不同添加物對杏鮑菇渣發(fā)酵及基質化利用的影響

許文釗 顧妍 程瑞 戚春雷 黃大躍 王林闖 仲秀娟 孫玉東

摘要：為研究杏鮑菇渣基質化應用的適宜發(fā)酵條件，通過添加木薯渣、牛糞、雙孢菇渣和設置不添加，添加0.05%、0.10%發(fā)酵菌劑3個試驗組合，測定不同發(fā)酵階段發(fā)酵產物發(fā)酵溫度、積溫、孔隙度、容重、可溶性鹽濃度（EC）值及pH值等，并通過育苗試驗對不同處理發(fā)酵產物基質化利用結果進行評價。結果表明，不同處理之間的有效積溫存在差異，其中添加0.10%發(fā)酵菌劑的杏鮑菇渣處理有效積溫最高;添加雙孢菇渣處理的EC值均顯著高于其他處理，添加牛糞處理的EC值始終最低;不同處理的pH值變化趨勢不規(guī)律。發(fā)酵結束各處理的總孔隙度在43.04%～54.10%之間，通氣孔隙在9.45%～30.44%之間，持水孔隙在20.72%～39.39%之間，容重在0.18～0.33 g/cm3之間。杏鮑菇渣和木薯渣混合發(fā)酵產物配制的育苗基質綜合表現最好。綜上，本試驗條件下杏鮑菇渣發(fā)酵腐熟的最佳方法為每500 L杏鮑菇渣與500 L木薯渣混合。

關鍵詞：杏鮑菇渣;快速發(fā)酵;基質化利用;育苗基質;木薯渣

中圖分類號：X712 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）05-0212-06

收稿日期：2021-07-01

基金項目：淮安市重點研發(fā)計劃（農業(yè)和社會發(fā)展類）項目（編號：HAN201809）;淮安市農業(yè)科學研究院科研發(fā)展基金（編號：HNY201711、HNY201913）。

作者簡介：許文釗（1984—），男，江蘇淮安人，碩士，助理研究員，主要從事育苗和栽培基質研究。E-mail：1140053022@qq.com。

通信作者：孫玉東，研究員，主要從事蔬菜遺傳育種和設施蔬菜栽培等研究工作。E-mail：751665242@qq.com。

菇渣是指食用菌人工栽培收獲產品后剩下的培養(yǎng)基廢棄物，主要由鋸末、麥糠、棉籽殼、麥秸等發(fā)酵而成[1]，其含有豐富的菌體蛋白、多種代謝產物及未被充分利用的氮、磷、鉀以及中微量元素等養(yǎng)分物質，是較好的栽培基質原料[2]。前人對菇渣利用的研究主要集中在基質配比，李海燕等研究認為，將草炭、菇渣按體積比1 ∶1比例混合可代替草炭栽培基質，適宜番茄幼苗生長[3];郭淑云等研究認為，將菇渣、爐渣、雞糞按體積比9 ∶5 ∶3比例混合可以作為黃瓜的最優(yōu)栽培基質配方[4];陸建蘭等研究表明，草莓殘植、菇渣、雞糞按體積比2 ∶1 ∶1比例混合配制的培養(yǎng)基培育的生菜植株其長勢及品質都優(yōu)于對照[5]。

杏鮑菇是我國四大工廠化食用菌的核心品種之一，近年來，各地杏鮑菇生產規(guī)模逐年擴大，但工廠化生產的杏鮑菇只出一潮菇，菇渣數量呈不斷增加趨勢，不僅污染環(huán)境，而且造成了嚴重的資源浪費[6]。隨著設施農業(yè)發(fā)展，我國的基質需求缺口巨大，提高菇渣基質化利用率，有利于緩解生態(tài)環(huán)境壓力，也可為設施農業(yè)現代化發(fā)展提供持續(xù)動力。目前，菇渣基質化利用依然存在理化性狀一致性差、可溶性鹽濃度（EC）值高限制基質化利用等問題[7]。白永娟等研究表明，菇渣宜采用氮源為雞糞+尿素或者牛糞+尿素的組合進行發(fā)酵[8]。單洪濤等通過發(fā)酵的方法降低菌渣EC值，以滿足育苗基質的要求[9]。本研究以杏鮑菇渣為發(fā)酵主原料，研究不同添加物和菌劑含量對其發(fā)酵及基質化利用的影響，探索杏鮑菇渣轉化為穩(wěn)定性狀基質適宜的發(fā)酵條件，為杏鮑菇渣的基質化利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

本試驗于2019年1—5月在淮安市農業(yè)科學研究院科研創(chuàng)新基地（119.02°E、33.49°N）塑料大棚內進行，以杏鮑菇渣（含氮2.12%，含碳39.13%）為主要發(fā)酵原料，分別添加木薯渣（含氮1.93%，含碳17.46%）、牛糞（含氮1.54%，含碳20.01%）、雙孢菇渣（含氮2.00%，含碳23.86%）進行混合發(fā)酵，以純杏鮑菇渣為對照;菌劑添加劑量設置3個水平，分別為0、0.05%、0.10%，具體試驗組合見表1。采用靜態(tài)高溫堆腐的方式進行發(fā)酵處理，每隔15 d左右翻堆1次，堆置70 d;采用5點取樣法，每個重復取樣200 g，分別在發(fā)酵前期、發(fā)酵中期、發(fā)酵結束后3個時期取樣待測。通過發(fā)酵腐熟后利用發(fā)酵產物配制成專用型育苗基質用于西瓜育苗。杏鮑菇渣，購自江蘇淮香食用菌有限公司;木薯渣和牛糞，均購自淮安市中諾農業(yè)科技發(fā)展有限公司;雙孢菇渣，購自江蘇紫山生物股份有限公司;發(fā)酵菌劑，購自河南省沃寶生物科技有限公司。供試西瓜品種為蘇夢6號，由江蘇徐淮地區(qū)淮陰農業(yè)科學研究所蔬菜研究中心提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 杏鮑菇渣快速發(fā)酵

發(fā)酵過程中堆體中心放置溫度記錄儀RC-5（江蘇省精創(chuàng)電氣股份有限公司）進行溫度測定和記錄，取每日平均值;環(huán)境溫度采用溫度記錄儀RC-5進行測定，取每日平均值。分別在發(fā)酵前期、發(fā)酵中期、發(fā)酵結束后進行發(fā)酵產物pH值、EC值和氮含量的測定。氮含量測定采用硫酸-過氧化氫消煮-凱氏定氮法;發(fā)酵產物體積質量（容重）、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度、pH值、EC值的測定參照郭世榮的方法[10]進行。

1.2.2 基質配方篩選

將發(fā)酵產物分別與椰糠、草炭按體積1 ∶1 ∶1的比例進行混合，按0.5 kg/m3的比例添加水溶性復合肥（N ∶P ∶K=20-10-20）[中農（上海）化肥有限公司]，0.4 kg/m3的比例添加緩釋型氮肥脲甲醛（泰州市瑞麒生物科技有限公司），充分混勻后配制成育苗專用型基質。不同發(fā)酵產物共配制成12種基質，采用72孔穴盤進行西瓜育苗，每種基質分別播種3盤，以優(yōu)佳商品育苗基質（淮安市中園園藝發(fā)展有限公司）為對照，育苗過程保持條件均勻一致，并采用商業(yè)化管理。播種 35 d 后進行西瓜幼苗生長情況觀測統(tǒng)計，使用直尺測量株高，游標卡尺測定植株莖粗，千分之一天平測定植株干、鮮質量，手持葉綠素SPAD儀測定植株成熟葉片葉綠素含量。壯苗指數=（莖粗/株高+地上干質量/地下干質量）×全株干質量，根冠比=地下鮮質量/地上鮮質量。

1.3 數據分析

采用Excel 2010和SPSS 20.0等軟件進行數據分析和繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對杏鮑菇渣發(fā)酵溫度的影響

溫度是發(fā)酵過程中重要的指標，發(fā)酵溫度的高低決定著發(fā)酵的速度和質量。本試驗對發(fā)酵過程中溫度變化進行全程動態(tài)監(jiān)測（圖1），結果表明，發(fā)酵前期（0～6 d）發(fā)酵產物堆體中心溫度持續(xù)上升，達到峰值后開始下降。發(fā)酵后15 d進行翻堆混勻后，T1、T2、T3、T4、T5處理堆體中心溫度再次出現明顯上升，達2次峰值后下降。發(fā)酵后30 d進行翻堆混勻后，T10、T11、T12處理堆體中心溫度略有上升，其他處理堆體中心溫度上升不明顯。發(fā)酵后45 d進行翻堆混勻后，除T3處理堆體中心溫度急劇上升外，其他處理堆體中心溫度略有升高。發(fā)酵后60 d進行最后一次翻堆混勻后，僅有T3處理堆體中心溫度再次出現明顯上升，其他各處理組溫度相對穩(wěn)定。發(fā)酵70 d后，各處理堆體中心溫度均開始下降，表明發(fā)酵過程已完成。

由表2可知，整個發(fā)酵過程中各處理堆體中心溫度呈波動上升趨勢，但堆體中心最高溫度存在明顯差異，最高溫度從高到低依次為T2>T12>T3>T8>T7>T1>T10>T11>T4>T9>T5>T6。其中，T2最高溫度達到66.0℃，T6最高溫度為46.0 ℃;各處理的日平均積溫存在明顯差異，其中T2和T3最高，達到36.4 ℃，T8最低僅為23.5 ℃。日均溫大于55 ℃天數中T3最高，有13 d;T4、T5、T6、T9最低，均為 0 d。在最初的發(fā)酵過程中，不同處理發(fā)酵堆體有效積溫相差不明顯，在堆體溫度達到峰值后，開始出現明顯差異，杏鮑菇渣（T1、T2、T3）有效積溫的平均值達到了2 351.9 ℃，高于其他幾個水平的處理，其中T3處理有效積溫最高（表2）。

2.2 不同處理對杏鮑菇渣發(fā)酵過程中EC值和pH值的影響

基質電導率和酸堿度是影響植株生長的重要因子，本試驗分別測定了發(fā)酵前期、發(fā)酵中期和發(fā)酵結束后發(fā)酵底物的EC值和pH值。由圖2-A至圖2-C可知，在整個發(fā)酵過程中，各處理的EC值存在一定差異，但以雙孢菇渣為發(fā)酵底物的處理（T10、T11、T12）EC值均顯著高于其他處理，以牛糞為發(fā)酵底物的處理（T7、T8、T9）EC值均在各處理中處于最低值。不同菌劑含量發(fā)酵堆中EC值也存在差異，不添加菌劑的不同發(fā)酵底物在整個發(fā)酵過程中EC值變化相對穩(wěn)定（圖2-A）;添加0.05%菌劑的不同發(fā)酵底物在整個發(fā)酵過程EC值呈先上升后下降趨勢;添加0.10%菌劑的處理中，T6處理EC值在整個發(fā)酵過程中呈上升趨勢。

由圖2-D至圖2-F可知，在整個發(fā)酵過程中，各處理間pH值存在明顯差異，且不同菌劑含量發(fā)酵物中變化趨勢不規(guī)律。不添加菌劑的不同發(fā)酵底物在整個發(fā)酵過程中pH值以杏鮑菇渣、雙孢菇渣為底物（T1、T10）的發(fā)酵產物pH值在發(fā)酵過程中相對穩(wěn)定，以木薯渣為底物（T4）的發(fā)酵產物在發(fā)酵過程中pH值呈上升狀態(tài)，以牛糞為底物（T7）的發(fā)酵產物在發(fā)酵過程中pH值呈先下降后上升趨勢。添加0.05%菌劑的不同發(fā)酵底物在整個發(fā)酵過程中除以牛糞為底物的發(fā)酵產物pH值呈持續(xù)上升外，其他各處理發(fā)酵產物pH值均呈先降后升的趨勢。添加0.10%菌劑的不同發(fā)酵底物在整個發(fā)酵過程中以牛糞為底物的發(fā)酵產物pH值呈持續(xù)上升，以雙孢菇渣為處理的發(fā)酵產物pH值呈先上升后下降的趨勢，以杏鮑菇渣和木薯渣為處理的發(fā)酵產物pH值均呈先略有下降后上升的趨勢。

2.3 菇渣發(fā)酵過程中氮含量的變化

為進一步研究添加不同處理為底物的發(fā)酵過程中氮含量的變化情況，本試驗分別對發(fā)酵前期、發(fā)酵中期、發(fā)酵結束后的發(fā)酵產物進行氮含量測定。結果（圖3）表明，T2、T4處理的氮含量持續(xù)下降，T5、T8處理的氮含量呈先降低后升高趨勢，T7處理的氮含量呈持續(xù)升高趨勢，其他各處理的氮含量呈先升高后降低趨勢。其中，在整個發(fā)酵過程中，以杏鮑菇渣為底物的發(fā)酵產物氮含量始終較高，以雙孢菇渣為底物的次之，以牛糞為處理的最低。

2.4 不同處理發(fā)酵產物的孔隙度和容重

容重和孔隙度是基質重要的理化性質，適宜植物生長的基質容重應在0.1～0.8 g/cm3之間，總孔隙度應在54%～96%之間[10]。由表3可知，發(fā)酵結束后各處理的總孔隙度在43.04%～54.10%之間，通氣孔隙在9.45%～30.44%之間，持水孔隙在20.72%～39.39%之間，容重在0.18～0.33 g/cm3之間?？偪紫抖萒2最高，為54.10%，T12次之，T11最低，為43.04%。通氣孔隙T12最高，為30.44%，T5最低，為9.45%。持水孔隙T5最高，為39.39%，T11最低，為20.72%。容重T8最高，為0.33 g/cm3，T2最低，為0.18 g/cm3。各處理容重在適宜植物生長的范圍，總孔隙度接近適宜植物生長的范圍。

2.5 不同處理對杏鮑菇渣發(fā)酵基質化利用的影響

本試驗以西瓜育苗為研究對象，對發(fā)酵產物基質化利用進行評價。分別測定了西瓜播種后的出苗率、株高、莖粗、葉綠素含量、植株地上和地下部分干鮮質量等，并進行了根冠比和壯苗指數計算。由表4可知，T1株高明顯小于對照，其中T7最高，達140.8 mm，T6次之。T1莖粗明顯小于對照，其中T6莖粗最高， 為5.76 mm。以杏鮑菇渣+木薯渣處理（T4、T5、T6）和杏鮑菇渣+牛糞處理（T7、T8、T9）的發(fā)酵產物配制成的育苗基質株高和莖粗明顯優(yōu)于其他基質，并顯著優(yōu)于對照。T6、T8處理的西瓜幼苗植株干質量顯著高于對照，其他處理與對照差異不顯著。所有處理地上鮮質量均高于對照，其中T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10處理顯著高于CK，其中T6最高為4.962 g，杏鮑菇渣+木薯渣處理（T4、T5、T6）和杏鮑菇渣+牛糞處理（T7、T8、T9）顯著高于其他處理。所有處理地下鮮質量均顯著高于對照，其中T5處理最高，為0.856 g。12種不同處理的葉綠素含量都處于34.7～47.0之間，T12處理的西瓜幼苗葉綠素含量顯著高于對照基質，其他處理的西瓜幼苗葉綠素含量均顯著低于對照。T4、T8處理壯苗指數顯著高于對照，其他處理與對照差異不顯著，其中以T4為發(fā)酵底物的處理壯苗指數最高。T1、T2、T4、T5、T12處理根冠比顯著高于對照處理，其他處理間差異不顯著。T1處理發(fā)芽率最低，為83.33%，T7處理最高，為100%，其中T4、T6、T7處理發(fā)芽率顯著高于T1處理。

3 討論與結論

農業(yè)廢棄物需要通過微生物的發(fā)酵作用，對有機物進行有效的生物降解，將其轉化為富含營養(yǎng)物質的腐殖質發(fā)酵才能進行基質化利用[11]。有研究表明，農業(yè)廢棄物發(fā)酵溫度最佳為40～65 ℃之間[12]。本試驗各處理溫度在發(fā)酵第3天均達到高溫（40 ℃以上），并持續(xù)一段時間，處于最佳發(fā)酵溫度范圍內。有研究表明，添加菌劑可以縮短腐熟時間、提高發(fā)酵溫度和延長高溫時間[13-15]。本試驗在杏鮑菇渣發(fā)酵處理和杏鮑菇渣+雙孢菇渣處理中，與前人研究結果相符，其中添加0.05%發(fā)酵菌劑的杏鮑菇渣處理發(fā)酵溫度最高。而杏鮑菇渣+木薯渣和杏鮑菇渣+牛糞2個試驗組合中，添加發(fā)酵菌劑后日平均積溫均下降，這可能與添加的發(fā)酵菌劑抑制木薯渣和牛糞自身的微生物菌群生長有關。研究表明，添加有機氮源有利于延長發(fā)酵堆體高溫時間，促進菇渣快速發(fā)酵[16]。本試驗結果表明，杏鮑菇渣添加有機氮源后，發(fā)酵堆體高溫時間均有下降，這與發(fā)酵初始的碳氮比偏低有關。

瓜菜育苗基質容重應為0.15～0.40 g/cm3，基質pH值在5.8～7.0之間、EC值在0.6～2.0 mS/cm之間，有利于植株生長，EC值高于3.5 mS/cm，植株生長會被抑制[17-19]。本試驗結果表明，不同發(fā)酵產物配制的育苗基質對西瓜幼苗質量的影響較大，其中杏鮑菇渣和木薯渣混合發(fā)酵產物配制的育苗基質對西瓜幼苗生長最有利。本研究表明，杏鮑菇渣與木薯渣進行等體積混合發(fā)酵，其發(fā)酵產物容重為 0.29～0.31 g/cm3，通氣孔隙為9.45%～19.71%，持水孔隙為28.57%～39.39%，EC值為3.67～4.12 mS/cm，pH值為6.97～7.06，與草炭、椰糠等體積混合可以滿足西瓜育苗基質需求。

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