李金文 熊又升 魯寒英 周志遠(yuǎn) 劉威 徐大兵 陳從良

摘要：為優(yōu)化以農(nóng)作物秸稈為主體制備水稻育苗營養(yǎng)基質(zhì)過程中的原料體積比、發(fā)酵時間和酸堿度等技術(shù)問題，以秸稈和啤酒淤泥為原料，開展了不同原料體積比好氧混堆發(fā)酵試驗和單質(zhì)調(diào)酸劑及復(fù)合調(diào)酸劑的篩選試驗，并評價其在水稻育苗上的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，秸稈與啤酒淤泥的體積比為1∶1或1∶2堆混發(fā)酵時間相對較短，比一般發(fā)酵時間縮短7 d；與其他調(diào)酸劑處理相比，10 g/kg硫磺調(diào)酸劑對降低堆肥基質(zhì)的酸度效果，以及基質(zhì)質(zhì)量百分比為2%石膏+3%普鈣的復(fù)合調(diào)酸劑對降低及穩(wěn)定水稻育苗基質(zhì)酸度效果較好；堆肥基質(zhì)應(yīng)用效果證明基質(zhì)配方為處理4（70%有機(jī)料+10%草炭+10%蛭石+5%腐植酸+1%石膏+4%普鈣）的養(yǎng)分均衡、理化性狀和保水保肥性能好，能滿足中國南方地區(qū)早春低溫旱育秧和機(jī)械插秧機(jī)的要求。

關(guān)鍵詞：農(nóng)作物秸稈；啤酒淤泥；堆肥；性狀調(diào)控；水稻育苗基質(zhì)

中圖分類號：S14 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2018）07-0054-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.07.012

Properties Regulation of Compost-based Media Mixed With Straw and Beer Sludge and Evaluation of Its Applied Effects on Rice Seedling Growth

LI Jin-wen1，XIONG You-sheng2，LU Han-ying1，ZHOU Zhi-yuan1，LIU Wei2，XU Da-bing2，CHEN Cong-liang1

（1.Wuhan Riqing Bio-scientific Limited Company，Wuhan 430040，China；

2.Plant Protection and Soil Fertilizer Institute，Hubei Academy of Agricultural Sciences，Wuhan 430064，China）

Abstract： In order to optimize the volume ratio of different raw material，fermentation time and pH value in the process of preparation of rice seedling nutrition substrate， which utilizing crop straw as the main raw material，several experiment were conducted. Firstly，an aerobic fermentation test experiment was conducted using different volume ratio of crop residues to beer sludge to study the optimal fermenting technical conditions. Secondly，a screening experiment was conducted with different acidity regulators to reduce the pH value of compost substrate. And then，a growth experiment was conducted to evaluate its applied effects on rice seedling growth. The results indicated that the optimal conditions of the fermentation could be volume ratio of crop residues to beer sludge of 1∶1 or 1∶2，which could reduce the fermentation time by 7 days as compared with the normal. 10 g/kg sulfur were the best individual acidity regulators，and the optimal formula of compound acidity regulator was 2% gypsum mixed with 3% superphosphate. The application effects of compost testified that of group 4 matrix formula of nutrient（70% organic material+10% turf+10% vermiculite+5% humic acid+1% gesso+4% superphosphate） was balance and good in properties of physical and chemical and retention of water and nutrient. It could meet the low temperature in early spring and dry seedling and demand for trans-planter machine in southern China.

Key words： crop straw； beer-sludge； compost； properties regulation； rice seedling nutrition substrate

近年來，隨著水稻種植機(jī)插旱育秧面積的擴(kuò)大和技術(shù)的普及，水稻育秧基質(zhì)顯得尤為重要[1-3]。目前，與插秧機(jī)配套的是標(biāo)準(zhǔn)硬盤育秧，大多數(shù)地區(qū)主要采用從農(nóng)田耕層取土、曬干粉碎，再添加營養(yǎng)劑、育秧劑等配制成營養(yǎng)土，然后裝盤、播種育秧。采用營養(yǎng)土作為育秧基質(zhì)存在取土量大、取土困難、容易發(fā)生土傳病害、除草劑殘留影響出苗等問題，同時，嚴(yán)重破壞了中國耕地土壤資源并對周圍生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響，不利于機(jī)插水稻秧的大面積推廣。利用自然資源及工農(nóng)業(yè)廢棄物開發(fā)水稻無土育秧基質(zhì)，一方面能有效解決育秧中營養(yǎng)土取土難和環(huán)境等問題，另一方面，能減少秸稈焚燒帶來的環(huán)境污染及啤酒廠的廢棄酵母淤泥（Beer factory sludge，BFS）填埋造成的土地浪費，達(dá)到資源循環(huán)利用。因此，本試驗探討堆肥基質(zhì)的組成及酸堿度調(diào)配及其對秧苗生長的影響，對推廣水稻工廠化基質(zhì)育秧和標(biāo)準(zhǔn)，提高水稻現(xiàn)代化種植水平，取得更好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境生態(tài)效益具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 用于堆肥基質(zhì)的發(fā)酵材料 秸稈為水稻秸稈，風(fēng)干粉碎成2～3 cm的小段。啤酒淤泥BFS來自百威啤酒廠，主要為廢棄酵母泥和酒糟泥，有害物質(zhì)低于國家標(biāo)準(zhǔn)?；拘誀钜姳?。

1.1.2 用于堆肥基質(zhì)的調(diào)理材料 硫磺粉、過磷酸鈣Ca（H2PO4）2、石膏（CaSO4）和無機(jī)礦物材料沸石、珍珠巖等。

1.2 試驗方案

1.2.1 堆肥基質(zhì)配料配比組成及好氧發(fā)酵試驗 將粉粹處理的農(nóng)作物秸稈和啤酒淤泥分別按體積比1∶1、2∶1、3∶1進(jìn)行混合好氧發(fā)酵，分別編號為A1、A2、A3，3次重復(fù)。在堆肥發(fā)酵過程中測定堆肥的溫度、pH、電導(dǎo)率（EC）、氮、磷、鉀養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量等，每天上午8：00測量堆肥溫度，每2 d檢測1次堆肥的pH和EC。

1.2.2 堆肥基質(zhì)調(diào)酸試驗 分單一調(diào)酸和復(fù)合調(diào)酸試驗。單一調(diào)酸試驗以硫磺為調(diào)酸劑，設(shè)5個不同濃度處理，即每千克堆肥有機(jī)料分別添加硫磺0（CK）、10、15、20、30 g；復(fù)合調(diào)酸試驗設(shè)5個復(fù)合調(diào)酸劑處理，分別為1%硫磺+4%普鈣（T1）、1%石膏+4%普鈣（T2）、2%石膏+3%普鈣（T3）、1%硫磺+1%石膏+3%普鈣（T4）和1%硫磺+2%石膏+2%磷石膏（T5），并分別加入堆肥混合均勻，另外以不加任何調(diào)酸劑的堆肥為對照CK，重復(fù)3次。

1.2.3 堆肥基質(zhì)育秧驗證試驗 將堆肥腐熟物料與無機(jī)礦物材料加復(fù)合調(diào)酸組配6組基質(zhì)配方，試驗設(shè)7個處理，分別為處理1（CK），75%有機(jī)料+15%草炭+10%蛭石+5%腐植酸；處理2，75%有機(jī)料+10%草炭+10%蛭石+復(fù)合調(diào)酸劑處理T1；處理3，70%有機(jī)料+5%草炭+10%蛭石+10%腐植酸+復(fù)合調(diào)酸劑處理T2；處理4，70%有機(jī)料+10%草炭+10%蛭石+5%腐植酸+復(fù)合調(diào)酸劑處理T2；處理5，70%有機(jī)料+15%草炭+10%蛭石+復(fù)合調(diào)酸劑處理T3；處理6，70%有機(jī)料+15%草炭+10%蛭石+復(fù)合調(diào)酸劑處理T4；處理7，75%有機(jī)料+10%草炭+10%蛭石+復(fù)合調(diào)酸劑處理T5，設(shè)3次重復(fù)，開展育秧試驗。

1.3 測定方法

堆肥的溫度、pH、EC和氮、磷、鉀養(yǎng)分、有機(jī)質(zhì)含量的測定方法參照NY 525-2012；發(fā)芽指數(shù)（GI）測定參照GB/T 23486-2009[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物秸稈與啤酒淤泥配料的發(fā)酵效果

作物秸稈和啤酒淤泥分別按體積比1∶1、2∶1、3∶1 混合，添加武漢日清生物科技有限公司自主研發(fā)的堆肥發(fā)酵菌劑，采用太陽能堆肥快速升溫裝置和二次發(fā)酵工藝，進(jìn)行好氧堆肥發(fā)酵，3種配比堆肥發(fā)酵過程中堆肥基質(zhì)的溫度變化如圖1所示。由圖1可知，堆肥堆放的前7 d溫度不斷升高，堆肥A3處理比另兩個堆肥處理升溫慢，且從17 d后堆肥溫度沒有明顯的升降變化，說明秸稈與啤酒淤泥按體積比3∶1混合堆肥不利于其好氧發(fā)酵。

從圖2可知，堆肥發(fā)酵過程中，pH呈現(xiàn)高-低-高的變化趨勢，這可能是因堆肥前期微生物分解含氮有機(jī)物產(chǎn)生氨，出現(xiàn)前期堆肥pH升高，但隨后的pH呈現(xiàn)下降趨勢，可能是堆肥產(chǎn)生有機(jī)酸的原因，發(fā)酵后期pH再度升高，基本穩(wěn)定在7～8，這與堆肥中大多數(shù)中溫微生物的死亡和堆肥腐熟物料的銨鹽積累和有機(jī)質(zhì)腐殖質(zhì)化有關(guān)。有研究報道[5]，堆肥發(fā)酵過程其實是有機(jī)物料不斷礦物化和腐殖質(zhì)化的過程。在發(fā)酵過程中金屬陽離子的活度會得到很大程度的提高，因此，堆肥的EC出現(xiàn)升降變化。圖2結(jié)果表明，秸稈和啤酒淤泥兩種原料堆肥發(fā)酵后期以體積比3∶1混合的堆肥EC最高，其次是體積比為2∶1的堆肥。

由表2可知，堆肥有機(jī)物料發(fā)酵前后，除處理A3的磷養(yǎng)分外，3個配料處理的氮、磷、鉀養(yǎng)分均增加，有機(jī)質(zhì)含量降低。堆肥發(fā)酵過程中，微生物需消耗物料中含碳有機(jī)物為其提供能量，使得物料有機(jī)質(zhì)降低，其無機(jī)養(yǎng)分不斷積累，使養(yǎng)分含量相對增加。不同處理堆肥有機(jī)物料中有機(jī)質(zhì)分解率和養(yǎng)分變化是堆肥A3處理變化相對較小，說明其發(fā)酵的效果弱于處理A1和處理A2，這可能與堆肥A3處理中秸稈比例較大而腐熟慢，以及水分散失快，不利于發(fā)酵所造成的。

綜上所述，秸稈和啤酒活性淤泥在發(fā)酵菌株和快速升溫堆肥裝置的綜合作用下能快速進(jìn)入高溫發(fā)酵階段，加快好氧發(fā)酵進(jìn)程。秸稈和啤酒淤泥混合發(fā)酵的適宜體積配比為1∶1～2∶1，其高溫發(fā)酵時長為17 d左右，比傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵時間縮短7 d左右。

2.2 調(diào)酸劑對堆肥基質(zhì)理化性狀的影響

2.2.1 硫磺調(diào)酸劑對堆肥基質(zhì)酸堿度的影響 在秸稈和啤酒淤泥混合發(fā)酵腐熟的有機(jī)料中添加少量硫磺，利用微生物氧化硫磺產(chǎn)生酸，調(diào)節(jié)有機(jī)物料的pH，4種不同濃度硫磺氧化調(diào)控堆肥酸堿度試驗的pH變化如圖3所示。由圖3可知，加入硫磺的堆肥基質(zhì)有機(jī)料在發(fā)酵期間pH均會下降，其下降速率和最低值與硫磺質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正相關(guān)；之后不同處理pH均趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定時長約30 d。當(dāng)硫磺濃度為10 g/kg時，35 d的堆肥基質(zhì)pH下降到6.5左右；濃度為15 g/kg時，35 d 堆肥基質(zhì)的pH下降到6.0左右；濃度為20 g/kg時，35 d堆肥的pH下降到5.4；濃度為30 g/kg時，35 d堆肥基質(zhì)的pH下降到4.3；根據(jù)水稻秧苗的生長特性，堆肥基質(zhì)的pH在4.3時不適宜水稻幼苗生長。

堆肥基質(zhì)的有機(jī)料中添加硫磺量為10、15、20 g/kg配成水稻基質(zhì)小樣，然后，堆放10 d后進(jìn)行育秧試驗，分析檢測不同配方基質(zhì)育苗前后的理化性狀。由表3可知，播種14 d后秧苗對堆肥基質(zhì)養(yǎng)分的吸收情況表現(xiàn)為，硫磺濃度為10 g/kg處理的秧苗養(yǎng)分利用率最高，吸收氮素營養(yǎng)最多。與CK相比，3種硫磺處理的pH、EC變化相對穩(wěn)定。

由4可知，4種基質(zhì)中秧苗的生長速度無顯著差異；硫磺濃度為10 g/kg和20 g/kg時，株高顯著矮于CK；硫磺濃度為10 g/kg處理的莖基寬最大；硫磺濃度為10 g/kg和15 g/kg處理的地上部百株鮮重顯著小于硫磺濃度為20 g/kg處理和CK，而百株地下部鮮重和最長根長大于硫磺濃度為20 g/kg處理和CK，且百株地下部鮮重差異達(dá)顯著水平；有效盤根數(shù)各處理間無顯著差異。

總體而言，用單一硫磺調(diào)節(jié)水稻育秧堆肥基質(zhì)的pH效果顯著，不同處理對秧苗素質(zhì)影響顯著，10 g/kg硫磺處理的效果最好。硫磺調(diào)酸的效果穩(wěn)定持久，但需提前堆放，見效慢，對堆肥基質(zhì)生產(chǎn)與供應(yīng)需求有時間限制。

2.2.2 復(fù)合調(diào)酸劑對堆肥基質(zhì)酸堿度的影響 針對硫磺對堆肥基質(zhì)酸堿度調(diào)節(jié)效果慢的特點，進(jìn)一步引入石膏、普鈣等快速調(diào)酸物質(zhì)，組成復(fù)合調(diào)酸劑，以期利用多種類調(diào)酸物質(zhì)的綜合作用調(diào)節(jié)水稻育秧基質(zhì)堆肥的酸堿度，達(dá)到調(diào)酸迅速、作用持久、效果穩(wěn)定的目的。由圖4可知，所有處理組在添加復(fù)合調(diào)酸劑后都能使堆肥基質(zhì)的pH迅速降低至6.5。T2和T3處理沒有使用硫磺調(diào)酸，堆肥基質(zhì)堆放過程中pH有回升趨勢，調(diào)酸的效果不明顯；而T1、T4、T5處理pH顯著下降，調(diào)酸的效果明顯。其中T1處理的pH穩(wěn)定在4.8左右，而T4和T5 處理的pH穩(wěn)定在5.5左右，有效時長為60 d。

綜上所述，采用硫磺、普鈣、石膏（磷石膏）等調(diào)酸物質(zhì)組成復(fù)合調(diào)酸劑，調(diào)節(jié)堆肥基質(zhì)pH的效果顯著，穩(wěn)定性好，以配方T4和T5為最優(yōu)。生產(chǎn)上可以及時方便配用，無需提前堆放，更有利于實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)。

2.3 堆肥基質(zhì)營養(yǎng)配方篩選及對水稻秧苗生長的影響

由表5可知，各配方基質(zhì)容重最高為600 g/L，每個秧盤重約1.9 kg（秧盤體積約3.2 L），而采用傳統(tǒng)營養(yǎng)土育秧，秧盤重量至少4 kg，是基質(zhì)育秧重量的兩倍。再考慮到基質(zhì)保水性等問題，實際生產(chǎn)過程中使用無土基質(zhì)育秧至少減少插秧機(jī)負(fù)重10%以上。

據(jù)報道，每生產(chǎn)100 kg稻谷需要N 2.02 kg、P2O5 0.56 kg、K2O 1.68 kg，而水稻秧苗期所需的氮、磷、鉀營養(yǎng)分別占全生育期的0.50%、0.26%、0.40%[6]。依據(jù)湖北省水稻當(dāng)下產(chǎn)量大約為9 000～11 250 kg/hm2，那么，每公頃水稻秧苗期生長所需的氮、磷、鉀營養(yǎng)元素的量分別為1 023.0、147.0、850.5 g，旱育秧苗使用“日清公司”發(fā)的堆肥基質(zhì)450 kg。由表5可知，每公頃所需（225～240盤）450 kg堆肥基質(zhì)可為水稻秧苗提供所需的氮、磷、鉀營養(yǎng)分別為7.65、3.60、4.05 g，完全能為水稻40 d秧苗生長提供足夠的營養(yǎng)。

由表6可知，7個處理的秧苗生長速度無顯著差異；各處理秧苗的株高和有效盤根數(shù)差異顯著；綜合秧苗莖基寬、百株地下部鮮重和最長根系長度等農(nóng)藝性狀指標(biāo)可知，處理2、處理3、處理4顯著優(yōu)于其他處理和CK；同時，調(diào)查發(fā)現(xiàn)不同處理40 d秧苗抗病性存在明顯差異，處理2和處理3秧苗發(fā)病較輕，處理5、處理6、處理7和CK秧苗發(fā)病程度均較重，處理4未發(fā)病，說明處理4在低溫抗病方面優(yōu)于其他處理；不同處理秧苗出苗率均在90%以上，以處理2、處理4秧苗出苗率最高，達(dá)95%以上，CK秧苗出苗率最低。

3 小結(jié)與討論

秸稈和啤酒淤泥按體積配比1∶1～2∶1，在發(fā)酵菌劑和智能堆肥裝置的綜合作用下能快速進(jìn)入高溫發(fā)酵階段，加快好氧發(fā)酵進(jìn)程，其高溫發(fā)酵時長達(dá)17 d左右，比傳統(tǒng)堆肥發(fā)酵時間縮短7 d左右，能實現(xiàn)秸稈啤酒淤泥堆肥化循環(huán)利用。

用硫磺調(diào)節(jié)堆肥基質(zhì)的pH有顯著效果。堆肥基質(zhì)在陳化期間pH均會下降，其下降速率和最低值與硫磺濃度呈正相關(guān)；堆放35 d后不同處理pH均趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定時長約35 d左右。硫磺添加量為10 g/kg，混合堆放35 d后pH下降至6.0左右，調(diào)酸的效果穩(wěn)定持久，但需提前堆放，見效慢。采用硫磺、普鈣、石膏等調(diào)酸物質(zhì)組成復(fù)合調(diào)酸劑，綜合調(diào)節(jié)堆肥基質(zhì)pH效果顯著，配方以T4和T5為最優(yōu)，見效快、穩(wěn)定性時間長，基質(zhì)pH穩(wěn)定在5.5左右，有效時間為60 d左右，生產(chǎn)上可以及時配用，無需提前堆放。

以秸稈和啤酒淤泥堆肥化獲得的堆肥基質(zhì)，添加復(fù)合調(diào)酸劑和無機(jī)礦物材料組成水稻育秧基質(zhì)，通過對水稻出苗率、秧苗農(nóng)藝性狀和抗病性等指標(biāo)的驗證試驗，處理4基質(zhì)配方養(yǎng)分均衡、理化性狀好，能滿足水稻秧苗40 d的營養(yǎng)需求，所育秧苗抗病性好；秧苗素質(zhì)符合機(jī)械插秧機(jī)的要求，其堆肥基質(zhì)容重小，與營養(yǎng)土相比，可減輕插秧機(jī)負(fù)重50%以上，能滿足中國南方地區(qū)早春低溫環(huán)境旱育秧的要求，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

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