食用菌菌渣生物處理與資源化利用研究概況

羅 杰 李艷華* 胡 佳 顧昌華 羅 剛

（1銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州銅仁554300；2銅仁市特種水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展與提升工程技術(shù)研究中心，貴州銅仁554300；3銅仁市梵凈山食用菌菌種繁育工程技術(shù)研究中心，貴州銅仁554300）

循環(huán)農(nóng)業(yè)是一種全新的理念和策略，是人口、資源、環(huán)境相互協(xié)調(diào)發(fā)展的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)新方式，是通過(guò)農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，調(diào)整和優(yōu)化農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈，提高農(nóng)業(yè)系統(tǒng)物質(zhì)能量的多級(jí)循環(huán)利用，對(duì)資源進(jìn)行最大限度地循環(huán)利用，節(jié)約資源投入、降低廢物排放，并實(shí)現(xiàn)生態(tài)良性循環(huán)的現(xiàn)代化生態(tài)農(nóng)業(yè)[1-2]。我國(guó)農(nóng)業(yè)規(guī)模龐大，農(nóng)業(yè)廢棄物污染問(wèn)題突出，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨人均可用資源量少、生態(tài)環(huán)境脆弱的瓶頸，因此實(shí)現(xiàn)生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)與農(nóng)業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村、資源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然選擇[3]。工農(nóng)業(yè)廢棄物可栽培食用菌，再利用食用菌菌渣養(yǎng)殖蚯蚓，并獲得蚯蚓糞。蚯蚓可作動(dòng)物飼料或飼料添加劑，蚓糞可作農(nóng)作物、果木與花卉的生物有機(jī)肥[4-5]。

1 食用菌菌渣資源及利用情況

食用菌培養(yǎng)基廢棄物（Edible Fungi Residue，EFR）是指食用菌栽培過(guò)程中收獲產(chǎn)品后剩下的培養(yǎng)基廢料，俗稱廢菌棒、菌渣、菌包或菌糠。近年來(lái)，我國(guó)食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，已成為世界上食用菌生產(chǎn)大國(guó)之一[6]。據(jù)中國(guó)食用菌協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2016年全國(guó)食用菌生產(chǎn)總量達(dá)3 600萬(wàn)t，產(chǎn)值2 700億元[7]，按照食用菌生物學(xué)平均效率40%[8]，即每生產(chǎn)1 kg食用菌產(chǎn)生0.4 kg菌渣來(lái)計(jì)算，約產(chǎn)生菌渣1 440萬(wàn)t；2018年貴州省食用菌產(chǎn)量為89.6萬(wàn)t，菌渣達(dá)35.84萬(wàn)t。雖然，食用菌菌渣可以作為動(dòng)物的飼料、農(nóng)作物的肥料、食用菌的原料、燃料，還可作為土壤的改良劑和修復(fù)劑；但當(dāng)前大部分食用菌生產(chǎn)者還是將菌渣隨意丟棄，任其腐爛發(fā)霉，這不僅浪費(fèi)資源，而且污染環(huán)境[8-9]。因此，如何有效地利用食用菌菌渣資源，使其變廢為寶，是食用菌產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源循環(huán)生態(tài)利用的重要課題。此外，隨著我國(guó)畜禽業(yè)的發(fā)展，未經(jīng)處理的畜禽糞便隨意堆放，其造成的污染也成為我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)面臨的重要問(wèn)題[10]。因此，實(shí)現(xiàn)食用菌菌渣與畜禽糞便高效綜合利用，既是一件利國(guó)利民的好事，也是一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題。

2 食用菌菌渣生物處理與資源化利用內(nèi)涵及意義

食用菌菌渣生物處理與資源化利用的核心就是利用蚯蚓來(lái)消解食用菌菌渣，產(chǎn)生蚯蚓生物蛋白和蚓糞有機(jī)肥。蚯蚓是一種雜食性的環(huán)節(jié)動(dòng)物，具有食性廣、食性大的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)發(fā)酵的有機(jī)廢棄物通過(guò)蚯蚓砂囊的研磨，并在微生物的協(xié)同作用下，利用蚯蚓自身消化系統(tǒng)中豐富的蛋白酶、脂肪分解酶、纖維素酶、淀粉酶等，在酶促反應(yīng)的作用下，迅速分解、轉(zhuǎn)化成為蚯蚓自身或者其他生物易于利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以蚓糞的形式排出。據(jù)報(bào)道，蚯蚓采食的對(duì)象包括紙廠與奶制品等處理車間的污水污泥、豬牛糞等養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物、稻草等農(nóng)作秸稈、酒糟、葡萄加工廢渣、菠蘿皮渣等[11]。蚯蚓的采食量很大，1億條蚯蚓一天就可吞食40～50 t垃圾，排出20 t蚓糞，蚓糞可作農(nóng)作物與花卉的優(yōu)質(zhì)生物有機(jī)肥，因此，蚯蚓具備寶貴的環(huán)保價(jià)值[12]。此外，蚯蚓還可作畜禽、水產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)蛋白源、免疫與誘食劑，同時(shí)還具備食用與醫(yī)藥保健價(jià)值。因此，蚯蚓號(hào)稱是世界上最有價(jià)值的生物之一[13-15]。蚯蚓的品種繁多，但能應(yīng)用于有機(jī)廢棄物堆肥處理的主要是赤子愛(ài)勝蚓（Eisenia foetida），又稱“大平2號(hào)”。該種蚯蚓具有生長(zhǎng)周期短、繁殖率高、食性廣泛、易馴化、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力強(qiáng)等特點(diǎn)，是一種對(duì)有機(jī)質(zhì)處理效果較好的蚓種，目前已經(jīng)發(fā)展到大平3號(hào)[16-18]。利用蚯蚓處理食用菌菌渣和畜禽糞便綜合收益巨大，有三重好處：一是生物技術(shù)處理大量農(nóng)業(yè)廢棄物；二是收獲蚯蚓生物體，可供工、農(nóng)、醫(yī)三界利用；三是收獲生物有機(jī)肥——蚓糞。根據(jù)鐘樂(lè)芳等[19]，劉權(quán)等[20]，張蕉南等[13]的報(bào)道進(jìn)行推算，一畝（667 m2）地年產(chǎn)蚯蚓鮮體 1.5～4 t，消耗食用菌菌渣或豬牛糞 52～160 t，產(chǎn)出蚓糞 20～70 t。據(jù)此推算，全國(guó)食用菌菌渣至少可養(yǎng)殖蚯蚓13.5萬(wàn)t，產(chǎn)生蚓糞有機(jī)肥500萬(wàn)t。鮮蚯蚓以12元/kg批發(fā)計(jì)，產(chǎn)值達(dá)16.2億元；蚓糞以800元/t批發(fā)計(jì)，產(chǎn)值達(dá)40.0億元。如果發(fā)展食用菌菌渣生物處理與資源化利用，全國(guó)每年可新增原始產(chǎn)值56.2億元。食用菌菌渣直接發(fā)酵獲得有機(jī)肥的產(chǎn)出率為60%[21]，根據(jù)課題組前期研究和已有的報(bào)道[13，19]，蚯蚓消解食用菌菌渣獲得有機(jī)肥的產(chǎn)出率為45%，處理同樣多的食用菌菌渣，后者產(chǎn)值比前者產(chǎn)值高22.2%。由此可見(jiàn)，食用菌菌渣飼喂蚯蚓能為養(yǎng)殖、食品加工、醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)等帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

3 蚯蚓處理食用菌菌渣研究

利用蚯蚓處理食用菌菌渣的研究在國(guó)內(nèi)屈指可數(shù)。最早的研究見(jiàn)于徐晉佑和潘志仁[22]，他們對(duì)比草菇殘料和稻草養(yǎng)殖蚯蚓效果，發(fā)現(xiàn)草菇殘料養(yǎng)殖蚯蚓收獲更高。孫振軍對(duì)人工養(yǎng)殖蚯蚓高產(chǎn)飼料因子進(jìn)行了研究，得出蚯蚓的餌料需氮素料（糞便）和碳素料混合發(fā)酵，氮素料中以牛糞最佳，碳素料中以食用菌菌渣最佳，發(fā)酵70%鮮牛糞+30%食用菌菌渣是較為理想的蚯蚓飼料配方[23]。孫振軍等還利用發(fā)酵牛糞+麥草+食用菌菌渣或木屑進(jìn)行蚯蚓露天高產(chǎn)養(yǎng)殖研究，獲得了5 253.9 kg/667 m2高產(chǎn)量[24]。賀立虎等[25]研究了以白玉菇菌糠為主要原料養(yǎng)殖蚯蚓的最佳配方，發(fā)現(xiàn)在采用白玉菇菌糠飼養(yǎng)蚯蚓時(shí)，添加輔助原料非常重要，蚯蚓繁殖和增重適宜的菌糠中三因素添加比例為尿素0.2%，豆粕6%，玉米粉2%。李鳳美[26]等研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓飼料中添加適量的菌糠有利于蚯蚓的生長(zhǎng)繁殖，靈芝菌糠與牛糞的最適宜比例為1∶3，香菇菌糠與牛糞的最適宜比例為1∶4，木耳菌糠與牛糞的最適宜比例1∶5。馮銀等[27]進(jìn)行了100%平菇菌渣（主要成分為棉籽殼）、100%牛糞、50%菌渣+50%牛糞飼養(yǎng)蚯蚓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同基質(zhì)對(duì)蚯蚓的日增重倍數(shù)和日增殖倍數(shù)差異顯著，100%菌渣飼喂效果最佳，100%牛糞飼養(yǎng)效果最差。盡管僅有的這幾項(xiàng)研究還不夠深入，甚至結(jié)果也出現(xiàn)了相互矛盾，但還是給了一些提示：一是利用蚯蚓消解食用菌菌渣在技術(shù)上完全可行；二是不同食用菌菌渣單獨(dú)利用或者與畜禽糞便組合利用需要深入、細(xì)致、系統(tǒng)的研究才能有實(shí)用的研究結(jié)果；三是以食用菌菌渣為主，添加一定比例的畜禽糞便或其他輔助營(yíng)養(yǎng)原料為利用蚯蚓消解食用菌菌渣的最佳途徑。近年來(lái)在食用菌菌渣養(yǎng)殖蚯蚓循環(huán)利用方面也有3項(xiàng)發(fā)明專利[28-30]，也因此得到一些提示：一是利用蚯蚓消解食用菌菌渣可行且有廣闊前景；二是在食用菌菌渣發(fā)酵時(shí)適當(dāng)加入EM菌利于蚯蚓消解；三是食用菌菌渣中可適當(dāng)添加其他農(nóng)副產(chǎn)品和畜禽糞便，使發(fā)酵原料、營(yíng)養(yǎng)等多樣化。筆者前期的試驗(yàn)研究也表明，利用食用菌菌渣搭配畜禽糞便完全可以實(shí)現(xiàn)蚯蚓的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)，獲得的蚓糞肥效參數(shù)能夠達(dá)到NY 884—2012生物有機(jī)肥的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4 食用菌菌渣生物處理與資源化利用研究展望

我國(guó)食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，食用菌菌渣資源豐富，因此菌渣無(wú)害化、循環(huán)高效利用既是發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)需要，也是食用菌產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的新增長(zhǎng)點(diǎn)。各地應(yīng)該根據(jù)地方產(chǎn)業(yè)特色與資源稟賦，加快蚯蚓轉(zhuǎn)化利用食用菌菌渣等農(nóng)業(yè)廢棄物研究，盡早實(shí)現(xiàn)食用菌菌渣無(wú)害、高效、產(chǎn)業(yè)化利用。重點(diǎn)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：一是做好平菇、香菇、木耳等主要食用菌菌渣與豬、牛、雞等主要畜禽糞便農(nóng)化成分檢測(cè)和堆置發(fā)酵效果的前期研究；二是做好食用菌菌渣單獨(dú)或者組合畜禽糞便或少量添加其他輔助原料養(yǎng)殖蚯蚓效果研究；三是做好菌渣與畜禽便組合不同碳氮比對(duì)蚯蚓養(yǎng)殖效果研究。同時(shí)注重檢測(cè)數(shù)據(jù)的積累，實(shí)現(xiàn)理論基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究同步發(fā)展，盡快實(shí)現(xiàn)生物有機(jī)肥和蚯蚓的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。