食用菌菌渣資源化利用研究進(jìn)展

周 祥 嚴(yán)媛媛 陳愛晶

（1江蘇鹽城市耕地質(zhì)量保護(hù)站，江蘇鹽城224002；2江蘇綠方園生物科技有限公司，江蘇鹽城224332）

食用菌菌渣，簡稱菌渣，又叫菌糠、蘑菇渣、菇渣等，是指栽培各種食用菌后的固體廢物。目前，我國已成為世界上第一大食用菌生產(chǎn)國。中國食用菌協(xié)會的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，我國食用菌產(chǎn)量占世界食用菌總產(chǎn)量的70%，2015年全國食用菌總產(chǎn)量達(dá)3476.27萬t[1]。根據(jù)食用菌生物學(xué)利用率40%計算，每年至少會產(chǎn)生約5214萬t的菌渣。

菌渣的理化特性與食用菌培養(yǎng)基原料成分密切相關(guān)。常用的基料有木屑、棉子殼、玉米芯、甘蔗渣、稻麥秸稈、稻殼、花生餅、大豆餅、鮮牛糞、鮮馬糞、鮮羊糞、鮮豬糞、木糖渣、咖啡渣、酒糟、花生殼、油茶殼、高粱殼、葵花籽殼等[2]。此外，培養(yǎng)料中還會根據(jù)需要添加一定量的糖（蔗糖、葡萄糖）、氮源（尿素、硝酸銨、硫酸銨）、pH調(diào)節(jié)劑（石灰、石膏）等物質(zhì)。培養(yǎng)基經(jīng)栽培食用菌后，木質(zhì)素可降解30%左右，粗纖維降低40%～70%，粗蛋白質(zhì)可提高25%～40%[3]。食用菌對培養(yǎng)料營養(yǎng)成分的利用率約為70%。因此菌渣內(nèi)含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)[4]，如蛋白質(zhì)、氨基酸、菌類多糖及鐵、鈣、鋅、鎂等微量元素和維生素等，有些營養(yǎng)成分甚至高于原生培養(yǎng)料[5]。同時，菌渣里殘留著大量的菌絲體[5]，這些菌絲體中含有許多蛋白質(zhì)、脂肪、氨基酸、酶類、多種維生素以及豐富的微量元素，而且這些菌絲體在生長發(fā)育過程中會分泌出一些激素類物質(zhì)和一系列的酶，使培養(yǎng)料中的纖維變得短小、疏松、柔軟。因此食用菌栽培基料與菌渣的化學(xué)成分差異較大，菌渣干物質(zhì)質(zhì)量占基料質(zhì)量的50%左右，被菌絲分解的部分，約1/3用于菌體合成，1/3用于呼吸消耗，另外1/3則以新的形式存在于菌渣中。

菌渣是一種特殊的農(nóng)業(yè)資源，對其充分有效地利用，不僅對減少環(huán)境污染、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義，而且對節(jié)約能源與資源具有重要意義[6]。隨著人們對菌渣資源化利用作用意義認(rèn)識的提高，菌渣的生態(tài)高值化利用研究逐漸增多。筆者綜述菌渣作為栽培基質(zhì)、飼料、有機(jī)肥料、生態(tài)環(huán)境修復(fù)材料、土壤調(diào)理劑等常見利用方式的應(yīng)用現(xiàn)狀，期望能為菌渣資源化利用的深入研究提供參考。

1 菌渣利用價值及途徑研究現(xiàn)狀

1.1 作為栽培基質(zhì)

菌渣含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，因此，常將菌渣作為栽培食用菌培養(yǎng)料原料。研究表明適量的黑木耳菌渣提取液，對平菇和榆黃蘑菌絲生長具有促進(jìn)作用[7]。利用白靈菇菌渣替代部分棉子殼栽培杏鮑菇，結(jié)果表明用50%的白靈菇菌渣代替栽培料中的部分棉子殼栽培杏鮑菇，其生物學(xué)效率與對照組比沒有顯著差異，生物學(xué)效率可達(dá)38.28%，子實體性狀也比較理想[8]。用栽培黑木耳后的菌渣栽培草菇、雞腿菇，可節(jié)省原料，降低生產(chǎn)成本[9]。菌渣再次用作食用菌培養(yǎng)料的原料，可以節(jié)省成本，值得推廣，但要科學(xué)選擇二次栽培食用菌種類，以充分利用含菌渣的培養(yǎng)料的營養(yǎng)物質(zhì)，同時還要進(jìn)行嚴(yán)格滅菌，以免造成二次污染。為了達(dá)到最佳利用效果，仍需進(jìn)一步研究菌渣再次用作不同種類食用菌培養(yǎng)料原料的配比。

菌渣不僅可用作栽培食用菌培養(yǎng)料原料，而且可用作無土栽培基質(zhì)。無土栽培是設(shè)施栽培的一種重要形式，也是大多發(fā)達(dá)國家觀賞植物的主要種植方式，如荷蘭無土栽培面積占溫室面積的90%以上。中國是目前世界上第一位的設(shè)施園藝大國，但無土栽培面積所占比例不足1%[10]。傳統(tǒng)的無土栽培基質(zhì)主要是泥炭，而泥炭資源有限、價格偏高，大量開采還會破壞濕地生態(tài)環(huán)境。因此，世界各國均在積極尋找泥炭的替代品。國內(nèi)外很多學(xué)者對菌渣替代泥炭作為無土栽培基質(zhì)進(jìn)行了積極研究。時連輝等對菌渣基質(zhì)和泥炭基質(zhì)理化特性的比較研究結(jié)果表明，菌渣經(jīng)過適當(dāng)調(diào)節(jié)及改變管理方式后可以在無土栽培中部分替代泥炭[11]。Medina E選取三種具有不同耐鹽能力的蔬菜，對比菌渣和泥炭兩種培養(yǎng)基質(zhì)的栽培效果，研究得出75%菌渣+25%泥炭含量的培養(yǎng)基質(zhì)可以用于蔬菜育種[12]。呂曉惠等用不同比例的菌渣替代草炭混配基質(zhì)，研究表明其基質(zhì)容重、孔隙度和pH均在理想基質(zhì)要求范圍之內(nèi)。適宜比例的菌渣復(fù)合基質(zhì)適宜櫻桃番茄生長，既可保證產(chǎn)量、品質(zhì)，又可降低基質(zhì)配制成本[13]。除了可以替代泥炭以外，菌渣還被發(fā)現(xiàn)在其它方面有獨特的作用。例如Donald D將菌渣使用于景觀覆蓋物中，可以抑制Artillery fungus（炮兵真菌）對于建筑物表面和景觀表面的侵蝕，100%的菌渣覆蓋土可以降低Artillery fungus的生長數(shù)量和種群[14]。Calvin Chong等研究了菌渣作為容器育苗栽培中培養(yǎng)基質(zhì)的可行性，發(fā)現(xiàn)供試的4種觀賞植物均可良好生長，一周之內(nèi)菌渣的含鹽量大幅度下降，而且經(jīng)菌渣培育的幼苗相比于傳統(tǒng)基質(zhì)有明顯的耐鹽性能[15]。

1.2 作為菌糠飼料

菌渣用作飼料一般稱為菌糠飼料。食用菌栽培過程中，培養(yǎng)料經(jīng)過多種微生物的發(fā)酵作用，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等均已被不同程度的降解，粗蛋白、粗脂肪等含量比發(fā)酵前提高一倍以上，粗纖維素降低50%，木質(zhì)素降低30%。培養(yǎng)料經(jīng)過酶解生物轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生多種糖類、有機(jī)酸類、酶和生物活性物質(zhì)。菌渣中含有大量菌絲體、蛋白質(zhì)及Fe、Ca、Zn、Mg等微量元素營養(yǎng)物質(zhì)[16]。據(jù)測定，香菇菇渣中含粗蛋白8.76%、粗脂肪0.62%、粗纖維30.0%、灰分7.93%。每千克菇渣中含鈣10.86 g、磷3.6 g、鉀4.04 g、鈉 8.7 g、銅 0.0049 g、鎂 1.58 g、鐵 0.69 g、鋅0.06 g、錳0.0774 g。菌渣經(jīng)過適當(dāng)處理，可以做成飼料、餌料或其他添加劑，飼養(yǎng)豬、牛、羊、雞、鴨、兔、松鼠、北方鹿及魚類等動物，替代部分糧食，可降低養(yǎng)殖成本，效果顯著。謝娜等用菌渣飼養(yǎng)大麥蟲的研究表明，用菌渣養(yǎng)殖大麥蟲是可行的，菌渣對大麥蟲的生長有顯著的促進(jìn)作用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益[17]。菌渣用作豬、牛、羊、雞、魚等的飼料可促進(jìn)動物生長、增加體重，降低養(yǎng)殖成本，提高效益[18]。用香菇菇渣作飼料喂豬，結(jié)果表明豬正常生長，而且豬肉品質(zhì)與常規(guī)飼料無差別，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益[19]。

1.3 作為有機(jī)肥料

我國是農(nóng)業(yè)大國，每年都需要使用大量肥料。近年來，盡管有機(jī)肥料使用量占肥料總用量的比例降低，但有機(jī)養(yǎng)分投入量仍占養(yǎng)分總投入量的36.7%[20]。菌渣養(yǎng)分含量豐富，有益于作物生長，除了在園藝和土壤修復(fù)方面的應(yīng)用之外，用作有機(jī)肥料原料是菌渣一個重要的資源化利用途徑。

國內(nèi)外學(xué)者對菌渣在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用做了很多研究，發(fā)現(xiàn)菌渣的施用可以提高作物的產(chǎn)量。胡清秀等研究了雙孢蘑菇菌渣堆肥及其肥效，與常規(guī)施肥相比，雙孢蘑菇菌渣有機(jī)肥能促進(jìn)水稻增產(chǎn)20.55%[21]。吳珍等以污泥為原料，菌渣和豬糞為調(diào)理劑堆肥處理。結(jié)果表明，菌渣做為調(diào)理劑可使污泥短時間內(nèi)達(dá)到減量化、無害化的目的，污泥∶菌渣∶豬糞=7∶2.5∶0.5混合比例的堆肥效果最好[22]。魏云輝等將菌渣有機(jī)肥用于臍橙生產(chǎn)中，試驗表明，菌渣有機(jī)肥成品的有機(jī)質(zhì)、總養(yǎng)分、pH等指標(biāo)均達(dá)到有機(jī)肥料的標(biāo)準(zhǔn)（NY 525～2012），使用菌渣有機(jī)肥比純施復(fù)合肥顯著提高了臍橙的單株產(chǎn)量和質(zhì)量[23]。張云飛等利用金針菇菌渣堆肥生產(chǎn)的有機(jī)肥料成品各項指標(biāo)也都達(dá)到有機(jī)肥料的標(biāo)準(zhǔn)[24]。

菌渣不僅含有豐富的植物生長必需的營養(yǎng)元素，而且其獨特的理化性質(zhì)非常利于微生物生長。朱小平等通過對有益微生物與菌渣聯(lián)合試驗，對小白菜產(chǎn)量、營養(yǎng)元素吸收和土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)微生物與菌渣復(fù)合肥料可以促進(jìn)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化、提高植物對營養(yǎng)元素吸收比重[25]。另外，含有鏈霉菌和巨大芽孢桿菌的菌糠復(fù)合肥料，可以增強(qiáng)豌豆光合能力，提高產(chǎn)量[26]。劉雯雯等以不同粒徑菌渣為載體，接種1株根瘤菌和3株溶磷菌制作微生物肥料，以泥炭為對照，通過測定載體吸水率、不同保存期有效活菌數(shù)及保存40 d時的種子發(fā)芽指數(shù)，發(fā)現(xiàn)種子發(fā)芽指數(shù)均高于80%，可以認(rèn)為該肥料浸提液對植物無毒性，未經(jīng)堆肥腐熟處理的菌渣作為微生物肥料的載體是可行的[27]。菌渣同時被證明可以促進(jìn)堆肥成為優(yōu)良的有機(jī)肥料。孫建華等進(jìn)行的菌渣生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥的試驗，研究從發(fā)酵溫度、高溫持續(xù)時間、有機(jī)肥的養(yǎng)分含量和外觀形態(tài)等方面分析，接種高溫纖維菌加豬糞處理菌渣的腐熟效果最好[28]。陳廣銀以落葉、菌渣和雞糞為原料，采用間歇式強(qiáng)制通風(fēng)方式，進(jìn)行為期44 d的堆肥試驗。結(jié)果表明，添加未滅菌的菌渣對落葉堆肥有促進(jìn)作用，但對堆肥過程中的養(yǎng)分變化影響不大[29]。

1.4 作為生態(tài)環(huán)境修復(fù)材料

目前，國內(nèi)對菌渣堆肥的生物活性及酶學(xué)特性的研究還不夠深入，僅限于園藝基質(zhì)、有機(jī)肥料、土壤改良劑，也有作為堆肥原料使用；利用菌渣作為接種劑用于環(huán)境污染修復(fù)領(lǐng)域的研究鮮有報道。事實上，菌渣不僅是一種很好的飼料與肥料，而且還是一種潛在的環(huán)境污染生物修復(fù)材料。

近年來，菌渣堆肥作為生物活性接種材料引起了香港及國外學(xué)者的重視。劉曉梅等從杏鮑菇菌渣中篩選到了4株具有高效纖維素降解能力的細(xì)菌，可以快速提高堆肥溫度和效率[30]。Lau[31]研究發(fā)現(xiàn)，菌渣堆肥中含有木質(zhì)素降解酶，在45℃，菌渣堆肥中漆酶活性為0.88 mmoles/min·g，在75℃，菌渣堆肥中錳過氧化物酶活性為0.58 mmoles/min·g。有機(jī)污染物的生物降解與菌渣中的微生物機(jī)制有關(guān)，包括菌渣中所有的真菌、細(xì)菌和酶。室溫下1%的菌渣處理100 mg/L的PAH（多環(huán)芳烴），對萘的生物降解率達(dá)82%，對菲的生物降解率也有59%。

印染廢水中含有的染料大部分為人工合成的芳香烴化合物，具有高度穩(wěn)定性，難于降解，采用傳統(tǒng)生物方法很難對這類廢水進(jìn)行處理。白腐菌以其獨特的芳香化合物降解優(yōu)勢成為染料污水處理研究熱點[32]。工業(yè)上排放的染料廢水濃度高，體系pH處于強(qiáng)堿或強(qiáng)酸，不適合白腐菌生長，限制了白腐菌對染料廢水的處理。使用菌渣對染料廢水進(jìn)行過濾，利用木質(zhì)纖維素吸附使染料滯留在固體中，利用菌渣中的白腐菌和酶對染料進(jìn)行生物降解，可實現(xiàn)對污染物的處理。張俊[33]等研究表明，菌渣對剛果紅、溴酚藍(lán)、孔雀石綠、亞甲基藍(lán)等單一染料均有較好的吸附效果，對孔雀石綠和亞甲基藍(lán)幾乎可以全部脫色?；旌先玖象w系不影響菌渣對其中單一染料的處理，可以到達(dá)90%以上脫色率，能夠適應(yīng)實際染料廢水的情況。另外，菌渣可調(diào)節(jié)染料廢水的pH，減輕染料廢水pH對生物處理的不利影響。

1.5 作為土壤調(diào)理劑

菌渣作為土壤調(diào)理劑能改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤保水保肥能力，提高土壤微生物活性。相關(guān)文獻(xiàn)顯示，菌渣可用于各種退化土壤的修復(fù)改良，如貧瘠土改良、酸土改良、鹽堿地改良、重金屬污染土壤改良、有機(jī)污染土壤改良等。此外，菌渣作為土壤調(diào)理劑的使用方法不一，有的將菌渣直接施入到土壤中[34，35]，有的將菌渣進(jìn)行堆肥化處理后施入土壤[36]，即在控制條件下使菌渣在微生物作用下發(fā)生降解，并同時使有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)方向轉(zhuǎn)化。茹瑞紅等研究發(fā)現(xiàn)，杏鮑菇菌渣提取液可以有效降解導(dǎo)致地黃連作障礙的酚酸類物質(zhì)，農(nóng)田施入杏鮑菇菌渣可以一定程度緩解地黃的連作障礙[37]。栗方亮等研究表明，施入菌渣的土壤增加了水穩(wěn)性大團(tuán)聚體含量，減少了水穩(wěn)性微團(tuán)聚體含量，說明菌渣一定程度上改變了土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的分布[38]。隨著現(xiàn)代化學(xué)工藝的不斷發(fā)展，也有通過對菌渣進(jìn)行一定的化學(xué)處理或有效物質(zhì)提取濃縮的方法來制作新的土壤調(diào)理劑產(chǎn)品。

2 小結(jié)及展望

我國食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其形成的菌渣數(shù)量巨大。深化菌渣資源化利用技術(shù)研究，促進(jìn)菌渣環(huán)保有效處理與高效利用，不僅可實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物再利用，變廢為寶，減少環(huán)境污染，而且能促進(jìn)食用菌產(chǎn)業(yè)向著良好、可持續(xù)的方向發(fā)展，同時將食用菌產(chǎn)業(yè)、種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等有機(jī)地結(jié)合起來，開拓食用菌產(chǎn)業(yè)新的發(fā)展領(lǐng)域，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

國內(nèi)外對菌渣資源化利用技術(shù)的研究較多，相關(guān)研究成果也已得到應(yīng)用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)與社會效益。但國內(nèi)對菌渣用作環(huán)境修復(fù)材料、生物質(zhì)燃料等方面的研究鮮有報道，菌渣內(nèi)部微生物群落及養(yǎng)分的進(jìn)一步探討和分析、特定作用微生物的篩選和鑒定、利用菌渣吸附降解能力拓展環(huán)境治理方面的作用、施用菌渣進(jìn)行土壤改良和修復(fù)等方面還有待深入研究。