周柳強(qiáng) ，黃美福，羅文麗，區(qū)惠平，曾 艷，黃金生，譚宏偉

(1．廣西農(nóng)科院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南寧 530007;2．廣西農(nóng)科院甘蔗研究所，南寧 530007)

秸稈中含有豐富的營養(yǎng)元素，據(jù)相關(guān)報(bào)道表明，世界上每年大約有20億t的秸稈資源來自種植的各種谷類作物，但其中被利用的部分僅占10%左右，我國每年生產(chǎn)約7億t的秸稈，其中被利用的不足2000萬t，約97%的秸稈被焚燒、堆積或者遺棄［1-2］，廣西農(nóng)業(yè)秸稈資源年理論總產(chǎn)量超過5000萬t，但綜合利用率不足30%，經(jīng)過技術(shù)處理后利用不足5%［3-4］，由于稻桿的腐化速率慢，影響稻田的機(jī)耕耘耙，許多農(nóng)民在水稻收割后就地焚燒稻草秸稈，造成大量的資源浪費(fèi)。因此，如何加快稻桿的腐化速率，是秸稈資源化應(yīng)用重要的科學(xué)技術(shù)瓶頸問題。國內(nèi)許多學(xué)者的研究結(jié)果表明，粉碎處理可以促進(jìn)秸稈的腐解［2，5-7］，填埋深度不同也影響秸稈的腐解速度［8］，添加有利于秸稈腐解的微生物菌劑［9］或通過調(diào)節(jié)秸稈pH、C/N比等多種方式均可有效的促進(jìn)秸稈的腐解速度［10-11］;隨著水稻收割機(jī)械化的逐漸普及，秸稈粉碎已成為稻谷收獲的結(jié)果，如何加速粉碎后的秸稈的自然腐解速率，并形成有效的簡易技術(shù)向農(nóng)民推薦，是秸稈養(yǎng)分有效利用需要解決的現(xiàn)實(shí)問題，本研究對剛收獲的新鮮水稻秸稈經(jīng)人工粉碎，然后通過淋農(nóng)家肥液(自然菌劑)及添加商業(yè)的腐熟菌劑，探索水稻秸稈在自然環(huán)境下的腐解速率及養(yǎng)分釋放的影響，現(xiàn)把本研究的結(jié)果總結(jié)如下。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2012年7月—10月在廣西南寧市廣西農(nóng)科院試驗(yàn)基地的水田田面上進(jìn)行堆漚處理(期間田面不再進(jìn)行耕作)，土壤類型為第四紀(jì)紅土發(fā)育的水稻土，供試材料為收割后第2天的新鮮水稻秸稈。

1．2 試驗(yàn)處理和試驗(yàn)條件

秸稈堆漚腐解在密閉的尼龍濾袋中進(jìn)行，尼龍網(wǎng)袋規(guī)格為60cm×100cm，孔徑200目。每個(gè)尼龍濾袋裝新鮮秸稈5kg，各處理扎好后平攤置放在水田田面上，試驗(yàn)區(qū)四周開有排水溝，接受自然條件下的日曬雨淋;期間的日平均氣溫在22—29℃，極端高溫為35．5℃，極端低溫 16．8℃，降雨天數(shù)為 48d，降雨量0.5—215mm，總降雨量為848．6mm。設(shè)如下處理:CK(原狀秸稈(大約65cm))、粉碎秸稈(秸稈長度短于2cm)、粉碎秸稈+菌劑和粉碎秸稈+農(nóng)家肥。其中粉碎秸稈+菌劑處理所用腐熟劑為本地市場上隨機(jī)購買的商業(yè)有機(jī)物料腐熟劑(包裝袋上標(biāo)注有效活菌數(shù)0．5億/g)，每個(gè)尼龍濾袋用量為60g，兌3 kg水噴灑。粉碎秸稈+農(nóng)家肥處理所用農(nóng)家肥為普通農(nóng)家豬糞水，按豬糞水1∶5比例兌成肥水(養(yǎng)分測試結(jié)果 N 712 mg/L，P2O538mg/L，K2O 650mg/L)，每個(gè)尼龍濾袋噴灑3kg肥水。CK和粉碎處理每個(gè)尼龍濾袋噴灑3 kg清水，使秸稈充分吸收水分。各處理均設(shè)3次重復(fù)。

1．3 采樣和分析方法

試驗(yàn)于2012年7月24日開始，分別于秸稈處理后的第 0、10、28、35、51、74 天和 91 天采集腐解袋中部秸稈樣品，測定含水量、干物質(zhì)及氮、磷、鉀養(yǎng)分含量，單位干物質(zhì)的減輕及其N、P、K養(yǎng)分總量的減少部分，均被視為秸稈被微生物所腐解后，釋放到自然環(huán)境中(加農(nóng)家肥糞水處理及添加商品菌劑所帶來的養(yǎng)分與秸稈腐解釋放的養(yǎng)分相比，數(shù)量太少，忽約不計(jì))，從而求算秸稈干物質(zhì)的腐解強(qiáng)度、氮、磷、鉀釋放強(qiáng)度及試驗(yàn)期間的秸稈的腐解率。采集的秸稈樣本在采樣2h內(nèi)測定含水量，并經(jīng)110℃高溫滅菌1h后，再降溫到50—60℃抽風(fēng)干燥箱烘干24h，粉碎制樣。樣本均用H2SO4-H2O2消煮，用開氏定氮法、鉬銻鈧比色法和火焰光度法分別測定秸稈樣本中的全氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。

腐解率(%)=(開始腐解的干物質(zhì)量－試驗(yàn)結(jié)束后干

物質(zhì)量)/開始腐解的干物質(zhì)量×100 (1)腐解強(qiáng)度(g kg－1d－1)= 單位腐解率(g/kg)/腐解時(shí)

間(d) (2)

1．4 統(tǒng)計(jì)分析

使用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和圖表制作，用DPS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果分析

2．1 不同秸稈處理方式對水稻秸稈干物質(zhì)腐解動態(tài)的影響

新鮮水稻秸稈，經(jīng)粉碎、粉碎+菌劑(農(nóng)家肥和商業(yè)菌種)處理后，在腐解的初期(0—10d)，干物質(zhì)的平均腐解強(qiáng)度明顯獲得增強(qiáng)，腐解強(qiáng)度提高了13.6—46．3%，以添加商品菌劑處理的腐解強(qiáng)度的提高幅度最為顯著，這可能與微生物群落突然增加有關(guān)，粉碎處理增加秸稈與環(huán)境的接觸面，環(huán)境微生物的侵入，亦可提高微生物群落數(shù)量。腐解10d以后，各處理平均腐解強(qiáng)度明顯比前期降低，以粉碎處理的降低幅度最為明顯，平均腐解強(qiáng)度僅為前一時(shí)期的19．8%，亦明顯低于同時(shí)期的對照處理，僅為對照處理的48．6%，這一時(shí)期的腐解強(qiáng)度明顯降低可能與微生物腐解過程中氮素供應(yīng)不足有關(guān);經(jīng)過35d的自然腐解后，各處理的干物質(zhì)腐解強(qiáng)度又明顯升高，經(jīng)粉碎、粉碎+菌劑(農(nóng)家肥和商業(yè)菌種)處理的秸稈平均腐解強(qiáng)度又明顯高于對照處理;在91d觀測試驗(yàn)6次采樣測試獲得的數(shù)據(jù)表明，水稻秸稈的腐解強(qiáng)度是一種螺旋式的升高—降低—再升高—再降低并逐步降低的過程，整個(gè)試驗(yàn)期間，經(jīng)粉碎、粉碎+菌劑(農(nóng)家肥和商業(yè)菌種)處理后的干物質(zhì)平均腐解強(qiáng)度比對照(原狀)處理提高 0．73—1．79 g kg－1d－1，提高幅度為 9．5%—23．2%。本試驗(yàn)的結(jié)果說明，新鮮水稻秸稈經(jīng)粉碎、粉碎+菌劑(農(nóng)家肥和商業(yè)菌種)處理后，在腐解前期能明顯促進(jìn)秸稈的干物質(zhì)腐解，經(jīng)過腐解高峰后，各處理與對照基本趨于一致。

表1 不同秸稈處理方式下水稻秸稈干物質(zhì)腐解強(qiáng)度的變化(g kg－1 d－1)Table 1 Rice straw decom posing intensity under different treatments

2．2 不同秸稈處理方式對水稻秸稈養(yǎng)分含量變化的影響

秸稈在腐解過程中，N養(yǎng)分含量基本呈初期顯著下降，然后逐步提高的趨勢;P養(yǎng)分含量初期稍下降，然后逐步提高的趨勢;而K養(yǎng)分初期稍有提高，然后逐步下降的趨勢。

新鮮水稻秸稈，經(jīng)粉碎、粉碎+菌劑(農(nóng)家肥和商業(yè)菌劑)處理后，各腐解階段的N、P、K養(yǎng)分含量均明顯高于對照處理，這可能與微生物群落數(shù)量提高有一定的關(guān)系;粉碎與粉碎+菌劑處理間的N、P、K養(yǎng)分含量差異基本不明顯。

表2 不同秸稈處理方式的不同腐解時(shí)期的秸稈養(yǎng)分含量(g/kg)Table 2 Straw nutrient content under different treatmentsin different sampling time

續(xù)表

2．3 不同秸稈處理方式對水稻秸稈養(yǎng)分腐解動態(tài)的影響

秸稈的腐解與秸稈的C/N比有密切相關(guān)，有機(jī)C的腐解是NPK養(yǎng)分腐解的基礎(chǔ)［10］，有機(jī)C腐解過程中的養(yǎng)分釋放，對微生物群落的發(fā)展變化有直接的影響(圖1)，不同秸稈處理后，N、P、K養(yǎng)分腐解27d內(nèi)有明顯的差異，在相同的自然環(huán)境下，粉碎處理后的秸稈，P素養(yǎng)分的腐解高峰期的腐解強(qiáng)度明顯受到抑制，腐解強(qiáng)度比對照處理降低了43．1%，但添加菌劑后，則消除了P素腐解的被抑制作用;經(jīng)粉碎、粉碎+菌劑(農(nóng)家肥和商業(yè)菌種)處理后，在整個(gè)腐解試驗(yàn)期內(nèi)(91d)的N、K養(yǎng)分腐解強(qiáng)度普遍均高于對照處理，其中K養(yǎng)分在腐解10d內(nèi)的平均腐解強(qiáng)度比對照明顯提高了36．3%—62．9%。

圖1 不同處理方式對水稻秸稈養(yǎng)分腐解強(qiáng)度的影響Fig．1 Nutrient release of rice straw under different treatments

2．4 不同秸稈處理方式對水稻秸稈腐解率的影響

新鮮水稻秸稈，經(jīng)粉碎、粉碎+菌劑(農(nóng)家肥和商業(yè)菌種)處理91d后，干物質(zhì)、N、P、K養(yǎng)分的腐解率分別比對照提高 4．2%—11．5%(絕對值，下同)、10.4%—16.2%、6.8%—21.7%、12.2%—17.5%;添加菌劑后，水稻秸稈的干物質(zhì)、N、P、K養(yǎng)分腐解率亦提高了 6.3%—7.3%、1.0%—5.8%、11.6%—14.9%、2.2%—5.3%，可見粉碎和添加菌劑處理，均可促進(jìn)水稻秸稈的腐解和養(yǎng)分的釋放，商品性的菌劑與自然條件下的常規(guī)菌劑(農(nóng)家肥水)對水稻秸稈腐解，本試驗(yàn)條件下無明顯的優(yōu)勢。

表3 不同秸稈處理方式下水稻秸稈腐解率/%Table 3 Rice straw decom pose rate under different treatments

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)的結(jié)果說明，粉碎、添加自然菌劑均可以加速水稻秸稈的腐解，在91d內(nèi)，粉碎的水稻秸稈，干物質(zhì)腐解率比不處理的水稻秸稈提高4.2%(絕對值，下同)，N、P、K 養(yǎng)分釋放率提高10.4%、6.8%、12.2%。水稻秸稈的外部形態(tài)影響干物質(zhì)腐解量和腐解率，一方面粉碎后的秸稈總表面積增加，增大了與外界環(huán)境的的接觸面，秸稈接觸面越大，微生物繁殖生長面隨之越大，微生物數(shù)量增多，促進(jìn)秸稈的腐解和養(yǎng)分的釋放;另一方面原狀水稻秸稈緊密度低，水分揮發(fā)流失快，而粉碎后的秸稈緊密度高，鎖水能力優(yōu)于原狀秸稈，腐解過程中微生物的繁殖生長需要保持一定的水分條件，水分含量低，微生物生長受阻，不利于腐解的進(jìn)行和養(yǎng)分的釋放。在粉碎的基礎(chǔ)上，添加菌劑后的干物質(zhì)腐解率提高6.3%—7.3%，N、P、K養(yǎng)分釋放率提高 1.0%—5.8%、11.6%—14.9%、2.2%—5.3%。微生物對有機(jī)化合物分解起重要作用，外源微生物的加入，在適宜的條件下能增加秸稈微生物數(shù)量，而微生物分泌物是多種酶的來源，酶活性增加可加速各種物質(zhì)分解，提高干物質(zhì)腐解率和養(yǎng)分釋放率［5，8，11］。

新鮮水稻秸稈經(jīng)粉碎、粉碎+菌劑(農(nóng)家肥和商業(yè)菌種)處理后，在腐解前期能明顯促進(jìn)秸稈的干物質(zhì)腐解，經(jīng)過腐解高峰后，各處理與對照基本趨于一致。水稻秸稈腐解速率總體表現(xiàn)為早期快后期慢的特點(diǎn)，最后趨于平穩(wěn)［9，11，14］，在一些研究中，水稻秸稈的腐解高峰在腐解前15d［11］。秸稈外部形態(tài)不同，造成結(jié)果過程中的水分和微生物生長面不同，腐解前期，粉碎、粉碎+菌劑處理的秸稈在適宜的條件下促進(jìn)微生物生長，加快秸稈組織結(jié)構(gòu)的破壞，易分解物質(zhì)被快速分解，腐解量明顯比原狀秸稈提高。隨著腐解的進(jìn)行，一方面易分解物質(zhì)逐漸減少，粉碎、粉碎+菌劑處理的秸稈對秸稈的腐解難以有明顯的提高，另一方面，原狀秸稈的緊密度逐漸增加，水分條件逐漸轉(zhuǎn)好，對微生物的繁殖較之前有一定的促進(jìn)作用，在一定程度上可促進(jìn)干物質(zhì)的腐解，最后各處理間的干物質(zhì)腐解量逐漸趨于一致。

粉碎后的水稻秸稈在腐解20d內(nèi)P素養(yǎng)分的腐解高峰期的腐解強(qiáng)度明顯受到抑制，但添加菌劑后，則消除了P素腐解的被抑制作用;N、K養(yǎng)分腐解強(qiáng)度普遍均高于對照處理。在秸稈腐解過程中，微生物不斷以碳源物質(zhì)為能源，利用秸稈腐解的各種養(yǎng)分合成自身所需物質(zhì)，在微生物和酶的作用下，部分氮素被分解成銨態(tài)氮或硝態(tài)氮等無機(jī)氮形式，以氣態(tài)或水溶態(tài)形式釋放［15］。粉碎、粉碎+菌劑處理在腐解前期干物質(zhì)腐解量明顯高于對照處理，提供給微生物的能源物質(zhì)增加，促進(jìn)微生物生長和酶活性增加，對N素分解釋放隨之增加。秸稈中的鉀絕大部分以離子態(tài)形式存在［12］，容易隨水流失，粉碎后的秸稈增大整體表面積，K更容易隨分水移動而流失。秸稈中P的腐解受酶活性影響較大，特別是磷酸酶。本試驗(yàn)中，原狀秸稈P腐解強(qiáng)度比單純的粉碎秸稈處理高，而加入外源微生物菌劑后，P腐解強(qiáng)度與對照無明顯差異，可能是外源菌劑增加一定的微生物種群和數(shù)量在一定程度上提高了磷酸酶活性，但具體原因還有待進(jìn)一步研究。

秸稈的腐熟需要一定特征的微生物群落，本試驗(yàn)選用的腐熟菌劑可能對水稻的腐解并未形成優(yōu)勢群落，雖然能在一定程度增加秸稈干物質(zhì)腐解量和N、K的釋放，但總體效果稍差于農(nóng)家肥帶有的微生物群落，因而選用商品腐熟劑時(shí)應(yīng)對該菌落特征有所了解后慎重采用。

［1］ Hu H X，Ma ZW，Shao Z Y．Decomposition characteristics of returned straw．Hunan Agricultural Sciences，2012，(5):44-46．

［2］ Zhang Q L．Present situation and analysis of rice straw returning．Journal of Agricultural Mechanization Research，2006，(8):223-223．

［3］ Lu M Y，Yu P F，Dong Y C，Xu Y H，Li X H．Study on development of straw comprehensive utilization technology in Guangxi．Southwest China Journal of Agricultural Sciences，2011，24(6):2420-2423．

［4］ Liu Y X，Liang Q F，Li F S，Liu Q K，Zhong JJ，Cai LM，Ye X D．Current status of low-carbon agriculture in Guangxi and its development strategies．Journal of Southern Agriculture，2011，42(4):453-456．

［5］ Kuang E J，Chi F Q，Su Q R，Zhang JM，Jin L．Decomposition characteristics ofmaize straws under different returning methods．Journal of Maize Sciences，2012，20(2):99-101，106-106．

［6］ Kuang E J．Decomposition characteristics of soybean stalk under different stalk returningmethod．Soybean Science，2010，29(3):479-482．

［7］ Ma Y L， Yu ZR， Jiang Y H，Luo W．Comparison of decomposition rates of maize straw between two kinds of straw incorporation．Chinese Journal of Ecology，2002，21(6):68-70．

［8］ Chen Y J，Zhou J H，Li Q，Xie Y，Liu J H．Decomposition characteristics of stalk decomposition accelerator on different cropstalks．Hunan Agricultural Sciences，2011，(1):19-21，25-25．

［9］ Dai Z G，Lu JW，Li X K，Lu M X，Yang W B，Gao X Z．Nutrient release characteristic of different crop straws manure．Transactions of the Chinese Society of AgriculturalEngineering，2010，26(6):272-276．

［10］ Han L N，Wang Z H，Li JG．Effects of inoculatingmicrobes on banana pseudostem composting．Chinese Journal of Environmental Engineering，2012，6(11):4215-4222．

［11］ Hu H X， Wang Y F， He F， Di Y F． Decomposition characteristics of rice straw and its increasing yield effect．Soiland Water Conservation in China，2012，(7):51-53．

［12］ Li F Y，Sun X F，F(xiàn)eng W Q，Qin Y S，Wang C Q，Tu SH．Nutrient releasepatterns and decomposing rates of wheat and rapeseedstraw．Plant Nutrition and Fertilizer Science，2009，15(2):374-380．

［13］ Wang Y Q，Guo X S．Decomposition characteristics of crop-stalk under different incorporation methods．Chinese Journal of Eco-Agriculture，2008，16(3):607-610．

［14］ Zhai X C，Liu M，Li ZP，Xu Y C．Effectof differentadditiveson decomposition of rice straw．ScientiaAgriculturaSinica，2012，45(12):2412-2419．

［15］

參考文獻(xiàn):

［1］ 胡宏祥，馬中文，邵致遠(yuǎn)．還田秸稈腐解特征研究．湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，(5):44-46．

［2］ 張慶玲．水稻秸稈還田現(xiàn)狀與分析．農(nóng)機(jī)化研究，2006，(8):223-223．

［3］ 陸宇明，于平福，董穎聰，徐有海，李小紅．廣西秸稈綜合利用科技發(fā)展研究．西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，24(6):2420-2423．

［4］ 劉永賢，梁崎峰，李伏生，劉其葵，鐘俊軍，蔡利民，葉小冬．廣西低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對策．南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，42(4):453-456．

［5］ 匡恩俊，遲鳳琴，宿慶瑞，張久明，金梁．不同還田方式下玉米秸稈腐解規(guī)律的研究．玉米科學(xué)，2012，20(2):99-101，106-106．

［6］ 匡恩?。煌€田方式下大豆秸稈腐解特征研究．大豆科學(xué)，2010，29(3):479-482．

［7］ 馬永良，宇振榮，江永紅，羅維．兩種還田模式下玉米秸稈分解速率的比較．生態(tài)學(xué)雜志，2002，21(6):68-70．

［8］ 陳銀建，周冀衡，李強(qiáng)，解燕，劉加紅．秸稈腐解劑對不同作物秸稈腐解特征研究．湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，(1):19-21，25-25．

［9］ 戴志剛，魯劍巍，李小坤，魯明星，楊文兵，高祥照．不同作物還田秸稈的養(yǎng)分釋放特征試驗(yàn)．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(6):272-276．

［10］ 韓麗娜，王澤槐，李建國．接種外源微生物菌劑對香蕉莖稈堆肥的影響．環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，6(11):4215-4222．

［11］ 胡宏祥，汪玉芳，何方，邸云飛．水稻秸稈的腐解特征及其培肥增產(chǎn)作用研究．中國水土保持，2012，(7):51-53．

［12］ 李逢雨，孫錫發(fā)，馮文強(qiáng)，秦魚生，王昌全，涂仕華．麥稈、油菜稈還田腐解速率及養(yǎng)分釋放規(guī)律研究．植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2009，15(2):374-380．

［13］ 王允青，郭熙盛．不同還田方式作物秸稈腐解特征研究．中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，16(3):607-610．

［14］ 翟修彩，劉明，李忠佩，徐陽春．不同添加劑處理對水稻秸稈腐解效果的影響．中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，45(12):2412-2419．

［15］ 匡石滋，李春雨，田世堯，鄺瑞彬，易干軍，劉傳和．復(fù)合菌劑對香蕉莖稈堆肥中微生物和養(yǎng)分含量的影響．中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27(6):182-187．