李金文 熊又升 鲁寒英 周志远 刘威 徐大兵 陈从良

摘要：为优化以农作物秸秆为主体制备水稻育苗营养基质过程中的原料体积比、发酵时间和酸碱度等技术问题，以秸秆和啤酒淤泥为原料，开展了不同原料体积比好氧混堆发酵试验和单质调酸剂及复合调酸剂的筛选试验，并评价其在水稻育苗上的应用效果。结果表明，秸秆与啤酒淤泥的体积比为1∶1或1∶2堆混发酵时间相对较短，比一般发酵时间缩短7 d；与其他调酸剂处理相比，10 g/kg硫磺调酸剂对降低堆肥基质的酸度效果，以及基质质量百分比为2%石膏+3%普钙的复合调酸剂对降低及稳定水稻育苗基质酸度效果较好；堆肥基质应用效果证明基质配方为处理4（70%有机料+10%草炭+10%蛭石+5%腐植酸+1%石膏+4%普钙）的养分均衡、理化性状和保水保肥性能好，能满足中国南方地区早春低温旱育秧和机械插秧机的要求。

关键词：农作物秸秆；啤酒淤泥；堆肥；性状调控；水稻育苗基质

中图分类号：S14 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2018）07-0054-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.07.012

Properties Regulation of Compost-based Media Mixed With Straw and Beer Sludge and Evaluation of Its Applied Effects on Rice Seedling Growth

LI Jin-wen1，XIONG You-sheng2，LU Han-ying1，ZHOU Zhi-yuan1，LIU Wei2，XU Da-bing2，CHEN Cong-liang1

（1.Wuhan Riqing Bio-scientific Limited Company，Wuhan 430040，China；

2.Plant Protection and Soil Fertilizer Institute，Hubei Academy of Agricultural Sciences，Wuhan 430064，China）

Abstract： In order to optimize the volume ratio of different raw material，fermentation time and pH value in the process of preparation of rice seedling nutrition substrate， which utilizing crop straw as the main raw material，several experiment were conducted. Firstly，an aerobic fermentation test experiment was conducted using different volume ratio of crop residues to beer sludge to study the optimal fermenting technical conditions. Secondly，a screening experiment was conducted with different acidity regulators to reduce the pH value of compost substrate. And then，a growth experiment was conducted to evaluate its applied effects on rice seedling growth. The results indicated that the optimal conditions of the fermentation could be volume ratio of crop residues to beer sludge of 1∶1 or 1∶2，which could reduce the fermentation time by 7 days as compared with the normal. 10 g/kg sulfur were the best individual acidity regulators，and the optimal formula of compound acidity regulator was 2% gypsum mixed with 3% superphosphate. The application effects of compost testified that of group 4 matrix formula of nutrient（70% organic material+10% turf+10% vermiculite+5% humic acid+1% gesso+4% superphosphate） was balance and good in properties of physical and chemical and retention of water and nutrient. It could meet the low temperature in early spring and dry seedling and demand for trans-planter machine in southern China.

Key words： crop straw； beer-sludge； compost； properties regulation； rice seedling nutrition substrate

近年來，随着水稻种植机插旱育秧面积的扩大和技术的普及，水稻育秧基质显得尤为重要[1-3]。目前，与插秧机配套的是标准硬盘育秧，大多数地区主要采用从农田耕层取土、晒干粉碎，再添加营养剂、育秧剂等配制成营养土，然后装盘、播种育秧。采用营养土作为育秧基质存在取土量大、取土困难、容易发生土传病害、除草剂残留影响出苗等问题，同时，严重破坏了中国耕地土壤资源并对周围生态环境造成负面影响，不利于机插水稻秧的大面积推广。利用自然资源及工农业废弃物开发水稻无土育秧基质，一方面能有效解决育秧中营养土取土难和环境等问题，另一方面，能减少秸秆焚烧带来的环境污染及啤酒厂的废弃酵母淤泥（Beer factory sludge，BFS）填埋造成的土地浪费，达到资源循环利用。因此，本试验探讨堆肥基质的组成及酸碱度调配及其对秧苗生长的影响，对推广水稻工厂化基质育秧和标准，提高水稻现代化种植水平，取得更好的经济效益和环境生态效益具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 用于堆肥基质的发酵材料 秸秆为水稻秸秆，风干粉碎成2～3 cm的小段。啤酒淤泥BFS来自百威啤酒厂，主要为废弃酵母泥和酒糟泥，有害物质低于国家标准。基本性状见表1。

1.1.2 用于堆肥基质的调理材料 硫磺粉、过磷酸钙Ca（H2PO4）2、石膏（CaSO4）和无机矿物材料沸石、珍珠岩等。

1.2 试验方案

1.2.1 堆肥基质配料配比组成及好氧发酵试验 将粉粹处理的农作物秸秆和啤酒淤泥分别按体积比1∶1、2∶1、3∶1进行混合好氧发酵，分别编号为A1、A2、A3，3次重复。在堆肥发酵过程中测定堆肥的温度、pH、电导率（EC）、氮、磷、钾养分和有机质含量等，每天上午8：00测量堆肥温度，每2 d检测1次堆肥的pH和EC。

1.2.2 堆肥基质调酸试验 分单一调酸和复合调酸试验。单一调酸试验以硫磺为调酸剂，设5个不同浓度处理，即每千克堆肥有机料分别添加硫磺0（CK）、10、15、20、30 g；复合调酸试验设5个复合调酸剂处理，分别为1%硫磺+4%普钙（T1）、1%石膏+4%普钙（T2）、2%石膏+3%普钙（T3）、1%硫磺+1%石膏+3%普钙（T4）和1%硫磺+2%石膏+2%磷石膏（T5），并分别加入堆肥混合均匀，另外以不加任何调酸剂的堆肥为对照CK，重复3次。

1.2.3 堆肥基质育秧验证试验 将堆肥腐熟物料与无机矿物材料加复合调酸组配6组基质配方，试验设7个处理，分别为处理1（CK），75%有机料+15%草炭+10%蛭石+5%腐植酸；处理2，75%有机料+10%草炭+10%蛭石+复合调酸剂处理T1；处理3，70%有机料+5%草炭+10%蛭石+10%腐植酸+复合调酸剂处理T2；处理4，70%有机料+10%草炭+10%蛭石+5%腐植酸+复合调酸剂处理T2；处理5，70%有机料+15%草炭+10%蛭石+复合调酸剂处理T3；处理6，70%有机料+15%草炭+10%蛭石+复合调酸剂处理T4；处理7，75%有机料+10%草炭+10%蛭石+复合调酸剂处理T5，设3次重复，开展育秧试验。

1.3 测定方法

堆肥的溫度、pH、EC和氮、磷、钾养分、有机质含量的测定方法参照NY 525-2012；发芽指数（GI）测定参照GB/T 23486-2009[4]。

2 结果与分析

2.1 作物秸秆与啤酒淤泥配料的发酵效果

作物秸秆和啤酒淤泥分别按体积比1∶1、2∶1、3∶1 混合，添加武汉日清生物科技有限公司自主研发的堆肥发酵菌剂，采用太阳能堆肥快速升温装置和二次发酵工艺，进行好氧堆肥发酵，3种配比堆肥发酵过程中堆肥基质的温度变化如图1所示。由图1可知，堆肥堆放的前7 d温度不断升高，堆肥A3处理比另两个堆肥处理升温慢，且从17 d后堆肥温度没有明显的升降变化，说明秸秆与啤酒淤泥按体积比3∶1混合堆肥不利于其好氧发酵。

从图2可知，堆肥发酵过程中，pH呈现高-低-高的变化趋势，这可能是因堆肥前期微生物分解含氮有机物产生氨，出现前期堆肥pH升高，但随后的pH呈现下降趋势，可能是堆肥产生有机酸的原因，发酵后期pH再度升高，基本稳定在7～8，这与堆肥中大多数中温微生物的死亡和堆肥腐熟物料的铵盐积累和有机质腐殖质化有关。有研究报道[5]，堆肥发酵过程其实是有机物料不断矿物化和腐殖质化的过程。在发酵过程中金属阳离子的活度会得到很大程度的提高，因此，堆肥的EC出现升降变化。图2结果表明，秸秆和啤酒淤泥两种原料堆肥发酵后期以体积比3∶1混合的堆肥EC最高，其次是体积比为2∶1的堆肥。

由表2可知，堆肥有机物料发酵前后，除处理A3的磷养分外，3个配料处理的氮、磷、钾养分均增加，有机质含量降低。堆肥发酵过程中，微生物需消耗物料中含碳有机物为其提供能量，使得物料有机质降低，其无机养分不断积累，使养分含量相对增加。不同处理堆肥有机物料中有机质分解率和养分变化是堆肥A3处理变化相对较小，说明其发酵的效果弱于处理A1和处理A2，这可能与堆肥A3处理中秸秆比例较大而腐熟慢，以及水分散失快，不利于发酵所造成的。

综上所述，秸秆和啤酒活性淤泥在发酵菌株和快速升温堆肥装置的综合作用下能快速进入高温发酵阶段，加快好氧发酵进程。秸秆和啤酒淤泥混合发酵的适宜体积配比为1∶1～2∶1，其高温发酵时长为17 d左右，比传统堆肥发酵时间缩短7 d左右。

2.2 调酸剂对堆肥基质理化性状的影响

2.2.1 硫磺调酸剂对堆肥基质酸碱度的影响 在秸秆和啤酒淤泥混合发酵腐熟的有机料中添加少量硫磺，利用微生物氧化硫磺产生酸，调节有机物料的pH，4种不同浓度硫磺氧化调控堆肥酸碱度试验的pH变化如图3所示。由图3可知，加入硫磺的堆肥基质有机料在发酵期间pH均会下降，其下降速率和最低值与硫磺质量分数呈正相关；之后不同处理pH均趋于稳定，稳定时长约30 d。当硫磺浓度为10 g/kg时，35 d的堆肥基质pH下降到6.5左右；浓度为15 g/kg时，35 d 堆肥基质的pH下降到6.0左右；浓度为20 g/kg时，35 d堆肥的pH下降到5.4；浓度为30 g/kg时，35 d堆肥基质的pH下降到4.3；根据水稻秧苗的生长特性，堆肥基质的pH在4.3时不适宜水稻幼苗生长。

堆肥基质的有机料中添加硫磺量为10、15、20 g/kg配成水稻基质小样，然后，堆放10 d后进行育秧试验，分析检测不同配方基质育苗前后的理化性状。由表3可知，播种14 d后秧苗对堆肥基质养分的吸收情况表现为，硫磺浓度为10 g/kg处理的秧苗养分利用率最高，吸收氮素营养最多。与CK相比，3种硫磺处理的pH、EC变化相对稳定。

由4可知，4种基质中秧苗的生长速度无显著差异；硫磺浓度为10 g/kg和20 g/kg时，株高显著矮于CK；硫磺浓度为10 g/kg处理的茎基宽最大；硫磺浓度为10 g/kg和15 g/kg处理的地上部百株鲜重显著小于硫磺浓度为20 g/kg处理和CK，而百株地下部鲜重和最长根长大于硫磺浓度为20 g/kg处理和CK，且百株地下部鲜重差异达显著水平；有效盘根数各处理间无显著差异。

总体而言，用单一硫磺调节水稻育秧堆肥基质的pH效果显著，不同处理对秧苗素质影响显著，10 g/kg硫磺处理的效果最好。硫磺调酸的效果稳定持久，但需提前堆放，见效慢，对堆肥基质生产与供应需求有时间限制。

2.2.2 复合调酸剂对堆肥基质酸碱度的影响 针对硫磺对堆肥基质酸碱度调节效果慢的特点，进一步引入石膏、普钙等快速调酸物质，组成复合调酸剂，以期利用多种类调酸物质的综合作用调节水稻育秧基质堆肥的酸碱度，达到调酸迅速、作用持久、效果稳定的目的。由图4可知，所有处理组在添加复合调酸剂后都能使堆肥基质的pH迅速降低至6.5。T2和T3处理没有使用硫磺调酸，堆肥基质堆放过程中pH有回升趋势，调酸的效果不明显；而T1、T4、T5处理pH显著下降，调酸的效果明显。其中T1处理的pH稳定在4.8左右，而T4和T5 处理的pH稳定在5.5左右，有效时长为60 d。

综上所述，采用硫磺、普钙、石膏（磷石膏）等调酸物质组成复合调酸剂，调节堆肥基质pH的效果显著，稳定性好，以配方T4和T5为最优。生产上可以及时方便配用，无需提前堆放，更有利于实现工业化规模生产。

2.3 堆肥基质营养配方筛选及对水稻秧苗生长的影响

由表5可知，各配方基质容重最高为600 g/L，每个秧盘重约1.9 kg（秧盘体积约3.2 L），而采用传统营养土育秧，秧盘重量至少4 kg，是基质育秧重量的两倍。再考虑到基质保水性等问题，实际生产过程中使用无土基质育秧至少减少插秧机负重10%以上。

据报道，每生产100 kg稻谷需要N 2.02 kg、P2O5 0.56 kg、K2O 1.68 kg，而水稻秧苗期所需的氮、磷、钾营养分别占全生育期的0.50%、0.26%、0.40%[6]。依据湖北省水稻当下产量大约为9 000～11 250 kg/hm2，那么，每公顷水稻秧苗期生长所需的氮、磷、钾营养元素的量分别为1 023.0、147.0、850.5 g，旱育秧苗使用“日清公司”发的堆肥基质450 kg。由表5可知，每公顷所需（225～240盘）450 kg堆肥基质可为水稻秧苗提供所需的氮、磷、钾营养分别为7.65、3.60、4.05 g，完全能为水稻40 d秧苗生长提供足够的营养。

由表6可知，7个处理的秧苗生长速度无显著差异；各处理秧苗的株高和有效盘根数差异显著；综合秧苗茎基宽、百株地下部鲜重和最长根系长度等农艺性状指标可知，处理2、处理3、处理4显著优于其他处理和CK；同时，调查发现不同处理40 d秧苗抗病性存在明显差异，处理2和处理3秧苗发病较轻，处理5、处理6、处理7和CK秧苗发病程度均较重，处理4未发病，说明处理4在低温抗病方面优于其他处理；不同处理秧苗出苗率均在90%以上，以处理2、处理4秧苗出苗率最高，达95%以上，CK秧苗出苗率最低。

3 小结与讨论

秸秆和啤酒淤泥按体积配比1∶1～2∶1，在发酵菌剂和智能堆肥装置的综合作用下能快速进入高温发酵阶段，加快好氧发酵进程，其高温发酵时长达17 d左右，比传统堆肥发酵时间缩短7 d左右，能实现秸秆啤酒淤泥堆肥化循环利用。

用硫磺调节堆肥基质的pH有显著效果。堆肥基质在陈化期间pH均会下降，其下降速率和最低值与硫磺浓度呈正相关；堆放35 d后不同处理pH均趋于稳定，稳定时长约35 d左右。硫磺添加量为10 g/kg，混合堆放35 d后pH下降至6.0左右，调酸的效果稳定持久，但需提前堆放，见效慢。采用硫磺、普钙、石膏等调酸物质组成复合调酸剂，综合调节堆肥基质pH效果显著，配方以T4和T5为最优，见效快、稳定性时间长，基质pH稳定在5.5左右，有效時间为60 d左右，生产上可以及时配用，无需提前堆放。

以秸秆和啤酒淤泥堆肥化获得的堆肥基质，添加复合调酸剂和无机矿物材料组成水稻育秧基质，通过对水稻出苗率、秧苗农艺性状和抗病性等指标的验证试验，处理4基质配方养分均衡、理化性状好，能满足水稻秧苗40 d的营养需求，所育秧苗抗病性好；秧苗素质符合机械插秧机的要求，其堆肥基质容重小，与营养土相比，可减轻插秧机负重50%以上，能满足中国南方地区早春低温环境旱育秧的要求，适合工业化生产。

参考文献：

[1] 邵玉飞，马 建，陈 欣.利用煤矸石制作水稻育苗基质的研究[J].农业资源与环境科学，2017，34（6）：555-563.

[2] 胡笑柯，武欣康，王永元，等.育苗基质物理及化学性质的综述[J].广东化工，2011，38（3）：42-44.

[3] 张秀丽.秸秆型育苗基质理化性质的研究[J].安徽农业科学，2009，35（19）：8967-8968.

[4] 鲁如坤.土壤农业化学分析方法[M].北京：中国农业科学技术出版社，2000.

[5] 谢嘉霖，刘荣华，叶启芳，等.无土栽培基质电导率和pH值测定条件的研究[J].安徽农业科学，2006，34（3）：415-416.

[6] 杨文钰，屠乃美.作物栽培学各论[M].北京：中国农业出版社，2003.