福建省“農-牧-菌”循環農業體系構建與技術實踐

陳華，葉菁，劉朋虎，王義祥，翁伯琦

（1.福建省農業科學院農業生態研究所，福州 350003；2.福建省農林大學國家菌草工程技術研究中心，福州 350002；3.福建省紅壤山地農業生態過程重點實驗室，福州 350003）

為貫徹落實綠色發展理念，各地深入探索生態循環農業模式與配套技術并取得了良好成效。據統計，我國每年種植業秸稈量超過7 億t，養殖業廢棄物接近40 億t[1]。福建省農牧菌業廢棄物資源總量超過0.5 億t，但有效處理率不到50%，鄉村面源污染仍然由農牧菌業廢棄物排放所致，尤其是養殖業糞尿排放，使小流域水體超出適宜負荷量的31.6%；雖然通過有機肥生產、食用菌栽培、沼氣開發等消納了農牧菌業廢棄物總量的40%，但是其余60%的農牧菌業廢棄物仍有待于實施循環利用，因此發展現代循環農業的潛力巨大[2]。近10年來，福建省在現代循環農業創新研究與集成推廣及其生產實踐方面取得一系列進展，為現代農業綠色發展與鄉村產業振興探索了新的途徑。

福建省以食用菌產業綠色發展為牽引，充分利用農牧業廢棄物，既生產優質菌物產品又轉化消納有機廢物[3]，研發并形成了農-牧-菌循環農業高質量發展新格局，為鄉村產業振興與農民增收致富做出了積極貢獻。進入新發展階段，農-牧-菌循環農業也面臨著如何固碳提質與節能減排的新課題，既要充分開發利用農牧廢棄物，創新高效循環利用技術，實現優質生產與農民增收，又要做到資源節約與環境友好[3-4]，創立農-牧-菌體系碳中和新途徑。因此，本文概述了福建省農-牧-菌循環農業體系中不同生產模式的成效及其生產技術研究進展，并提出深化探索與集成推廣應用的對策，為鄉村現代農業綠色發展與循環農業轉型升級提供理論參考與實踐借鑒。

1 農-牧-菌循環農業體系優化構建的總體思路

以農業綠色發展理念為指導，通過農牧菌業結合與不同要素有序匹配，以有效消納種植業與養殖業廢棄物為目標，按照減量化、再利用、再循環、可調控的原則來優化設立鏈接環節與接口技術，因地制宜地設立農牧耦合、農菌復合的高效循環利用環節，使之合理匹配，循環利用，推動產業生態化與生態產業化的有效融合發展，促進與完善現代循環農業的綠色生產，有效保護區域生態環境，助力鄉村產業振興與農民增收致富。在總體思路實施過程中，需要注重以下幾個方面的內容：

（1）開展農牧菌業廢棄物利用及其風險評價，研究有機肥施用對農田生態環境的影響。農業廢棄物產生與污染風險評價的目的在于明確農牧菌業廢棄物產生量及其對鄉村生態環境影響與負荷狀況，要深入分析種植業秸稈、養殖業糞便和食用菌菌渣等廢棄物去向及其再利用匹配特征，重點評價區域種養業廢棄物負荷及其區域耕地的適宜承載力。長期定位觀測點數據顯示，長期施用豬糞、鴨糞配制的有機肥處理與對照處理相比，氮的利用率提高12.3%，蔬菜硝酸鹽含量降低19.6%[5]；連續3 a 施用雙孢蘑菇菌渣生產的專用肥（菌渣造粒）可提高水稻產量8.9%~12.5%；稻田土壤有機質含量提高3.6%~8.7%；化肥和牛糞有機肥長期配施，可使蔬菜硝態氮、亞硝酸鹽分別降低16.6%、13.3%[6]。試驗結果表明，連續5 a 施用菌渣有機肥10 t·hm-2，可替代傳統稻作50%化肥施用量（以純N 養分核算），且稻田連續5 a 施用復合有機肥可消納菌渣60 t·hm-2，同時有效減少雙氰胺化學添加劑使用量，減少化肥投入成本，保護稻田生態環境[7]。

（2）強化農業廢棄物資源化技術攻關與應用。在農-牧-菌循環農業體系中，要優化構建以食用菌生產為核心的轉化平臺，有效利用作物秸稈與養殖廢物栽培食用菌，以菌渣等廢棄物生產優質有機肥，進而再進入農田生態系統，實現循環利用。栗方亮等[8]研究了菌渣作復合有機肥造粒黏結劑的技術，并改進了有機/無機菌渣復合肥制備工藝與產業化技術；王煌平等[9]探索了菌渣生物炭制備技術，利用帶土雙孢蘑菇菌渣作為黏結劑，替代高嶺土等原料生產有機/無機復合顆粒肥與酸化土壤調理劑，以有機/無機復合顆粒肥和化肥分別施入土壤后15 d，其氮素損失率分別為8%和41%。以菌渣為堆肥主料生產有機/無機復合顆粒肥，再以菌渣有機顆粒肥+菌渣生物炭+有益微生物菌劑作為稻田基肥[10]，其水稻作物氮肥利用率比對照處理（普通有機肥）提高23%。連續2 a施用菌渣生物炭有助于菜地酸化土壤改良，菜地土壤pH提升0.4~0.5 個單位[11]。其中篩選堆肥高溫菌劑是重要環節，其有助于農牧菌業廢棄物高效分解，對微生物豐度和群落變化具有明顯影響。王義祥等[12]在豬糞渣+鴨糞便的堆肥中添加高溫發酵的菌株后，堆肥發酵時間縮短了5~7 d。劉波等[13]按照不同作物生長需求，在發酵物料中分別添加不同的化學農藥、化學肥料、生物菌劑、生物質炭，研制不同系列的專用肥料、復合肥料、藥肥基質、生物炭調理劑等產品，并實現了產業化生產，其應用成效十分顯著。

（3）探索影響農-牧-菌體系循環轉化內外因素。農牧菌業多級循環利用模式合理與否取決于廢棄物中碳、氮等物質轉化效率及其環境響應。陳鐘佃等[14]以栽培杏鮑菇的菌渣作為再生基質，雙孢蘑菇的碳素再利用率為10.8%~16.9%，氮素轉化率為21%~54%；黃勤樓等[15]優化創立了規模化養豬場污染及廢棄物的多級循環利用模式，以農牧廢棄物栽培食用菌，再利用菌渣生產有機肥，不僅增加經濟效益25%以上，而且可相對減少碳排放19.6%。事實上，在發酵微生物菌株篩選及菌渣堆制過程中主要因子變化規律與調控是關鍵。顏明娟等[16]研究牧草輪作對奶牛場污水氮、磷的凈化效果，闡明了溫度、濕度、酸度、氮量、碳量、菌劑等關鍵要素的作用，其中酸度影響最大，溫度與濕度影響次之；劉波等[13]優化構建了以纖維素高效降解菌篩選、微生物區系動態變化規律及其配套應用技術等為核心的優化調控體系；楊國良等[17]篩選并構建的高效纖維素降解復合菌劑在菌渣原料發酵過程中應用效果十分顯著，其與對照處理相比，堆體升溫5~6 ℃，縮短發酵時間5~7 d，不僅加快了有機物的分解，同時明顯提高了堆肥中濾紙纖維素酶的活性。

（4）創新并開發應用循環系統的碳轉化技術。CO2排放發生于食用菌栽培生產全過程，而CH4和N2O排放則發生于栽培料發酵過程。影響CO2排放的主要因子為溫度、濕度及基質的酸堿度調控等，研究表明pH 6.5~7.0 為適宜范圍[18]。要實現農-牧-菌循環系統碳中和，需要促進系統內碳排放與碳吸收的平衡。李艷春等[19]深入探討了茶枝代料栽培靈芝、茶園合理套種靈芝和菌渣就地回園對茶園土壤有機碳庫的影響，分析了內在規律并優化調整了套種比例及其菌渣回園方法。李振武等[20]研究并建立了茶-菌-菌渣回園循環利用模式并進行運營實踐，結果表明山地茶園單位面積內CO2含量高低順序為單一靈芝>茶葉-靈芝>單一茶葉，茶葉+靈芝系統CO2含量比單一靈芝系統減少71.6%，有利于茶-菌系統內部CO2中和利用；茶園套種靈芝不僅提高土壤肥力，連續套種3 a后茶園土壤有機質提高8.75%，且每667 m2增加280~420元產值，經濟效益顯著。

2 農-牧-菌循環農業體系實踐成效

2.1 大中型養豬場廢棄物資源化循環利用模式實踐成效

在鄉村規模化養殖場廢棄物減量化基礎上，優化構建資源化循環利用模式并有效實施是現代循環農業發展的重要基礎。該模式的主要技術包括4 個方面：（1）生豬飼料氮磷減量及營養配方技術優化。包括在生豬飼養不同階段，優化減少飼糧氮含量2.5%~3.0%、磷含量0.1%~0.2%，降低銅、鐵、鋅等微量元素添加水平。在飼料中添加植酸酶30~40 mg·kg-1、非淀粉多糖酶100~120 mg·kg-1的處理與對照處理相比，糞磷、糞氮含量分別減少8.64%、10.80%，同時可減少糞鋅12%、糞銅9.7%[21]。（2）養豬場廢物固液分離及沼液高效利用技術。研發的新型固液分離機使糞便廢液的總固體含量（TS）去除率達到75%以上。優化設計細菌固定化顆粒制備工藝并研發養殖污水復合過濾方法，明顯提高了養豬場廢液的總氮和總磷的去除率，21 d 后，去除率達到88.6%和55.0%；經固液分離之后，豬糞渣作為雙孢蘑菇栽培基質，廢液則導入沼氣池，沼液應用氧化塘凈化等集成技術處理后，水體中化學需氧量（COD）和生化需氧量（BOD）的去除率分別提高75.3%和64.0%，水體中CODCr值則從260~280 mg·L-1降到50~60 mg·L-1[22]。利用氧化塘凈化后的沼液養魚，通過篩選適宜魚種和投苗數量，可使產量達4.65 t·hm-2。（3）集約化養豬場廢物作基質循環利用技術。將固液分離機分離出的豬糞渣作為基質原料，用于替代牛糞栽培雙孢蘑菇，與常規栽培基質處理相比，產量提高了15.8%~22.0%。以豬糞渣替代45%的木屑栽培毛木耳和替代55%的棉籽殼栽培銀耳，其產量分別比對照提高12.6%和9.7%；以豬糞渣替代45%的棉籽殼栽培糙皮側耳，其產投比達3.65，比常規栽培原料處理提高了1.79 倍[23]。（4）集約型養豬場沼液多級化循環利用技術。實踐表明，以沼液灌溉狼尾草草地，每667 m2產量達9.8 t·a-1，一般666.7 m2魚塘可配套666.7 m2狼尾草（夏季）+黑麥草（冬季套種）草地，草魚/鰱（鳙）魚魚種搭配比例以1∶1.2~1∶1.3 為宜，雜交狼尾草用于草魚餌料，其最佳刈割期為28 d 左右，草魚對狼尾草中干物質的消化率達到70.28%，同時草魚肉中多不飽和脂肪酸（PUFA）、亞麻酸（18：3n-3）的含量分別是全飼料喂養處理的1.86、10.17 倍[24]。

2.2 養豬場發酵床微生物制劑研發與墊料多級循環利用模式實踐成效

規模化養豬場發酵床微生物制劑研發與廢棄物多級循環利用模式（圖1）由4 個系統構成，即有益微生物飼料系統、有益微生物墊料系統、養殖環境因子調控系統、群體監測與智能化反饋系統。以微生物發酵床標準化養豬為核心的循環農業園區，配套菌劑創制、優化配方、基質生產、循環利用、智能大棚等技術，實現循環農業高效運營。取得的成效主要有：（1）畜牧養殖廢棄物微生物降解技術研發。福建省農科院聯合項目組收集了國內外芽孢桿菌34 892株，分離篩選了飼用益生菌劑，創制了飼用益生菌（秾窠1~5號）；先后研發了系列有機廢棄物堆肥發酵專用菌劑、微生物發酵床糞污降解菌劑等14 種菌劑[25]，對集約化養豬場發酵床微生物復合制劑研發與廢棄物多級循環利用模式開發提供了厚實基礎。（2）設計與建設微生物發酵床養豬場。劉波等[26]研究并篩選了微生物發酵床的替代墊料，以菌渣+椰殼粉+秸稈+專用菌劑為混合原料替代緊缺的鋸末，構建了微生物發酵床大欄養豬體系并研發了配套裝備，主要包括微生物發酵床大欄養豬場、養殖生態環境監控系統、大欄養豬場發酵床墊料翻堆機械。微生物發酵床+大欄方式養豬與傳統模式相比，不僅可節約63%的建場用地，而且節約26%的建場成本，同時節約85%的養殖用水，效益增加31%，養殖廢棄物進入循環系統，基本實現零排放[27]。（3）利用養豬場發酵床墊料開發基質。以養殖場發酵床墊料為主原料，篩選并添加無致病力的地衣芽孢桿菌（FJAT-4）等系列生防菌，研發出種苗培育基質，與對照處理相比，其蔬菜種苗病害發生率降低了76%。以發酵床墊料為基材，實現產業化生產食用菌栽培基質；以添加10%~15%養豬場墊料的基質栽培的姬松茸、真姬菇，產量分別比常規配料栽培提高16.5%、10.8%[28]。盧政輝等[29]以杏鮑菇菌渣替代傳統基質，篩選了栽培雙孢蘑菇新配方，因地制宜優化了工廠化設施栽培模式與環境調控技術；翁伯琦等[30]經多年選育并成功獲得“福蘑38”雙孢蘑菇新品種，工廠化栽培產量比傳統品種As2796 提高19.6%，分別以55%和65%杏鮑菇渣替代常規基質料栽培雙孢蘑菇，其產量分別比傳統栽培基質增產11.7%和10.2%。劉波等[26]扶持合作企業共同研發不同種類生物基質生產線1 條（年生產能力達10 萬t），開發優質基質產品6 類13 個，批量生產生物肥藥產品3 個。（4）建立微生物發酵床養殖場示范區。劉波等研究制定并獲準發布了《微生物發酵床大欄養豬技術規范》（DB35/T 1543—2015），并按照標準化、循環化、工業化的理念，優化構建了以微生物發酵床養殖場為核心，配套人工腐殖質生產的園區，構建了現代循環農業優質生產與高效經營模式。

2.3 規模化養牛場牧草凈化治理及其飼草高效循環利用模式實踐成效

利用牧草治理規模化養牛場廢液，并實施牧草高效循環利用技術，有助于養分吸收轉化與生態環境保護。該模式的主要技術包括：（1）利用雜交狼尾草有效消納養牛場廢水。南平長富乳業集團第27 牧場利用53 hm2紅壤山地，大面積連片種植閩牧6 號狼尾草。定位觀測數據表明，配套53 hm2草地可消納1 200 頭養牛場沼液廢水，雜交狼尾草對養牛場沼液氮、磷的吸收率分別達40.23%和37.25%[31]。（2）引進牧草新品種以提高飼草營養品質。項目組引進系列紅象草品種，開展品種區試評比后篩選出紅象草FJ-2新品種，并通過省級審定。紅象草新品種莖葉的α-亞麻酸含量比對照品種高62.2%[32]；15N 示蹤試驗數據顯示，雜交狼尾草粗纖維、粗蛋白、粗脂肪含量分別達30.5%、12.4%、2.8%。其對沼液氮的利用效率為18.20%~29.34%，雜交狼尾草作為飼料，其氮素消化率為27.67%~68.20%[33]。（3）提高牧草加工品品質以高效飼養奶牛。黃勤樓等[34]引進了14 個纖維素降解菌株，通過試驗篩選出5 株纖維素高效降解菌，進而研發出高效降解纖維素的復合菌劑“貯寶2 號”，開發了以狼尾草為物料的不同系列青貯料，紅象草莖葉青貯料乳酸含量提高16%以上，雜交狼尾草青貯料中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維降解率分別達31%和28%。項目組近年研究結果表明，雜交狼尾草/花生秧混合比為65∶35，紅象草/花生秧混合比為50∶50 為適宜比例；肉牛飼喂狼尾草/花生秧青貯料，料重比達50∶1 時，肉牛質量增加達1.19 kg·d-1，奶牛飼喂紅象草/花生秧青貯料，每100 g 牛乳中α-亞麻酸含量達15.88 mg，比對照處理增加43.5%。（4）構建草-牧-沼多級循環利用模式。以山區奶牛場為載體，通過多年研究并因地制宜地構建了草-牧-沼多級循環利用模式，形成了牧草飼料-奶牛生產-牛糞基質-沼氣發電-沼液灌溉-牧草生長的遞進循環利用新業態。通過系統產投比分析表明，南平市長富乳業集團第27牧場不僅節約飼料-肥料-灌溉-能量投入成本42%，而且環境承載負荷強度降低43%。通過反饋能值有效替代，系統的可持續發展指數（17.8）比對照處理增加33.6%，總體凈效益比對照處理提高32.5%[35]。

2.4 菌業生產溫室氣體減排及其菜-菌體系CO2中和利用模式實踐成效

實施食用菌生產過程CO2有效減排，實現菌業廢棄物資源化是現代循環農業的重要環節。該模式主要技術有：（1）草生菌碳排放規律與減排技術。項目組采用靜態箱-氣相色譜法，探討雙孢蘑菇、秀珍菇等栽培過程的溫室氣體排放動態，其呈現出前低-中高-后低的排放規律。雙孢蘑菇在生長期間全程排放CO2，其中栽培基質中15%~20%的碳量被轉化到菇體，25%~30%殘留在菇渣中、50%~60%以CO2形式排放到大氣中[36]。在進行栽培基質預處理過程碳排放方面，創立姬松茸培養料新型復式堆積法，優化堆料碳氮比和滿格堆制厚度，改進層次交叉翻堆機械，縮短堆制發酵時間，減少溫室氣體排放。姬松茸栽培基質按照33∶1 或者35∶1 的C/N 進行堆制發酵，既保障培養料發酵質量，又降低了23%的溫室氣體排放量，姬松茸產量與對照處理相比提高了29%~38%。（2）大棚菌菜共作栽培與碳中和技術。項目組研究并優化構建了溫室大棚蔬菜和食用菌CO2、O2互補栽培體系（圖2），該體系包括4 個子系統，即架構設施、生境調控、水肥一體、CO2中和。在溫室大棚條件下，選擇適宜蔬菜溫室大棚栽培的食用菌品種（秀珍菇、平菇等），同時篩選適宜菌渣基質栽培的蔬菜品種，探索不同菇-菜栽培過程CO2排放與體系內CO2、O2互補共贏的合理匹配技術，創立了蔬菜-菌物-菌渣-基質設施生態循環農業產業化模式。建立2 000 m2的菌-菜共作溫室示范大棚并進行試驗示范，其生產結果顯示，菌-菜共作處理與單一種植蔬菜大棚相比，蔬菜增產18.6%，與單一栽培食用菌大棚相比，CO2減排48.8%，平菇產量提高22.6%，取得良好的碳中和效果，該研究成果正在進一步擴大示范并組織集成推廣[37]。馬路等[38]合理調整木薯、芋頭等作物的種植密度、套種時間，并因地制宜地套種竹蓀，木薯+竹蓀比芋頭+竹蓀處理的產量提高12%以上，促進廢棄物中碳物質轉化利用的成效十分顯著。

圖2 溫室大棚蔬菜和食用菌CO2和O2互補栽培體系Figure 2 Complementary cultivation system of CO2 and O2 for vegetables and edible fungi in greenhouse

3 農-牧-菌循環農業體系生產運營中的主要技術對策

農-牧-菌循環農業體系的生產運營需要關注資源優化匹配、循環途徑拓展、鏈接接口優化和有效調控，還需要防控二次污染、啟動利益驅動機制等。

要優化構建多級循環農業生產體系，實現提高效率、提升效能、提增效益的目標，今后應加強以下技術的研發。（1）擴大篩選微生物助堆劑并深化食用菌基質快速發酵技術。要深化纖維素降解菌篩選和混合菌劑復配、集成創新隧道式3 次發酵配套設施，優化改進栽培基質堆制技術等研究與集成應用。（2）進一步深化菌渣再利用及其食用菌高優栽培技術。要深入開展菌渣再利用相容性研究，建立便捷應用數據庫，深化不同菌渣再利用配方與生產模式的復合研究，提高循環利用效率[39]。（3）選育低重金屬含量食用菌新品種及專用料栽培技術。要進一步選育低重金屬富集的食用菌新品種，同時要構建低污染栽培體系，保障子實體產品符合食品衛生安全標準。（4）深化草生菌栽培替代料篩選與高質量生產配套技術。要進一步系統研發并完善牛糞、豬糞、稻草、茭白莖葉、筍殼等混合型的系列配方，形成高質量與節料型替代基質生產技術體系。（5）深化旱地作物及果園、茶園套種食用菌高效栽培技術。要在山地果園、茶園套種食用菌，以果園雜草為原料，以果園后溝為場地栽培食用菌，在山地茶園套種靈芝等品種，力求每667 m2果園、茶園增加收入300~500 元。深化實用模式與便捷技術耦合研究，提高資源利用率并實施綠色防控技術。（6）深化菌業加工廢棄物資源循環利用增值技術。以蘑菇預煮液為主原料加工制作蘑菇醬油，深化研發蘑菇醬油加工工藝與系列配方；優化樹脂純化菌物多糖工藝參數與噴霧干燥技術，有效提取菇腳、殘次料及菇品預煮液的多糖成分；利用食用菌加工漂燙液噴霧干燥制備營養精粉工藝；與企業合作研發加工工藝及其生產線[40]，系統開發食用菌精粉膠囊、含片、飲料等新產品，拓展精深加工領域，研發新一代產品，提高菌業加工副產品的循環利用價值。

多年研究與推廣應用實踐表明，農-牧-菌循環農業體系的高效運營，有賴于標準化、機械化、智能化、綠色化新技術的導入與應用，其中各個環節與接口直接的優化調控十分重要，保障資源的合理匹配，使上一道生產環節廢棄物成為下一道環節的資源，促進循環農業產業鏈的延伸與有效利益驅動，從而實現經濟-社會-生態效益協同，以保障鄉村產業生態化與區域生態產業化的雙贏目標實現。在建設農業強國的新階段，現代循環農業要大力提倡節能減排生產與收獲高效優質產品，以食用菌產業為載體的農-牧-菌循環農業高質量發展必將為建設資源節約與環境友好新鄉村起到重要作用，其成功的探索與有效的經驗，對福建省乃至全國鄉村產業振興與農業提質增效具有重要的實踐意義。