陳貽釗

(福建省福州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所 福建福州 350018)

福建省食用菌年產(chǎn)量400 萬(wàn)t 以上，在食用菌產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的同時(shí)，也產(chǎn)生了大量的食用菌菌糠。菌糠是食用菌栽培后的廢棄物料，含有菌體蛋白、次生代謝產(chǎn)物、微量元素等多種水溶性養(yǎng)分及豐富的有機(jī)物質(zhì)，作為典型的農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢棄物若處置不當(dāng)會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響。廢棄菌糠有多種利用途徑，如菌糠可作為有機(jī)肥［1］，改良土壤理化性狀［2-3］，提高作物品質(zhì)［4］；作為菌糠飼料［5］，提高牲畜的品質(zhì)；可與其他物料按一定比例混配作為育苗基質(zhì)［6-7］或栽培基質(zhì)［8］，替代泥炭土，改善育苗效果。近年來(lái)，國(guó)家提出化肥使用量“零增長(zhǎng)”、增施有機(jī)肥、保護(hù)耕地等倡議以來(lái)，腐植酸的研究再次引起關(guān)注［9-11］。腐植酸不但具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)［12］、提高肥料利用率［13］、改良土壤等功效，堆肥中的腐植酸還可以作為表面活化劑治理受到有機(jī)污染的土壤［14-15］，因此提高堆肥中的腐植酸含量具有良好的應(yīng)用前景［16-17］。利用菌糠堆肥制備含腐植酸有機(jī)肥，提高菌糠堆肥的腐植酸含量對(duì)于廢棄菌糠消納、菌糠資源的利用具有重要意義。

發(fā)酵劑被應(yīng)用于堆肥主要以提高堆體溫度、高溫持續(xù)時(shí)間以及縮短堆肥時(shí)間為目的，促進(jìn)堆肥有機(jī)物料的腐熟［18-20］。隨著堆肥研究的不斷深入，發(fā)酵劑的研究趨向于不同的功能性。纖維素分解菌［21］促進(jìn)了堆肥纖維素降解；固氮菌、解磷菌以及解鉀菌的添加主要以提高堆肥中有效養(yǎng)分含量為目的［22］。生物腐植酸菌劑（biotransfu‐lationfulvic acid，BFA）是由秸稈或木屑等，輔以豆粕、麥麩等發(fā)酵原料，在合適的溫度、濕度下，由一種或多種有益菌群發(fā)酵、轉(zhuǎn)化得到的混合物［23］。BFA 菌劑可作為功能性飼料營(yíng)養(yǎng)添加劑，改善哺乳動(dòng)物健康［24-25］；作為堆肥發(fā)酵劑，能高效地發(fā)酵有機(jī)質(zhì)［26］，提高堆肥中微生物數(shù)量［27］，提高堆肥腐植酸類物質(zhì)的產(chǎn)量［28］。本文以海鮮菇菌糠為堆肥原料，研究添加BFA發(fā)酵劑對(duì)菌糠堆肥以及腐植酸產(chǎn)量的影響，為提高菌糠堆肥腐植酸產(chǎn)量提供指導(dǎo)依據(jù)，更好地發(fā)揮菌糠的利用價(jià)值、變廢為寶。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)選取海鮮菇菌糠為堆肥材料，海鮮菇菌糠來(lái)自福州永豐食用菌有限公司，BFA 發(fā)酵劑（專利號(hào)：ZL03112360.0，有效活菌數(shù)≥2.0 億/g）購(gòu)于市場(chǎng)。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019 年5～10 月在福州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所開(kāi)展。廢菌棒經(jīng)脫袋打碎，對(duì)照處理僅加水翻拌；添加發(fā)酵劑處理按每噸物料使用5 kg 發(fā)酵劑計(jì)算，將發(fā)酵劑與水混合后加入菌糠。兩個(gè)處理均調(diào)節(jié)水分含量約60%，裝入1 m×1 m×1 m 透氣尼龍袋進(jìn)行堆肥發(fā)酵。堆肥共持續(xù)60 d，每10 d進(jìn)行翻堆一次。翻堆均勻后采集物料作為測(cè)試樣品，經(jīng)風(fēng)干、粉碎、過(guò)1 mm篩備用。

1.2.2 樣品測(cè)試指標(biāo)及測(cè)定

溫度數(shù)據(jù)采集將溫度記錄儀探頭插入到堆體50 cm 深度，每隔一個(gè)小時(shí)自動(dòng)記錄溫度數(shù)據(jù)，取平均值作為當(dāng)日堆體溫度數(shù)據(jù)；稱取風(fēng)干樣約5.0 g，按1∶10 固液比加入蒸餾水，震蕩15 min，靜置30 min，分別用電導(dǎo)率儀、酸度計(jì)測(cè)定電導(dǎo)率和pH［29］；有機(jī)質(zhì)含量用馬弗爐燒失法測(cè)定［30-31］；總腐植酸用焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取，比色法測(cè)定其含量［32］。

2 結(jié)果與分析

2.1 添加發(fā)酵劑對(duì)菌糠堆肥溫度影響

有機(jī)肥腐熟溫度是影響微生物活性的最顯著因子，進(jìn)而影響有機(jī)肥發(fā)酵質(zhì)量，常作為堆肥中微生物活動(dòng)量的宏觀指標(biāo)［33］。海鮮菇菌糠建堆后5 d 內(nèi)溫度升至50℃以上并持續(xù)38 d（圖1），第40天后溫度有所下降，第50天翻堆后度有小幅上升，并呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，至60 d 結(jié)束溫度測(cè)定時(shí)，堆體溫度約為40℃。添加發(fā)酵劑的海鮮菇菌糠堆體在前40 d 的溫度變化趨勢(shì)、高溫持續(xù)天數(shù)與對(duì)照處理的溫度較相似，在堆肥10～30 d 期間，溫度小幅度高于對(duì)照處理，堆體進(jìn)入降溫期后兩者有所區(qū)別。第50 天翻堆后對(duì)照處理溫度上升后緩慢下降，而添加BFA腐熟劑處理翻堆后溫度趨于穩(wěn)定并接近室溫。分析2個(gè)處理的溫度變化認(rèn)為，對(duì)照處理第50 天翻堆后升溫可能是由于堆體內(nèi)物料未腐熟徹底，仍有部分微生物代謝產(chǎn)生熱量且產(chǎn)生的熱量大于堆體損失的熱量，使得堆體溫度有所上升；而添加發(fā)酵劑處理第50 天翻堆后溫度不再升高，表明堆體50 d時(shí)或50 d之前腐熟已較為徹底，翻堆時(shí)熱量損失后溫度不再升高。對(duì)于海鮮菇菌糠堆肥溫度特征而言，添加發(fā)酵劑有利于縮短堆肥時(shí)間，提前穩(wěn)定堆體溫度。

圖1 添加BFA發(fā)酵劑與CK處理堆肥的溫度特征

2.2 添加發(fā)酵劑對(duì)菌糠堆肥pH和EC值的影響

堆肥pH 值一般呈增加的趨勢(shì)，主要是由于堆肥過(guò)程中物料在微生物的作用下產(chǎn)生NH3，部分NH3隨著堆肥進(jìn)程的發(fā)展揮發(fā)，另一部分留在堆肥物料中使物料pH 值上升，菌糠堆肥的兩個(gè)處理pH 值變化較為一致，呈現(xiàn)上升趨勢(shì)（圖2），且添加BFA發(fā)酵劑處理pH 值上升較快；添加BFA 處理在第20天后pH 值變化較小，CK 處理pH 值在40 d 后趨于穩(wěn)定，pH 值保持在8.5～9.0；添加BFA 處理pH 值較CK處理更早趨于穩(wěn)定。

圖2 兩個(gè)處理堆肥pH與EC值變化特征

EC值的大小對(duì)微生物的生長(zhǎng)與活性有著重要的作用與意義，EC值過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響到微生物的生長(zhǎng)，適宜的EC值可使微生物正常生長(zhǎng)［34］。海鮮菇菌糠堆肥與添加BFA腐熟劑處理電導(dǎo)率呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，至堆肥結(jié)束，EC值分別提高了46.8%、58.1%，由原來(lái)的1.86 mS/cm、提高到2.73 mS/cm；添加BFA 發(fā)酵劑處理在前50 d，EC值均小于未添加處理且前40 d 電導(dǎo)率值上升較為慢，40～60 d 上升較快（圖2）。有關(guān)研究認(rèn)為，有機(jī)物料堆肥是礦化和腐殖化的有機(jī)結(jié)合，微生物先礦化有機(jī)物大分子物質(zhì)后腐殖化合成新的有機(jī)物，而EC值的增加可能是由于微生物活動(dòng)過(guò)程中礦化有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生更多的可溶性鹽［35］，從添加BFA 發(fā)酵劑處理的電導(dǎo)率變化分析，可能在第40 天后堆體的礦化作用要大于腐殖化作用，產(chǎn)生更多的鹽分。堆肥電導(dǎo)率應(yīng)小于4 mS/cm［36］，在0.5～3 mS/cm 均適合植物的生理生長(zhǎng)［37］。至堆肥結(jié)束，添加BFA發(fā)酵劑處理與CK 處理的堆肥EC值滿足一般堆肥的要求。

2.3 添加發(fā)酵劑對(duì)菌糠堆肥有機(jī)質(zhì)含量的影響

有機(jī)肥發(fā)酵過(guò)程中的物質(zhì)變化較為復(fù)雜，但主要有兩個(gè)基本過(guò)程，即礦質(zhì)化和腐殖化過(guò)程。礦質(zhì)化把有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)化合物，而腐殖化是微生物把礦質(zhì)化過(guò)程中形成的中間產(chǎn)物再合成為比原先更為復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)［33］。堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)總體上呈下降趨勢(shì)，主要是由于微生物活動(dòng)把有機(jī)碳以CO2、CH4、熱量等形式損耗。海鮮菇菌糠有機(jī)質(zhì)含量總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，主要在堆肥的前30 d，至堆肥結(jié)束，兩個(gè)處理有機(jī)質(zhì)含量下降分別為5.15%、8.04%，有機(jī)質(zhì)損失率較低；添加BFA發(fā)酵劑處理有機(jī)質(zhì)變化趨勢(shì)與對(duì)照處理較為一致，第20 天后有機(jī)質(zhì)含量低于對(duì)照處理且有機(jī)質(zhì)損失主要在堆肥的前30 d，后30 d有機(jī)質(zhì)含量保持在65%～70%并趨于穩(wěn)定。兩個(gè)處理可被腐殖化的有機(jī)質(zhì)總量一致，添加BFA發(fā)酵劑加快了有機(jī)質(zhì)的降解，且有機(jī)質(zhì)含量低于CK 處理且在40 d 再翻堆后變化不大（圖3）。

圖3 添加BFA發(fā)酵劑與CK處理堆肥的有機(jī)質(zhì)含量特征

2.4 添加BFA 發(fā)酵劑對(duì)海鮮菇菌糠堆肥腐植酸含量的影響

腐植酸有改良土壤、提高土壤中各種營(yíng)養(yǎng)元素的利用率、促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高作物抗力等功效。不同物料堆肥腐植酸含量差異較大，堆肥物料對(duì)堆肥腐植酸的含量及腐殖化過(guò)程起決定性作用［38］。一般認(rèn)為，腐植酸是物料堆肥的中間產(chǎn)物或礦化作用后新合成的有機(jī)物質(zhì)。海鮮菇菌糠堆肥總腐植酸含量呈現(xiàn)先增加、小幅下降后逐漸增加的趨勢(shì)，在40 d 時(shí)總腐植酸含量達(dá)堆肥進(jìn)程中的最高值，為356.6 g/kg，至堆肥結(jié)束，海鮮菇菌糠總腐植酸增加量達(dá)70.0%；50、60 d 測(cè)得總腐植酸含量分別為314.8、322.0 g/kg，較40 d 時(shí)有所下降。添加BFA 處理腐植酸含量變化趨勢(shì)較為一致，但添加BFA 處理前30 d，總腐植酸含量低于未添加處理，30 d后高于未添加處理，腐植酸含量第40 天達(dá)最高值，為410.7 g/kg（圖4），較對(duì)照處理高15.4%，40 d 后總腐植酸含量有所下降。總腐植酸下降的原因可能是由于堆肥腐熟后腐殖化作用大幅減弱，而微生物的生存仍在消耗包括腐植酸在內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)，導(dǎo)致腐植酸含量有所下降。腐植酸的形成隨堆肥進(jìn)程不斷積累，為提高腐植酸含量，在保證堆肥腐熟的情況下，可通過(guò)降低堆體的水分含量、減少微生物活動(dòng)量等措施以保護(hù)堆肥前期形成的腐植酸。

圖4 添加BFA發(fā)酵劑與CK處理堆肥的總腐植酸含量

3 討論

目前菌糠的堆肥研究多圍繞作為育苗基質(zhì)、有機(jī)肥以及動(dòng)物飼料等開(kāi)展，對(duì)于菌糠堆肥的腐植酸類物質(zhì)、氨基酸類物質(zhì)、植物促生作用以及微生物作用機(jī)理的研究還不夠深入。堆肥中腐植酸有巨大的應(yīng)用潛力，改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力、促進(jìn)作物生長(zhǎng)，更進(jìn)一步的作為表面活化劑、重金屬絡(luò)合劑等治理受污染的土壤。許多研究致力于提高堆肥中的腐植酸含量和品質(zhì)，以達(dá)到更好的應(yīng)用效果［10，39-41］。相比于普通物料堆肥，菌糠堆肥產(chǎn)物腐植酸類物質(zhì)含量較高［42］，且對(duì)石油污染［43］、多環(huán)芳烴污染［44］、錳污染［45］等土壤修復(fù)［46］具有良好應(yīng)用效果。本文通過(guò)添加BFA 發(fā)酵劑提高菌糠堆肥的腐植酸含量，為菌糠的高效利用提供了新的方法，同時(shí)菌糠堆肥產(chǎn)物還受到物料原料、物料含水量、C/N、翻堆頻率、通氣量等多方面的影響，還需要更深入的開(kāi)展相關(guān)研究。