玉米秸秆原位堆肥发酵腐熟是秸秆直接还田的一种方式，贵州毕节地处山区，秸秆粉碎还田等机械设备普及率有待进一步提高，2022年研究区农作物秸秆直接还田量39.80万t，直接还田率22.34%，其秸秆直接还田暂未得到大规模、大面积的推广[1]。研究区农作物秸秆以玉米为主，占农作物秸秆量的50%以上。卢健等[2]分析指出，玉米秸秆含有丰富的氮、磷、钾和有机质等，秸秆还田有利于减少环境污染和土壤中水分的蒸发，改善土壤的理化性质。因此，提高玉米秸秆原位堆肥发酵直接还田技术的推广应用对农业生产具有重要的意义。
近年来，对影响秸秆腐熟条件因素的研究较多，影响秸秆发酵的因素有温度、腐熟剂和水分等。高日平等[3]研究了生物菌剂对玉米秸秆堆沤过程水热状况及酶活性的影响，发现添加秸秆腐熟剂和新鲜牛粪可改善堆沤秸秆水热条件并提高其水解酶活性，进而加快秸秆堆沤腐解进程。赵秀云[4]研究表明，木质素酚能够通过生成芳香化合物和醌类物质影响腐殖酸电子转移能力，进而影响秸秆腐熟程度。目前对影响玉米秸秆腐熟综合因素的研究较少，尤其是对玉米秸秆原位堆肥发酵腐熟条件物理指标的大田试验研究。基于此，本试验对影响玉米秸秆发酵的温度、腐熟剂和水分进行综合试验研究，对玉米秸秆发酵过程进行大田观察与测定，综合评定得出其发酵的最佳条件，从而探索出简单实用易于推广的秸秆原位堆肥发酵还田技术，为秸秆还田技术的推广应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区基本情况
在贵州毕节七星关区何官屯镇、纳雍县文昌街道、大方县果瓦乡和黔西市观音洞镇开展相应的试验示范。选择能代表当地半干旱典型地域的坡耕地或梯田作为试点地块，同时选择具有良好示范效果且玉米秸秆资源比较丰富的地块作为承试基点，安排在同一阶梯地块上。试验地当年12月至次年3月平均温度16 ℃。
1.2 试验时间
当年11月30日至次年3月30日。
1.3 试验材料
玉米秸秆、水、铡刀、薄膜、秸秆腐熟剂、温度计、卷尺和台秤等。
1.4 试验设计
在不同的试验点分别收集玉米秸秆约400 kg，将其铡成2～3节的小段（越短越好），平均分成12份，每份33 kg。在原位选择地势平坦的4 m2土块12块，清理干净整理成略凹型的畦形（便于积水和防止菌液外流）地块，分别进行试验处理。
试验共设4个处理，每个处理重复3次。处理1：直接堆沤发酵，将堆积后的秸秆堆用薄膜封严，用泥将薄膜固定。处理2：腐熟剂1.0～1.5 kg对水40～50 kg配置成稀释液，在秸秆上均匀喷施，以喷透为度，反复喷，边翻动边喷，使含水量在55%左右，后期不增加用水，将堆积好的秸秆堆用薄膜封严，并用泥将薄膜固定。处理3：参照处理2开展，后期保持堆体内湿度，湿度不够时增加用水量，湿度越大越好。处理4：直接堆沤发酵。试验分组见表1。
表1 试验分组 |
| 序号 | 处理 | 用量 |
|---|---|---|
| 处理1 | 覆膜堆沤发酵 | 2 kg厚薄膜 |
| 处理2 | 覆膜堆沤发酵+腐熟剂 | 处理1+1.0～1.5 kg腐熟剂 |
| 处理3 | 覆膜堆沤发酵+腐熟剂+水 | 处理2+30 kg水 |
| 处理4 | 直接堆沤发酵 |
1.5 测定指标和方法
每隔1个月，用温度计测量秸秆堆的温度，℃；用卷尺测量秸秆堆的高度，cm；用台秤测量秸秆堆的重量，kg；观察记录秸秆颜色，用黄色、灰色、深灰色、褐色和黑褐色进行表示，秸秆腐熟程度表示为黄色<灰色<深灰色<褐色<黑褐色。根据温度、高度、重量和秸秆颜色综合得出秸秆堆的腐熟程度。
1.6 数据分析
试验数据采用Excel软件进行分析处理。
2 结果与分析
2.1 秸秆堆温度
试验开始时，秸秆堆内温度15.5 ℃，秸秆未开始发酵，每隔1个月测量其温度。相同试验处理下，秸秆堆温度随时间的延长逐渐升高，3月30日温度达到最高；不同试验处理，相同时间秸秆堆温度由高到低依次是处理3>处理2>处理1>处理4（表2）。表明同时使用薄膜、发酵剂和水，有利于提高秸秆堆温度，促进秸秆腐熟。
表2 不同处理对秸秆堆内温度的影响 (℃) |
| 处理 | 测定时间 | |||
|---|---|---|---|---|
| 12月30日 | 1月30日 | 2月28日 | 3月30日 | |
| 1 | 17.2 | 20.2 | 25.2 | 27.3 |
| 2 | 19.1 | 22.1 | 27.1 | 29.7 |
| 3 | 22.0 | 25.5 | 30.4 | 31.4 |
| 4 | 16.3 | 18.1 | 21.3 | 22.4 |
2.2 秸秆堆高度
试验开始时，秸秆堆高度150 cm，秸秆未开始发酵，每隔1个月测量其高度。相同试验处理下，秸秆堆高度随时间的延长逐渐降低，3月30日高度达到最低；不同试验处理，相同时间秸秆堆高度由低到高依次是处理3<处理2<处理1<处理4（表3）。表明同时使用薄膜、腐熟剂和水，有利于降低秸秆堆高度，促进秸秆腐熟。
表3 不同处理对秸秆堆内高度的影响 (cm) |
| 处理 | 测定时间 | |||
|---|---|---|---|---|
| 12月30日 | 1月30日 | 2月28日 | 3月30日 | |
| 1 | 132.7 | 129.4 | 120.2 | 112.3 |
| 2 | 120.4 | 113.5 | 103.6 | 94.6 |
| 3 | 109.9 | 100.3 | 92.3 | 84.6 |
| 4 | 145.6 | 138.4 | 133.7 | 126.4 |
2.3 秸秆堆重量
开始试验时，秸秆堆重量33 kg，秸秆未开始发酵，每隔1个月测量其重量。相同试验处理下，秸秆堆重量随时间的延长逐渐增加，3月30日重量达到最高；不同试验处理，相同时间秸秆堆重量由高到低依次是处理3>处理2>处理1>处理4（表4）。表明同时使用薄膜、腐熟剂和水，有利于增加秸秆堆重量，促进秸秆腐熟。
表4 不同处理对秸秆堆重量的影响 (kg) |
| 处理 | 测定时间 | |||
|---|---|---|---|---|
| 12月30日 | 1月30日 | 2月28日 | 3月30日 | |
| 1 | 33.8 | 34.1 | 35.1 | 36.2 |
| 2 | 34.1 | 36.1 | 38.1 | 40.6 |
| 3 | 36.0 | 38.1 | 41.3 | 44.4 |
| 4 | 33.5 | 33.8 | 34.2 | 34.8 |
2.4 秸秆颜色
试验开始时，秸秆颜色为黄色，秸秆未开始发酵，每隔1个月观察秸秆颜色变化。发现秸秆颜色随时间的延长逐渐加深；不同试验处理，3月30日秸秆颜色由深到浅依次是处理3>处理2>处理1>处理4（表5）。表明同时使用薄膜、腐熟剂和水，有利于加深秸秆颜色，促进秸秆腐熟。
表5 3月30日不同处理对秸秆颜色的影响 |
| 处理 | 秸秆堆颜色 |
|---|---|
| 1 | 深灰色 |
| 2 | 褐色 |
| 3 | 黑褐色 |
| 4 | 灰色 |
2.5 秸秆腐熟程度
3 试验技术特点及效益分析
3.1 技术特点
本研究对影响玉米秸秆发酵的温度、腐熟剂和水分进行试验，探究秸秆腐熟的最佳条件，试验包括了以下几个特点。（1）试验方便，可就地堆制。一般在农闲时节进行堆沤发酵腐熟，其占地面积小，不耽误来年的农业生产，一次成肥，省工省力，易于推广。（2）腐熟较快。11月底开始试验，一般堆制10 d后，堆温逐渐升高，秸秆30 d左右开始腐熟，腐熟程度较大程度取决于秸秆腐熟剂的配合施用以及腐熟过程中的含水量。秸秆腐熟度越高，其堆沤成肥的质量越高，对后期生产有积极影响。吴成龙等[5]研究表明，秸秆充分腐熟，其堆沤成肥的有机质达60%，且含有8.5%～10.0%的氮磷钾及微量元素，易被农作物吸收。刘强崇[6]研究发现，堆肥时堆温较高，能杀灭秸秆中的病菌、虫卵及杂草种子，有利于减轻病虫草害及污染。
3.2 效益分析
参考李岩[7]对玉米秸秆还田效益的研究，本研究条件下的效益分析如下。人工750～1 050元/hm2（包含秸秆收集、铡断和堆砌等），薄膜75～150元/hm2，秸秆发酵剂150～375元/hm2，成本共975～1 575元/hm2。玉米秸秆腐熟还田与化肥共减少施复合肥5%～30%，减少肥料成本375～450元/hm2。产生生物有机肥产量增加675～1 425元/hm2，新增收益1 050～1 875元/hm2，净收入75～300元/hm2。
4 结论与讨论
刘赛男等[8]分析表明，玉米秸秆腐熟分解，主要靠秸秆堆中的微生物，而微生物的活动和繁殖，需要一定的温度，最适宜温度在20～42 ℃，即秸秆堆温度越高，腐熟程度越大。王丽娟等[9]研究指出，秸秆发酵得越完全、越软化，其占用的空间越小，秸秆堆高度减少得越多，秸秆发酵效果越好；秸秆发酵得越完全，秸秆转化成的有机质越多，吸水量越多，其重量增加得越多，秸秆发酵效果越好。唐彩梅等[10]研究表明，秸秆发酵得越完全，被微生物分解得越多，其固有的物质会逐渐减少，即秸秆颜色越深，发酵效果越好。本试验发现，处理3使用薄膜+腐熟剂+水，秸秆堆温度最高，高度最低，重量最大，颜色最深，综合腐熟度最高，表明施用腐熟剂有利于促进秸秆腐熟，薄膜通过保持秸秆堆湿度和温度促进秸秆腐熟。玉米秸秆腐熟分解，主要靠秸秆堆中的微生物，由于秸秆腐熟剂中含有大量的枯草芽孢杆菌等多种有益微生物，有利于增加秸秆堆中微生物的数量，在适宜环境条件下，促进玉米秸秆的快速分解，加速秸秆腐熟；秸秆堆中微生物的活动和繁殖，需要一定水分，因此增加秸秆堆含水量，有利于加速秸秆腐熟。
综上，玉米秸秆原位堆肥发酵腐熟技术同时使用薄膜、秸秆腐熟剂和保持湿度能使玉米秸秆最大程度腐熟，且在实际生产中能获得一定的经济效益。本研究结果为提高玉米秸秆腐熟度，推广秸秆还田技术应用提供参考。