“菌-果-畜-糧”循環農業發展模式分析
——以陜西省商洛市為例

聶淼，余超，董照鋒

(1.商洛市農產品質量安全中心，陜西 商洛 726000；2.商洛市畜牧產業發展中心，陜西 商洛 726000)

我國是農業生產大國，每年會產生26.0 億t 畜禽糞便，7.0 億t 農作物秸稈，1.3 億t 食用菌菌渣和0.5 億t 林果業副產物等農林廢棄物[1-2]。目前，絕大部分農林廢棄物都被隨意丟棄或者直接焚燒，造成生物資源浪費的同時對生態環境產生了極大影響。食用菌是在“生產者-消費者-分解者”組成的生態鏈上處于分解者（還原者）位置的一類真菌，它們能通過分泌降解纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質，以及多糖等大分子物質的相關酶類，將生產者（綠色植物）和消費者（人類、動物）均不能有效利用的農林有機廢棄物，轉化為人類美味可口的優質高蛋白食品。人工栽培每生產1 kg 的食用菌約產生3～5 倍的菌渣[2]。菌渣可作為食用菌二次栽培基質原料[3-8]、作物肥料[9-12]、動物飼料[13-16]、生物質燃料[17-20]、養殖墊料[21]、環境修復材料[22]等在農業生產中得到循環反復利用，實現農業生態環境良性循環。因此，食用菌產業逐漸成為處理和利用農林有機廢棄物的最佳選擇和連接林果業、養殖業和種植業等農業產業的重要紐帶。陜西省商洛市全域地處秦嶺山區，生態環境優越，物產資源豐富，是國家南水北調重要水源涵養地，具有發展生態綠色循環農業的產業基礎、獨特優勢和現實需求[23]。本文在總結食用菌栽培基質和菌渣綜合利用途徑研究現狀的基礎上，提出了“菌-果-畜-糧”循環農業發展模式構想，并以陜西省商洛市為例，具體分析了商洛市發展“菌-果-畜-糧”循環農業的產業基礎與生態、經濟效益，以期為秦嶺山區循環農業發展和農業資源高效利用提供理論依據和思路參考。

1 食用菌栽培基質研究現狀

食用菌栽培基質由主料和輔料組成，含有食用菌生長繁殖所需的碳素營養、氮素營養、維生素，以及礦物質等營養物質。主料是食用菌栽培的主要原料，在栽培基質中配量最大，是食用菌碳素營養的主要來源。輔料是以滿足食用菌菌絲生長所需要的有機氮源為主要目的的原料，占比較小，含氮量較高，常用來調節栽培基質碳氮比或作為速效營養物質。傳統的食用菌代料栽培過程，常以雜木屑、玉米秸稈、玉米芯、棉籽殼、糠醛渣等原料作為主料，以麩皮、米糠、畜禽糞便等作為輔料。隨著科技進步和食用菌產業發展，茶樹枝、桑樹枝、蘋果枝、葡萄枝、獼猴桃枝、板栗苞殼、核桃殼、板栗樹葉、茶籽殼、茶粕、大蒜秸稈、生姜秸稈、紫花苜蓿、楊樹葉、棗樹葉、蘋果渣、柑橘皮、木糖渣、鵪鶉糞、蠶糞（蠶沙）、黃粉蟲糞等農林牧副產品和工業生產廢料也逐漸成為食用菌栽培基質新型原料[24]。表1 總結了部分林果業副產物在食用菌栽培基質中的添加比例。

表1 部分林果業副產物栽培食用菌研究進展

2 食用菌菌渣綜合利用途徑研究現狀

食用菌菌渣，又稱菌糠，是食用菌生產采收后廢棄的固體培養基料，除含有未被完全利用的蛋白質、碳水化合物、氨基酸、維生素和微量元素等營養物質外，殘留了大量菌絲體和多種次級代謝產物，且經食用菌菌絲及多種微生物酶解作用后，木質素、粗纖維和抗營養因子等被不同程度降解，粗蛋白提高25%～40%，具有很高的潛在開發和利用價值。近年來，國內外學者探索了菌渣多種資源化利用途徑，并取得了良好的進展。

2.1 用作食用菌再生產的配料

不同食用菌生長對栽培基質中的營養成分利用存在差異性，如木腐菌和白腐菌菌渣中仍含有大量可供草腐菌吸收的營養成分。魏海龍等[50]研究指出，菌渣除部分營養損失外，內部環境在食用菌的改造下，更加適宜食用菌生長，只要適當補充部分養分，仍可作為優質的食用菌栽培基質。利用菌渣二次栽培平菇[3]、黑木耳[4]、金針菇[5]、雙孢蘑菇[6]、草菇[7]、秀珍菇[8]等食用菌的研究較多。菌渣二次栽培食用菌可節省成本，提高產量，但要根據菌渣理化性質，合理選擇二次栽培菌種，不能籠統地以“菌渣”替代[2]。

2.2 肥料化利用

菌渣中有機質、N、P 和K 含量分別達到了15.66%、1.274%、0.211%、1.45%，還含有多種礦物質元素，可作為有機肥直接還田利用或作為生產有機肥的優質配料，也可作為堆肥原料[51]。研究表明，菌渣肥料可提高臍橙[9]、大麥[10]、馬鈴薯[11]、小白菜[12]等農林產品產量。這可能與菌渣肥料能提高土壤有機質、速效氮磷鉀等養分含量，降低土壤容重，改善土壤通氣性和持水性等作用有關[52]。王峰等[53]研究表明，菌渣肥料能夠促進茶園土壤腐殖化和有機碳的積累，增加茶園土壤大團聚體含量和土地肥力。另外，菌渣因具有良好的理化性質也可作為園藝作物和中草藥育苗和栽培的基質原料[54]。

2.3 飼料化利用

食用菌菌渣風味芳香，松軟適口，概略營養成分含量與糠麩類飼料相當，氨基酸總量與玉米接近，且含有豐富的必需氨基酸和微量元素，逐漸成為動物飼料來源的新途徑。菌渣中含有大量菌絲體和食用菌代謝產物，如多糖、有機酸、三萜皂苷、多酚、黃酮類等，這些特殊的生物活性物質，可作為天然的抗氧化劑和抗炎藥物，具有提高畜禽抗病能力、調節代謝機能和促進生理功能等作用[55]。研究證實，菌渣作為飼料對動物體不會產生毒害和副作用[56]。由于菌渣粗纖維含量高于18%，通常作為粗飼料應用于反芻動物中，飼喂單胃動物時必須適量添加。研究表明，菌渣可部分替代麩皮、豆粕等常規原料，粉碎后直接添加在飼料中或制成發酵飼料或提取生產生物添加劑等方式，用于飼喂奶牛、肉牛、肉羊、生豬、蛋雞、肉雞等[13-16]，不僅不影響生產性能，還可降低飼養成本，緩解飼糧不足矛盾，具有顯著的經濟效益。

2.4 能源化利用

菌渣能源化利用主要包括3 種途徑：第1 種是曬干后直接作為燃料，因其操作簡單且技術要求低，成為中小型食用菌種植戶菌渣初級再利用的主要方式之一。但燃燒只能快速取得菌渣10%左右的熱能，資源浪費的同時又造成環境污染，大型食用菌企業迫于環保壓力逐漸放棄這種利用方式。第2 種是作為發酵底物生產沼氣。菌渣發酵生產沼氣具有預處理方式簡便、啟動迅速、產氣質量高、發酵過程不易結殼等優點[57]。在氣溫較高的春夏季節，菌渣應用于戶用沼氣池發酵，日產氣量達到0.5～1.0 m3，可滿足農戶日常生活所需[17]。研究表明，不同食用菌菌渣厭氧發酵產氣潛力有所不同（表2）。菌渣碳氮比較高，單獨發酵易出現酸化及產氣停滯等問題，通過添加含氮量較高的豬糞[18]、牛糞[17]等混合發酵沼氣產量明顯高于菌渣或者畜禽糞便單獨處理。第3 種是生產生物乙醇，菌渣中含有大量被食用菌分解過的木質素、纖維素、半纖維素，這些糖原物質被進一步酶解糖化和發酵后，經過純化就可得到乙醇[19]，1 t食用菌菌渣可生產150 kg 左右乙醇[20]。

表2 食用菌菌渣厭氧發酵產氣潛力

2.5 其他方面

菌渣可以部分替代鋸木屑作為發酵床養殖的墊料，不僅不影響發酵效果和畜禽生產性能，還可有效降低發酵床墊料制作成本[21]。另外，菌渣疏松多孔，比表面積大，具有較強的吸附特性，是水體污染、土壤重金屬污染、鹽堿土壤改良等良好的生態環境修復材料[22]。近年來，利用菌渣提取多糖、植物甾醇、三萜皂苷、肌酸和胞外酶等生物活性物質逐漸成為研究熱點。Silva 等[60]試驗提出從菌渣中生產麥角甾醇的簡單方法，陸歡等[61]通過添加復合酶結合微波法成功從杏鮑菇菌渣中提取出氨基酸水溶肥。

3 “菌-果-畜-糧”循環農業發展模式的構想

“菌-果-畜-糧”循環農業發展模式是以食用菌栽培和菌渣資源化利用為紐帶，將食用菌業、林果業、畜牧業、種植業有機結合起來，實現農業生物質資源多級循環利用，變廢為寶，減少資源浪費和環境污染，顯著增加經濟、生態和社會效益（圖1）。林果業（茶業）產生的修剪枝條、核桃殼和板栗苞殼等，種植業產生的秸稈、玉米芯，以及畜牧業產生的畜禽糞便，這些廢棄副產物都可作為栽培食用菌的基質原料。食用菌栽培后產生的菌渣，適當處理后可二次栽培食用菌，亦可作為燃料或者發酵生產沼氣為食用菌企業供能，從而實現了食用菌業內部小循環。另外，菌渣可作為種植業和林果業育苗或栽培的基質原料，亦可單獨或者與畜禽糞便混合發酵生產優質有機肥料，改善種植業和林果業土壤肥力，減少化肥使用，促進綠色優質水果、茶葉、糧食和經濟作物等的生產。菌渣作為非常規飼料原料，可以部分替代種植業生產的玉米、小麥等常規飼料原料，共同為畜禽養殖提供全價配合日糧。畜牧業產生的糞污可直接或生產有機肥為種植業和林果業提供肥料，或者通過厭氧發酵生產沼氣，為畜牧業本身以及林果業、食用菌業和種植業生產過程提供能量。

圖1 “菌-果-畜-糧”循環農業發展模式路線圖

4 產業基礎與效益分析

4.1 產業基礎

（1）食用菌業。2012 年以來，商洛市食用菌產業作為脫貧攻堅與鄉村振興重點扶持產業之一，得到快速發展（圖2）。食用菌種植規模和食用菌產量從2012 年的1.05 億袋和12.6 萬t，增加到2021 年的3.88 億袋和38.2 萬t，分別增加269.52%、203.17%，產值增加了28.70 億元。

圖2 商洛市近10 年食用菌產業發展情況

（2）林果業。商洛市林果業以核桃和板栗為主，茶葉、桑果為輔，核桃和板栗的栽植面積、產量都長期位居陜西省第一，素有“中國核桃之都”“板栗之鄉”等稱號。2021 年，商洛核桃、板栗、茶葉和桑樹栽植面積達到10.85 萬hm2、8.17 萬hm2、1.73 萬hm2、0.25 萬hm2，分別同比增加1.21%、1.96%、8.36%、9.05%（表3）。商洛屬北亞熱帶向暖溫帶過渡的氣候帶，北方和南方水果均適宜栽培，2021 年全市果園面積0.35 萬hm2，同比增加13.61%。其中，大櫻桃、葡萄、獼猴桃等效益較好的特色時令水果種植較為廣泛。

表3 2021 年商洛市林果業生產情況和副產品產生量

（3）畜牧業。畜牧業作為承農啟工的中軸產業，是商洛市特色現代農業的重要組成部分。2021 年，全市生豬存欄55.32 萬頭，出欄85.16 萬頭；家禽存欄1 101.64 萬只，出欄1 252.82 萬只；牛養殖以肉牛為主，存欄7.09 萬頭，出欄2.72 萬頭；羊養殖以山羊為主，存欄23.13 萬只，出欄20.48 萬只（表4）。全市肉類總產量9.86 萬t，同比增加13.05%，禽蛋產量7.19 萬t，同比減少0.72%，牧業產值67.75 億元，占農林牧漁總產值的30.48%，高出全省9.20 個百分點。

表4 2021 年度商洛市畜禽養殖量和糞便排泄量[74-75]

（4）種植業。商洛市糧食作物主要包括玉米、小麥和大豆，經濟作物主要包括油菜、花生和蔬菜。據統計，2021 年，玉米產量27.26 萬t，同比減少0.47%，小麥產量9.93 萬t，同比增加1.53%，大豆產量3.24 萬t，同比增加4.52%，油菜籽產量0.97 萬t，同比增加11.03%，花生產量0.81 萬t，同比減少5.75%，蔬菜產量61.85 萬t，同比增加2.11%（表5）。

表5 2021 年商洛市主要農作物及副產品（秸稈）產生量[76]

4.2 效益分析

（1）環境效益。按每生產1 kg 的食用菌可生產3.25 kg 的菌渣計算，商洛市2021 年可產生124.15萬t 菌渣[2]（圖2）。按核桃殼質量占核桃總質量的30%計算，商洛市2021 年可產生3.27 萬t 核桃殼[67]。按每100 kg 板栗產60～90 kg 干栗苞計算，商洛市2021 年至少可產生1.68 萬t 板栗苞[69]。研究表明，板栗樹年剪枝量約0.67 t·hm-2[68]，茶樹年剪枝量4.5 ～7.5 t·hm-2[70]，桑園年產桑枝18～22.5 t·hm-2[71]，果園年剪枝量4.5 t·hm-2[72]，按照此比例計算，商洛市2021 年可產生板栗枝5.47 萬t、茶枝7.81 萬t，桑枝4.47 萬t、果樹枝1.58 萬t、林果業一年可產生19.33 萬t 修剪枝條（表3）。本文綜合引用余超等[74]和彭錦星等[75]估算畜禽糞污年產生量的方法，計算得出2021 年商洛市畜禽糞便排泄量（表4）和糞便污染物排泄總量（表6）。由此可知，2021 年商洛市畜禽共產生糞尿173.56 萬t 和111.47 萬t，畜禽糞便中COD、BOD、NH3-N、總磷和總氮排放總量分別為7.88 萬t、7.53 萬t、0.72 萬t、0.65 萬t、2.22萬t。本文采用畢于運等[76]訂正的秸稈草谷比，對2021 年商洛市主要農作物副產物（秸稈）資源進行了估算（表5），可知2021 年商洛市累計產生農作物秸稈和玉米芯、花生殼等副產物57.98 萬t。上述食用菌業、林果業、畜牧業、種植業生產過程中產生的菌渣、修剪枝條、畜禽糞便、農作物秸稈等農林廢棄物，大部分被隨意丟棄或者直接焚燒排放到環境中，使“資源”變為“污染源”，不僅造成資源浪費還破壞了生態環境[1]。“菌-果-畜-糧”循環農業發展模式利用修剪枝條、農作物秸稈和畜禽糞便生產食用菌，將菌渣配料化、肥料化、飼料化、能源化、墊料化應用于“菌-果-畜-糧”4 個業態，畜牧業產生的畜禽糞污通過肥料化或能源化實現循環利用，提高農林廢棄物利用價值和效率的同時，極大地減輕了環境污染和生態破壞。另外，菌渣改善土壤肥力和生態環境修復功能同樣具有極高的環境效益。

表6 2021 年商洛市畜禽糞便污染物排泄總量

（2）經濟效益。①從食用菌生產角度分析：按每袋菌棒重量2 kg，含水率50%，雜木屑平均添加量50%計算，商洛市2021 年林果業產生的19.33 萬t修剪枝條，可用于生產食用菌菌棒3.86 億袋，每袋菌棒節約成本0.8 元計算，可節約產生成本3.09 億元。丁強等[77]研究發現，2.6 t 秸稈和2.0 t 畜禽糞便，可生產1 t 的雙孢蘑菇。商洛市2021 年57.98 萬t農作物秸稈可生產雙孢蘑菇22.30 萬t，直接經濟效益超10 億元。②從菌渣資源化利用角度分析：2021年商洛市產生的124.15 萬t 菌渣，一是可生產124.15 萬t 肥料，按N 含量1.274%計算，相當于7.46 萬t 硫酸銨，能滿足22.61 萬hm2農田的肥料要求，不考慮對農作物增產效益外，可減少化肥成本近1 億元。二是可發酵生產600～1 200 t 的飼料，替代畜禽3%～20%日糧，飼料成本降低50～400 元·t-1。三是可直接或與畜禽糞便混合后作為蚯蚓飼料，1 t 菌渣可飼養蚯蚓25～30 kg，經濟效益700～1 000 元。四是單獨或與畜禽糞便混合發酵生產沼氣，或者用來生產生物乙醇，1 t 菌渣可生產150 kg 左右乙醇[20]。③從畜禽糞便資源化利用角度分析：本文根據不同畜禽糞便的發酵產氣潛力估測了2021 年商洛市畜禽糞便發酵產氣量[74]（表7）。由表7 可知，2021 年商洛市畜禽糞便發酵產氣總量約為13 732.97 萬m3，相當于9.61 萬t 無煙煤產生的能量[74]。另外，畜禽糞便生產的有機肥或者沼氣發酵后產生的沼渣沼液，均是林果業和種植業最理想的有機肥料。

表7 2021 年商洛市畜禽糞便發酵產氣量估測值[74]

5 討論及結論

“菌-果-畜-糧”循環農業發展模式是涉及食用菌栽培學、園藝學、畜牧學、農學、農業環境學、食品科學等多個學科的一項系統過程，以食用菌栽培和菌渣資源化利用為紐帶，連接林果業、畜牧業和種植業，形成循環產業鏈，優化了農業系統結構，實現了農林廢棄物資源多級循環和轉化，提高了農業資源總體利用率和效益，減少了環境危害和破壞，具有明顯的經濟效益和環境效益。

目前，有關食用菌產業循環模式的研究，多側重從食用菌菌渣的單一技術層面來研究菌渣再利用的可能性[51-59]，宏觀層面探討食用菌業與其他業態的多級循環利用模式還較少。“菌-果-畜-糧”循環農業發展模式的推廣應用可助推農業廢棄物“變廢為寶、變棄為用、變害為利”，為降低農業能源投入品消耗、減少農業溫室氣體排放、發展低碳農業等作出重要貢獻，但現階段該模式還存在著產業鏈條主體分離、基礎理論研究不足、標準規程體系不全、專業技術人才匱乏、政策支持力度不夠，以及農林廢棄物栽培食用菌、菌渣高效利用和糞污資源化利用等關鍵茬口銜接技術研究薄弱等問題，迫切需要政府、科研單位和從業人員共同發力，加強循環農業發展模式的政策引導、科研攻關和技術創新，加快標準體系和人才隊伍建設，促進循環技術推廣應用，實現農業產業健康持續高質量發展。