接種生物菌劑對菌糠堆肥過程中腐植酸變化的影響

王思同 辛寒曉 范學(xué)明 劉麗英 孫中濤*

(1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 泰安 271018 2 山東佐田氏生物科技有限公司 濟(jì)南 250000)

接種生物菌劑對菌糠堆肥過程中腐植酸變化的影響

王思同1辛寒曉2范學(xué)明2劉麗英1孫中濤1*

(1 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 泰安 271018 2 山東佐田氏生物科技有限公司 濟(jì)南 250000)

以食用菌菌糠為原料，進(jìn)行堆肥試驗，堆肥持續(xù)時間為36天。測定堆肥過程中的溫度、pH以及腐植酸含量的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明：接種生物菌劑可以加快堆體的升溫速度并延長高溫期；堆體中黃腐酸含量、pH值呈先上升后下降的趨勢；游離腐植酸含量呈先上升再下降后上升的趨勢，而總腐植酸含量呈先下降后上升的趨勢，水溶性腐植酸的含量一直上升直到堆肥結(jié)束。堆肥結(jié)束后，處理組的各種形態(tài)的腐植酸含量顯著高于對照組。表明接種生物菌劑有利于加快堆肥進(jìn)程，提高堆肥品質(zhì)。

菌糠 堆肥 腐植酸 生物菌劑

利用秸稈木屑等原料進(jìn)行食用菌代料栽培，收獲后剩余的培養(yǎng)基廢料稱為菌糠。菌糠中含有豐富的菌體蛋白以及代謝產(chǎn)物，還有許多未被利用的營養(yǎng)物質(zhì)，并含有大量的、多種類的微生物菌群。我國食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，每年產(chǎn)生大量的菌糠[1]。傳統(tǒng)處理菌糠的方法是燃燒或者丟棄，不僅造成了大量的資源浪費(fèi)，同時造成了環(huán)境污染[2]。

有機(jī)廢物堆肥化歷史悠久[3]，堆肥可殺滅有機(jī)廢物中的草種以及病菌、減小存放體積[4]，通過堆肥可以將有機(jī)廢物轉(zhuǎn)變?yōu)橐子谔幚淼奈锪?，同時創(chuàng)造出有價值的堆肥產(chǎn)品[5]。菌糠可用于堆肥，比其他農(nóng)作物廢棄物的營養(yǎng)更為豐富。堆肥是腐殖化的過程[6]，有大量的微生物參與。堆肥中的腐植酸能夠改良土壤的理化性狀，提高土壤的肥力，促進(jìn)植物的生長[7]，因此提高堆肥中腐植酸的含量具有重要意義。胡清秀等對雙孢菇菌糠堆肥的研究結(jié)果表明，添加菌劑可以加速菌糠的升溫及降溫過程，同時加快有機(jī)質(zhì)的降解，加快腐熟[8]。龔建英等研究微生物菌劑和雞糞對蔬菜廢棄物堆肥化處理的影響，結(jié)果表明添加生物菌劑能提升堆肥溫度且縮短堆肥周期[9]。Ravindran B.的研究表明，添加菌劑可以減少堆肥所需的時間[10]。許修宏的研究表明，接種菌劑可明顯增加雞糞堆肥中腐植酸的含量[11]。程紅勝等的研究表明，添加菌劑可以提高豬糞發(fā)酵中腐植酸的含量，且顯著高于對照[12]。但是目前對菌糠堆肥腐植酸含量變化的研究較少。

本試驗以菌糠為原料，進(jìn)行堆肥試驗，研究添加生物菌劑對菌糠堆肥腐植酸含量變化的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

食用菌菌糠：由山東佐田氏生物科技有限公司提供，pH為7.21，有機(jī)碳的含量為40.13%，全氮的含量為1.35%，碳氮比29.73。

菌劑：本試驗所用菌劑為枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、乳酸菌和酵母菌，菌劑濃度均為1×1010cfu/g，由滄州旺發(fā)生物技術(shù)研究所有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗方法

試驗做接菌劑和不接菌劑(對照)2個處理，每個處理設(shè)置3次重復(fù)。接菌劑處理的菌劑添加量為2 g/kg(菌劑添加量參照胡清秀等[8]的研究)，其中枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、乳酸菌和酵母菌各0.5 g/kg。菌糠堆制成長1.5 m、寬1 m、高0.8 m的條垛，調(diào)節(jié)水分為60%，堆制完成后表面覆蓋塑料膜。自然溫度下堆放，每隔6天翻一次堆。

1.3 堆肥的采樣以及指標(biāo)的測定

于堆肥過程中第0、3、6、9、12、15、18、21、24、27、30、33、36天進(jìn)行取樣，取樣采用五點(diǎn)法，分別于堆體的四角及中間進(jìn)行取樣。將樣品混勻，風(fēng)干、粉碎后過60目篩，保存?zhèn)溆谩?/p>

堆肥開始后每天下午進(jìn)行溫度的測定，pH的測定(樣品與水1︰10混勻[13，14]，振蕩1 h后過濾，取濾液測定)?？偢菜?、水溶性腐植酸、游離腐植酸含量的測定分別采用焦磷酸鈉浸提-重鉻酸鉀容量法，水浸提-重鉻酸鉀容量法，1%氫氧化鈉浸提-重鉻酸鉀容量法[15]，黃腐酸含量的測定采用容量滴定法[16]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

用SPSS 17.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥溫度的變化

在堆肥過程中，堆體經(jīng)歷了升溫期、高溫期和降溫期3個階段。接菌劑處理在第3天進(jìn)入高溫期，50 ℃以上持續(xù)時間為11天，最高溫度為61 ℃。對照在第4天進(jìn)入高溫期，50 ℃以上持續(xù)時間為8天，最高溫度為57 ℃。結(jié)果表明，接種生物菌劑不僅加快了堆肥升溫的進(jìn)程，而且提高了堆肥溫度，延長了高溫期(圖1)。

圖1 堆肥溫度的變化Fig.1 Changes of temperature during composting

2.2 堆肥pH的變化

堆肥pH的變化如圖2所示，由圖可知，堆肥起始pH為7.21，堆肥過程中，pH先上升后下降。堆肥初期，微生物快速繁殖，分解菌糠中的有機(jī)物產(chǎn)生大量氨氣，使pH快速上升；堆肥后期，氨氣產(chǎn)生量減少，并且微生物活動產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，使pH下降。接菌劑處理因接種生物菌劑，微生物活動較對照劇烈，pH的增幅大于對照，堆肥后期產(chǎn)生有機(jī)酸的能力也強(qiáng)于對照。堆肥結(jié)束時，接菌劑處理與對照的pH差異不顯著(P＞0.05)，分別為8.12和8.15，達(dá)到了有機(jī)物料腐熟標(biāo)準(zhǔn)[17]。

圖2 堆肥pH值的變化Fig.2 Changes of pH during composting

2.3 堆肥過程中腐植酸含量的變化

2.3.1 總腐植酸含量變化

堆肥過程中總腐植酸含量的變化如圖3所示，由圖可知，在堆肥過程中，接菌劑處理與對照的總腐植酸含量均呈先下降后上升的趨勢。堆肥前菌糠的總腐植酸含量為25.77%，堆肥開始后總腐植酸含量迅速下降，接菌劑處理的總腐植酸含量在第12天時達(dá)到最低值，而對照在第15天達(dá)到最低值(分別為18.39%和18.25%)。此后，總腐植酸含量開始上升，直至堆肥結(jié)束?？赡苁且驗槎逊是捌?，腐植酸不穩(wěn)定、易被分解；堆肥后期部分分解的腐植酸又重新聚合成了腐植酸。接菌劑處理總腐植酸含量的下降速度快于對照，在堆肥結(jié)束時接菌劑處理的總腐植酸含量為23.31%，比對照高出2.42%，差異達(dá)到了顯著水平(P＜0.05)。由此表明，接種生物菌劑使堆體微生物的數(shù)量增加，從而增強(qiáng)了有機(jī)質(zhì)的分解能力與腐植酸的合成能力。

圖3 總腐植酸含量的變化Fig.3 Content changes of total humic acid during composting

2.3.2 水溶性腐植酸含量變化

水溶性腐植酸占總腐植酸的比例很少，但它是腐植酸中最易于發(fā)揮生物活性的部分。堆肥過程中水溶性腐植酸含量變化見圖4，如圖所示，堆肥過程中水溶性腐植酸的含量一直呈上升趨勢。統(tǒng)計分析表明，在堆肥結(jié)束時，接菌劑處理的水溶性腐植酸含量為5.54%，顯著高于對照的4.98%(P＜0.05)。這可能是因為添加菌劑后，微生物的數(shù)量增加，分解大中分子腐植酸形成小分子的水溶性腐植酸的能力增強(qiáng)。

圖4 水溶性腐植酸含量的變化Fig.4 Content changes of water soluble humic acid during composting

2.3.3 游離腐植酸含量變化

游離腐植酸是指以游離態(tài)存在，能夠用1%氫氧化鈉抽提的腐植酸[18]。堆肥過程中游離腐植酸含量變化見圖5，由圖可知，游離腐植酸的含量呈現(xiàn)先上升再下降最后上升的趨勢。堆肥初期，游離腐植酸的含量呈上升狀態(tài)，第3天后快速下降，第15天下降到最低。然后開始上升，30天后處于穩(wěn)定狀態(tài)。這是因為堆肥初期，總腐植酸中的不穩(wěn)定成分被轉(zhuǎn)化為游離腐植酸。隨著堆肥的進(jìn)行，游離腐植酸又被微生物分解轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)。堆肥后期，游離腐植酸含量上升，可能是能夠促進(jìn)游離腐植酸合成的微生物數(shù)量增加所致，導(dǎo)致部分分解的游離腐植酸又重新聚合成游離腐植酸。統(tǒng)計分析表明，堆肥結(jié)束時，接菌劑處理的游離腐植酸含量顯著高于對照(P＜0.05)，分別為13.45%和12.26%，表明接種生物菌劑有利于游離腐植酸的形成。

圖5 游離腐植酸含量的變化Fig.5 Content changes of free humic acid during composting

2.3.4 黃腐酸含量變化

黃腐酸是一種分子量較小，生物活性大且滲透性強(qiáng)、易于植物吸收的腐植酸。堆肥過程中黃腐酸含量變化如圖6所示，由圖可知，堆肥前3天黃腐酸含量呈上升趨勢，隨后其含量開始下降。統(tǒng)計分析表明，堆肥結(jié)束時，接菌劑處理的黃腐酸含量為1.85%顯著高于對照的1.57% (P＜0.05)。這主要是因為黃腐酸的分子量較小，易被微生物分解利用。堆肥初期，微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生黃腐酸。隨著堆肥的進(jìn)行，黃腐酸又被分解，成為微生物代謝及合成其他有機(jī)物的原料，導(dǎo)致其含量下降。

圖6 黃腐酸含量的變化Fig.6 Content changes of fulvic acid during composting

3 討論

堆肥過程中，溫度是一個重要的影響因素，微生物代謝產(chǎn)熱引起堆體溫度的上升。溫度變化的劇烈程度體現(xiàn)了堆肥過程中微生物生命活動的強(qiáng)弱，因此溫度的高低對堆肥進(jìn)程起到重要作用。本試驗2個堆肥處理均經(jīng)過了升溫期、高溫期、降溫期3個階段。通過接種生物菌劑，加快了堆體進(jìn)入高溫期的進(jìn)程并延長了高溫期。對照組第4天進(jìn)入高溫期，高溫期為8天；而處理組在第3天進(jìn)入高溫期，高溫期為11天。說明接種生物菌劑增強(qiáng)了堆肥過程中微生物的活性，加快了堆肥進(jìn)程。

pH值可作為堆肥腐熟度評價的指標(biāo)之一，堆肥腐熟后一般呈弱堿性，pH值在8～9之間[17]。本試驗2個堆肥處理的pH均為先上升后下降。接菌劑處理pH的上升及下降過程均快于對照，這是因為接菌劑后微生物的活動更劇烈。堆肥結(jié)束時，接菌劑處理與對照的pH均達(dá)到了腐熟標(biāo)準(zhǔn)。

腐植酸含量是堆肥腐熟度評價的重要指標(biāo)，腐植酸含量是決定堆肥品質(zhì)高低的重要因素，因此提高堆肥中腐植酸的含量具有重要意義。接種生物菌劑能夠促進(jìn)堆肥過程中腐植酸的活化。任靜等研究了添加3種不同微生物菌劑對牛糞堆肥腐植酸變化的影響，結(jié)果表明，堆肥結(jié)束后腐植酸含量均降低，菌劑3處理的總腐植酸含量降幅最低，為4.00%[19]。本試驗堆肥結(jié)束時2個處理的總腐植酸含量均低于堆肥初期，接菌劑處理組的總腐植酸含量顯著高于對照組，降幅只有2.46%，有效地減少了堆肥過程中腐植酸的損失。接菌劑處理組的游離腐植酸、水溶性腐植酸、黃腐酸含量均顯著高于對照組。由此表明，添加菌劑能夠提高堆肥中不同形式存在的腐植酸的含量，以此提高堆肥品質(zhì)。

4 結(jié)論

(1) 接種生物菌劑，加快了堆體進(jìn)入高溫期的進(jìn)程，提高了堆體溫度，并延長了堆體處于高溫期的時間。

(2) 堆體的pH值呈先上升后下降的趨勢。

(3) 總腐植酸含量呈先下降后上升的趨勢，游離腐植酸含量呈先上升再下降后上升的趨勢，水溶性腐植酸的含量一直處于上升趨勢，黃腐酸含量呈先上升后下降的趨勢。

(4) 堆肥結(jié)束后，接菌劑處理以各種形式存在的腐植酸的含量顯著高于對照，表明接種生物菌劑有利于減少堆肥過程中腐植酸的損失，增加了堆肥產(chǎn)品的價值。

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Effect of Biological Bacterium Agents on the Variation of Humic Acids in the Compost of Mushroom Residue

Wang Sitong1, Xin Hanxiao2, Fan Xueming2, Liu Liying1, Sun Zhongtao1*
(1 College of Life Sciences, Shandong Agricultural University, Tai’an, 271018 2 Shandong Zuotianshi Biotechnology Co. Ltd., Jinan, 250000)

The 36 days composting experiment was conducted with the mushroom residue as raw material to determine the changes law of temperature, pH and the content of humic acid in the composting proces. The results showed that adding biological bacterium agents can not only accelerate heating rate of pile size, but also prolong the period of high temperature. The content of fulvic acid, the pH value fi rst increased and then decreased. The content changing of free humic acid fi rst increased, then decreased and fi nally increased. But, on the contrary, the content of total humic acid fi rst decreased and then increased. The content of water soluble humic acid constantly increased until composting ceased. After composting, the humic acid content of the treatment group was signifi cantly higher than that of the control group, indicating that adding biological bacterium agents can accelerate the composting process, and improve the quality of compost.

mushroom residue; compost; humic acid; biological bacterium agents

TQ444.6，S141.4

1671-9212(2017)02-0021-05

A

10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2017.02.003

山東省科技重大專項(項目編號2015ZDXX0502B04)和山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項目(2015年，利用食用菌菌糠生產(chǎn)生物腐植酸肥料的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示范)。

2016-11-17

王思同，男，1992年生，在讀碩士，研究方向為微生物工程。*通訊作者：孫中濤，男，副教授，E-mail: zhtsun@sdau.edu.cn。