孫振濤， 孫秀英， 丁浩男， 劉 寧

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，遼寧 沈陽 110866； 2.遼寧省農(nóng)業(yè)博物館，遼寧 沈陽 110866）

0 引言

食用菌產(chǎn)業(yè)正在高速蓬勃發(fā)展，帶動了鄉(xiāng)村振興，同時也產(chǎn)生了大量的菌渣廢棄物亟待處理解決，迫切需要高效經(jīng)濟(jì)實(shí)用的菌渣資源再利用技術(shù)[1]。香菇是我國目前產(chǎn)量最大的食用菌品種，其菌渣主要成分是木屑，該木腐菌菌渣的動物適口性差、降解難度大、水分含量高，難以作為飼料或燃料使用，處理難度較大[2]。目前，香菇菌渣隨意丟棄，這不僅造成資源的浪費(fèi)，而且對當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成較大壓力[3]。因此，采取行之有效的手段對香菇菌渣資源進(jìn)行回收處理再利用，不僅能推進(jìn)資源的可持續(xù)發(fā)展，減少環(huán)境污染，同時經(jīng)濟(jì)效益也十分可觀[4]。香菇菌渣肥料化處理的堆肥工藝具有非常實(shí)用的現(xiàn)實(shí)意義。

有關(guān)菌渣制作有機(jī)肥的試驗(yàn)已有大量實(shí)例，其可行性已得到充分印證，但是各個試驗(yàn)菌渣材料差異較大，配合畜禽糞便及其他材料的比例也各不盡相同，實(shí)際操作時難以選擇[5-7]。本文主要研究以香菇木屑菌渣為原料制作有機(jī)肥的堆肥工藝優(yōu)化，通過調(diào)節(jié)輔料的種類、堆肥物料的初始C/N 比等堆肥參數(shù)，進(jìn)行菌渣有機(jī)肥堆肥發(fā)酵的對比試驗(yàn)，最后對堆肥成品進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定，分析數(shù)據(jù)得出香菇木屑菌渣堆肥發(fā)酵的最優(yōu)工藝參數(shù)[8-10]。依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY 525-2012《有機(jī)肥料》，判別該工藝能否用于制作符合國家標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)有機(jī)肥[11-12]。

1 材料與方法

1.1 材料來源與試驗(yàn)地點(diǎn)

香菇菌渣（木腐）由遼寧省葫蘆島市建昌縣養(yǎng)馬甸子鄉(xiāng)菌農(nóng)免費(fèi)提供。玉米秸稈由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地提供。豬糞和雞糞由沈陽周邊養(yǎng)殖場購買。發(fā)酵菌劑為鶴壁市正陽禾農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司生產(chǎn)，其有效活菌≥200 億個/g。試驗(yàn)地點(diǎn)為沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)后山實(shí)驗(yàn)基地有機(jī)肥發(fā)酵室。成品測定方法依據(jù)國家商品化有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)NY-525（2021）的規(guī)定執(zhí)行。

1.2 方法

試驗(yàn)于2021 年3 月21 日至4 月25 日進(jìn)行。

以菌渣為主料，根據(jù)初始C/N 及輔料糞便的不同設(shè)置6 個處理；堆肥發(fā)酵使用發(fā)酵箱的工藝比較成熟，不受外界環(huán)境影響，每個處理做1 次重復(fù)。

按照發(fā)酵菌劑的使用說明（廠家提供），以混合物料質(zhì)量比例為1∶5 000，加入發(fā)酵菌劑。

將混合物初始含水量調(diào)節(jié)在60%左右（根據(jù)文獻(xiàn)，最適宜的有機(jī)肥發(fā)酵濕度范圍為55%～65%），然后移入發(fā)酵箱進(jìn)行發(fā)酵。

堆肥開始后，當(dāng)溫度升到55 °C 時翻堆；之后每隔3 d 進(jìn)行一次翻堆，共翻堆3～4 次。

6 個處理的具體情況如表1 所示。

表1 不同處理輔料類型及配比Tab.1 Types and proportions of auxiliary materials for different treatments

1.3 樣品采集

在整個堆肥發(fā)酵過程中，分別在第0、1、2、4、6、10、15 和20 天進(jìn)行樣品的采集。采集的方法為在堆體的上、中、下3 層分別等量取樣，將樣品混勻后用4 分法分取樣品，以保證所采取的樣品具有代表性。開始堆肥后每天下午15∶00 用溫度濕度傳感器對堆體中層同一高度進(jìn)行隨機(jī)3 個點(diǎn)位的測量，分別取溫度與濕度的平均數(shù)值為堆體的實(shí)際溫度與實(shí)際濕度，記錄數(shù)值。

2 結(jié)果分析

2.1 不同處理對有機(jī)質(zhì)含量的影響

堆肥過程中有機(jī)質(zhì)含量變化由圖1 所示，6 個處理有機(jī)質(zhì)含量均有下降，但下降幅度有所差別。6 個處理的有機(jī)質(zhì)含量分別由開始的55.35%、59.27%、62.10%、61.60%、64.25%和66.09%下降至結(jié)束時的46.73%、46.90%、51.65%、54.17%、53.70%和57.23%。

圖1 堆肥有機(jī)質(zhì)含量變化Fig.1 Change of organic matter content in composting process

從糞便類型對有機(jī)質(zhì)含量的影響來看，加入豬糞處理的有機(jī)質(zhì)含量降幅分別比加入雞糞的處理大，加入豬糞的處理1、處理2 和處理3 的有機(jī)質(zhì)含量降幅分別是15.57%、20.87%和16.82%，而加入雞糞的處理4、處理5 和處理6 的有機(jī)質(zhì)含量降幅分別是12.06%、16.42%和13.41%。這說明其他條件相同時，加入豬糞的處理比加入雞糞的處理微生物活動更劇烈、有機(jī)物分解量更大、有機(jī)質(zhì)含量下降更多。

從初始C/N 對有機(jī)質(zhì)含量的影響來看，處理2 有機(jī)質(zhì)含量降幅分別比處理1 和處理3 多5.30%和4.05%，而處理5 的有機(jī)質(zhì)含量降幅分別比處理4 和處理6 多4.36%和3.01%。這說明初始C/N 為25 的處理比初始C/N 為20 和初始C/N 為30 的處理有機(jī)質(zhì)含量下降更多。

2.2 不同處理對全氮含量的影響

堆肥過程中全氮含量變化由圖2 所示，6 個處理全氮含量均有上升，但上升幅度有所差別。6 個處理的全氮含量分別由開始的1.61%、1.37%、1.21%、1.79%、1.49%和1.28%上升至結(jié)束時的2.08%、1.94%、1.64%、2.19%、1.98%和1.66%。

圖2 堆肥前后全氮含量變化Fig.2 Change of total nitrogen content before and after composting

從糞便類型對全氮含量的影響來看，加入豬糞的處理全氮含量增幅分別比加入雞糞的處理大，加入豬糞的處理1、處理2 和處理3 全氮含量增幅分別是29.19%、41.61%和35.54%，而加入雞糞的處理4、處理5 和處理6 全氮含量增幅分別是22.35%、32.89%和29.69%。這說明其他條件相同時，加入豬糞的處理比加入雞糞的處理氮固定量更大。

從初始C/N 對全氮含量的影響來看，處理2 的全氮含量增幅分別比處理1 和處理3 多12.42%和6.07%，而處理5 的全氮含量增幅分別比處理4 和處理6 多10.54%和3.20%。這說明初始C/N 為25 的處理比初始C/N 為20 和初始C/N 為30 的處理全氮含量增加更多。

2.3 不同處理對總養(yǎng)分含量的影響

有機(jī)肥總養(yǎng)分含量是評價有機(jī)肥肥效的重要參數(shù)。有機(jī)肥總養(yǎng)分含量是指有機(jī)肥的全氮、全磷、全鉀含量之和。作物生長發(fā)育對氮磷鉀的需求量較大，通常連年耕作的土壤不能為作物提供充足的養(yǎng)分，需要施用肥料來補(bǔ)充（N+P2O5+K2O）養(yǎng)分。有機(jī)肥中除了含有大量的氮磷鉀元素，還含有許多有機(jī)質(zhì)和各種中微量元素，這些養(yǎng)分在提高農(nóng)作物產(chǎn)量、改善農(nóng)作物品質(zhì)、減輕作物病蟲害、增強(qiáng)農(nóng)作物抗逆性和抗倒伏性方面發(fā)揮巨大的作用。

堆肥過程中總養(yǎng)分含量變化如圖3 所示，6 個處理總養(yǎng)分含量均有上升，但上升幅度有所差別。6 個處理的總養(yǎng)分含量分別由開始的3.85%、3.44%、3.15%、3.76%、3.34%和3.04%上升至結(jié)束時的4.48%、4.24%、3.82%、4.33%、4.04%和3.65%。

圖3 堆肥總養(yǎng)分含量變化Fig.3 Changes in total nutrient content in composting process

從糞便類型對總養(yǎng)分含量的影響來看，加入豬糞的處理1、處理2 和處理3 的總養(yǎng)分含量增幅分別比加入雞糞的處理4、處理5 和處理6 大，加入豬糞的處理1、處理2 和處理3 的總養(yǎng)分含量增幅分別是16.36%、23.26%和21.27%，而加入雞糞的處理4、處理5 和處理6 的總養(yǎng)分含量增幅分別是15.16%、20.96%和20.07%。即其他條件相同時，加入豬糞的處理比加入雞糞的處理總養(yǎng)分含量增加量更大。從初始C/N 對總養(yǎng)分含量的影響來看，處理2 的總養(yǎng)分含量增幅分別比處理1 和處理3 多6.90%和1.99%，而處理5 的總養(yǎng)分含量增幅分別比處理4 和處理6 多5.80%和0.89%。這說明初始C/N 為25 的處理比初始C/N 為20 和初始C/N為30 的處理總養(yǎng)分含量增加更多。

2.4 不同處理的成品檢測結(jié)果

所有處理獲得的成品有機(jī)肥各項(xiàng)指標(biāo)檢測結(jié)果如表2 所示，并與農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY 525-2021《有機(jī)肥料》進(jìn)行對照，結(jié)果顯示各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)定，故按照本文方法制作有機(jī)肥可以獲得符合國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的商品化有機(jī)肥產(chǎn)品。

表2 成品檢測結(jié)果Tab.2 Test results of finished products

3 討論

3.1 糞便類型對堆肥腐熟進(jìn)程及堆肥質(zhì)量的影響

不同的糞便性質(zhì)有很大的差異，在堆肥時要充分考慮糞便的特點(diǎn)。豬糞質(zhì)地較細(xì)密，屬溫性肥料。其養(yǎng)分含量豐富，易分解，利于形成腐殖質(zhì)，肥效快但肥性柔和。雞糞屬于禽糞，質(zhì)地比較黏重，含鹽較多，在分解過程中會產(chǎn)生高溫，屬于熱性肥料。其養(yǎng)分含量比畜糞高，雞糞含有大量的氮、磷、鉀及微量元素，同時還富含粗蛋白和氨基酸，但是雞糞一定要充分發(fā)酵腐熟。

豬糞的堆肥效果要優(yōu)于雞糞。加入豬糞的處理升溫效率高且維持高溫時間長，含水率下降快，pH 值變化范圍小，有機(jī)質(zhì)含量下降幅度大，全氮及總養(yǎng)分含量增加幅度大。

3.2 初始C/N 對堆肥腐熟進(jìn)程及堆肥質(zhì)量的影響

C/N 是決定堆肥成敗的重要指標(biāo)。在堆肥過程中，微生物的生長繁殖會消耗物料中大量的有機(jī)碳并將其轉(zhuǎn)化成二氧化碳而釋放到空氣中，所以堆肥過程中C/N 會下降。初始C/N 不能太高也不能太低，太高的C/N 會導(dǎo)致微生物活動所需要的氮素不足，導(dǎo)致微生物活動減弱，發(fā)酵過程受阻；而太低的C/N 又會導(dǎo)致銨態(tài)氮的大量揮發(fā)，造成營養(yǎng)元素的過多損失。

分別設(shè)置初始C/N 為20、25、30 這3 種處理，其中初始C/N 為25 的處理堆肥效果最好，初始C/N 為25的處理較初始C/N 為20 和初始C/N 為30 的處理升溫更快，達(dá)到的最高溫度更高，高溫持續(xù)的時間更長，有機(jī)質(zhì)含量下降幅度更大，全氮及總養(yǎng)分含量幅度更大。

4 結(jié)論

采用本文方法制得的有機(jī)肥符合農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY 525-2021《有機(jī)肥料》中的規(guī)定，可以用此法制作符合該標(biāo)準(zhǔn)的商品化有機(jī)肥。