玉米秸稈生產雙孢蘑菇配方優化及相關性研究

任鵬飛，任海霞，韓建東，萬魯長，呂慧娟，郭兵，郭惠東，宮志遠

（山東省農業科學院農業資源與環境研究所，農業部廢棄物基質化利用重點實驗室，山東省植物營養與肥料重點實驗室，山東濟南250100）

玉米秸稈生產雙孢蘑菇配方優化及相關性研究

任鵬飛，任海霞，韓建東，萬魯長，呂慧娟，郭兵，郭惠東，宮志遠

（山東省農業科學院農業資源與環境研究所，農業部廢棄物基質化利用重點實驗室，山東省植物營養與肥料重點實驗室，山東濟南250100）

為確定玉米秸稈專用隧道發酵技術的改進以及利用玉米秸稈栽培雙孢蘑菇技術的優化，對玉米秸稈栽培雙孢蘑菇過程中與產量相關的關鍵因素進行分析，針對玉米秸稈栽培雙孢蘑菇高產配方及高產關鍵因子，選擇小麥秸稈、玉米秸稈為栽培主料，雞糞、牛糞為輔料，利用正交設計，采用L16（45）正交表進行優化設計，并檢測秸稈發酵過程中碳氮比、有機質、水分等指標，計算產量，分析各個指標間的相關性。結果表明，優化后的最佳配方為：小麥秸稈100 kg，玉米秸稈30 kg，雞糞20 kg，牛糞20 kg；與產量密切相關的因素為最終碳氮比，且最終碳氮比為20.29∶1時，產量最高；有機碳、有機質、粗蛋白、初始碳氮比相互顯著相關，檢測過程中可以用初始碳氮比代替此類指標；pH值、含水量與其他各因子沒有顯著相關性。檢測基質發酵堆內中外3層，前期、中期、后期的溫度變化并與產量做相關性分析，結果發現，所有溫度指標與產量無顯著相關，不影響雙孢蘑菇產量。

玉米秸稈；雙孢蘑菇；配方優化；相關性

農業廢棄物在目前的技術、資金和勞動力等條件允許的情況下，能夠再生利用[1]。我國是農業大國，各類農作物資源十分豐富。當前我國每年的農作物秸稈產量已超過7億t，然而對秸稈的綜合利用率不到30%，造成極大的資源浪費并對環境造成污染[2]。我國主要的作物秸稈有20余種，以玉米秸稈數量最大[3]。我國現已創立秸稈過腹還田等多種秸稈循環利用模式[4]，但通過對山東、河南等8個省份秸稈利用情況的調查，發現仍有較大比例的秸稈處理不當[5]。另外，玉米秸稈可能攜帶大量禾谷類作物的病原菌，是多種作物病害的主要初侵染來源[6]。因此，加大對秸稈的利用程度勢在必行。

用玉米秸稈栽培食用菌具有成本低、資源豐富的優勢，有利于農業的可持續發展。以玉米秸稈為主料進行栽培試驗并取得成功的食用菌有平菇、草菇、香菇及雞腿菇等[7]，此外，還可應用于雙孢蘑菇的栽培。

雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）是一種草腐菌，可經生物轉化過程產生多種對人體有益的營養物質。近年來，雙孢蘑菇全國年產量（除臺灣）占世界蘑菇總產量的14%～18%，僅次于美國；出口量近30萬t，占世界第1位；同時，雙孢蘑菇在國內的銷售量也迅速增長，2000年已占全國總產量的35%～50%[8]。根據中國食用菌協會數據統計，至2013年我國雙孢蘑菇產量已達237.73萬t，較2012年提高了8.8%，占世界雙孢蘑菇總產量的50%以上。在我國北方地區，雙孢蘑菇栽培基質的原料以麥草為主，種類單一，限制了其在玉米產區的發展[9]。而玉米秸稈在我國總秸稈產量中占比例最大，且沒有完備的收儲體系，造成嚴重的環境污染及資源浪費。梁枝榮等[10-12]進行了玉米秸稈栽培雙孢蘑菇的出菇試驗，使雙孢蘑菇對玉米秸稈的生物轉化效率達到了40%以上，產量達到10 kg/m2以上，并逐漸建立了一套北方玉米秸稈栽培雙孢蘑菇的技術和工藝路線。玉米秸稈栽培雙孢蘑菇出菇后的培養料又是高效、高質的有機肥料。因此，利用玉米秸稈栽培雙孢蘑菇具有廣闊的前景。

本研究通過不同配方對玉米秸稈栽培雙孢蘑菇進行試驗，篩選玉米秸稈栽培雙孢蘑菇的最佳原料配方，并對玉米秸稈栽培雙孢蘑菇過程中與產量相關的關鍵因素進行分析，旨在為玉米秸稈專用隧道發酵技術的改進，以及利用玉米秸稈栽培雙孢蘑菇技術的優化奠定理論基礎。

1 材料和方法

1.1 原料選擇與前處理

1.1.1 菌種供試雙孢蘑菇菌種為2796。

1.1.2 培養料小麥秸稈、玉米秸稈為栽培主料，雞糞、牛糞為輔料。

1.1.3 前處理

1.1.3.1 干糞預濕、預堆干糞加水拌濕、成堆，升溫后2～3 d翻堆一次。

1.1.3.2 玉米秸稈預濕、預堆玉米秸稈壓扁后，切成15～20 cm長，用1%石灰水浸泡，撈出，堆積，升溫3～5 d。

1.2 發酵方法

1.2.1 一次發酵法運用常規堆料發酵方法。

1.2.2 隧道式發酵參考楊國良[13]的研究方法，根據L16（45）正交表設計16種不同配方培養基，拌料后進行隧道式發酵。

1.3 試驗設計

選擇小麥秸稈、玉米秸稈為栽培主料，雞糞、牛糞為輔料，利用正交設計進行優化，采用L16（45）正交表進行試驗。小麥秸稈、玉米秸稈、雞糞、牛糞為4個參考因素，每個因素取4個水平，分別為：小麥秸稈100，75，50，25 kg；玉米秸稈0，30，60，90 kg；雞糞0，10，20，30kg；牛糞0，10，20，30kg。以小麥秸稈100kg、雞糞30 kg為對照，每個處理主料投入量為3 t。

1.4 有機碳、有機氮等物質的檢測方法

1.4.1 溫度測定建堆后，每隔3 d用溫度計測定料堆外（表層至表層向內約25 cm厚度層）、中（料層向內25～50 cm厚度層）、內（料堆中層以內的部分）3層溫度值。

1.4.2 pH值測定分別在各個配方料堆的內、中、外3層取樣，用pH試紙粗測其pH值。

1.4.3 含水量測定采用烘干稱重法[14]測定含水量，于100℃烘箱烘至恒質量，然后稱質量計算，含水量＝（鮮質量－干質量）×100%。

1.4.4 總碳（TC）、有機碳（SOC）的測定其參照文獻[15]的方法進行。利用非分散型紅外線氣體分析儀器即可測得總碳（TC），有機碳（TOC）由專門的總有機碳分析儀（TOC-V）進行測定。

1.4.5 全氮測定采用凱氏定氮法[16]進行測定。利用凱氏定氮儀，經過硝化、蒸餾、滴定3個步驟計算出氮含量。

1.4.7 蛋白質的測定采用考馬斯亮藍法[18]進行測定。考馬斯亮藍法測定蛋白質濃度，是利用蛋白質—染料結合的原理，考馬斯亮藍G-250存在著2種不同的顏色形式，紅色和藍色。它和蛋白質通過范德華力結合，在一定蛋白質濃度范圍內，蛋白質和染料結合符合比爾定律。此染料與蛋白質結合后顏色有紅色形式和藍色形式，最大光吸收由465 nm變成595 nm，通過測定595 nm處光吸收的增加量可知與其結合蛋白質的量。

1.5 相關性分析

檢測秸稈發酵過程中碳氮比、有機質、水分、溫度、pH值等指標，并計算產量，分析各個指標間的相關性。

1.6 數據分析

數據處理和分析采用DPS數據處理系統和Excel軟件進行[19]。

2 結果與分析

2.1 配方優化

教學委員會是大學統籌教學相關事務的學術性組織，是教學指導、決策、咨詢機構。但是，在現實操作中，成員的構成基本是各職能部門的主任及各二級學院的院長，教學經驗豐富的教授、教學管理領域的專家零星點點，機構存在往往流于形式。

表1 配方正交分析

利用DPS軟件進行分析，得出最佳配方為：小麥秸稈100 kg，玉米秸稈30 kg，雞糞20 kg，牛糞20 kg。方差分析表明，小麥秸稈的極差為607.5，屬于各因素中的最高值，因此，小麥秸稈在基質配方中作用最大；雞糞僅為344.0，作用最小（表1）。

2.2 秸稈轉化中各影響因子與產量的相關性分析

表2 秸稈發酵各影響因子及產量統計

秸稈栽培食用菌生產過程中，秸稈依靠多種微生物及食用菌降解大分子物質，最終轉化成食用菌的菌體蛋白、碳水化合物等，形成產品，帶來效益，單位投料量的秸稈基質的生物轉化率高低，取決于產量大小，食用菌生產過程中存在諸多物質能量因素，檢測秸稈發酵過程中碳氮比、有機質、水分、溫度、木質素含量等指標，計算產量，分析各個指標間的相關性，研究影響秸稈轉化的關鍵因素，為秸稈高效轉化提供理論依據。秸稈發酵各影響因子測定結果如表2所示。

秸稈發酵中各個影響產量的因子為有機碳、有機質、蛋白質、碳氮比、pH值、含水量等初始指標，設定16個處理，拌料后進行隧道式發酵。發酵后采取相對應的檢測方法進行初始指標測定。結果表明，粗蛋白最大為9.48%、最小為3.6%，碳氮比（終）最大為34.87∶1、最小為13.65∶1，產量在746～2 280 kg，各處理pH值、含水量差距不大，有機碳、有機質差距不顯著。

檢測發酵結束后的各個因子與產量之間的相關性分析。

根據表2，以有機碳、有機質、粗蛋白、碳氮比（始）、碳氮比（終）、pH值、含水量、產量為參考因子，進行產量相關性分析，結果如表3所示。

表3 產量相關性分析

檢測各配方有機碳、有機質、蛋白質、碳氮比、pH值、含水量等初始指標，檢測發酵結束后的各配方最終碳氮比，并與產量進行相關性分析，結果表明，與產量密切相關的因素為最終碳氮比，差異達到極顯著，其他因素影響不顯著，各配方間產量最高者為3號配方，平均產量為2 280 kg，生物轉化率為11.4%，其最終碳氮比為20.29∶1，說明最終碳氮比20.29∶1時產量最高；pH值、含水量與其他各因子間沒有顯著相關，在建堆調制時常規即可；有機碳、有機質、粗蛋白、初始碳氮比之間相互顯著相關，在檢測過程中可以用初始碳氮比代替此類指標，以減小工作量和檢測成本。

培養基中溫度因子與產量的影響如表4所示。

由表4可知，溫度因子為培養基發酵過程中測得的溫度，每隔3 d，用溫度計測定秸稈培養基發酵料堆外層、中層、內層3層的前期、中期、后期的溫度值，設定16個處理。各個處理溫度經過測定外層由內層逐漸升高，前期、中期、后期溫度逐漸升高，產量在746～2 280 kg。

表4 溫度與產量統計分析

檢測基質發酵堆內、中、外3層，前期、中期、后期的溫度變化并與產量進行相關性分析，結果表明，所有溫度指標與產量無顯著相關，不影響雙孢蘑菇產量（表5）。

表5 溫度因子與產量的相關性分析

3 討論與結論

我國玉米秸稈產量巨大，但綜合利用率低。目前玉米秸稈的專用隧道發酵技術尚不成熟，通氣量及原料配比等參數的控制暫無數據可依附，且國內的玉米秸稈收儲系統不完善，制約了玉米秸稈栽培雙孢蘑菇這一技術的發展。

秸稈栽培食用菌基質優化應注重各關鍵參數及基礎規律變化的研究[20]。通過對雙孢蘑菇栽培過程中，栽培基質中各參數變化與產量之間的相關性分析，準確地找出影響產量的關鍵因素，找出其影響產量變化的規律，探索基質優化的限制性因素，從而對栽培技術進行優化，使效益最大化。

根據玉米秸稈栽培雙孢蘑菇過程中，栽培基質各參數的相關性分析結果表明，玉米秸稈生產雙孢蘑菇的配方中，栽培基質發酵堆的發酵溫度指標與產量無顯著相關，不影響雙孢蘑菇產量；影響雙孢蘑菇產量的顯著因子為栽培基質中的C/N，并且最終碳氮比為20.29∶1時雙孢蘑菇的產量最高。

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The Formula Optimization and Correlation Studies of theAgaricus bisporusProduction with Corn Stalks

RENPengfei，RENHaixia，HANJiandong，WANLuchang，Lü Huijuan，GUOBing，GUOHuidong，GONGZhiyuan
（Institute ofAgricultural Resources and Environment，ShandongAcademyofAgricultural Sciences，KeyLaboratoryofWastes Matrix Utilization，MinistryofAgriculture，ShandongProvincial KeyLaboratoryofPlant Nutrition and Fertilizer，Ji′nan 250100，China）

To determine the improvement of fermentation technology of corn straw special tunnel and the optimal cultivation technology of Agaricus bisporus using corn straw,the paper analysed the key factors related with yield of Agaricus bisporus cultivated using corn straw,according to the cultivation ingredient and key factor for high yield in Agaricus bisporus production,the paper chose wheat strawand corn stalks as main cultivation material,chicken manure and cowdungas auxiliarymaterial in this production process.It did orthogonal experiment using L16（45）orthogonal table to obtain a optimal formula.During stalks fermentation,the paper determined carbon nitrogen ratio,organic matter,water and other indicators,calculated yield and analyzed the correlation amongthese indicators.The results showed that the optimal formula was wheat straw100 kg,corn stalks 30 kg,chicken manure 20 kg,cowdung 20 kg.The ultimate ratio of carbon and nitrogen was closely related with yield,and the yield was the highest when the ratio was 20.29∶1.Organic carbon, organic matter,crude protein,initial carbon nitrogen ratio were significantly correlated,and we could use initial carbon nitrogen ratio to replace other indicators in the test.pH and water content had nosignificant correlation with other factors.The paper detected temperature variation in the early,middle and late stages in the three layers ofsubstrate fermentation stack,and did correlation analysis with yield.The results showed that all the temperature indexhad nosignificant correlation with the yield of Agaricus bisporus.

corn stalks;Agaricus bisporus;formula optimization;correlation

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.23

S646.1＋1

：A

：1002-2481（2017）05-0759-05

2016-09-01

現代農業產業技術體系建設專項（CARS-10-P19）；山東省農業科學院科技創新重點項目（2014CXZ02-2）

任鵬飛（1982-），男，山東淄博人，助理研究員，碩士，主要從事食用菌育種與栽培研究工作。宮志遠為通信作者。