食用菌廢菌棒堆肥生產(chǎn)有機(jī)肥的研究

晏 曄，劉安榮，李 敬，王振杰，彭 偉，李 威

（1.貴州省輕工業(yè)科學(xué)研究所，貴州 貴陽 550007；2.貴州省貴福生態(tài)肥業(yè)有限公司，貴州 玉屏 553012；3.貴州省冶金化工研究所，貴州 貴陽 550016）

食用菌廢菌棒是食用菌采摘后余留的基料和菌絲的混合物。基料一般由粉碎的秸稈、木屑、甘蔗渣、玉米芯、麩皮、棉籽殼等組成，食用菌生長(zhǎng)過程中，一部分基料被用來合成菌體和供應(yīng)菌體的呼吸代謝，另一部分基料經(jīng)微生物作用轉(zhuǎn)化成其他形式的有機(jī)物質(zhì)。食用菌菌絲在生長(zhǎng)時(shí)會(huì)分泌出激素和酶，這些激素和酶會(huì)分解復(fù)雜有機(jī)物生成植物所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)改善土壤結(jié)構(gòu)、防止土壤板結(jié)和增加肥力具有重要作用。我國(guó)是食用菌生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，食用菌總產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的70%以上，隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，將產(chǎn)生大量的食用菌廢菌棒，若不妥善處理，將會(huì)污染環(huán)境。因此，食用菌廢菌棒資源化利用對(duì)發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義［1-8］。

基于此，進(jìn)行以食用菌廢菌棒、豬糞和農(nóng)作物秸稈為原料堆肥生產(chǎn)有機(jī)肥的試驗(yàn)研究，考察自然堆肥和接種芽孢桿菌堆肥過程中溫度、pH、水含量和各養(yǎng)分的變化情況，為食用菌產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐［9-11］。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)在貴州省貴福生態(tài)肥業(yè)有限公司廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行；所用食用菌廢菌棒由貴州省貴福菌業(yè)發(fā)展有限公司提供；所用豬糞取自玉屏周邊養(yǎng)豬場(chǎng)；所用農(nóng)作物秸稈取自玉屏周邊農(nóng)戶。對(duì)堆肥所用廢菌棒、豬糞、農(nóng)作物秸稈進(jìn)行主要成分分析，分析結(jié)果見表1。

表1 堆肥原料的主要成分 %

1.2 堆肥與分析方法

堆肥方法：將農(nóng)作物秸稈和廢菌棒自然風(fēng)干后粉碎至1～2 cm粒度，將豬糞、廢菌棒、秸稈按一定質(zhì)量配比混合并攪拌均勻后備用。第一組，直接將攪拌均勻的物料堆成半徑2 m、高1 m的堆垛，并用塑料薄膜覆蓋；第二組，在攪拌物料時(shí)接種芽孢桿菌，1 kg物料接種15 mL，攪拌均勻后堆成半徑2 m、高1 m的堆垛，并用塑料薄膜覆蓋。采用人工翻堆方式對(duì)堆垛進(jìn)行通風(fēng)供氧。

分析方法：每天上午10點(diǎn)從不同位置對(duì)兩組堆垛測(cè)定溫度，取平均值記為當(dāng)天的堆垛溫度，在0、5、10、15、20、30、40、50 d時(shí)取樣測(cè)定pH、水含量、有機(jī)質(zhì)含量，采用NY 525—2012［12］中規(guī)定方法測(cè)定氮、磷、鉀含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 堆肥過程中溫度的變化情況

微生物在發(fā)酵過程中因分解有機(jī)物質(zhì)時(shí)釋放出大量的熱量，使堆垛溫度升高，通常可通過觀察堆垛溫度來判斷微生物的活性，堆垛溫度越高，微生物活性越好。

兩組堆肥的溫度變化情況見圖1。從圖1可以看出，兩組堆垛在發(fā)酵過程中都經(jīng)歷了升溫期、高溫期和降溫期，而接種芽孢桿菌的堆垛比未接種的堆垛溫度升高得快，說明接種芽孢桿菌有利于提高堆垛中微生物的活性。接種芽孢桿菌處理的堆垛高溫期溫度明顯高于未接種處理，說明接種芽孢桿菌對(duì)豬糞、廢菌棒、秸稈混合堆垛的發(fā)酵有較大的促進(jìn)作用，且高溫期堆垛溫度均在50℃以上，并持續(xù)15～20 d。此次堆肥符合糞便無害化衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（為殺滅寄生蟲卵，堆肥溫度須在50～55℃保持5～7 d）。

圖1 堆垛溫度隨時(shí)間的變化情況

2.2 堆肥過程中pH的變化情況

微生物在發(fā)酵過程中因分解有機(jī)物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生氨或有機(jī)酸，會(huì)使堆垛的pH發(fā)生變化，可通過考察堆垛的pH變化分析發(fā)酵過程中微生物對(duì)堆垛的作用情況。堆垛由豬糞、廢菌棒、秸稈混合而得，含有大量蛋白質(zhì)、氨基酸和菌絲體，初期堆垛呈中性或弱堿性。

兩組堆肥的pH變化見圖2。由圖2可知，兩組堆垛整體呈現(xiàn)為隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，堆垛pH先升高后降低，其原因?yàn)殡S著發(fā)酵的進(jìn)行，微生物降解堆垛中的含氮有機(jī)質(zhì)產(chǎn)生氨使得堆垛的pH上升，隨著發(fā)酵的繼續(xù)進(jìn)行，微生物又開始降解有機(jī)物產(chǎn)生大量有機(jī)酸，從而使堆垛的pH逐漸降低，當(dāng)有機(jī)物被降解完后，堆垛的pH趨于穩(wěn)定。其中，接種芽孢桿菌后，微生物活性增強(qiáng)，因此pH變化周期縮短，使發(fā)酵過程縮短5～10 d，有效地減少了因發(fā)酵時(shí)間過長(zhǎng)引起的氮素?fù)p失。

圖2 堆垛pH隨時(shí)間的變化情況

2.3 堆肥過程中水含量的變化情況

原料水含量的高低往往影響堆垛中微生物好氧反應(yīng)的快慢，過低的水含量會(huì)影響微生物的正常新陳代謝，而過高的水含量又會(huì)阻礙微生物與氧氣的輸送渠道，使得微生物缺氧失去發(fā)酵效果，因此，考察堆肥過程中的水含量變化對(duì)堆肥具有十分重要的意義。

圖3 堆垛w（H 2O）隨時(shí)間的變化情況

兩組堆肥的水含量變化見圖3。由圖3可以看出，隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，堆垛的水含量呈現(xiàn)先略微下降再有所回升最后持續(xù)下降的趨勢(shì)。其原因可能是在開始堆肥時(shí)堆垛中的水主要以自然蒸發(fā)的形式流失；之后由于發(fā)酵過程中微生物對(duì)有機(jī)物的酸化水解產(chǎn)生一部分水，又使得堆垛的水含量有所增加；后續(xù)由于堆垛溫度升高，水的蒸發(fā)量變大，使堆垛的水含量急劇下降；后期，發(fā)酵反應(yīng)基本完成，堆垛溫度降低，蒸發(fā)速率變得緩慢。從圖3中還可以看出，接種芽孢桿菌后，各階段時(shí)間較未接種時(shí)縮短，而且水含量相對(duì)較低，說明接種芽苞桿菌能提高微生物活性，使發(fā)酵時(shí)間縮短。堆肥過程中，堆垛w（H2O）降低18～22個(gè)百分點(diǎn)。

2.4 堆肥過程中養(yǎng)分的變化情況

兩組堆肥養(yǎng)分含量的變化情況見圖4、圖5。

圖4 未接種堆垛養(yǎng)分隨時(shí)間的變化情況

圖5 接種堆垛養(yǎng)分隨時(shí)間的變化情況

由圖4、圖5可以看出，堆肥過程中堆垛中的磷和鉀先迅速增加后增長(zhǎng)變緩，而氮含量則先降低而后迅速升高最后增長(zhǎng)緩慢。在堆肥過程中原料中的磷和鉀不會(huì)因?yàn)槲⑸锏陌l(fā)酵而損失，但由于堆垛中的水含量逐漸降低，磷和鉀被濃縮后含量增加，因此磷、鉀含量變化受堆垛水含量變化影響，水含量呈降低趨勢(shì)，磷、鉀含量就呈現(xiàn)升高趨勢(shì)。氮在發(fā)酵過程中被微生物降解形成氨，氨在堿性環(huán)境下以氨氣形式揮發(fā)掉，又隨著堆肥的進(jìn)行，堆垛中的水逐漸減少，氮被濃縮后含量增加，因此氮含量呈現(xiàn)出前期下降后期升高的趨勢(shì)。從圖5中還可以看出，接種堆垛養(yǎng)分的變化速率增快，并且氮、磷、鉀含量較高。經(jīng)過50 d的堆肥，接種堆垛中w（N）為1.76%，w（P2O5）為1.52%，w（K2O）為2.02%，氮、磷、鉀總量達(dá)到有機(jī)肥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（NY 525—2012）要求。

2.5 堆肥過程中有機(jī)質(zhì)的變化情況

兩組堆肥的有機(jī)質(zhì)變化情況見圖6。由圖6可以看出，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，堆垛中的有機(jī)質(zhì)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，前20 d，有機(jī)質(zhì)下降較快，后30 d下降較慢。前20 d微生物先降解較容易降解的有機(jī)質(zhì)，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，此部分有機(jī)質(zhì)被消耗完，微生物開始降解難降解的有機(jī)質(zhì)，因此有機(jī)質(zhì)含量下降緩慢。經(jīng)過50 d的發(fā)酵，堆垛中w（有機(jī)質(zhì)）為45.58%，符合NY 525—2012的要求。

3 結(jié)論

利用食用菌廢菌棒、豬糞和農(nóng)作物秸稈為原料，通過堆肥工藝生產(chǎn)有機(jī)肥，在接種芽孢桿菌的條件下，堆垛溫度迅速升高到50℃以上，并能持續(xù)15～20 d，發(fā)酵完成后w（N）為1.76%，w（P2O5）為1.52%，w（K2O）為2.02%，pH為7.8～8.2，w（H2O）在38%～40%，w（有機(jī)質(zhì)）為45.58%，堆肥效果較好，各指標(biāo)達(dá)到NY 525—2012要求。