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        高溫高壓處理對(duì)麥秸理化性質(zhì)的影響

        2020-08-31 10:15武英霞王杰春
        現(xiàn)代園藝 2020年17期
        關(guān)鍵詞:碳氮比麥秸電導(dǎo)率

        沈 軍,武英霞,王杰春

        (河南科技學(xué)院園藝園林學(xué)院,河南新鄉(xiāng) 453003)

        中國每年產(chǎn)生9 億多t 的農(nóng)作物秸稈,麥秸占其中的15.2%。目前,我國的秸稈利用率較低,其綜合利用率還不到45%。2016 年,農(nóng)業(yè)部等6 部委聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用試點(diǎn)的方案》,明確提出了“力爭到2020 年,秸稈綜合利用率達(dá)到85%以上”,其中一條有效技術(shù)路徑就是將其作為育秧、育苗基料[1]。

        目前,針對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物如棉花秸稈、玉米稈、菇渣、花生殼、稻草、油菜稈等作為無土栽培基質(zhì)進(jìn)行了較多的研究[2-9]。曾清華[10]、劉濤[11]、韓春梅[12]等研究了以小麥秸稈為主要成分的無土栽培基質(zhì)在蔬菜育苗上的應(yīng)用效果,改善了基質(zhì)的理化性狀,提高了育苗效果,但其主要采用堆漚發(fā)酵的方法處理麥秸,漚制時(shí)間較長,一般需要3 個(gè)月以上,費(fèi)時(shí)費(fèi)工[13-14]。采用高溫高壓處理麥秸作為無土栽培基質(zhì)還未見報(bào)道。本試驗(yàn)以麥秸作為研究對(duì)象,研究了不同時(shí)間高溫高壓處理對(duì)其物理、化學(xué)性狀的影響,為商業(yè)化開發(fā)麥秸型無土栽培基質(zhì)提供理論指導(dǎo)。

        1 材料和方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        麥秸為新鄉(xiāng)當(dāng)?shù)匦←準(zhǔn)斋@后的廢棄物,去除雜質(zhì),用藥物粉碎機(jī)(型號(hào):FY130)粉碎,過5mm 的篩網(wǎng)。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        本試驗(yàn)設(shè)4 個(gè)處理,采用型號(hào)為DSX-30L 高壓鍋,溫度為120℃、壓強(qiáng)102kPa 的條件下處理0.5h、1h、1.5h,分別記作處理1(T1)、處理2(T2)、處理3(T3),以不做高溫高壓處理的作為對(duì)照(CK)。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。

        1.3 試驗(yàn)方法

        將粉碎好的麥秸均勻噴濕后裝入聚丙烯袋中,封緊塑料袋口,裝入高壓鍋中(型號(hào):HICLAVE HVE-50),時(shí)間分別設(shè)定為0.5h、1h、1.5h。待高壓鍋溫度和壓力降下來后,取出處理過的麥秸,晾干后測定其物理、化學(xué)性狀[15-16]。

        容重與孔隙度:體積為100mL 的燒杯質(zhì)量為W1,裝滿麥秸后,燒杯和麥秸的重量為W2,用紗布包裹后,在水中浸泡24h,稱重為W3,紗布重為W4,控水后重為W5,按照以下公式進(jìn)行計(jì)算:容重(g/cm3)=(W2-W1)/100;總孔隙度(%)=[(W3-W1)-(W2-W1)]/100×100;通氣空隙(%)=(W3+W4-W5)/100×100;持水孔隙(%)=(W5-W2-W4)/100×100;大小孔隙比(%)=通氣空隙/持水孔隙。

        pH、EC 值:采用1∶5 飽和浸提法測定。烘干基質(zhì)與去離子水按1∶5 的比例充分?jǐn)嚢?,過濾后,用pH計(jì)(PHS-3C)和電導(dǎo)率儀(DDS-11A)分別測定濾液的pH、EC 值。

        總碳:采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定。

        全氮:采用半微量凱氏定氮法測定。

        1.4 數(shù)據(jù)分析

        采用Excel 處理數(shù)據(jù),SPSS17.0 軟件進(jìn)行單因素方差分析。

        表1 不同處理時(shí)間對(duì)麥秸物理性質(zhì)的影響

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同處理時(shí)間對(duì)麥秸物理性質(zhì)的影響

        容重反映了基質(zhì)的疏松、緊實(shí)程度。由表1 可知,對(duì)照麥秸的容重最大,為0.16g/cm3,隨著處理時(shí)間的增加,麥秸的容重在降低,處理時(shí)間為1.5h 時(shí),容重最小,為0.09g/cm3,與對(duì)照相比減小了0.07g/cm3。經(jīng)方差分析可知,所有處理與對(duì)照相比,均達(dá)到了顯著水平但沒有達(dá)到極顯著水平;處理間沒有達(dá)到顯著水平。

        通氣孔隙的孔隙直徑在1mm 以上,作用是貯氣。處理2 與對(duì)照的通氣孔隙較大,而處理1 和處理3 的通氣孔隙值有所降低,最大值與最小值相差5.87%。經(jīng)方差分析可知,對(duì)照與處理2 未達(dá)到顯著水平,但與處理1 和處理3 達(dá)到了極顯著水平,處理1 與處理3 未達(dá)到顯著水平。

        持水孔隙是孔隙直徑在0.001~0.1mm 范圍內(nèi)的孔隙,作用是貯水。對(duì)照的持水孔隙最大,為67.92%,各處理的持水孔隙均有所降低,以處理2 的持水孔隙最小,為35.25%。經(jīng)方差分析可知,對(duì)照與各處理均達(dá)到了極顯著水平,處理1 與處理3 達(dá)到了極顯著水平,處理3 與處理2 達(dá)到了極顯著水平。

        總孔隙度反映了基質(zhì)貯氣和貯水的能力。對(duì)照的總孔隙度最大,為85.19%,各處理的總孔隙度均有所降低,以處理2 的總孔隙度最小,為52.54%,與對(duì)照相差32.65%。經(jīng)方差分析可知,對(duì)照與各處理間達(dá)到了極顯著水平,處理1 與處理3 達(dá)到了極顯著水平,處理3 與處理2 達(dá)到了極顯著水平。

        大小孔隙比反映了基質(zhì)中氣、水之間的狀況,是衡量基質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)。處理2 的大小孔隙比最大,為0.49,其余的均在0.20 左右。經(jīng)過方差分析可知,處理2 與對(duì)照和其余處理達(dá)到了極顯著水平,對(duì)照與其余處理之間未達(dá)到顯著水平。

        2.2 不同處理時(shí)間對(duì)麥秸化學(xué)性質(zhì)的影響

        由表2 可知,經(jīng)過高溫高壓處理,麥秸的電導(dǎo)率均有所提高,以處理1 的電導(dǎo)率值最大,為1.73mS/cm。經(jīng)方差分析可知,對(duì)照與各處理間達(dá)到了極顯著水平;處理1 與處理2 和處理3 達(dá)到了極顯著水平,處理2與處理3 達(dá)到了極顯著水平。

        所有處理的pH 值均在6.0~7.0 之間,為中性或弱酸性。對(duì)照的pH 值最大,經(jīng)過高溫高壓處理后,麥秸的pH 值均有所下降。經(jīng)過方差分析可知,對(duì)照與各處理間均達(dá)到了極顯著水平,處理2 與處理1 和處理3達(dá)到了極顯著水平,處理1 與處理3 達(dá)到了極顯著水平。

        表2 不同處理時(shí)間對(duì)麥秸化學(xué)性質(zhì)的影響

        所有處理全碳的含量均在30%以上,經(jīng)方差分析可知,對(duì)照與各處理間未達(dá)到顯著水平;各處理間也未達(dá)到顯著水平。

        經(jīng)過高溫高壓處理后,麥秸的含氮量比對(duì)照都有所增加,達(dá)到了3%以上,并且隨著處理時(shí)間的增加,氮含量也在增加,處理3 比對(duì)照增加了1.65%。經(jīng)方差分析可知,各處理與對(duì)照達(dá)到了極顯著水平,各處理間未達(dá)到顯著水平。

        對(duì)照的碳氮比最大,經(jīng)過高溫高壓處理后,麥秸的碳氮比均降低,其中處理2 降低得最多,降低了10.82。經(jīng)方差分析可知,對(duì)照與各處理達(dá)到了差異極顯著水平,各處理間未達(dá)到顯著水平。

        3 討論與結(jié)論

        堆漚發(fā)酵可以很好地改善有機(jī)固體廢棄物的理化性狀,采用與其他基質(zhì)復(fù)配更好地滿足作為無土栽培基質(zhì)的要求[17-19]。通常認(rèn)為無土栽培基質(zhì)的最佳容重值在0.1~0.8g/cm3[16],本試驗(yàn)中麥秸的容重基本在此范圍內(nèi),但所有的容重均較低,高新昊等通過堆漚發(fā)酵麥秸,其容重為0.1024g/cm3,與本試驗(yàn)的結(jié)果一致[18],需要與容重較大的基質(zhì)混配。

        基質(zhì)的總孔隙度由通氣孔隙和持水孔隙組成,反映了容納空氣和水的能力,一般認(rèn)為適宜的總孔隙度在54%~96%[16]。本試驗(yàn)的總孔隙度除處理2 略低于此范圍外,其余都在適宜范圍之內(nèi)。處理2 的通氣孔隙占總孔隙度的32.91%,屬于高孔隙度,其余處理屬于中等孔隙度。適宜的大小孔隙比在25%~50%之間。試驗(yàn)中,除處理1 略低于25%以外,其余處理都符合此要求。從麥秸的物理性狀的總體上看,經(jīng)過高溫高壓處理后,基本滿足無土栽培基質(zhì)的要求,可以作為無土栽培基質(zhì)使用,但需與其他基質(zhì)混配達(dá)到更好的物理性狀。

        栽培蔬菜的溶液電導(dǎo)率應(yīng)大于1mS/cm[16],經(jīng)過堆漚處理的麥秸,其電導(dǎo)率在3.23mS/cm,對(duì)于作物來說有些偏大[18]。從本試驗(yàn)結(jié)果看,所有處理的電導(dǎo)率均大于1mS/cm,但只有處理1 的電導(dǎo)率大于1.3mS/cm。當(dāng)電導(dǎo)率小于1.3mS/cm 時(shí),需要進(jìn)行施肥,因此,其他處理在栽培作物時(shí)需要灌溉營養(yǎng)液。在本試驗(yàn)中,隨著處理時(shí)間的增加,電導(dǎo)率呈現(xiàn)降低的趨勢。

        pH 值對(duì)基質(zhì)總體的肥力,有機(jī)質(zhì)分解,營養(yǎng)元素釋放,離子代換吸收有著重要影響,一般認(rèn)為基質(zhì)的pH 值以6.5~7.0 為宜[16]。經(jīng)過堆漚處理的麥秸,其pH值在7.3 左右,偏堿性,但經(jīng)過高溫高壓處理后,其pH值基本處于弱酸性,滿足了作物的需求。

        經(jīng)過高溫高壓處理后,麥秸的全碳含量變化較小,而全氮的含量有所增加,增加量幾乎達(dá)到了1 倍。合適的碳氮比有利于基質(zhì)中微生物的活動(dòng),促進(jìn)作物根系和莖葉全面生長,若碳氮比值過高,微生物生命活動(dòng)時(shí)會(huì)對(duì)氮進(jìn)行爭奪,會(huì)導(dǎo)致植物缺氮。一般要求碳氮比宜低不宜高,在30 左右較適宜[16]。經(jīng)過堆漚處理的麥秸,其碳氮比值為10.7[18],與本試驗(yàn)的相差不大,適宜作物的生長。

        試驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過高溫高壓處理,可以較好地改善麥秸的理化性狀,相較于傳統(tǒng)的堆漚發(fā)酵處理麥秸,高溫高壓處理達(dá)到了堆漚處理秸稈的水平,甚至在EC值和pH 值等指標(biāo)上有所提高,同時(shí)縮短了制備周期,減輕了對(duì)環(huán)境的影響,但仍需與其他基質(zhì)混配來進(jìn)一步改善麥秸型無土栽培基質(zhì)的理化性狀。

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