秸秆腐解剂对番茄秸秆发酵过程、养分含量和腐熟度的影响*

张飞雪 周肖喻 周利利 王丰颖 王光燕 陈丽萍陈建平 沈卫新 李艳冬 赵 根

（浙江省湖州市农业科学研究院，浙江 湖州 313000）

我国是设施蔬菜生产大国，蔬菜生产每年产生的废弃物数量巨大［1］。研究表明，蔬菜秸秆是一种有机肥源，还田后在增加土壤有机质含量的同时还可促进土壤微粒团聚，改善土壤的理化性质及保水和渗透性［2-3］。但蔬菜秸秆含水量大且木质化程度高，具有腐解速率低、养分释放速度慢、腐解时间长等特点，不完全腐解的秸秆还田后会造成严重的土壤问题［4-5］。秸秆就地堆沤腐解还田循环利用模式是一种在田间就地加工秸秆、就地还田的农业废弃物再利用模式，应用该模式处理秸秆无需运输、转场，缩减了作业环节，可以有效降低秸秆的处理成本，既经济又对环境友好［6］。秸秆腐解剂富含高效微生物菌，能加速秸秆腐熟，已逐渐在农业生产中推广应用［7-8］。2022年我们研究了秸秆腐解剂对番茄秸秆发酵过程、养分含量和腐熟程度的影响，为秸秆腐解剂在番茄秸秆就地堆沤腐解还田模式中的推广和应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

番茄秸秆取自湖州市农业科学研究院试验示范基地。将新鲜的番茄秸秆自然风干15 d后，用秸秆粉碎机碾压切碎成2 cm左右的细碎小段。供试番茄秸秆含有机质483.15 g/kg、全氮21.06 mg/g、全磷5.07 g/kg、全钾26.30 g/kg，pH值9.14，含水率74%。秸秆腐解剂由北京世纪阿姆斯生物技术有限公司提供。

1.2 试验方法

试验设在湖州市农业科学院试验示范基地大棚内。2022年11月20日，将粉碎后的番茄秸秆平铺在地面，每铺15~20 cm 厚时均匀撒施秸秆腐解剂，连续堆放6层，形成1 m3的堆块，随后灌水，水量以湿透秸秆但不流出为宜。秸秆腐解剂用量为秸秆质量的2%。堆制后7 d翻堆通气1次，自然发酵15 d后堆温降至室温，表明发酵已完成。试验设2 个处理，即添加秸秆腐解剂和不添加秸秆腐解剂，以不添加秸秆腐解剂为对照，每个处理3次重复。

1.3 调查统计方法

分别在番茄秸秆堆沤第0 d、第7 d、第15 d采用五点混合取样法（对角线4个点及1个中心点），采集料堆表面下约30 cm 处（发酵核心区）样品。样品混匀后按四分法将其缩减至约 400 g，并分为两份，一份测含水率，另一份风干粉碎后按有机肥料行业标准（NY 525—2012）测定有机碳、全氮、全磷、全钾、腐植酸含量及pH值。每天9时采用温度计法手动测量料堆表面以下30 cm处温度。

堆肥的腐熟程度可以用堆肥浸提液培养种子来测定，种子发芽率和发芽种子的根长是判定堆肥腐熟度的依据。本次测定分别用添加秸秆腐解剂和不添加秸秆腐解剂的浸提液、去离子水培养甜瓜种子。种子发芽指数（GI）测定参见陈云峰等［9］方法，即取堆肥样品 10.0 g，按固液比（质量/体积）1∶10 加入去离子水，振荡离心后取上清液备用。直径9 cm培养皿中垫2层滤纸，均匀放入10粒大小相近、饱满的甜瓜种子，加堆肥浸提液5 mL，将种子放在25 ℃避光环境中培养48 h后统计发芽率、测量根长。以去离子水作对照。

有机碳或全氮损失（%）=［（初始有机碳或全氮-取样时有机碳或全氮）/（初始有机碳或全氮）］ × 100［10］

式中，GI 为种子发芽指数，A1 为堆肥浸提液处理的种子发芽率（%），A2 为堆肥浸提液处理种子的平均根长（mm），B1为去离子水处理的种子发芽率（%），B2为去离子水处理的种子平均根长（mm）。

2 结果与分析

2.1 秸秆腐解剂对番茄秸秆料堆温度的影响

秸秆腐解剂对番茄秸秆料堆温度的影响见图1。

图1 秸秆腐解剂对番茄秸秆料堆温度的影响

由图1可以看出，添加秸秆腐解剂处理在堆沤期间堆肥的温度始终高于不添加秸秆腐解剂处理，且料堆高温期持续时间较长；添加秸秆腐解剂处理在堆沤第4 d料堆温度达到最高（67 ℃）。

2.2 秸秆腐解剂对番茄秸秆料堆理化性质的影响

秸秆腐解剂对番茄秸秆料堆理化性质的影响见表1。

表1 秸秆腐解剂对番茄秸秆料堆理化性质的影响

由表1 可知，在番茄秸秆堆沤期间，各处理料堆的有机碳含量、全氮含量、pH 值呈降低趋势，全磷、全钾和腐植酸含量则有一定程度增加；与堆沤前相比，堆沤结束时不添加秸秆腐解剂处理料堆的有机碳含量下降16.7%、全氮含量降低7.9%、全磷含量增加9.1%、全钾含量增加32.9%、腐植酸含量增加7.3%，添加秸秆腐解剂处理料堆的有机碳含量下降19.3%、全氮含量降低12.8%、全磷含量增加16.2%、全钾含量增加22.5%、腐植酸含量增加19.6%；不添加秸秆腐解剂处理堆料的全钾含量增幅大于添加秸秆腐解剂处理，其余指标的增加或降低幅度小于添加秸秆腐解剂处理。

2.3 秸秆腐解剂对番茄秸秆堆肥腐熟度的影响

不同处理对甜瓜种子发芽态势影响见图2、图3。

图2 不同处理对甜瓜种子发芽指数的影响

图3 不同处理甜瓜种子的发芽态势

未腐熟堆肥中含有机酸等可溶性物质，其浸提液会抑制种子萌发和根系生长，因此发芽指数可以直接用于评估肥料的腐熟程度［9，11］。由图2 可以看出，番茄秸秆堆沤15 d 后，不添加秸秆腐解剂处理的种子发芽指数为75%，添加秸秆腐解剂处理的种子发芽指数为79%、较不添加秸秆腐解剂处理提高4 个百分点。由图3 可以看出，添加秸秆腐解剂处理的甜瓜种子发芽态势（根长）明显强于不添加秸秆腐解剂和去离子水处理。

3 小结与讨论

3.1 秸秆腐解剂对堆肥温度的影响

秸秆沤堆是一个微生物作用下的酶促反应过程，料堆温度的高低代表了微生物活性的强弱，添加外源生物菌剂后，料肥中纤维素酶、脲酶和木质素过氧化物酶含量显著提高。秸秆发酵过程主要包括3 个阶段，即升温期、高温期和降温期。本试验研究中，添加秸秆腐解剂处理在堆沤第4 d 料堆温度达到最高（67 ℃），且高温期持续时间较长，说明微生物菌剂可提高秸秆水解酶活性，促进秸秆腐解，这一研究结果与高日平等［12］研究结果一致。

3.2 秸秆腐解剂对堆肥理化性质的影响

堆肥过程是一个微生物在分解和利用碳、氮原料完成其自身生长同时合成腐殖质的过程，料堆温度越高，有机碳损失比例会越大。本试验研究中，发酵结束时料堆的有机碳和全氮含量呈下降趋势、腐殖质含量有所增加，这与许多学者研究结果一致［1，10］。堆肥期间微生物主要消耗有机物质，将有机物质分解成二氧化碳和水，因此堆沤结束后料堆的磷、钾绝对含量基本没有变化。本试验研究中料堆的总磷和总钾含量增加可能与浓缩效应有关。

3.3 秸秆腐解剂对堆肥腐熟度的影响

用畜禽粪便堆肥浸提液处理种子，发芽指数大于70%被认为堆肥已达到无害化要求，番茄秸秆为纯植物堆肥，对植物的有害性明显降低。本试验研究中不添加秸秆腐解剂处理（堆沤15 d）的种子发芽指数为75%，添加秸秆腐解剂处理的发芽指数达79%，说明秸秆腐解剂可以提高番茄秸秆的腐熟度。

由此可见，在番茄秸秆堆制发酵过程中添加秸秆腐解剂可以显著提高料堆温度和腐熟程度，料堆的有机碳和全氮含量降低速度快，堆肥使用安全性高。