食用菌菌渣協同白酒丟糟堆肥效果研究

劉林培 管秀瓊 李俊 胡海軍 馬永鵬

摘要：為探究食用菌菌渣協同白酒丟糟堆肥效果，研究食用菌菌渣添加比例及其對堆肥的影響，用白酒丟糟為主料，食用菌菌渣為輔料，進行了為期26 d的堆肥試驗，以期為白酒丟糟堆肥技術提供新的參考。結果表明，以堆肥過程中色度、溫度、pH值、電導率（EC值）、有機質含量及其降解率、C/N、T值、水溶性有機碳及其與總有機氮的比值等判斷，白酒丟糟堆肥添加食用菌菌渣的最佳比例為20%～30%。其工藝參數：初始含水率為55%，初始pH值為6.5，連續通風量為1.5 L/min，初始C/N為26.5～29。

關鍵詞：白酒丟糟;食用菌菌渣;堆肥;工藝參數

中圖分類號： S141.4 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2019）23-0294-05

利用白酒丟糟制作有機肥，既能解決環保問題，又可實現資源再利用，具有較高的環保、經濟和社會效益[1]。由于丟糟本身的C/N和營養條件等均不適合直接堆肥[2]，必須外加氮源、營養元素和微量元素，而添加化學物質（如尿素）會極大增加生產和技術成本，嚴重制約丟糟有機肥的發展。

食用菌菌渣是食用菌收獲后殘留的物質，由菌絲體和大量的剩余營養組成。我國每年會產生約5 214萬t的食用菌菌渣[3]。由于食用菌菌渣體積密度低，無植物致病菌，并且含有蛋白酶、木質素分解酶、纖維素酶、半纖維素酶等多種酶和大量的微量元素[3-4]，可以促進纖維素和木質素的降解，所以食用菌菌渣在堆肥中具有廣闊的應用價值。本試驗擬探究白酒丟糟堆肥添加食用菌菌渣的最佳比例及其影響，以期為白酒丟糟堆肥技術提供新的參考。

1 材料與方法

1.1 堆肥材料

試驗所用白酒丟糟取自四川某酒廠;食用菌菌渣取自四川自貢某農場;復合發酵菌劑為自購市售，有效菌種主要為枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、綠色木霉和釀酒酵母等，有效活菌數≥200億個/g。堆肥原料的物理和化學性質如表1所示。

1.2 堆肥反應器

如圖1所示，堆肥反應器（0.45 m×0.4 m×0.3 m）底部裝有多孔透氣PVC（聚氯乙烯）板和通氣管道，外接充氧裝置，提供系統通風;反應器頂部附著冷凝板，可使水汽冷凝回流，降低反應器含水率揮發速率;反應器中配有溫度傳感器，與電腦連接，用于監測系統溫度。

1.3 堆肥系統與取樣

以白酒丟糟為主料，食用菌菌渣為輔料，均以物料絕干質量的0.1%添加復合發酵菌劑，同時調節各堆肥系統初始環境（含水率為55%，pH值為6.5），使其相同，設置通氣量為1.5 L/min，進行連續通風。將堆肥試驗設計為4組不同食用菌菌渣添加比例[20%（T1）、30%（T2）、40%（T3）、50%（T4）]，每組重復3次，進行為期26 d的試驗。在堆肥后0、2、4、7、11、18、21、26 d對堆體進行物理外觀變化的記錄;在堆肥后0、1、4、7、11、14、17、20、26 d對系統進行人工翻堆，同時從每個堆肥系統的下部，中央和上部均勻混合采集新鮮樣品（200 g左右），將其分成2等份，1份鮮樣放置在4 ℃處保存，進行色度、含水率、pH值、電導率（EC值）、氨態氮和硝態氮含量、可溶性有機碳含量的分析;1份風干樣粉碎過0.25 mm篩網，對總氮和有機質含量進行分析。

電腦通過溫度傳感器自動記錄溫度;將去離子水與堆肥鮮樣在1 g ∶ 10 mL、30 ℃和200 r/min的條件下水平振蕩 1 h，得到樣品懸浮液。將懸浮液在10 000 r/min情況下離心30 min后通過0.45 μm水系濾器，得到堆肥浸提液[5]，進行色度、pH值、EC值、氨態氮和可溶性有機碳分析。色度、pH值、EC和可溶性有機碳用XZ-WS色度檢測儀、雷磁PHS-3C型酸度計、雷磁DDS-307A型電導率儀和總有機碳-總氮分析儀（SHIMADZU TOC-V系列）分別測定;凱氏氮含量用凱氏定氮法測定;氨態氮和硝態氮含量按照NY/T 1116—2014《硝態氮、銨態氮、酰胺態氮含量的測定》進行測定;總氮含量等于凱氏氮含量加硝態氮含量，總有機氮含量等于凱氏氮含量減去氨態氮含量[1];含水率在105 ℃干燥24 h后測定;灰分用馬弗爐550 ℃爐溫，保溫24 h后測定;有機質含量是干質量與灰分之差[6];有機碳含量根據公式：有機碳含量=1-灰分含量1.724×100%計算。

1.4 數據分析

使用Excel 2010和IBM SPSS 20統計軟件對堆肥過程數據進行分析，采用Origin 8.5進行圖形繪制。采用ANOVA法檢驗各參數的統計差異。所有分析都假設有雙尾和95%的置信度（或α為0.05）。

2 結果與分析

2.1 系統的物理變化

通過對堆肥過程的觀察發現，各處理初始狀態大致呈黃褐色，均有不同程度的酸味，酸味隨食用菌菌渣占系統比例的增加而減弱。不同處理在堆肥過程中的物理外觀大體一致（表2）。

由表3可知，堆肥結束時，色度由高到低依次為T2、T1、T4和T3，而且不同處理的色度差異顯著（P<0.05）。與之對應，色度增加率最高為T1，其次為T2，分別達到了307.70%和163.21%均與其他處理差異顯著，而T3和T4的色度增加率無顯著差異，處于相對較低水平。由此可以判斷，T1最優，T2次之，T3和T4較差。

2.2 溫度的變化

溫度是影響堆肥過程及其微生物活性的重要因素之一，其高低決定了堆肥速率的快慢[7]。由圖2可知，所有處理均在堆肥后1 d達最高溫，但不同處理的最高溫度有所不同：T2>T1>T3>T4。與此相似，不同處理的高溫期（50 ℃以上）維持時間亦有所差別。T1、T2、T3和T4高溫期維持時間分別為4、4、2、2 d。在堆肥中后期，所有處理的溫度均緩慢下降，但下降趨勢有所不同。T1和T2下降趨勢一致，T3和T4下降趨勢一致，且T1和T2的溫度明顯低于T3和T4的溫度，更快接近室溫。這可能是由于T1和T2的初始C/N處在 25～30 的適宜范圍[8]，T4的初始C/N較高。適宜的初始 C/N 有利于微生物的繁殖，消耗有機物，產生大量的熱，更快達到腐熟。由此可以判斷，T2的溫度變化情況最優，T1次之，T3和T4較差。

2.3 pH值和EC值的變化

pH值和EC值是重要的堆肥參數，能影響最終產品對植物生長的適宜性。由圖3-A可知，所有處理pH值的變化趨勢相似，均先升高后降低再升高至逐步穩定。在堆肥的初期，氨的釋放占主導地位，pH值的升高主要與氨氣的釋放有關。隨后，由于微生物活性增加使系統中的有機物分解產生低分子量脂肪酸以及硝化作用，pH值略有下降。此后，堆體含氮物質的不斷降解，使系統pH值升高，逐步穩定。從堆肥后 11 d 開始至堆肥結束，所有處理的pH值均無明顯差異，并達到穩定狀態。而pH值相對穩定意味著發酵過程結束，堆體進入成熟階段[9]。堆肥結束時，所有處理的pH值均符合成熟標準（5.5

EC值的變化與pH值的變化趨勢大致相反，且所有處理EC值的變化趨勢基本一致（圖3-B）。堆肥開始時T1、T2、T3、T4的EC值最高，分別為4.72、4.87、5.02、5.16 mS/cm，隨后下降，至堆肥 4 d 后略有上升，在堆肥后 7 d 再次降低。

堆肥后14 d時，T1、T2、T3和T4的EC值最低，分別為1.02、1.11、1.25、1.4 mS/cm。此后，所有處理的EC值開始逐步升高，直至堆肥結束。堆肥初期，EC值快速降低可能是由于食用菌菌渣中水溶性物質（如氨基酸）的生物降解所致。隨后EC值略有增加可能是由于有機物分解過程中釋放出礦物鹽。此后，EC值降低，可能是氨揮發和礦物鹽沉淀的結果。然而，由于系統干質量的凈損失，EC值不斷增加，直到堆肥結束。到堆肥結束時，所有處理的EC值均被中等敏感植物認為是可以忍受的（EC值<4 mS/cm）[11]。

2.4 有機質及其降解率的變化

有機質是微生物生存與繁殖的營養物質，其含量的變化可以反映堆肥腐熟的進程，根據其降解程度可以判斷堆肥的腐熟度[12]。由圖3-C和圖3-D可知，所有處理有機質含量的變化趨勢類似，在整個堆肥過程中均不斷下降。研究表明，食用菌菌渣中含有多種可被微生物利用的易降解物質，可以促進微生物的生長，從而促進有機質的降解，但不同食用菌菌渣比例的有機質降解程度卻大不相同[13]。到堆肥后4、7、11、14、17、20 d時，T2的有機質降解率分別高達5.19%、5.24%、5.58%、6.14%、6.81%和7.12%，明顯高于同時期其他3個處理。到堆肥結束時，T1的有機質降解率最高，達到8.06%，明顯高于其他3個處理。此時，T2、T3和T4的有機質降解率已無明顯差異。由此可以判斷，T1和T2有機質降解率優于T3和T4。

2.5 C/N和T值的變化

C/N常用作堆肥腐熟度的指標。由圖4-A可知，T1、T2、T3、T4的C/N分別從堆肥開始時的26.5、29.20、29.29、32.40持續下降，到堆肥結束時分別為18.13、19.69、20.43、21.63。吳銀寶等認為C/N小于20為腐熟標準，若由此判斷，到堆肥結束時僅T1和T2腐熟[14]。但將C/N作為堆肥腐熟指標的爭議一直存在，有學者認為C/N與堆肥原料有關，提出采用堆肥終點C/N與初始C/N的比值（T值）來評價堆肥腐熟度[15]。有研究者認為腐熟堆肥的T值應介于 0.49 與0.72之間[16]。由圖4-B可見，所有處理的T值變化趨勢相似，在整個堆肥過程中均不斷下降。但在整個堆肥過程中，不同處理的T值差異明顯。在堆肥后1、4、7、11 d時，T1和T2的T值雖無明顯差異但均明顯低于同時期的其余2組處理。在堆肥后14、17、26 d時，T2的T值明顯低于其他3個處理。T1、T2、T3、T4分別在堆肥后26、14、26、26 d（T值分別為0.68、0.71、0.70、0.67）達到腐熟標準。由此可以判斷，T2的C/N和T值變化情況最優，T1次之，T3和T4較差。

2.6 水溶性有機碳及其與總有機氮比值的變化

水溶性有機碳是堆肥中微生物可直接利用的碳源，也是可以被微生物直接用來合成自身物質的成分[17]。由圖4-C和4-D可知，T1、T2、T3和T4的水溶性有機碳分別從堆肥開始時的4.88%、5.07%、5.11%和5.20%持續下降，到堆肥結束時分別為0.88%、1.63%、1.26%和1.43%。水溶性有機碳不斷降低可能是由于有機物分解產生的水溶性有機碳不斷被微生物利用消耗，這與Leita等的研究[18]相似，但與李瑞鵬等的研究[19]不同。這可能是由于在不同的堆肥原料和條件下，水溶性有機碳的動態變化規律并不完全相同。Garcia等對城市廢棄物堆肥的研究結果表明，堆肥中水溶性有機碳含量小于5 g/kg時達到腐熟[15]。若由此判斷，到堆肥結束時僅T1腐熟。但李承強等指出，堆肥過程中的水溶性有機碳變化比較復雜，將水溶性有機碳含量作為腐熟度指標存在爭議，建議將水溶性有機碳與總有機氮的比值作為評價腐熟度的標準，并認為腐熟標準水溶性有機碳/總有機氮應小于0.7[20]。由圖4-D可知，不同處理的水溶性有機碳與總有機氮的比值不斷下降，其值間差異顯著。在整個堆肥過程中，T1的水溶性有機碳與總有機氮的比值明顯低于同時期的其他3個處理。相同的是，T1的水溶性有機碳與總有機氮的比值在堆肥后17 d為0.66，達到建議的腐熟標準，而T2、T3和T4的水溶性有機碳與總有機氮的比值直至堆肥結束也未達建議的腐熟標準。由此可以判斷，T1的水溶性有機碳及其與總有機氮的比值變化情況優于T2、T3和T4。

3 結論

（1）堆肥結束時，色度由高到低依次為T2、T1、T4和T3。不同處理的色度差異顯著（P<0.05）。與之對應，T1、T2和T3、T4的色度增加率同樣差異顯著（P<0.05），T3和T4差異不顯著，色度增加率最高為T1，其次為T2，而T3和T4的色度增加率并無顯著差異，處于相對較低水平。由此可以判斷，T1最優，T2次之，T3和T4較差。

（2）T1、T2、T3和T4均在堆肥后1 d達最高溫，其最高溫度T2>T1>T3>T4，高溫期維持時間分別為4、4、2、2 d。T1、T2比T3、T4更快接近室溫。由此可以判斷，T2的溫度變化情況最優，T1次之，T3和T4較差。

（3）到堆肥結束時，所有處理的pH值均符合成熟標準（5.5

（4）所有處理的有機質含量變化趨勢相似，在整個堆肥過程中均不斷下降，而T2的有機質降解率明顯高于同時期其他3個處理。到堆肥結束時，T1的有機質降解率最高，明顯高于其他3個處理。由此可以判斷，T1和T2的有機質降解率優于T3和T4。

（5）若用C/N判斷，到堆肥結束時僅T1和T2腐熟。在堆肥前半期，T1和T2的T值均低于同時期的其他2組處理。在堆肥中后期，T2的T值明顯低于其他3個處理。根據T值的變化，T1、T2、T3、T4分別在堆肥后26、14、26、26 d達到腐熟標準。由T值判斷，T2發酵情況最優，T1次之，T3和T4較差。

（6）若由水溶性有機碳判斷，到堆肥結束時僅T1腐熟。而采用水溶性有機碳與總有機氮的比值評價，則T1在堆肥后17 d為0.66，達到建議的腐熟標準，而T2、T3和T4的水溶性有機碳與總有機氮的比值直至堆肥結束也未達建議的腐熟標準。由水溶性有機碳與總有機氮的比值可以判斷，T1優于T2、T3和T4。

綜合考慮，在為期26 d的堆肥試驗中，T1和T2處理的發酵情況優于T3和T4處理，即白酒丟糟堆肥添加食用菌菌渣的最佳比例為：20%～30%。其工藝參數：初始含水率為55%，初始pH值為6.5，連續通風量為1.5 L/min，初始C/N為26.5～29。

參考文獻：

[1]郭夏麗，王興勝，朱正威，等. 白酒糟高溫好氧堆肥過程中氮素轉化規律及堆肥周期探究[J]. 鄭州大學學報，2014，35（5）：116-119.

[2]施 安. 國內白酒工業固體酒糟環保生態化利用的現狀及前景[J]. 中國釀造，2006，25（3）：4-7.

[3]周 祥，嚴媛媛，陳愛晶. 食用菌菌渣資源化利用研究進展[J]. 食用菌，2018（1）：9-12.

[4]Fang W，Zhang P Y，Gou X Y，et al. Volatile fatty acid production from spent mushroom compost：effect of total solid content[J]. Biodeterioration，2016，113：217-221.

[5]Hachicha R，Rekik O，Hachicha S，et al. Co-composting of spent coffee ground with olive mill wastewater sludge and poultry manure and effect of Trametes versicolor inoculation on the compost maturity[J]. Chemosphere，2012，88（6）：677-682.

[6]Awasthi M K，Pandey A K，Bundela P S，et al. Co-composting of organic fraction of municipal solid waste mixed with different bulking waste：characterization of physicochemical parameters and microbial enzymatic dynamic[J]. Bioresource Technology，2015，182：200-207.

[7]陳同斌，黃啟飛，高 定，等. 城市污泥好氧堆肥過程中積溫規律的探討[J]. 生態學報，2002，22（6）：911-915.

[8]劉盛萍. 生物垃圾快速好氧堆肥的研究[D]. 合肥：合肥工業大學，2006：5-5.

[9]ChenY X，Huang X D，Han Z Y，et al.Effects of bamboo charcoal and bamboo vinegar on nitrogen conservation and heavy metals immobility during pig manure composting[J]. Chemosphere，2010，78（9）：1177-1181.

[10]Silva M E F，Lemos L T，Bastos M M，et al. Recovery of humic-like susbtances from low quality composts[J]. Bioresource Technology，2013，128：624-632.

[11]Lasaridi K，Protopapa I，Kotsou M，et al. Quality assessment of composts in the Greek market：the need for standards and quality assurance[J]. Journal of Environmental Management，2006，80（1）：58-65.

[12]Domeizel M，Khalil A，Prudent P . UV spectroscopy：a tool for monitoring humification and for proposing an index of the maturity of compost[J]. Bioresource Technology，2004，94（2）：177-184.

[13]Zhang L，Sun X Y. Changes in physical，chemical，and microbiological properties during the two-stage co-composting of green waste with spent mushroom compost and biochar[J]. Bioresour Technol，2014，171：274-284.

[14]吳銀寶，汪植三，廖新俤，等. 豬糞堆肥腐熟指標的研究[J]. 農業環境科學學報，2003，22（2）：189-193.

[15]Garcia C，Hernandez T，Costa F，et al. Evaluation of the maturity of municipal waste compost using simple chemical parameters[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis，2008，23（13/14）：1501-1512.

[16]盧秉林，王文麗，李 娟，等. 添加小麥秸稈對豬糞高溫堆肥腐熟進程的影響[J]. 環境工程學報，2010（4）：926-930.

[17]鮑艷宇，顏 麗，婁翼來，等. 雞糞堆肥過程中各種碳有機化合物及腐熟度指標的變化[J]. 農業環境科學學報，2005，24（4）：820-824.

[18]Leita L，Nobili M D. Water-Soluble fractions of heavy metals during composting of municipal solid waste[J]. Journal of Environmental Quality，1991，20（1）：73-78.

[19]李瑞鵬，于建光，常志州，等. 麥秸和奶牛場廢棄物聯合堆肥試驗[J]. 江蘇農業學報，2012，28（1）：65-71.

[20]李承強，魏源送，樊耀波，等. 堆肥腐熟度的研究進展[J]. 環境工程學報，1999（6）：1-12.

收稿日期：2019-08-30

基金項目：四川輕化工大學研究生創新基金（編號：Y2018062）。

作者簡介：劉林培（1994—），男，四川什邡，碩士研究生，主要從事輕工廢棄物資源化利用研究。E-mail：lpliu1994@163.com。

通信作者：管秀瓊，碩士，教授，主要從事輕工廢棄物資源化利用研究。E-mail：xqguan2004@163.com。