玉米秸秆-羊粪堆肥优化配比研究

摘 要：为了研究玉米秸秆添加量对羊粪堆肥的影响，寻求羊粪堆肥时与玉米秸秆的最佳配比，将玉米秸秆和羊粪按质量比5∶5、6∶4、7∶3、8∶2堆肥，测定其pH值、容重、养分含量及CO2含量的变化情况。结果表明：4各处理中的pH值、容重、有效磷含量基本持平，但8∶2配比堆肥中水解性氮含量和CO2含量高于其他3种配比，实际生产中建议将玉米秸秆和羊粪按质量比8∶2进行堆肥。

关键词：玉米秸秆;羊粪;优化配比;堆肥;容重

我国是一个农业大国，随着现代种植业和养殖业的高速发展，作物秸秆和畜禽粪便等农业废弃物的产生量与日俱增。据统计，作物秸秆每年产生量为6.5亿～7亿t，各类畜禽粪便年产生量可达17.3亿t[1]。大量研究表明，将作物秸秆与畜禽粪便按一定比例进行合理堆制，可有效应用于作物栽培，且相比农业废弃物填埋、焚烧和直接还田等方式，其具有对生态环境影响小、成本低等优势，是目前各国农业生产中提倡的最为经济环保的一种农业废弃物处理方式。此外，作物秸秆及畜禽粪便堆肥在改善土壤性质方面发挥着巨大作用，其发酵时所产生的高温可被用来提高温室土壤温度，同时释放的CO2也可被作物吸收，有利于增加作物产量和提高作物品质。通过对玉米秸秆和羊粪不同比例混合堆肥腐熟过程中理化性质的测定，筛选出玉米秸秆和羊粪堆肥的适宜配比，旨在实现作物秸秆和有机肥代替农用化肥，为农业可持续发展提供科学依据。

一、材料和方法

（一）供试材料

羊粪风干呈粉末状，玉米秸秆切成长度为5 cm左右的小段。有机物料腐熟剂（秸秆型）购于中农绿康生物技术有限公司。

（二）试验设计

试验在内蒙古农业大学农场日光温室进行，先将秸秆段预湿，然后将秸秆与羊粪分别按质量比5∶5、6∶4、7∶3、8∶2混合均匀，装入的透明密封塑料袋中，含水量为65%，于25 ℃下开始发酵。发酵10 d时测量pH值、容重、水解性氮和有效磷4项指标，之后每10 d测量一次。于发酵15 d时开始测量CO2含量，每天中午12：00测量，共测8 d。

（三）测定项目及方法

1.容重测定

基质容重采用常规的环刀法测定。

2.pH值测定

将5.0 g基质放入100 mL锥形瓶中，加入50 mL蒸馏水，以150 r/min的速度振荡30 min后，再以4 500 r/min速度离心20 min，过滤后测定pH值。

3.水解氮测定

取2.0 g烘干堆肥样均匀的平铺在扩散皿外室，并在外室中加入锌-硫酸亚铁还原剂，同时做空白对照。加3 mL20 g/L的硼酸指示剂溶液在扩散皿内室，在扩散皿外室边缘上方涂凡士林，使毛玻璃和皿边缘完全贴合。然后慢慢转开毛玻璃的一边，露出一个小口，并在此缺口加入10.0 mL 1.8 mol/L氢氧化钠溶液于扩散皿外室，40 ℃保温24 h，然后再用0.01 mol/L盐酸标准溶液滴定内室硼酸中吸收的氨量，当颜色变成紫红色时即到了滴定终点。

4.有效磷测定

称5.0 g风干堆肥样放于锥形瓶中，加25 mL双酸浸提剂，震荡5 min，过滤后作为待测液。取10 mL待测液于50 mL容量瓶，加1滴2，4-二硝基酚指示剂，用2 mol/L氢氧化钠调到黄色，再用0.5 mol/L硫酸溶液调为微黄色，加5 mL钼锑抗显色剂，蒸馏水定容，30 min后在分光光度计上测定吸收值，波长为700 nm。

5.二氧化碳含量测定

用二氧化碳气体测量仪测定CO2含量。

（四）数据处理

本试验数据采用Microsoft Excel 2013软件进行分析绘图。所有图表中显示数据均为3次重复的平均值。

二、结果与分析

（一）玉米秸秆与羊粪不同配比堆肥的pH值变化

如图1所示，随着发酵时间的延长，4种配比堆肥中的pH值由发酵初始的5.7～7.0上升至8.3～8.6。发酵30 d时，所有配比堆肥的pH值基本达到同一高度，即初始pH值较低的配比堆肥在发酵过程中，pH值上升较快;而初始pH值较高的配比堆肥，pH值上升较慢。

（二）玉米秸秆与羊粪不同配比堆肥的容重变化

如图2所示，试验中4种配比堆肥的容重随着发酵时间延长呈现降低趋势，由发酵初始的0.31～0.36 g/cm3下降至0.13～0.17 g/cm3，其中6∶4配比堆肥中容重降低较为明显。

（三）玉米秸秆与羊粪不同配比堆肥中水解性氮和有效磷的变化

如图3所示，水解性氮含量随着发酵时间均呈现上升趋势，其中6∶4和7∶3配比堆肥中上升比较缓慢;而5∶5和8∶2配比堆肥中则快速增加，在发酵30 d时，分别可达到176.4 mg/kg和211.9 mg/kg。如图4所示，有效磷含量变化由发酵初始的2.0～3.0 mg/kg上升至4.6～5.1 mg/kg，且5∶5和8∶2配比堆肥中有效磷含量的变化趋势相近，即先急后缓;而6∶4和7∶3配比堆肥中有效磷含量变化趋势则为先缓后急。

（四）玉米秸秆与羊粪不同配比堆肥中CO2含量的变化

如图5所示，4种配比堆肥中CO2含量均存在波动变化，其中8∶2配比堆肥中CO2含量增加较快，且在整个发酵过程中均高于其他3种配比;而5∶5配比堆肥中CO2含量变化较平稳;其余2种配比堆肥中CO2含量的增量则介于以上二者之间。

三、讨论与结论

长期实践积累证明，作物秸秆和禽畜粪便堆肥是我国农业废弃物资源化利用中最为经济环保的一种将农业废弃物肥料化的方式[2]。一个优质的堆肥系统首先要关注起始原料的种类及配比，以保证有合适的容重、水分、pH值及养分等，堆肥原料初始配比不同对以上内容影响极大。

pH值变化是评价堆肥腐熟度的重要指标之一，完全腐熟的堆肥一般都呈弱碱性，即pH值保持在8.0～9.0[3]。堆肥中pH值的变化趋势与堆肥原料中羊粪所占比重成正比，说明在堆肥中添加玉米秸秆会对羊粪堆肥初期的pH值升高有一定的抑制作用，同时也对NH3的生成量有一定的削减作用。然而，本试验结果显示，4种配比堆肥的pH值在为期30 d的发酵过程中始终处于增加趋势，在发酵结束时pH值在8.3～8.6，符合腐熟堆肥pH值在8.0～9.0的标准。

固体基质首先要具有良好的支持固定植物的功能。在堆肥过程中，微生物将玉米秸秆中的木质素、纤维素等成分分解为多糖物质，使秸秆的质量减轻，而羊粪则经过系列反应后释放出NH3，同样也减轻了质量，所以二者的堆肥容重会逐渐变小，且随着发酵时间的延长，发酵反应的持续进行，其容重会变得越来越小[4]。进行农业废弃物堆肥时，除了要满足其无害化要求外，堆制后的养分含量也关系到其施入农田后对植物的肥效，这在一定程度上与其实际的应用价值关系较为密切[5]。

研究发现，4种配比堆肥中水解性氮含量随着发酵时间延长均呈现上升趋势，其中8∶2配比堆肥在发酵结束时水解性氮含量最高，因此，这在一定程度上可以降低堆肥中的C/N，施入土壤后也可缓解微生物与作物争夺氮源的情况。

在北方地区温室内进行作物栽培，由于环境比较密闭，通风不畅，CO2浓度较低，严重影响温室内作物产量及其品质[6]。4种配比堆肥中CO2含量均有不同程度的增加，其中8∶2配比堆肥中CO2含量随着发酵时间增加明显，且在整个发酵期间始终高于其他配比。

综上所述，本研究得出玉米秸秆和羊粪按4种质量配比进行堆肥，其pH值、容重、有效磷含量基本持平，其中8：2配比堆肥中水解性氮含量和CO2含量则高于其他3种配比，因此实际生产中建议将玉米秸秆和羊粪按质量比8∶2进行混合堆肥。然而本研究的试验阶段处于25 ℃恒定温度，那么在夏季高温或冬季低温阶段时，堆肥情况是否会发生变化以及环境温度对堆肥腐熟进程的影响机制尚不清楚，需进一步研究。（基金项目：内蒙古自然基金项目“基于秸秆发酵栽培方式的日光温室番茄越冬栽培的研究”，项目编号：2012MS0306）

参考文献：

[1]彭靖.对我国农业废弃物资源化利用的思考[J].生态环境学报，2009（2）：794-798.

[2]田慎重，郭洪海，姚利，等.中国种养业废弃物肥料利用发展分析[J].农业工程学报，2018（Z）：123-131.

[3]李艳霞，王敏健，王菊思.有机固体废弃物堆肥的腐熟度参数及指标[J].环境科学，1999（2）：99-104.

[4]何瑞成，吴景贵，李建明.不同有机物料对原生盐碱地水稳性团聚体特征的影响[J].水土保持学报，2017（3）：310-316.

[5]宋成军，张玉华，李冰峰.农业废弃物资源化利用技术综合评价指标体系与方法[J].农业工程学报，2011（11）：289-293.

[6]武春成，李天来，曹霞.堆肥施入时期对日光温室内CO2浓度及番茄生育的影响[J].河北科技师范学院学报，2006（1）：21-24.

通讯作者：李晓静。