小麦秸秆与牛粪堆肥最佳模式筛选

孟庆立,范春燕,师亚琴,何 萍,宣世荣

（1.宝鸡市农业科学研究院，陕西 岐山 722400；2.岐山县农业机械技术推广服务中心，陕西 岐山 722400；3.陕西厚地生物科技有限公司，陕西 岐山 722400）

小麦是宝鸡市种植面积最大的作物，常年种植面积18.67 万hm2左右，年产秸秆102万t（宝鸡市统计局）。秸秆在农村乱堆乱放，影响农村人居环境；在田间直接焚烧，会造成环境污染及交通隐患；秸秆直接还田，会影响下茬玉米的播种质量，并加重农田病虫害的发生。宝鸡市的肉牛及奶牛总量为47 万头/年左右（宝鸡市统计局），日产粪便约1 万t 左右。这些牲畜废弃物散发污臭污染环境，直接还田会加重田间病虫害的发生。对于秸秆与牛粪的肥料化再利用，前人已进行过一些探索。靳光等[1]研究表明牛粪与玉米秸秆按质量比2∶3时堆肥效果最好。周喜荣等[2]研究发现牛粪和玉米秸秆配比好于牛粪与果树枝条配比堆沤。刘术均[3]研究表明，牛粪与玉米秸秆质量比为5∶2 加上腐熟剂可大大缩短腐熟时间，在5—10月堆肥50～60 d即可堆沤成有机肥。韩贵成等[4]研究表明牛粪与蔬菜秸秆堆肥的质量比应为2∶1。可见，牛粪与不同作物秸秆在不同的自然环境下堆肥所用的配比方式不同。因此，要利用当地自然资源和气候条件，有必要探索一套适应当地的堆肥模式。小麦秸秆在宝鸡市丰富易得，与玉米秸秆相比，捡拾与粉碎机械化程度高。研究小麦秸秆与牛粪堆沤有机肥的最佳模式，对于改良土壤、减少大田化肥和农药用量、改善人居环境、推进农业绿色发展具有重要意义。为宝鸡市小麦秸秆和牛粪废弃物的高效合理利用提供参考，设计4 个堆肥处理，考察不同堆肥处理的营养成分变化及发酵速度，找出其堆肥化利用的最佳模式。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在宝鸡市农业科学研究院试验基地进行。基地交通便利，设施配备较为齐全。腐熟剂由陕西厚地生物科技有限公司提供，该腐熟剂经过严格的筛选及合理的配制，并进行过适应性驯化。试验时间2022 年4—7月。牛粪由周边奶牛场提供。小麦秸秆从周边田地取得，预先粉碎成小于3 cm 的小段，成为糠粉。

1.2 试验设置

试验共设4 个处理，以纯牛粪为对照，各处理设置见表1。

表1 小麦秸秆与牛粪堆肥试验设置

1.3 调查项目

温度：用电温度计，每天在各处理东西南北四个方位进行测温，测温深度50 cm，取其平均值，同时记录环境温度。

养分测定：参照有机肥料行业标准NY/T 525—2021 对总养分（N+P2O5+K2O）、碳、氮、五氧化二磷、氧化钾、有机质含量（均以烘干基计）、pH 进行测定，参照肥料中蛔虫卵死亡率的测定GB/T 19524.2—2004对大肠菌数、蛔虫卵数进行测定。在堆肥前将小麦秸秆、牛粪取样，堆肥后将各处理再次取样混合，进行检测。检测由西安国联质量检测技术股份有限公司（具有CMA 资质）进行。容重用容重计进行测量。

1.4 试验工艺流程

1.4.1 制曲 除对照外，其余各处理均加入腐熟剂和红糖，红糖用开水溶解，再加入凉水冷却，混匀后与腐熟剂搅拌成曲子，水分控制在45%左右，判定标准为曲子手抓能成团，指头缝有水但不滴下，自由落下掉在地上能散开为宜。

1.4.2 堆垛 堆垛长3 m，宽3 m，高1.5 m。先规划堆垛的层数，并按照每层的物料体积计算每层使用的曲子数量，再把小麦糠粉和牛粪在选好的场地平铺1 层，厚度为25～30 cm，然后均匀撒入适量的发酵曲子。在堆垛时按照秸秆量加水，使堆料保持一定湿度（65%适宜），如此循环操作，堆完为止。平时无需遮盖，有雨时遮盖顶层，防止雨淋。

1.4.3 查验翻堆 堆垛后温度逐步上升，每天测量温度，当内层温度上升到50 ℃以上时记录起始日期，10 d 后翻堆1 次，等温度再次上升到50 ℃时，10 d 再翻堆1 次。如此连续2 次后不再翻堆，保持发酵状态。从堆垛发酵至腐熟大约需要80～100 d，随季节有所不同，判断标准为堆温连续下降10 d 不再升高，发酵好的物料颜色为灰褐色或暗灰色、无臭。

2 结果与分析

2.1 堆肥前后小麦秸秆和牛粪的营养状况

从表2 可知，小麦秸秆中的总养分为3.07%，鲜牛粪的总养分为4.12%，小麦秸秆中的氮钾含量均小于牛粪中的氮钾含量，五氧化二磷含量略高于牛粪中磷含量。小麦秸秆和鲜牛粪均呈弱碱性，所用牛粪在奶牛场可能已放置一段时间，因此检测结果中大肠菌群数偏低，蛔虫卵死亡率高。

表2 堆肥前小麦秸秆及鲜牛粪的营养状况

从表3可知，与鲜牛粪相比，4个处理的有机质含量均有不同程度的下降，降幅为6.65%～35.81%，总养分、氮、五氧化二磷、氧化钾含量有所提高，分别较鲜牛粪高19.42%～39.81%、8.62%～58.62%、6.67%～55.56%、19.90%～50.97%。其中处理1 的有机质（25.1%）下降最多，低于有机肥料行业标准NY/T 525—2021 规定，pH（9.47）也超出NY/T 525—2021 标准规定；处理2 总养分（5.76%）、氮含量（1.84%）、五氧化二磷含量（1.40%）均最高，其他指标也符合NY/T 525—2021 标准规定；处理3 有机质含量（36.5%）、总养分含量（5.23%）较高，其他指标均符合国家标准规定；处理4（CK）的氧化钾含量最高（3.11%），但pH（9.63）超出NY/T 525—2021标准规定。

表3 不同堆肥处理的营养状况

2.2 堆肥发酵速度

高温堆肥主要为有氧发酵，在发酵过程中将逐步释放热量，杀死大部分杂菌和虫卵等。堆体内温度是否到50 ℃，以及持续时间是判断堆肥是否完成无害化过程的重要指标。由图1 可知，不同处理的温度变化呈现低-高-低的变化趋势。各处理堆温都比环境温度高，处理3 发酵温度最高（最高值为66.5 ℃），处理2次之，处理1发酵温度整体较低（最高值为46.8 ℃），处理4（CK）温度逐渐上升，变化较为平稳，气温整体呈上升趋势，波动幅度较大。可见，随着小麦秸秆添加量的增多，堆温上升幅度明显增大。处理3在第13 天和第25 天急剧下降，是因为当天翻堆所致。处理4 和处理1、处理2 对翻堆或天气影响反应不大，可能与堆中所含秸秆量少或无有关。由表4 可知，处理1 添加了腐熟剂，堆温比处理4 高，但因其未添加小麦秸秆，未实现堆肥的无害化过程。处理2 堆肥在50 ℃以上的时间保持46 d，处理3 堆肥保持时间更长，有54 d。

图1 不同堆肥处理的温度变化

表4 不同处理的温度变化情况

2.3 不同处理堆肥的物理性状及容重

发酵结束后，对各处理的剖面进行了观察，从图2 可知，处理4 外层已变干变硬，内部仍然湿腻，依旧有臭味，和发酵前相比变化不大。处理1 加入了腐熟剂，较处理4 有很大变化，臭味变小，松散程度变好，但仍有较大结块。处理2 添加200 kg 秸秆糠粉，物理性状显著改观，无臭味，剖面呈灰褐色，有少量小的结块。处理3 添加400 kg 秸秆，物理性状松散，无臭味，剖面灰褐色，没有结块、但仍可看到秸秆。从图3可知，随着秸秆添加量的增多，发酵产物的容重为处理4＞处理1＞处理2＞处理3。

图2 不同堆肥处理的物理性状

图3 不同堆肥处理发酵后容重

3 结论与讨论

小麦秸秆与牛粪适当的配比进行堆肥能够显著提高堆温，缩短堆肥时间。综合有机质、氮磷钾含量、pH、肥料的松散程度及处理的堆温状况表明，牛粪2 m3+小麦秸秆200 kg+腐熟剂20 kg+红糖2 kg为最佳配比模式。该配比模式发酵后的肥料符合有机肥料行业标准（NY 525—2021）的规定即有机质≥30%，总养分≥4.0%，pH 在5.5～8.5。可田间施用或作为商品肥料出售。

试验所用牛粪少，小麦秸秆多。这与卢秉林等［5］研究得出牛粪与小麦秸秆配比的体积比为6∶4混合堆肥效果最好的结论不一致。这可能因为研究堆肥的季节、环境温度、堆肥原料的碳氮比、腐熟剂等不同有关。关于氮磷钾含量的前后变化，试验结果与李牧等［6］的研究结果一致，即添加自制菌剂后，样品发酵结束时氮含量高于起始发酵时的氮含量。

从试验过程看，小麦秸秆越多越利于堆温上升，其中牛粪2 m3+小麦秸秆400 kg+腐熟剂20 kg+红糖2 kg 处理在夏季第3 天堆温即可达55 ℃以上。牛粪2 m3+腐熟剂20 kg+红糖2 kg 处理和纯牛粪处理难以达到50 ℃以上的高温。本研究部分结果与梁天等［7］的研究添加生物菌剂的处理从堆肥开始到堆肥结束都能保持较高的温度的结果一致。试验发现与纯牛粪堆肥相比，添加腐熟剂后升温显著，但升温最高的是同时使用腐熟剂且添加一定量秸秆的处理。

多年田间实践证实秸秆生物有机肥可改良土壤，提高作物产量和品质［8］。本次试验针对小麦秸秆与牛粪探索了其最佳堆沤有机肥模式，其技术模式在一定区域内可复制可推广，有利于促进种植业、养殖业、农副产品加工业的有机结合，使大农业走上质优、高效、可持续发展之路。