碳氮比及腐熟菌剂对玉米秸秆发酵的影响

【摘要】：玉米秸秆是我国主要的农业废弃物之一，年产量高而利用率低，造成了资源浪费。玉米秸秆中含有多种营养元素，经过发酵处理可转变为良好的无土栽培固体基质。但是玉米秸秆碳氮比过高，自然发酵腐熟非常缓慢，因此探寻能够使其快速达到腐熟的发酵方法和工艺很有意义。本试验主要以玉米秸秆为原料，添加尿素调节碳氮比，研究了不同C/N和腐熟菌剂用量对玉米秸秆发酵（腐熟）的影响，并根据相关测定指标确定了玉米秸秆腐熟指标及其范围值，以期为玉米秸秆发酵基质的工厂化生产和应用提供理论和实践依据。研究结果表明： 1．C/N为15:1的条件不适宜玉米秸秆发酵，堆体温度上升缓慢，未出现高温期(温度＞50℃)，混合堆料物质分解速度慢，氮素损失严重，经过50天的发酵后堆料仍存在植物毒性，种子发芽指数未达80%以上。C/N为25:1和35:1有利于玉米秸秆的发酵。其中，C/N为25:1的处理发酵效果最好，堆体升温最快，高温持续时间最长（10天），经过29天的发酵，堆体温度即可降至室温水平；在整个发酵过程中，混合堆料的全氮损耗最少，有机碳降解速度最快；发酵21天后种子发芽指数达到80.0%以上，30天后超过85%，提前解除了混合堆料对种子的植物毒性。 2．添加腐熟菌剂对秸秆进行处理，添加量分别为秸秆质量的0.1%、0.3%和0.5%，并设置不加菌处理进行比较。通过对堆体温度、相关理化性质以及种子发芽指数的测定结果表明：与不加菌剂相比，添加腐熟菌剂能有效促进玉米秸秆发酵，延长堆体高温持续时间1-7天，提高了堆体的最高温度，缩短了发酵时间。同时，添加腐熟菌剂有助于玉米秸秆中的大分子纤维等有机物质的降解，能使秸秆提前解除植物毒性。通过对不同添加量处理之间的比较发现，腐熟菌剂对秸秆发酵的促进作用并不是单纯的随浓度增加而加强。试验结果表明，在一定添加量范围内，腐熟菌剂的促进效果随添加量的增大而加强，但是过量的添加反而削弱了促进效果，延长了腐熟时间。在本试验中，腐熟菌剂添加量为秸秆质量的0.3%时，促进效果最佳。 3．对各处理中各测定指标的相关性分析，以GI和C/N为筛选依据进行指标筛选，确定以铵态氮降解速率、铵态氮与硝态氮含量的比值、总有机碳降解率、C/N终点值与初始值的比值（T值）以及堆料的容重作为玉米秸秆发酵的腐熟指标。在本试验中，当玉米秸秆混合堆料的容重达到0.11-0.16g·cm~(-3)、铵态氮降解速度达到54-69%，NH4+-N/NO_3~--N达到2.3-3.0、有机碳降解率达到37-44%、T值的范围为0.65-0.85时，种子发芽指数可达85%，表明堆料的植物毒性消失，达到腐熟。 【关键词】：玉米秸秆 发酵 碳氮比 腐熟菌剂 腐熟指标
【学位授予单位】：甘肃农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S141.4
【目录】：

• 摘要2-3
• Summary3-5
• 英文缩写符号及中英文对照表5-8
• 前言8-9
• 第一章 文献综述9-22
• 1.1 国内外秸秆综合利用现状9-12
• 1.1.1 国内秸秆综合利用现状9-10
• 1.1.2 国外秸秆综合利用现状10-12
• 1.2 秸秆的基质化利用的现状及意义12-13
• 1.2.1 利用现状12-13
• 1.2.2 秸秆基质化利用的意义13
• 1.3 固体废弃物堆肥化原理及研究进展13-22
• 1.3.1 堆肥化原理13-15
• 1.3.2 影响堆肥腐熟的因素15-17
• 1.3.3 堆肥腐熟度及其评价指标研究进展17-22
• 第二章 不同 C/N 对玉米秸秆发酵的影响22-38
• 2.1 材料与方法22
• 2.1.1 材料22
• 2.1.2 试验设计22
• 2.2 测定指标与方法22-24
• 2.2.1 温度23
• 2.2.2 容重与孔隙度23
• 2.2.3 酸碱度（pH）、电导率（EC）和胡敏酸光学特性（E_4/E_6）23
• 2.2.4 总有机碳（TOC）23
• 2.2.5 全氮（TN）23
• 2.2.6 硝态氮（NO_3~--N）和铵态氮（NH_4~+-N）23-24
• 2.2.7 全磷和全钾24
• 2.2.8 种子发芽指数（GI）24
• 2.3 结果与分析24-35
• 2.3.1 温度变化24-26
• 2.3.2 pH 和 EC 的变化26-27
• 2.3.3 容重（BD）以及孔隙度的变化27-28
• 2.3.4 胡敏酸光学特性（E_4/E_6）的变化28-29
• 2.3.5 总有机碳（TOC）的变化29-30
• 2.3.6 氮素的变化30-32
• 2.3.7 C/N 的变化32-33
• 2.3.8 全磷和全钾的变化33-34
• 2.3.9 种子发芽指数（GI）的变化34-35
• 2.4 讨论35-36
• 2.5 小结36-38
• 第三章 腐熟菌剂对玉米秸秆发酵的影响38-53
• 3.1 材料与方法38-39
• 3.1.1 材料38
• 3.1.2 试验设计38-39
• 3.2 测定指标及方法39
• 3.3 结果与分析39-49
• 3.3.1 温度变化39-40
• 3.3.2 pH 和 EC 的变化40-41
• 3.3.3 容重（BD）以及孔隙度的变化41-42
• 3.3.4 胡敏酸光学特性（E_4/E_6）的变化42-43
• 3.3.5 总有机碳（TOC）的变化43-44
• 3.3.6 氮素的变化44-47
• 3.3.7 C/N 的变化47-48
• 3.3.8 全磷和全钾的变化48-49
• 3.3.9 种子发芽指数（GI）的变化49
• 3.4 讨论49-52
• 3.5 小结52-53
• 第四章 玉米秸秆发酵腐熟指标的相关性分析及标定53-61
• 4.1 各项腐熟指标之间的相关性分析53-56
• 4.2 玉米秸秆发酵各腐熟指标范围值的确定56-59
• 4.3 小结59-61
• 第五章 全文结论与展望61-63
• 5.1 全文结论61
• 5.1.1 不同 C/N 对玉米秸秆发酵的影响61
• 5.1.2 腐熟菌剂对玉米秸秆发酵的影响61
• 5.1.3 玉米秸秆发酵腐熟指标的确定61
• 5.2 展望61-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-70
• 作者简介70-71
• 导师简介71-72

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