（植物营养学专业论文）烤烟茎杆对水体环境的影响及其堆肥化利用的研究.pdf

独创性声明 本人声明，所呈交的学位( 毕业) 论文，是本人在指导教师的指导下独立完成 的研究成果，并且是自己撰写的。尽我所知，除了文中作了标注和致谢中已作了答 谢的地方外，论文中不包含其他人发表或撰写过的研究成果。与我一同对本研究做 出贡献的同志，都在论文中作了明确的说明并表示了谢意，如被查有侵犯他人知识 产权的行为，由本人承担应有的责任 学位( 毕业) 论文作者亲笔签名：日期： 论文使用授权的说明 本人完全了解福建农林大学有关保留、使用学位( 毕业) 论文的规定，即学校 有权送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部分 内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 保密，在年后解密可适用本授权书口 不保密，本论文属于不保密。口 学位c 毕业，论文作者亲笔签名：奋杰久日期；加。7 ，i ，形 魏州 隰岬幻6 福建农林大学硕士学位论文 摘要 烤烟茎杆是福建省主要农业废弃物之一，长期以来一直没有合理的方法处理烤 烟茎杆，造成大量烤烟茎杆被堆积于田头、沟渠或河流旁。本课题通过烤烟茎杆浸 水试验，烤烟茎杆堆肥试验，及盆栽试验，评估了废弃烤烟茎杆对水体环境的影响， 探讨了烤烟茎杆与鸡粪堆肥化利用的可行性及其堆肥产品的施用效果，为烤烟茎杆 的资源化利用提供了参考。主要研究结果如下： 1 废弃烤烟茎杆浸水后的养分流失状况 在浸水条件下，新鲜烤烟茎杆千物质流失最快的时期是浸水的前1 0 天浸水 1 0 天时烤烟茎杆干物质流失率为3 4 5 2 ，有机质的流失率达3 2 1 6 ；烤烟茎杆 中的氮、磷、钾流失率分别为2 4 1 3 、7 4 5 5 、7 9 4 6 。新鲜烤烟茎杆浸水6 0 天时，烟杆的干物质、有机质、氮、磷、钾流失率分别达5 0 0 5 、4 6 8 8 、6 8 6 8 、 9 5 1 0 、9 5 7 6 。由此可估算，若将福建省一年产生的烤烟茎杆全部堆积于田头、 沟渠、河流旁等，就可能有9 0 6 5 8 吨氮素、2 4 7 2 4 吨磷素、2 9 1 8 6 4 吨钾索流失而 进入水体。 2 废弃烤烟茎杆浸水后对水体环境的影响 将5 0 0 9 新鲜烤烟茎杆( 干物质量为1 3 5 2 9 ) 浸于1 5 l 去离子水中，并对浸泡 烤烟茎杆水体进行研究发现：烤烟茎杆连续浸泡1 0 天时，浸提液铵态氮、全氮、 全磷、全钾含量分别升高到1 6 2 5 1 m g 、3 9 0 7 8 m g 、1 1 0 9 5 m g 、1 6 4 0 m g ，若将该浸 提液全部加入到1 0 m 3 水体中，足以使水体中的铵态氮、全氮、全磷浓度分别增加 到0 0 1 6 m g l 、0 0 3 9 m g 1 , 、0 0 1 1 m g l 。新鲜烤烟茎杆浸水第1 0 天、2 0 天、3 0 天 时，水体c o d 含量分别为1 3 8 2 3 3 3 m g l 、1 0 5 6 0 0 0 m g l 、8 7 2 6 5 2 r a g l ；加天时 c o d 含量降为7 2 0 8 8 6 m g l 。从新鲜烤烟茎杆浸水的第1 0 天开始，水体中有机质 的分解速度已经比输入速度快，在浸水4 0 天时仅有少量不易分解的有机质存在于 水体中。 若将5 0 0 9 新鲜烤烟茎杆浸水1 0 天的浸提液( 1 5 l ) 稀释5 0 0 倍，水体的体积 为7 5 0 l ，水体的c o d 为2 7 6 5 m g l ，c o d 超过地面水环境质量标准规定的v 类水 的要求。烤烟茎杆堆积于田头、沟渠、河流旁的处理方式存在着的加重水体富营养 福建农林大学硕士学位论文 化，使水体缺氧，进而影响烟区环境生态系统的可能性。 3 烤烟茎杆的堆肥化利用 烤烟茎杆+ 碳酸氢铵处理在堆肥过程中的最高堆温为5 0 * 0 ，堆肥期间堆料的全 氮、全磷、全钾均表现出一定的累积量，并且堆肥5 0 天后堆料浸提液浸种的种子 发芽指数 5 6 ，有毒物质含量达到安全范围。烤烟茎杆+ 鸡粪处理的堆肥最高温 为6 4 ，高温期持续了1 0 天，达到了堆肥卫生标准。该处理堆料的全氮、全磷、 全钾含量也表现出了一定的累积量，并且堆料的c n 下降速度比烤烟茎杆+ 碳酸氢 铵处理的快。这说明烤烟茎杆与鸡粪联合堆肥能够达到较好的堆肥效果。 4 烤烟茎杆堆肥腐熟度指标的确定 烤烟茎杆+ 鸡粪处理( 处理a ) 与烤烟茎杆+ 碳酸氢铵处理( 处理b ) 堆肥3 0 天后，两处理的堆温均与气温已达到平衡。堆肥4 0 天时，处理a 与处理b 堆料的 铵态氮厢态氮分别为0 1 1 、0 1 4 ，且该指标已趋于稳定。堆肥5 0 天时，处理a 与 处理b 堆料的c n 分别达到1 2 9 8 、1 6 5 5 ，已达到理论上的堆肥稳定时的闺值。堆 肥5 0 天时，a 、b 两处理堆料浸出液浸种后，种子发芽指数分别为5 6 7 0 、5 8 3 1 ， 两处理的种子发芽率均达到1 0 0 。 5 烤烟茎杆与鸡粪联合堆肥产品的施用效果 在盆栽试验中，烤烟茎杆+ 鸡粪联合堆肥成品与化肥配施处理( 配施a 处理) 的氮、磷、钾比例为1 ：1 3 8 ：2 3 8 ( 磷以p 2 0 5 计，钾以k 2 0 计) ，该处理的菜心干 物质产量最大，为7 0 2 9 p o t ，并且菜心硝酸盐含量达到了一级食品的要求，为 2 7 3 6 9 p g g 经种植一季菜心后，单施烤烟茎杆+ 鸡粪联合堆肥成品处理( 有机肥a 处理) 的盆栽土壤中的碱解氮、速效磷、速效钾的含量最高，分别为2 0 4 4 2 m g k g 、 1 0 2 5 3 m g k g 、2 3 0 2 8 m g k g 。烤烟茎杆+ 鸡粪联合堆肥成品与化肥配施处理为本次试 验中最好的施肥方案，烤烟茎杆与鸡粪联合堆肥产品的品质要优于烤烟茎杆与碳酸 氢铵联合堆肥的产品。 关键词：烤烟茎杆；水体环境；堆肥；有机肥；肥效 2 福建农林大学硕士学位论文 a b s t r a c t t o b a c c os t e mi so n eo ft h em i nw a s t e s o ff u j i a na g r i c u l t u r e t h e r ei sn o a p p r o p r i a t ew a yt om a k eu s eo fi tu pt on o w al a r g ea m o u n to ft o b a c c os t e m s i s a c c u m u l a t e db e s i d et o b a c c of i e l d s ，r i v e r so ri r r i g a t i o nc a n a l s i nt h i sr e s e a r c h t h e i n f l u e n c eo nw a t e re n v i r o n m e n to fd i s c a r d i n gt o b a c c os t e m sw a ss t u d i e di ni m m e r s i o n t e s t ，t h ef e a s i b i l i t yo ft o b a c c os t e ma n dc h i c k e nm a n u r ec o - c o m p o s i n gw a ss t u d i e di n c o m p o s t i n gt e s t ，t h ee f f i c i e n c yo ft h ec o m p o s tw h i c hw a sm a d ef r o mt o b a c c os t e m sw a s s t u d i e di np o tc u l t u r ee x p e d m e m ，ar e f e r e n c ef o rt h er e c y c l i n go ft o b a c c os t e m sw a s p r o v i d e dm a i nr e s u l t sa sf o i l o w s ： 1 i h el o s so ft o b a c c os t e mn u t r i e n t sa f t e rs e a kt o b a c c os t e m si nw a t e r t h e1 0 豁o ft o b a c c os t e mn u t r i e n t sw a st h em a x i m u ma tt h ef i r s t1 0d a y sa f t e rt h e f r e s ht o b a c c os t e m sw a ss o a k e di nw a t e r t h el o s sr a t i oo ft o b a c c os t e md r ym a t t e rw a s 3 4 5 2 t h e1 0 酷r a t i oo ft o b a c c os t e mo r g a n i cm a t t e rw a s3 2 1 6 a tt h e1 0 t hd a ya f t e r f r e s ht o b a c c os t e n l sw a ss o a k e di nw a t e r a tt h a tt i m e t h el o s sr a t i oo ft o b a c c os t e m n i t r o g e n , p h o s p h o r u sa n dp o t a s s i u mw a s2 4 1 3 ，7 4 5 5 ，7 9 4 6 r e s p e c t i v e l y o nt h e 6 0 t hd a ya f t e rt h ef r e s ht o b a c c os t e m sw a ss o a k e di nw a t e r t h e1 0 s sr a t i o so ft o b a c c o s t e md r ym a t t e r , o r g a n i cm a t t n i t r o g e n , p h o s p h o r u s p o t a s s i u mw a s5 0 0 5 、4 6 8 8 、 6 8 6 8 、9 5 1 0 、9 5 7 6 r e s p e c t i v e l y i ti sp r e d i c t e dt h a t9 0 6 5 8tn i t r o g e n , 2 4 7 2 4t p h o s p h o r u s 2 9 1 8 6 4tp o t a s s i u mw i l lb e1 0 s ti fa 1 1t h et o b a c c os t e m sw h i c h i sp r o d u c e d d u r i n gay e a ri nf u j i a np r o v i n c ei sa c c u m u l a t e db e s i d et o b a c c of i e l d s ，r i v e r so ri r r i g a t i o n c a n a l s 2 t h ei n f l u e n c eo ft o b a c c os t e i i l st ow a t e re n v i r o n m e n to nt h ec o n d i t i o i lt h a t t o b a c c os t e m sw a ss o a k e di nw a t e r 5 0 0g 丘e s ht o b a c c os t e m sw a ss o a k e di n1 5lw a t e r , a n das t u d ya b e u tt h ew a t e r w h i c ht h et o b a c c os t e m sw a sd i p p e d t h er e s u l t sa sf o l o w s ：d u r i n gt h ef i r s tt e nd a y s a f t e rt h et o b a c c os t e m sw a ss o a k e di nw a t e r , t h ec o n t e n t so fa m m o n i a c a ln i t r o g e n , t o t a l n i t r o g e n , t o t a lp h o s p h o r u s , t o t a lp o t a s s i u mi nw a t e rw a s1 6 2 5 1m g ，3 9 0 7 8r a g ，1 1 0 9 5 m g , 1 6 4 0m gr e s p e c t i v e l y i fa nt h el e a c hl i q u o rw a sp u ti nl o r e 3w a t e r , t h cc o n t e n t so f 锄m o n i a c a ln i t r o g e n , t o t a ln i t r o g e n , t o t a lp h o s p h o r u si nt h ew a t e rw i l li n c r e a s et o0 0 1 6 m g l , 0 0 3 9m # l0 0 1 1 吼r e s p e c t i v e l y o nt h e1 0 t h , 2 0 t 1 1 3 0 t hd a ya f t e rt h ef r e s h t o b a c c os t e m sw a ss o a k e di nw a t e r , t h ec o n t e n to fc o di nt h ew a t e rw a s1 3 8 2 3 3 3m g l 1 0 5 6 0 0 0m g k8 7 2 6 5 2 m w lr e s p e c t i v e l y ；o nt h e4 0 t hd a y , t h ec o n t e n to f di nt h e w a t e l w a s7 2 0 8 8 6 m g la f t e rt h et o b a c c os t e m sw a ss o r k e di nw a t e rf o rt e nd a y s 。t h e d e c o m p o s i n gs p e e do fo r g a n i cm a t t e ri nt h ew a t e rw a s f a s t e rt h a nt h a to ft h ei n p u t t i n g s p e e d t h e r ei so n l yas m a l lq u a n t i t yo fn o n d e g r a d a b l eo r g a n i cm a t t e ri nt h ew a t e ra f t e r t h et o b a c c os t 锄ss o a k e di nt h ew a t e rf o r4 0d a y s i ft h el e a c hl i q u o rf 1 5uw h i c h5 0 0gf r e s ht o b a c c os t e mw a ss o a k e di nf o r1 0d a y s w a sd i l u t e dt o5 0 0t i m e s , i t sv o l u m ei s7 5 0ln sc o dj s2 7 6 5m g 化w h i c hi sb e y o n d 3 福建农林大学硕士学位论文 t h en a t i o n a ls t a n d a r do fvc l a s sw a t e r i ft o b a c c os t e mi sa c c u m u l a t e db e s i d et o b a c c o f i e l d s ，r i v e r so ri r r i g a t i o nc a n a l s ，t h ew a t e re u t r o p h i c a t i o nw i l ll i k e l yb em o r es e r i o u s ，a n d t h ew a t e ra n o x i aw i l lb ep r o m o t e df o r t h , t h ee c o s y s t e ma r o u n dt h et o b a c c of i e l d sw i l l 蚴b ed e s t r o y e d 3 a e r o b i cc o m p o s t i n go ft o b a c c os t e m i nt h ec o m p o s tt e s t ：t h em a x i m u mt e m p e r a t u r eo ft o b a c c os t e m sa n da m m o n i u m b i c a r b o n a t ec o - c o m p o s t i n gt r e a t m e n tw a s5 0 t h et o t a ln i t r o g e n , t o t a lp h o s p h o r u s , a n d t o t a lp o t a s s i u mc o n t e a t so ft h et r e a t m e n tw e r ea c c u m u l a t e d n 璩g e r m i n a t i o ni n d e xf g l l o ft h et r e a t m e n t25 6 a f t e rc o m p o s t i n g5 0d a y s i ts h o wt h a tt h et o x i c a n tc o n t e n tw a s d r o p p e dt os a f e t yr a n g e ；t h em a x i m u mt e m p e r a t u r eo ft h et o b a c c os t e m sa n dc h i c k e n m a n u r ec o - c o m p o s t i n gt r e a t m e n tw a s6 4 a n dt h em a x i m u mt e m p e r a t u r er e m a i n e df o r 1 0d a y si nt h ec o m p o s t i n gp r o c e s s i tm e tt h eh e a l t hs t a n d a r d s n et o t a ln i t r o g e n , t o t a l p h o s p h o r u s , a n dt o t a lp o t a s s i uc o n t e n t so ft h et r e a t m e r i tw e r ea l s oa c c u m u l a t e d a n dt h e c nr a t i oo f t h et r e a t m e n td e s c e n d e df a s t e rt h a nt h a to f t h et o b a c c os t e ma n da m i n o n i u m b i e a r b o n a t ec o - c o m p o s t i n gt r e a t m e u t t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o - c o m p o s t i n go f t o b a c c os t e m sa n dc h i c k e nm a n u r ei sb e t t e rt h a nt h ec o - c o m p o s t i n go ft o b a c c os t e m sa n d a m m o n i u mb i c a r b o n a t e 4 t h ep a r a m e t e ru s e dt oe v a l u a t et h em a t u r i t yo fc o m p o s t s t h et e m p e r a t u r eo ft h et o b a c c os t e m sa n dc h i c k e nm a n u r ec o - c o m p o s t i n gt r e a t m e n t ( t r e a t m e n ta 、a n dt h et e m p e r a t u r eo ft h et o b a c c os t e l t i sa n da m i n o n i u mb i c a r b o n a t e c o - c o m p o s t i n gt r e a t m e n t ( t r e a t m e n tb 、w e r eb o t hl e v e l e da tt h ea m b i e n tt e m p e r a t u r e a f t e rc o m p o s t e df o r3 0d a y s t h en h 4 + - n n 0 3 - - nr a t i o so ft r e a t m e n taa n dt r e a t m e n tb w a s0 1 1 0 1 4r e s p e c t i v e l y , a n dt h e yb o t ha p p r o a c h e ds t a b i l i z a t i o no nt h e4 0 t hd a yo f c o m p o s t i n gp r o c e s s o nt h e5 0 t hd a yo f t h ec o m p o s t i n gp r o c e s s 。t h ec nr a t i oo f t r e a t m e n ta a n dt h ec nr a t i oo f t r e a t m e n tbw a s1 2 9 8 、1 6 5 5r e s p e c t i v e l y , a n dt h ec n r a t i oo ft r e a t m e n taa n dt r e a t m e n tbb o t ha p p r o a c h e dt h et h r e s h o l dv a l u eo fc o m p o s t s t a b i l i z a t i o n 可1 cg e r m i n a t i o ni n d e x ( ( h ) o ft r e a t m e n taa n dt h eg io ft r e a t m e n tbw a s 5 6 7 0 5 8 3 1 r e s p e c t i v e l m n 坞g e r m i n a t i o nr a t i o so ft r e a t m e n taa n d 耵1 e g e r m i n a t i o uo f t r e a t m e n tbb o t hw a s1 0 0 a tt h a tt i m e 5 t h ed 强c i e n c yo ft h ec o m p o s tw h i c hw a sm a d ef r o mt o b a c c os t e m sa n dc h i c k e n n l a n u f e t h em a i nr e s u l t so ft h ep o tc u l t u r ee x p e r i m e n ta sf o l l o w s ：t h en ：p ：ka p p l i c a t i o u r a t i oi nt h et r e a t m e n ti nw h i c ht h et o b a c c os t e m sa n dc h i c k e nm a n u r ec o c o m p o s t i n g p r o d u c tw a sa p p l i e dw i t hc h e m i c a lf e r t i l i z e r ( c o m b i n e dat r e a t m e n t ) w a s1 ：1 3 8 ：2 3 8f p w a sm e a s u r e db yp 2 0 5 ，kw a sm e a s u r e db y 磁o ) 耽ed r ym a t t e ro u t p u to fc a b b a g ei n c o m b i n e dat r e a t m e n tw a st h el a r g e s ti nt h i st e s t 。a n di t sd r yo u t p u tw a s7 0 2g p o t t h e n i t r a t ec o n t e n ti nt h ec a b b a g eo f c o m b i n e da t r e a t m e n tr e a c h e dt h ef i r s tc l a s so f t h ef o o d s t a n d a r d , t h en i t r a t ec o n t e n ti nt h ec a b b a g ew a s2 7 3 6 9o e , g a f t e rc a b b a g eh a r v e s t i n g , t h ea v a i l a b l en 。a v a i l a b l eea n da v a i l a b l ekc o n t e n t si nt h es o i lo f t h et r e a t m e n ti nw h i c h 4 福建农林大学硕士学位论文 t h et o b a c c os t e m sa n dc h i c k e nm a n u r ec o - c o m p o s t i n gp r o d u c tw a s2 0 4 4 2m g k g , 1 0 2 5 3m g k g ，2 3 0 2 8m g k gr e s p e c t i v e l y t h et o b a c c os t e m sa n dc h i c k e nm a n u r e c o - c o m p o s t i n gp r o d u c tc o m b i n e dw i t hc h e m i c a lf e r t i l i z e rt r e a t m e n ti st h eb e s tf e r t i l i z i n g p l a n t h ep r o d u c tp r o d u c e df r o mt o b a c c os t e ma n d c h i c k e nm a n u r eh a sb e t t e rc h a r a c t e r s t h a nt h ep r o d u c tp r o d u c e df r o mt o b a c c os t e ma n da m m o n i u mb i c a r b o n a t e k e yw o r d s ：t o b a c c os t e m ；w a t e rb o d ye n v i r o n m e n t ；c o m p o s t ；o r g a n i cm a n u r e ； f e r t i l i z e re t t i c i e n c y s 福建农林大学硕士学位论文 1 绪论 烤烟是我国的主要经济作物，其种植面积居世界首位，产量约占世界烟叶总产 量的3 0 左右。2 0 0 4 年度中国纳税排行中，烤烟制造业在我国排第一位，纳税总额 达1 3 2 5 3 5 亿元。福建省是我国主要的优质烤烟生产基地，其烟叶质量居全国前列， 并以其特有的清香醇和而闻名全国，深受各烟厂的青睐。2 0 0 6 年福建省烤烟种植面 积达5 5 万公顷，占我国烤烟种植总面积1 0 0 万公顷的5 3 3 。据收购统计，福建 省烤烟年产量1 2 万吨左右，占我国烟叶年产量5 0 0 万吨的2 4 左右1 1 1 。在大面积 种植烤烟而带来巨大经济效益的同时，也产生了大量的农业废弃物烤烟茎杆。 据生产实践，烤烟烟叶产量与茎杆产量的比例大约为1 ：1 。由此推算可知福建省每 年产生约1 2 万吨烤烟茎杆。由于福建省烟区实行烟稻轮作，栽培季节紧，轮作周 期间隙短，劳动力不足等因素，导致烤烟茎杆未能合理地利用。据田间实际调查， 目前福建烟区相当多的烤烟茎杆被堆积于田头、水沟、河流旁。部分烟杆随水流走， 部分被烟农用水浸泡晒干后作为燃料，还有部分烟杆被直接焚烧。总之，烤烟茎杆 未得到合理的利用( 图1 1 图1 - 6 是对南平建阳市烤烟种植基地进行实地调查时 所拍摄的废弃烤烟茎杆相关相片) 。大量废弃的烤烟茎杆在自然环境下腐解释放的 氮、磷、钾养分在雨水的淋洗作用下进入水体，可能对水体环境产生较大的影响。 堆肥是作物秸秆资源化利用的有效途径，但烤烟茎杆的c n 较高，不能单独进行堆 肥。 福建省近年来养殖业飞速发展，但养殖业是一种高污染的行业，会产生大量的 粪便污染物，仅福建圣农集团年产鲜鸡粪就达1 0 万吨，如何合理利用鸡粪资源已 成为企业可持续发展的难题。鸡粪的c n 较低，单独进行堆肥，缺乏微生物活动所 需的碳源，不利于堆料的腐熟。 因此，探讨废弃烤烟茎杆对水体环境的影响，研究烤烟茎杆与鸡粪混合堆肥的 利用途径，对保护烟区生态环境、促进烤烟种植业和畜禽养殖业的可持续发展具有 重要的意义。 1 1 废弃烤烟茎杆对环境可能产生的不利影响 废弃的烤烟茎杆主要以三种方式被消耗：部分烤烟茎杆长期堆放于田头、水 6 福建农林大学硕士学位论文 沟、河流旁直到完全腐解；部分烤烟茎杆被雨水冲入沟渠、河流顺水流走；部 分烤烟茎杆经长期堆放后被焚烧。 1 1 1 烤烟茎杆自然堆放可能造成的不利影响 ( 1 ) 养分流失 烤烟茎杆堆放于田头经雨水淋洗吸水腐烂，特别是新鲜的烤烟茎杆经雨水淋洗 后极易腐烂。腐烂的烤烟茎杆所含的氮、磷、钾等营养物质随水流失，进入地表径 流，使养分不能还田。同时，由于养分不能还田导致大量化肥施入土壤，有可能造 7 福建农林大学硕士学位论文 成土壤团粒结构下降、土壤板结，使农田的生产力下降。目前尚未有人做过关于烤 烟茎杆堆积于田头所造成养分流失的研究，所以对于废弃烤烟茎杆所造成的养分流 失状况尚未有参考数据。 ( 2 ) 水体环境污染 作物秸秆经雨水浸泡腐烂后，大量氮素、磷素在微生物的作用下形成铵盐、硝 酸盐、磷酸盐、钾盐等水溶性物质，这些水溶性物质随雨水进入水体。这可能导致 水体富营养化，使水中生物缺氧死亡，减少我国的水产养殖资源，造成水体污染， 进而降低一些自然景观的观赏性，影响我国的旅游资源。目前，每年由作物秸秆腐 解而进入水体的氮、磷、钾的量尚没有统计数据。 ( 3 ) 病害 直接堆放于田头的烤烟茎杆堆积腐烂后，部分营养渗入土壤，使田头堆放区成 为有利于病菌生长的高营养区，并且将上季染病烟杆所携带的病原菌残留在田头土 壤中。在下季烤烟种植过程中，病原菌形成大量孢子，经耕作、流水等一些人为或 自然作用进入农田中，形成病害。在有关烤烟病毒病综合防治的研究中曾有人提出： 要彻底销毁烟杆、烟权、烟根、病叶以及烟田死亡的杂草，减少土壤中的病菌源【8 j 。 据有关研究：烤烟普通花叶病病毒、菌核病菌、猝倒病菌、炭疽病菌都是在受侵染 的病株残体上越冬1 9 l 。烤烟黑茎病病原菌可在土壤及病株残体中存活2 3 年【埘， 烤烟猝倒病、菌核病等一些病原菌可以在土壤中存活5 年以上一旦这些病原菌侵 入土壤，可能会长期影响烤烟种植，甚至十几年无法消除其对烤烟病害的影响。很 多研究表明，烤烟田间卫生是影响烤烟病害的重要因素【1 1 】。据有关调查：赣中地区 烤烟连作，病株残体直接还田导致病害逐年加重【1 2 1 烤烟茎杆自然堆放造成的养分流失及对水体环境可能产生的影响，至今尚无这 方面的研究报道调查烤烟茎杆堆放于田头造成的养分流失，评价其对水体环境造 成的影响，是确定是否有必要对烤烟茎杆进行资源化利用研究的必需条件。 1 1 2 焚烧烤烟茎杆可能产生的不利影响 ( 1 ) 浪费资源 烤烟茎杆中不仅含有大量纤维素、木质素，还含有一定数量的粗蛋白、粗脂肪、 磷、钾等营养成分和许多微量元素。经焚烧后，大量氮索、碳素生成氮氧化合物和 碳氧化合物进入大气。据有关研究；6 亿吨秸秆所含的养分相当于3 0 0 多万吨氮肥、 8 福建农林大学硕士学位论文 7 0 0 多万吨钾肥、7 0 多万吨磷肥所含的养分，约为全国每年化肥施用量的1 4 。在 田间焚烧农作物秸秆，仅能利用秸秆中所含钾素的4 0 ，其余氮、磷、有机质和 热能则全部损失【2 l 。若按以上研究结果来估算，当福建省所产生的烤烟茎杆全部被 焚烧时，氮、磷、钾的年损失量分别为1 6 5 0 吨、3 3 0 吨、2 2 8 6 吨。 ( 2 ) 土壤肥力下降 土壤中含有丰富的对农作物有益的微生物。绝大多数土壤微生物在1 5 4 0 c 范 围内活性最强，对促进土壤有机质的矿质化，加速养分的释放，改善植物养分供应 起着重要作用。烤烟茎杆在田闻焚烧时放出大量热量，在表层土壤过火以后，有 可能使土壤中微生物被高温杀灭。据有关研究；焚烧秸秆产生的热量可使地下5 e r a 处温度升高到6 5 9 0 c ，高温危害土壤中的微生物，从而影响农作物养分的转化 和供应， 导致土壤肥力下降1 2 j 。 ( 3 ) 污染大气环境 烤烟茎杆中含有氮、磷、钾、碳及有机硫等。据有关调查：作物秸秆，特别是 刚采收尚未干透的茎杆在不完全燃烧时产生大量氮氧化物、二氧化硫、碳氢化合物 及烟尘( 悬浮颗粒) 【2 3 1 。此外，氮氧化合物和碳氢化合物在阳光下又可能产生二 次污染物( 如：臭氧) ，再次污染环境i t 。城郊四周产生的大气污染物在城市热岛效 应的作用下，自然地向市区流动，可能造成严重的大气污染。有人曾估算燃烧1 0 0 0 k g 作物秸秆排放污染物的量，其具体排放量如表1 1 【5 j ： 表1 - 1 不同作物秸秆燃烧时污染物的排放量 玉米秆 1 5 4 6 21 5 92 4加5 小麦秆 1 5 1 3 61 3 93 68 2 豆秆1 6 4 2 31 8 22 26 1 稻草 1 4 0 5 11 3 52 21 9 0 河南省鹤壁市食品安全综合示范区在玉米秸秆集中焚烧的9 月底和1 0 月初， 空气中的s 0 2 、n 0 2 、髑p 含量超标嘲。1 9 9 9 年国家环保总局、农业部、财政部、 铁道部、交通部、民航总局等6 部委联合发布了秸秆禁烧和综合利用管理办法， 对禁止焚烧秸秆做出了明确的规定川。烤烟茎杆中含有大量的碳、氮、磷、钾等元 素，燃烧后，只有磷、钾等少量的营养元素没有进入大气，其它的养分大部分以碳 氧化物、氮氧化物等形式进入大气。福建省的烤烟茎杆产量较大，假设有2 0 的烤 9 福建农林大学硕士学位论文 烟茎杆被焚烧，将会有3 万吨烤烟茎杆被焚烧，如此大量的烤烟茎杆被焚烧，将有 可能对大气环境产生较大的影响。 1 2 我国对作物秸秆资源化利用的研究现状 作物秸秆的资源化利用问题早已引起国家的重视，目前对粮食作物、花生、大 豆等作物秸秆的综合利用已作了大量的研究。我国作物秸秆的主要利用方法有：秸 秆气化集中供气技术 1 s “9 j 、秸秆压块成型及炭化技术 2 0 心“、秸秆直接燃烧技术c 2 2 2 3 1 、秸秆直接还田技术 2 4 龋硐、催腐剂堆肥技术、速腐剂堆肥技术、酵素菌堆肥技 术鲫、秸秆饲料利用技术脚孤3 0 l 、秸秆青贮技术p 、秸秆氨化处理技术、用秸秆 生产有机产品及燃料的技术、利用秸秆生产轻型建材替代木材和粘土砖【3 2 】、利用秸 秆生产可降解包装缓冲材料技术、秸秆作为食用菌培养基等利用方式p 3 。其中利用 微生物对作物秸秆进行堆肥化还田技术是一种有效的秸秆资源化利用方案。近年 来，由于秸秆很少返田，土壤中养分流失，化肥大量施用等因素，加速了农田生态 环境、土壤理化性状以及土壤中微生物区系的破坏，使农作物的产量和品质受到严 重影响。化肥的大量使用，造成土壤团粒结构减少，化肥有效吸收率降低。据研究， 农作物对化肥吸收率为：氮3 5 左右、磷1 0 2 0 、钾4 5 左右【3 4 1 。美国、加拿大 及欧洲国家6 0 以上的有机肥料源于堆肥。 1 3 堆肥的作用及堆肥工艺的特点 堆肥处理农业废弃物，一方面能利用高温杀死农业废弃物中的各种病原菌、虫 卵和寄生虫【3 5 蚓，防止农田环境的生物污染，减少植物生长过程中病虫害的发生和 杂草的衍生【3 7 删。另一方面通过秸秆还田可提高土壤生物活性，减少氮素损失， 提高土壤肥力，改善土壤耕性，保蓄水分，平衡土温，降低化肥旌用量，节约农业 生产成本髀协4 1 4 2 】。它具有投资小，易推广，不产生二次污染的特点，是一种有 效的农作物秸秆利用方法。烤烟茎杆的碳素含量较高，其碳氮比约为3 9 ：1 ，而堆肥 要求的最佳碳氮比为2 0 3 0 ：1 ，所以不适合单独堆肥。鸡粪是较好的有机肥料资源， 其碳氮比约为1 8 ：1 。若以鸡粪为掺料调整烤烟茎杆堆肥时的c n ，恰好可以使堆料 的c n 降到比较理想的范围。通过烤烟茎杆与鸡粪联合堆肥可以杀灭染病烟杆所含 的病源菌，控制烤烟病原菌的传播，减少烤烟茎杆和鸡粪对环境造成的污染，杀灭 福建农林大学硬士学位论文 鸡粪中所含的病源菌，实现养分回收，变废为宝，提高烟农的经济收入，妥善处理 畜禽养殖业与烤烟种植业两大行业所产生的废弃物。为福建省烤烟种植业与畜禽养 殖业两大产业所产生的废弃物的资源化利用提供新途径。因此，开展烤烟茎杆与鸡 粪联合堆肥化处理的研究，具有重要的生产实践意义。 1 4 堆肥化处理作物秸秆的研究现状 1 4 1 堆肥的微生物学机理 ( 1 ) 细菌 细菌在堆肥的升温阶段和高温阶段起着重要的作用，其中包括假单细胞菌属 ( p s e u d o m o n a s ) 、克雷伯氏菌属( k l e b s i e l l a ) 以及芽孢杆菌。在堆肥的初期嗜温菌 最为活跃，凭借着大的比表面积快速将可溶性底物吸收到细胞中，并放出能量使堆 温逐渐升高。在这一阶段起主要作用的菌种是嗜温菌，例如芽孢杆菌属的一些菌种 ( 枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌) 、革蓝氏阴性菌和革蓝氏阳性菌。a b d e n n a c 2 u r 等人的研究表明，在堆肥过程的初始阶段，嗜温细菌最为活跃，其数量为每克干物 料8 5 x l o s 5 8 1 0 9 个，随着堆温的升高其种群达到最低，在降温阶段其数量又 有所回升【4 3 1 。在以秸秆为底物的堆肥系统中，利用磷脂肪酸作为指示剂对堆肥微生 物进行研究的结果表明，革蓝氏阳性菌的数量随堆温的升高而增加，随堆温降低而 减少；革蓝氏阴性细菌和真菌的数量在堆温刚升到5 0 c 左右时达到最大值，在之后 的高温阶段则不断减少。在堆肥高温期，只有细菌中的嗜热菌种成为堆肥过程的优 势菌种之一。b e f f at 等人曾在堆肥过程中的高温期筛选出嗜热菌属，这些细菌能 够在6 5 以上，甚至高达8 2 。c 的垛温下生长l “1 ( 2 ) 放线菌 放线菌是具有多细胞菌丝的细菌，因此它更像真菌。放线菌可以分解一些纤维 素，并溶解木质素。尽管放线菌分解纤维素和木质素的能力没有真菌强，但是它们 能忍受更高的温度和p h 值，所以在堆肥的高温期它是分解木质纤维素的优势菌群。 在条件恶劣的情况下高温放线菌以孢子形式存活。研究表明诺卡氏菌( m o c a r d i a ) 、 链霉菌( s t r e p t o m y c e s ) 、高温放线菌( t h e r m o a c t i n o m y c e s ) 和单孢子菌 ( m i c r o m o n o s p o r a ) 等都是在堆肥中占优势的嗜热性放线菌，它们不仅出现在堆肥 过程中的高温阶段，同样也出现在降温阶段1 4 s i n 福建农林大学硕士学位论文 ( 3 ) 真菌 真菌优其是白腐菌可以利用堆肥底物中所有的木质纤维素，其中黄孢原毛平革 菌是最具代表性的微生物，对其研究最为深入。白腐真菌( 如彩绒革盖菌) 不仅具 有降解纤维素的能力，同时也表现出更强的降解木质素的能力堆肥中起主要作用 的真菌可分为嗜温性真菌和嗜热性真菌，嗜温性真菌中的地霉菌( g e o t r i c h u m s p ) 和嗜热性真菌中的烟曲霉( a s p e r g i l l u sf u m i g a t u s ) 是堆肥微生物中的优势种群，其 他一些真菌，如担子菌( b a s i d i o m y c o