～7.0 之间，为中性或弱酸性。对照的pH 值最大，经过高温高压处理后，麦秸的pH 值均有所下降。经过方差分析可知，对照与各处理间均达到了极显著水平，处理2 与处理1 和处理3达到了极显著水平，处理1 与处理3 达到了极显著水平。

表2 不同处理时间对麦秸化学性质的影响

所有处理全碳的含量均在30%以上，经方差分析可知，对照与各处理间未达到显著水平；各处理间也未达到显著水平。

经过高温高压处理后，麦秸的含氮量比对照都有所增加，达到了3%以上，并且随着处理时间的增加，氮含量也在增加，处理3 比对照增加了1.65%。经方差分析可知，各处理与对照达到了极显著水平，各处理间未达到显著水平。

对照的碳氮比最大，经过高温高压处理后，麦秸的碳氮比均降低，其中处理2 降低得最多，降低了10.82。经方差分析可知，对照与各处理达到了差异极显著水平，各处理间未达到显著水平。

3 讨论与结论

堆沤发酵可以很好地改善有机固体废弃物的理化性状，采用与其他基质复配更好地满足作为无土栽培基质的要求[17-19]。通常认为无土栽培基质的最佳容重值在0.1～0.8g/cm3[16]，本试验中麦秸的容重基本在此范围内，但所有的容重均较低，高新昊等通过堆沤发酵麦秸，其容重为0.1024g/cm3，与本试验的结果一致[18]，需要与容重较大的基质混配。

基质的总孔隙度由通气孔隙和持水孔隙组成，反映了容纳空气和水的能力，一般认为适宜的总孔隙度在54%～96%[16]。本试验的总孔隙度除处理2 略低于此范围外，其余都在适宜范围之内。处理2 的通气孔隙占总孔隙度的32.91%，属于高孔隙度，其余处理属于中等孔隙度。适宜的大小孔隙比在25%～50%之间。试验中，除处理1 略低于25%以外，其余处理都符合此要求。从麦秸的物理性状的总体上看，经过高温高压处理后，基本满足无土栽培基质的要求，可以作为无土栽培基质使用，但需与其他基质混配达到更好的物理性状。

栽培蔬菜的溶液电导率应大于1mS/cm[16]，经过堆沤处理的麦秸，其电导率在3.23mS/cm，对于作物来说有些偏大[18]。从本试验结果看，所有处理的电导率均大于1mS/cm，但只有处理1 的电导率大于1.3mS/cm。当电导率小于1.3mS/cm 时，需要进行施肥，因此，其他处理在栽培作物时需要灌溉营养液。在本试验中，随着处理时间的增加，电导率呈现降低的趋势。

pH 值对基质总体的肥力，有机质分解，营养元素释放，离子代换吸收有着重要影响，一般认为基质的pH 值以6.5～7.0 为宜[16]。经过堆沤处理的麦秸，其pH值在7.3 左右，偏碱性，但经过高温高压处理后，其pH值基本处于弱酸性，满足了作物的需求。

经过高温高压处理后，麦秸的全碳含量变化较小，而全氮的含量有所增加，增加量几乎达到了1 倍。合适的碳氮比有利于基质中微生物的活动，促进作物根系和茎叶全面生长，若碳氮比值过高，微生物生命活动时会对氮进行争夺，会导致植物缺氮。一般要求碳氮比宜低不宜高，在30 左右较适宜[16]。经过堆沤处理的麦秸，其碳氮比值为10.7[18]，与本试验的相差不大，适宜作物的生长。

试验结果表明，经过高温高压处理，可以较好地改善麦秸的理化性状，相较于传统的堆沤发酵处理麦秸，高温高压处理达到了堆沤处理秸秆的水平，甚至在EC值和pH 值等指标上有所提高，同时缩短了制备周期，减轻了对环境的影响，但仍需与其他基质混配来进一步改善麦秸型无土栽培基质的理化性状。