竹屑與麥麩堆肥用作大球蓋菇栽培基質的適宜配比研究

吳一凡，夏 捷，陳 勝，張 瑋，謝錦忠，*

(1.中國林業(yè)科學研究院 亞熱帶林業(yè)研究所，浙江 杭州 311400； 2.南京林業(yè)大學 林學院，江蘇 南京 210000)

竹子是禾本科竹亞科植物。據(jù)第9次全國森林資源清查結果，我國竹林面積已逾641萬hm，竹林面積、竹材蓄積、竹制品產(chǎn)量和出口量均居世界第一位。竹產(chǎn)業(yè)曾是我國南方各省農(nóng)民增收的主要渠道之一。近年來，隨著環(huán)境整治壓力的增大和竹材加工行業(yè)的低迷，竹材年消耗量下降60%以上，而人工成本卻逐年增高，受此影響，部分毛竹林近年來得不到有效的經(jīng)營管理，產(chǎn)生了大量的竹林廢棄物，嚴重影響森林環(huán)境安全和竹林生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。如何充分、有效地利用竹林廢棄物，已成為亟待解決的重要問題之一。

大球蓋菇()富含豐富的多糖、蛋白質和礦質元素，是國際菇類交易的十大菇種之一。楊敬報道了用竹屑栽培大球蓋菇的關鍵技術，彭超等報道了用竹屑栽培的大球蓋菇的營養(yǎng)品質；但關于用竹屑栽培大球蓋菇的最優(yōu)配比卻鮮見研究報道。

竹屑經(jīng)堆肥腐熟后可用于蔬菜育苗與食用菌栽培。堆肥的本質是固體廢棄物分解為相對穩(wěn)定的腐殖質的過程，目的是使不穩(wěn)定的農(nóng)林有機廢棄物穩(wěn)定化、無公害化。目前，國內外針對木屑和秸稈等農(nóng)用廢棄物堆肥的研究已較多，但針對竹屑堆肥的研究尚鮮見報道。

麥麩富含粗蛋白、糖分和纖維素，是優(yōu)良的有機氮源。本研究以麥麩作為有機氮素添加劑，用來調節(jié)堆肥物料的碳氮比，探討不同麥麩添加量下竹屑好氧堆肥前、后理化性質的變化，及其堆肥產(chǎn)品用于栽培大球蓋菇時對菌絲生長的影響，以期為生產(chǎn)中竹屑的基質化利用和大球蓋菇推廣種植提供理論指導與技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗方法

試驗用的竹屑來自于杭州市富陽區(qū)永昌鎮(zhèn)，為毛竹()粗加工下腳料，含碳量47.4%，含氮量0.26%。麥麩購自于河南省永城市，含碳量42.1%，含氮量2.34%。

于2020年7月14日在杭州市富陽區(qū)虎山林場內進行竹屑堆肥試驗?；邴滬熖砑恿?，本試驗設置4個處理(表1)，以不添加麥麩的作為對照(CK)，每個處理重復3次，以石灰作為酸堿調節(jié)劑和消毒劑。

表1 好氧堆肥試驗設計

將不同配比的物料翻拌均勻，添加水分，使其含水量保持在70%左右，置于內徑67.5 cm×48 cm×41cm的泡沫箱內進行好氧堆肥。分別在堆肥的第15天和第25天進行翻堆，并補水至含水量70%。發(fā)酵40 d時，各處理的溫度趨于環(huán)境溫度，且翻堆補水后溫度不再上升，結束發(fā)酵。在發(fā)酵前、后分別取樣：一部分樣品風干后，用于理化性質的測定；另一部分置于4 ℃冰箱保存，用于測定種子發(fā)芽指數(shù)(GI)和大球蓋菇菌絲的生長速度與生長勢。

1.2 指標測定

試驗期間，于每日16：00用溫度計測定堆體表層下方20cm處的發(fā)酵溫度。

取一部分發(fā)酵樣品，與蒸餾水按1∶5的質量比混合，用雷磁DDSJ-308A型電導率儀(上海儀電科學儀器股份有限公司)測定電導率(EC)，用雷磁PH211A型pH計(上海儀電科學儀器股份有限公司)測定pH值；容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度參照《土壤農(nóng)化分析》的方法測定；全氮含量采用Kjeltec2300型全自動凱氏定氮儀(瑞典FOSS)測定，總有機碳含量采用重鉻酸鉀容量法測定，纖維素、木質素含量采用分光光度法(儀器為P5比例雙光束紫外可見分光光度計，上海美譜達儀器有限公司)測定。

各處理取等量發(fā)酵產(chǎn)物，與蒸餾水按1∶10的質量比混勻，振蕩30 min，室溫浸提24 h，過濾，取上清液待用。在培養(yǎng)皿內均勻點播20粒小青菜種子，加5 mL浸提液，于25 ℃人工氣候箱內進行發(fā)芽試驗，以蒸餾水為對照，24 h后測定種子發(fā)芽率和發(fā)芽種子根長，并計算種子發(fā)芽指數(shù)(GI)。每處理重復測定3次。

各處理取250 g發(fā)酵產(chǎn)物于內徑12 cm、高10 cm的玻璃瓶中，每瓶接種2 g大球蓋菇原種后封口，26 ℃恒溫培養(yǎng)。每天觀察、測量并記載菌絲生長速度和長勢。每處理設置3個平行。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 365軟件進行整理，采用SPSS 22.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 堆肥過程中的溫度變化

堆肥期間，堆體溫度經(jīng)升溫期、高溫期、降溫期漸趨穩(wěn)定。各處理的堆體溫度變化趨勢相似，但高溫出現(xiàn)時間和持續(xù)時間不同(圖1)。T2和T3處理分別有10、9 d的高溫期(50 ℃以上)；T1處理的高溫期只有4 d；而對照(CK)溫度基本保持恒定，不存在高溫期。這可能是因為，竹屑自身的C/N過高，難以支持微生物活動從而維持高溫發(fā)酵。麥麩的添加，為堆體補充了氮素，利于微生物發(fā)酵，延長了堆體的高溫期，有助于促進堆肥腐熟。

圖1 不同處理堆肥過程中堆體溫度的變化

T1和T2處理的堆體溫度在發(fā)酵的前3 d就已達到有效腐熟溫度(>50 ℃)；T3處理在第7天才進入高溫期。這說明麥麩添加量過多，會延遲竹屑發(fā)酵高溫期的出現(xiàn)。第10天翻堆后，各處理的溫度回升，但均沒有達到之前的最高溫度，且最高溫度逐漸降低。堆肥的7～25 d，T1處理的溫度一直低于T2和T3處理。第25天翻堆后，T3處理的溫度小幅回升，但其他處理溫度無回升。這說明，自25 d起，T1和T2處理的好氧堆肥已基本結束，而T3處理的堆肥過程結束較晚。

2.2 堆肥前后堆體理化性質的變化

堆肥腐熟后，除CK外，其他處理的容重顯著(<0.05)增加，T1、T2、T3處理的容重分別提高了9.64%、7.06%和4.62%，但這3個處理之間無顯著差異(表2)；通氣孔隙度和氣水比顯著(<0.05)減少。此外，T2和T3處理的總孔隙度在發(fā)酵后顯著(<0.05)減少，T2處理的持水孔隙度顯著(<0.05)增加。

表2 堆肥前后物理性質的變化

發(fā)酵結束時，T1和T2處理的總孔隙度顯著(<0.05)低于CK和T3處理；T1、T2和T3處理的通氣孔隙度和氣水比均顯著(<0.05)低于CK，但持水孔隙度顯著(<0.05)高于CK，且上述指標在這3個處理間無顯著差異。這可能是因為，竹屑在堆肥的過程中，大分子有機物逐漸被降解，竹屑的粒徑逐漸細化，導致容重增加，孔隙度下降。

堆肥前后，各處理堆體的pH值均在8.00～9.00，堿性較強(圖2)。T1和T2處理的pH值在發(fā)酵后顯著(<0.05)降低，而CK和T3處理的pH值在發(fā)酵前后無顯著變化。這可能是因為，經(jīng)過有效的好氧堆肥后，堆體會釋放有機酸、揮發(fā)有機胺，并產(chǎn)生無機酸，同時會釋放CO，導致堆體的pH值降低。

柱上無相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。下同。

堆肥后，T1、T2和T3處理的EC值均顯著(<0.05)增加，分別增加了11.04%、29.78%和40.02%，但CK的EC值無顯著變化。堆肥結束時，T3處理的EC值最高，為4.028 mS·cm，顯著(<0.05)高于其他處理，而CK的EC值最低，僅為0.539 mS·cm。整體來看，各處理堆肥的初始碳氮比與堆肥后堆體的EC值呈顯著(<0.05)負相關關系。這是因為，麥麩相比竹屑所含的礦質元素更多，隨著C/N的降低，堆體的EC值也會增加。同時，微生物的活動會使有機物質不斷礦化，形成可溶性鹽，導致堆體發(fā)酵后的EC值進一步增加。

C/N是判斷堆料腐熟程度的重要指標，T值是指物料發(fā)酵結束后C/N與發(fā)酵前C/N的比值。堆肥后，除CK外，各處理的C/N均顯著(<0.05)降低(表3)。堆肥結束時，T1、T2和T3處理的T值分別為0.656、0.565和0.825，均顯著(<0.05)低于CK的0.998。一般認為，T值小于0.6表明發(fā)酵腐熟完成。與此對照，至40 d發(fā)酵結束時，CK和T3處理還未達到發(fā)酵腐熟，T1處理的發(fā)酵腐熟效果欠佳，T2處理的發(fā)酵腐熟效果最佳。

表3 堆肥前后碳氮比的變化

堆肥后，除CK外，其他處理的纖維素和木質素含量均顯著(<0.05)降低(圖3)。T1～T3處理下，T2處理的纖維素含量降幅最大(27.55%)，但木質素含量降幅最小(19.54%)；T1處理的纖維素含量降幅最小(16.56%)，但木質素含量降幅最大(30.80%)。

圖3 各處理堆肥前后的木質素、纖維素含量

2.3 堆肥產(chǎn)物的發(fā)芽指數(shù)和對菌絲生長的影響

從發(fā)芽指數(shù)來看：CK最高，顯著(<0.05)高于其他處理；T1、T2處理次之，且二者之間無顯著差異；T3處理最低(表4)。

表4 不同處理的種子發(fā)芽指數(shù)和大球蓋菇的菌絲生長情況

從大球蓋菇菌絲的生長情況來看：CK與T1的菌絲生長速度最快，均顯著(<0.05)快于T2和T3處理；T2處理的菌絲生長速度次之，但它的菌絲生長勢最佳，菌絲潔白、健壯、濃密(圖4)；T3處理的菌絲生長速度最慢，且生長勢最弱。

圖4 不同處理栽培大球蓋菇的菌絲生長情況

3 討論

本研究表明，添加麥麩后，竹屑經(jīng)好氧堆肥，其容重、持水孔隙度、電導率顯著增加，通氣孔隙度、氣水比，以及纖維素、木質素含量顯著下降。添加麥麩對竹屑的好氧堆肥有促進作用，且在一定的添加量范圍內，隨著麥麩添加量的增加，腐熟效果更好，但若麥麩添加過多，亦會延長發(fā)酵腐熟時間，影響效率。謝兆森等以木屑為材料，研究了添加不同氮量對木屑發(fā)酵腐熟的影響，張蓓研究碳氮比對玉米秸稈發(fā)酵的影響，都得出了與本文相似的結論。

堆肥溫度是評價基質腐熟與無害化的重要指標。竹屑自身氮素缺乏，并且含有較多的木質素、蠟質等難以被微生物利用的碳源，CK中的微生物由于缺乏必要的營養(yǎng)，無法進行有效的高溫發(fā)酵。向竹屑中添加一定的麥麩，如T1和T2處理，可在補充氮素的同時降低C/N，能有效促進微生物的活動，50 ℃以上的高溫發(fā)酵可持續(xù)3 d以上。但若麥麩添加過多(T3處理)，體系的孔隙度增大，會延遲高溫發(fā)酵的出現(xiàn)時間，同時會產(chǎn)生過量的氨氣與硫化氫，從而抑制微生物代謝，但隨著竹屑堆肥過程中孔隙度的降低和抑制性氣體的散失，堆體會在一段時間后進入高溫發(fā)酵。

C/N是判斷堆料腐熟程度的直觀指標。隨著發(fā)酵的進行，有機物質被微生物利用，形成腐殖質等穩(wěn)定有機物，使堆肥體系穩(wěn)定化，C/N降低。Mathur等認為，當C/N小于20時，基質發(fā)酵達到腐熟。但由于竹屑自身含氮量較低，并且存在較難被利用的碳源，即使發(fā)酵過后C/N也很難降到20，故本文采用T值作為評價指標。T值為堆肥完成后堆體C/N與堆肥前初始C/N的比值，T值小于0.6表示腐熟完全。堆肥后，CK的C/N沒有明顯變化，而T2處理的C/N下降到57.796，T值為0.565，發(fā)酵腐熟效果在各處理中最好，推測可以用作平菇()、秀珍菇()和灰樹花()等食用菌的栽培基質。

容重和孔隙度是反映竹屑是否能夠被基質化利用的重要物理指標。竹屑經(jīng)好氧堆肥后，各處理的容重都大于0.1 g·cm，符合輕型基質育苗與食用菌栽培基質的要求，但其持水孔隙度偏低。這可能是因為竹子中硅和蠟質含量較高、細胞壁較厚，影響了竹屑的持水能力，T2處理經(jīng)充分發(fā)酵后，持水孔隙度顯著增加。EC值反映了竹屑中可溶性鹽的含量，竹屑經(jīng)堆肥后，有機物質不斷礦化，形成可溶性鹽，電導率增高，但過多的鹽分會抑制大球蓋菇菌絲的生長。氮添加較少的CK和T1處理，EC值較低，菌絲生長速度快，但生長勢弱于T2處理。堆肥后，T2處理的EC值為2.306 mS·cm，符合良好栽培基質的要求，雖然菌絲生長速度稍慢，但菌絲粗壯、濃密，長勢最佳。

本研究所采用的竹屑，纖維素含量為33.52%，低于一般的竹材(纖維素含量在40%～60%)。這可能是由于，竹材在進行初步加工時一部分纖維素已被分解。研究表明，適當增加氮素，可以提高纖維素和木質素降解酶的活性，從而促進竹屑中纖維素和木質素的降解。T2處理下，纖維素含量降幅最大，但木質素含量降幅最?。籘1處理下，纖維素含量降幅最小，但木質素含量降幅最大。這可能是因為，木質素較難降解，只有當可被利用的營養(yǎng)物質被消耗殆盡時才會被降解。

GI是評價堆料生物毒性的重要指標。一般認為，當GI達到80%時，堆體便已沒有植物毒性。T1和T2處理的GI值均已超過80%，分別達到了86.60%和81.73%，但T3處理的GI值僅為65.51%，植物毒性還較高，還尚未完全腐熟。這與采用發(fā)酵高溫時間和T值判斷腐熟程度得到的結果相吻合。

向竹屑中添加麥麩，補充了堆肥中可被微生物利用的碳、氮源，經(jīng)過堆制，竹屑中較難利用的木質素、蠟質等成分被分解，大球蓋菇的菌絲生長勢提高。經(jīng)好氧堆肥后，T2和T3處理的C/N相近，但T2處理下大球蓋菇的菌絲生長速度和生長勢均優(yōu)于T3處理。這可能是因為T3處理的EC值較高，硫化氫等抑制殘留物過多。T2處理下，大球蓋菇的菌絲潔白濃密，生長速度達到0.394 mm·d，說明其適宜大球蓋菇菌絲的生長，但關于其對大球蓋菇產(chǎn)量和品質等的影響還需進一步研究。

綜上，建議在用竹屑進行好氧堆肥時補充8%(質量分數(shù))的麥麩，調節(jié)竹屑C/N至100左右，以有效促進竹屑的發(fā)酵腐熟。堆制后的堆料可用作大球蓋菇等適應較高C/N食用菌的栽培基質，有助于解決竹材資源浪費的問題。