食用菌渣發(fā)酵過程中理化性狀變化規(guī)律

焦娟，劉中良，谷端銀，閆偉強，陳震，高俊杰

（泰安市農(nóng)業(yè)科學研究院，山東 泰安 271000）

食用菌是一個蓬勃發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè)，1992—2014年我國食用菌年均市場占有率為36.55%，約占世界市場的1／3。2014年我國食用菌生產(chǎn)總量為3 270×104t，國際市場占有率為65.37%［1，2］。我國每年生產(chǎn)大量的食用菌，隨之也帶來了大量的食用菌廢料，每100 kg生產(chǎn)料生產(chǎn)100 kg鮮菇便可產(chǎn)生60 kg菌渣廢料，據(jù)估算2018年產(chǎn)生約（1.3～2.0）×108t菌渣［3］。食用菌廢棄菌棒被隨意堆置和焚燒，帶來嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)壓力。

近年來，農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用成為一個新興產(chǎn)業(yè)，很多新技術正次第從試驗到田間地頭和生產(chǎn)車間，許多新模式逐步完善，一些新產(chǎn)品也走向市場。如何將大量的農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用起來，實現(xiàn)效益最大化，是近幾年農(nóng)業(yè)發(fā)展提出的重要課題。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，廢棄菌棒中含有豐富的有機質(zhì)、生物活性成分以及多種水溶性養(yǎng)分［4］，通過對廢棄菌棒進行合理開發(fā)利用，既可以用作食用菌再生產(chǎn)配料［5］，亦可應用于動物飼料［6］、農(nóng)業(yè)有機肥、蔬菜栽培基質(zhì)［7］、生態(tài)環(huán)境修復材料等［8］，可以說廢棄菌棒經(jīng)過科學的循環(huán)再利用，不僅可以減少對于生態(tài)環(huán)境的威脅，還可以大幅度地降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，完善農(nóng)業(yè)的循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。

我國食用菌生產(chǎn)并不集中于某個地區(qū)，而是全國各地都有種植。通過宣傳引導，提升認識高度，強化源頭治理，發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)，培育新型產(chǎn)業(yè)，完善食用菌菌渣處置體系，實現(xiàn)食用菌菌渣綜合利用是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要途徑。我們知道，菌渣必須經(jīng)過發(fā)酵后方可做有機肥或者基質(zhì)，假如菌渣未經(jīng)發(fā)酵直接利用，一是有害菌較多影響植物生長，另外未發(fā)酵菌渣會進行二次發(fā)酵，造成作物燒根燒苗現(xiàn)象。但是不同種類食用菌的培養(yǎng)料組成不同，即便是同一菌類由于各地資源情況不一樣，培養(yǎng)料配方也不一樣，這就導致菌渣的理化性質(zhì)存在著一定差異，從而為菌渣的標準化利用帶來一定難度。山東地區(qū)菌棒大部分是以玉米芯、棉籽殼和木屑為主料，并配以少量麥麩和玉米粉。平菇和金針菇作為常見菇種，其菌袋培養(yǎng)料存在顯著不同。通過測定平菇渣和金針菇渣在發(fā)酵過程中的理化性狀動態(tài)變化，明確不同種類食用菌菌渣發(fā)酵過程中的共性和差異，從而為今后菌渣作為肥料或基質(zhì)化綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年4—6月在泰安市農(nóng)業(yè)科學研究院曬場及綜合實驗室進行。食用菌廢棄菌棒來源于食用菌研究所，菌棒生產(chǎn)料配方見表1。

表1 菌棒生產(chǎn)料配方 （%）

1.2 發(fā)酵方法

將菌棒脫袋，采用鏈條式粉碎機將廢棄菌棒粉碎成直徑小于0.5 cm的顆粒，噴水，使菌渣含水量在60%～70%，建堆。料堆高80 cm，底面直徑1.5 m，并在菌堆側(cè)面及頂部每隔50 cm打一通氣孔，當最高溫度升至60℃以上時，進行翻堆，共翻堆5次。最后一次翻堆后，頂部以下30 cm料溫接近環(huán)境溫度，不再升高時，發(fā)酵完成。發(fā)酵期間，從4月5日開始，每6天取樣一次，測定其物理、化學指標值。期間根據(jù)堆內(nèi)濕度適當補充水分。

1.3 物理性狀測定

菌渣容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度、氣水比、pH和EC值測定參照文獻［9］進行。

1.4 菌堆溫度和含水量測定

菌渣堆漚時，每天早上8∶00測定堆體溫度，選取菌堆表面20 cm以下為測定點，取5點的平均值作為該時菌渣的溫度。隨機選5個點取定量菌渣混勻，稱取50 g濕樣W1，并于105℃烘干后，稱取干重W2，菌渣含水量（%）＝（W1-W2）／W1×100。

1.5 菌渣養(yǎng)分測定

堿解氮采用堿解擴散法；速效磷采用堿溶液浸提方法；速效鉀采用火焰光度計法［10］。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Microsoft Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)處理及作圖。

2 結果與分析

2.1 不同菌渣發(fā)酵過程中容重和孔隙度的變化

由表2可以看出，隨著發(fā)酵時間的延長，平菇渣和金針菇渣的容重均呈逐步增大趨勢，5月23日發(fā)酵結束時，平菇渣容重為0.285 g／cm3，金針菇渣容重為0.236 g／cm3。發(fā)酵過程中平菇渣總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度、氣水比（大小孔隙比）均呈逐步降低的趨勢。金針菇渣各物理性狀的變化規(guī)律與平菇渣相似。兩種菌渣同處理時間相比較，至5月23日發(fā)酵結束時，金針菇渣的總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度為65.90%、29.48%和36.42%，分別高于平菇渣14.45%、14.71%和14.24%，容重低于平菇渣8.5%，發(fā)酵完成時兩種菌渣的氣水比均為0.81。

表2 菌渣發(fā)酵過程中容重和孔隙度的變化

2.2 不同菌渣發(fā)酵過程中pH和EC值的變化

由圖1可以看出，初始發(fā)酵時，平菇渣和金針菇渣pH值均小于7，呈偏酸性。4月11—17日期間，平菇渣和金針菇渣的pH值急劇增加。平菇渣pH值4月17日達到最高值8.39，隨后呈逐步降低趨勢，變化趨勢變緩；金針菇渣pH值4月23日達到最高值7.74，然后呈逐步下降趨勢，變化趨勢趨緩。兩種菌渣發(fā)酵過程中，平菇渣pH值較金針菇渣變幅大。至發(fā)酵結束時，平菇渣pH值為8.01，金針菇渣pH值為7.50。

由圖1可知，發(fā)酵過程中平菇渣EC值顯著高于金針菇，平菇渣EC值最高達5.28 mS／cm，金針菇渣EC值最高為3.15 mS／cm，平菇渣EC值同期一直顯著高于金針菇渣。至發(fā)酵結束時，平菇渣EC值為5.04 mS／cm，金針菇渣EC值為3.08 mS／cm。

2.3 不同菌渣發(fā)酵過程中溫度和含水量的變化

由圖2可以看出，發(fā)酵前7 d，菌渣溫度變化較為劇烈，呈顯著上升階段，平菇渣堆4月12日達到最高溫65.3℃，金針菇渣堆在4月13日達到最高溫68.8℃，之后菌渣堆溫度呈折線變化，這可能與中間的幾次翻堆有關。菌渣堆發(fā)酵末期，溫度變化逐步平緩，再經(jīng)翻堆溫度也無明顯升高趨勢，說明菌渣發(fā)酵基本完成。

由圖2還可以看出，菌渣含水量也呈規(guī)律性變化。發(fā)酵前期菌渣含水量隨菌渣溫度的快速升高而顯著降低，翻堆后菌渣含水量上升，但隨著發(fā)酵時間的延長，平菇渣和金針菇渣的含水量均呈逐步下降趨勢，且平菇渣含水量一直高于同期金針菇渣含水量。

圖1 不同菌渣發(fā)酵過程中pH和EC值的變化

圖2 不同菌渣發(fā)酵過程中溫度和含水量的變化

2.4 不同菌渣發(fā)酵過程中速效養(yǎng)分的變化

由表3可以看出，隨著發(fā)酵過程的進行，平菇渣和金針菇渣的堿解氮、速效磷、速效鉀含量呈逐步增加趨勢，平菇渣堿解氮和速效磷含量高于同期金針菇渣。至發(fā)酵完成時，平菇渣堿解氮和速效磷含量分別為1 880.6 mg／kg和4 826.2 mg／kg，金針菇渣堿解氮和速效磷含量分別為1 661.5 mg／kg和3 705.7 mg／kg，平菇渣堿解氮和速效磷含量分別比金針菇渣高13.19%和30.24%。但發(fā)酵中后期平菇渣速效鉀含量低于同期金針菇渣，至發(fā)酵結束時，平菇渣速效鉀含量為5 519.8 mg／kg，金針菇渣為7 596.6 mg／kg，比金針菇渣低27.34%。

表3 不同菌渣發(fā)酵過程中速效養(yǎng)分的變化

3 討論與結論

孔隙度主要包括通氣孔隙度和持水孔隙度，能夠影響基質(zhì)的通氣、持水、排水以及容重［11］。適宜孔隙度可滿足作物根系對水分和空氣的需求，促進根系的呼吸作用和對養(yǎng)分的吸收，進而提升植物的生長品質(zhì)［12，13］。一般基質(zhì)的總孔隙度在54%～96%較適宜，如果基質(zhì)孔隙度過高，則持水量低，容易干燥；反之孔隙度小，基質(zhì)緊實，氣水容納量較少，不利于根系伸展，需頻繁供液。試驗發(fā)現(xiàn)，初始發(fā)酵時金針菇渣的總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度均大于平菇渣，因而保水能力略小于平菇渣。堆肥48 d之后，平菇渣的總孔隙度在58%左右，金針菇渣總孔隙度在65%左右，雖然二者的孔隙度差距明顯，但均在作為基質(zhì)要求的總孔隙度之內(nèi)。不同的蔬菜栽培對基質(zhì)物理特性要求不一致，可以考慮通過改變基質(zhì)粒徑或與其它基質(zhì)混合等方法調(diào)節(jié)氣水比（大小孔隙比）［14］，栽培中結合科學滴灌制度，提供合理水肥供應，從根區(qū)進行調(diào)控，達到蔬菜優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的目的。

金針菇渣和平菇渣未堆肥前pH值都低于7。但是僅堆制5 d后，pH值就發(fā)生較大變化，從酸性變成堿性。這與前人做的刺芹側(cè)耳菌渣發(fā)酵試驗，菌渣pH值是快速下降，再緩慢升高，發(fā)酵7 d時pH值為7.43有相似之處［15］。堆制48 d后，平菇渣pH值為8.01，金針菇渣pH值為7.50，而大部分蔬菜適宜的pH值屬弱酸性，在6.0～7.5之間。在菌渣基質(zhì)化應用過程中，前人亦發(fā)現(xiàn)菌渣存在pH和EC值偏高、全氮磷鉀養(yǎng)分含量較高等問題，因而不宜單獨作為栽培基質(zhì)使用［11］。使用時可添加河沙、珍珠巖等無機基質(zhì)，來改善其理化性狀，一般來說在復合基質(zhì)中菌渣比例不超過70%［16］。田溪等［17］研究表明，配制蔬菜有機基質(zhì)時，可將菌渣比例控制在45%～65%之間。焦娟等［18］在篩選番茄菌渣基質(zhì)配方時發(fā)現(xiàn)，菌渣∶稻殼∶牛糞∶沙子比例為4∶2∶1∶1或者3∶3∶1∶1時，能夠顯著提高番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗表明，平菇渣的電導率顯著高于金針菇渣，經(jīng)48 d堆制后，平菇渣和金針菇渣EC值分別為5.04 mS／cm和3.08 mS／cm。因此在利用純菌渣做基質(zhì)原料時，基質(zhì)使用前最好用清水進行洗鹽處理。

本試驗結果表明，平菇和金針菇兩種菌渣的速效養(yǎng)分中，均以速效鉀含量最多，速效磷次之，速效氮最少。發(fā)酵結束時，平菇渣氮磷鉀比例約為0.39∶1∶1.14，金針菇渣氮磷鉀比例為0.45∶1∶2.05。其氮、磷、鉀含量均達到國家有機肥標準，亦可作為配料生產(chǎn)有機肥［19］。目前，我國大力提倡有機肥替代化肥施肥模式，將食用菌菌渣綜合開發(fā)利用，在糧食、蔬菜等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作為有機肥料取代部分化肥，是實現(xiàn)綠色環(huán)保、節(jié)能減排的重要舉措。下一步研究，將結合設施蔬菜育苗或栽培試驗，探索菌渣的綜合利用途徑，充分實現(xiàn)菌渣的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)與產(chǎn)品成果轉(zhuǎn)化。