金針菇菌糠促進(jìn)雞糞發(fā)酵堆制生產(chǎn)有機(jī)肥的研究

曾 泉，史國(guó)英，蘇 林，葉雪蓮，胡春錦

（1廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物研究所，南寧 530007；2廣西修土龍生物科技有限公司，南寧 530007）

0 引言

近年來(lái)，食用菌以其資源消耗少，生長(zhǎng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，成為中國(guó)扶貧產(chǎn)業(yè)的重要推廣項(xiàng)目，食用菌產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展。到2019年，中國(guó)食用菌年產(chǎn)量近4000萬(wàn)t，且呈上升趨勢(shì)[1]。中國(guó)已成為世界第一大食用菌生產(chǎn)國(guó)。伴隨著食用菌的生產(chǎn)，形成大量廢棄菌糠，按照食用菌40%利用率計(jì)算，每年約有6000萬(wàn)t廢棄菌糠產(chǎn)生[2]。如何有效處理利用如此大量的廢棄菌糠，對(duì)食用菌產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。對(duì)于菌糠的循環(huán)利用，目前最主要的利用方式是用作栽培基質(zhì)培養(yǎng)食用菌、用作飼料、用作土壤調(diào)理劑或生產(chǎn)有機(jī)肥[3-5]。食用菌菌糠中汞、鉛、鉻等重金屬的殘留問(wèn)題，使其不適于生產(chǎn)動(dòng)物飼料[6]。食用菌菌糠不僅含有豐富的有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)，而且富含食用菌菌體蛋白、次生代謝物和微量元素等多種養(yǎng)分[7]。利用食用菌菌糠進(jìn)行堆肥化處理，用以改良土壤，作為有機(jī)肥為作物提供養(yǎng)分，不但能夠解決菌糠隨意丟棄造成的環(huán)境污染問(wèn)題，還能最大限度利用菌糠中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。在番茄、土豆和黃瓜等作物上的應(yīng)用研究都表明，菌糠有機(jī)肥不但能夠有效的提高作物品質(zhì)，還能改善土壤微生物群落構(gòu)成，抑制有害菌繁殖，減輕地上病害和土傳病害發(fā)生，達(dá)到減少化學(xué)農(nóng)藥使用，提高作物產(chǎn)量的效果，對(duì)發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)具有重要意義[8-10]。

不同來(lái)源的食用菌菌糠在發(fā)酵過(guò)程中理化性質(zhì)存在顯著差異，對(duì)于不同來(lái)源的菌糠，發(fā)酵策略需要相應(yīng)調(diào)整[11-12]。通常情況下，菌糠的碳氮比較高，這會(huì)導(dǎo)致微生物的分解過(guò)程速度較慢，溫度上升緩慢，使得堆肥周期長(zhǎng)[13]。畜禽糞污與菌糠的情況正好相反，其含氮量較高，碳氮比較低，發(fā)酵過(guò)程中氨氣大量揮發(fā)，氮素大量損失，降低有機(jī)肥氮素含量。如果將菌糠與畜禽糞污按一定比例進(jìn)行混合發(fā)酵，則能夠調(diào)節(jié)發(fā)酵物料的碳氮比，使發(fā)酵過(guò)程能夠在最佳碳氮比范圍內(nèi)進(jìn)行，提高發(fā)酵效率，使物料能夠在最短時(shí)間內(nèi)完成腐熟[14]。污水處理廠的污泥一直是處理難點(diǎn)，其管理成本占據(jù)了污水處理廠運(yùn)營(yíng)支出的50%[15]。處理污泥的方法包括填埋、發(fā)酵沼氣等，也有通過(guò)利用污泥發(fā)酵沼氣后獲得的消化液進(jìn)行生物肥料生產(chǎn)，以提高經(jīng)濟(jì)效益的相關(guān)研究[16-18]。通過(guò)添加干化污泥生產(chǎn)生物有機(jī)肥，是實(shí)現(xiàn)污泥無(wú)害化和再利用的有效途徑之一，不但提高經(jīng)濟(jì)效益，且操作簡(jiǎn)單，成本低廉（城鎮(zhèn)污水處理廠污泥資源化利用途徑）。研究表明，長(zhǎng)期施用生物肥料和污泥，不會(huì)向農(nóng)業(yè)土壤引入對(duì)人類有害的病原菌，這為添加污泥生產(chǎn)生物有機(jī)肥提供了理論支持[19]。本研究分析了以金針菇菌糠為原料混合雞糞及生物干化污泥進(jìn)行有機(jī)肥發(fā)酵過(guò)程中各項(xiàng)指標(biāo)的變化情況，探究了菌糠促進(jìn)雞糞快速發(fā)酵腐熟生產(chǎn)高質(zhì)量有機(jī)肥的可行性。通過(guò)不同配比及添加活性菌劑，探索菌糠與雞糞、干化污泥快速發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)肥的相關(guān)條件，為菌糠的合理利用提供依據(jù)，同時(shí)，為畜禽養(yǎng)殖過(guò)程中的排泄物有效利用提供參考，促進(jìn)綠色農(nóng)業(yè)，有機(jī)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 堆肥物料及其堆前預(yù)處理 菌糠：金針菇栽培后廢棄菇包，經(jīng)脫包和粉碎過(guò)篩處理，去除殘留菌包及大塊的未粉碎原料，由江門益健食用菌有限公司提供。

雞糞：廣西梧州岑溪市馬路鎮(zhèn)古典雞養(yǎng)殖基地提供，雞糞已經(jīng)過(guò)添加木糠等吸水物料處理，控制其含水量。

污泥：由廣西梧州岑溪市生活污水處理廠提供，已經(jīng)過(guò)生物干化處理并添加少量秸稈增加其疏松度。

3種堆肥物料的基本性狀見(jiàn)表1。

表1 堆肥原料的主要成分及含水量

1.1.2 發(fā)酵菌劑 由康源淥洲生物科技有限公司生產(chǎn)的有機(jī)肥發(fā)酵專用菌劑，有效活菌數(shù)100億/g。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 試驗(yàn)處理 試驗(yàn)于岑溪市三堡農(nóng)業(yè)科技有限公司有機(jī)肥發(fā)酵廠進(jìn)行。

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)4個(gè)處理（表2）。物料按體積比混合，混合后物料按質(zhì)量比添加0.01%的發(fā)酵菌劑。堆制前，為使發(fā)酵劑與原料充分混合，先取少量菌糠與發(fā)酵菌劑混合后均勻摻入堆料中。

表2 不同原料配比及發(fā)酵前pH值和含水量

所有物料用翻拋機(jī)充分混勻，碼垛成圓垛式堆體，底面直徑約3.0 m，高約1.5 m，于發(fā)酵廠通風(fēng)大棚內(nèi)堆置發(fā)酵，以鏟車進(jìn)行人工翻堆。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo) 溫度測(cè)定：于每日9:00與16:00各進(jìn)行一次堆料溫度測(cè)量，用探頭溫度計(jì)在堆料翻堆前于堆體高約40～50 cm處進(jìn)行測(cè)量，將溫度計(jì)插入堆料中10～15 min，測(cè)定3次的平均值作為堆料溫度；同時(shí)記錄環(huán)境溫度。計(jì)算當(dāng)天兩次測(cè)定溫度的平均值作為堆體溫度。發(fā)酵前兩周每天或隔天翻堆1次，控制堆體溫度不高于70℃；之后根據(jù)堆體升溫情況2～3天翻堆一次。

堆肥樣品收集及主要成分測(cè)定。分別于堆制發(fā)酵的第5、10、15、20、30天對(duì)堆肥樣品進(jìn)行采樣分析，每處理隨機(jī)取樣20個(gè)點(diǎn)，均勻混合后以四分法進(jìn)行采樣，作為當(dāng)次待分析樣品。按《有機(jī)肥料》(NY/T 525-2021)方法測(cè)定有機(jī)肥樣品的pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、汞、砷、鎘、鉛、鉻含量以及糞大腸菌群數(shù)和蛔蟲(chóng)卵死亡率等有機(jī)肥質(zhì)量指標(biāo)。

1.2.3 發(fā)芽指數(shù)測(cè)定 使用白菜種子進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)，具體方法參照《有機(jī)肥料》(NY/T525-2021)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行。

分別以堆制發(fā)酵第5、10、15、30天的堆肥樣品作為分析對(duì)象，按1:10（質(zhì)量體積比）加入去離子水浸提，振蕩2 h，離心后過(guò)濾，吸取5 mL濾液滴加在鋪有濾紙的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中放顆粒飽滿的白菜種子30粒，置于28℃培養(yǎng)箱中避光培養(yǎng)，48 h后測(cè)定種子發(fā)芽率與根長(zhǎng)，每個(gè)處理重復(fù)3次，以去離子水為對(duì)照(CK)，按公式(1)計(jì)算發(fā)芽率指數(shù)。

1.2.4 部分抗生素含量測(cè)定 參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求(GB/T 32951-2016)對(duì)已完成發(fā)酵腐熟的堆肥樣品進(jìn)行抗生素檢測(cè)，檢測(cè)對(duì)象為禽類養(yǎng)殖常用的慶大霉素、強(qiáng)力霉素、氟苯尼考、磺胺間甲氧嘧啶。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同菌糠、雞糞配比堆料發(fā)酵過(guò)程溫度的變化

堆漚過(guò)程分為升溫、高溫、降溫3個(gè)階段。堆肥溫度是反映發(fā)酵過(guò)程是否正常的直觀指標(biāo)，同時(shí)也是判斷菌糠是否完成腐熟的重要參數(shù)。圖1顯示，堆制開(kāi)始后，各處理溫度迅速升高，4個(gè)處理的發(fā)酵溫度均于第2天達(dá)到60℃以上，說(shuō)明微生物活動(dòng)強(qiáng)烈，有機(jī)質(zhì)分解迅速；每次翻堆后，堆體溫度隨翻堆先降后升，并且穩(wěn)定維持在60℃以上天數(shù)達(dá)18天，能有效殺滅病原菌，達(dá)到堆肥無(wú)害化需求。整個(gè)堆肥周期溫度變化趨勢(shì)顯示，處理III溫度在高溫發(fā)酵期內(nèi)高于其他處理。發(fā)酵20天后，堆體溫度逐漸降低，這一階段有機(jī)質(zhì)緩慢分解，堆肥系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。

圖1 不同處理堆體溫度變化

堆腐發(fā)酵1個(gè)月后，混合堆料從初期土黃色、有刺鼻氨味、有明顯塊狀物形態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)闇\褐色，無(wú)刺激臭味、無(wú)明顯塊狀物顆粒狀，表明堆肥已基本腐熟完成。為防止堆肥過(guò)度腐熟導(dǎo)致有機(jī)碳與氮素過(guò)度損失、降低肥效，于堆制21天后將堆體適當(dāng)攤開(kāi)，停止升溫發(fā)酵。

2.2 不同菌糠、雞糞配比堆料發(fā)酵過(guò)程主要營(yíng)養(yǎng)成分的變化

不同處理堆料在發(fā)酵不同階段主要營(yíng)養(yǎng)成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖2。氮、磷、鉀含量是有機(jī)肥的重要指標(biāo)。圖2分析結(jié)果顯示：在升溫階段各處理的全氮含量呈下降趨勢(shì)，隨后穩(wěn)定上升；而各處理的全磷、全鉀含量在整個(gè)堆制過(guò)程中均呈緩慢上升趨勢(shì)。堆肥前期，由于大量微生物快速生長(zhǎng)繁殖，消耗氮素速率高于總干物質(zhì)下降速率，故全氮量呈整體下降趨勢(shì)；堆肥后期，隨著發(fā)酵的進(jìn)行，有機(jī)質(zhì)不斷分解，水分蒸發(fā)，堆體體積和重量減少，且營(yíng)養(yǎng)元素?fù)]發(fā)損失較小，由于濃縮效應(yīng)使全氮、全磷和全鉀含量升高。不同處理的總養(yǎng)分含量變化趨勢(shì)與全氮含量基本一致，即發(fā)酵前期略有下降，之后逐步上升。4個(gè)不同配比堆肥處理腐熟后總養(yǎng)分含量（N+P2O5+K2O）均大于9%，高于NY/T 525-2021相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)≥5.0%要求；其中處理III（菌糠30%；雞糞60%；污泥10%）總養(yǎng)分含量最高，達(dá)到10.33%。

圖2 不同菌糠、雞糞配比對(duì)堆料營(yíng)養(yǎng)成分的影響

2.3 不同菌糠和雞糞配比對(duì)堆肥有機(jī)質(zhì)含量、種子發(fā)芽指數(shù)、pH值等腐熟指標(biāo)的影響

不同配比發(fā)酵堆料部分有機(jī)肥腐熟相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

有機(jī)質(zhì)在堆肥過(guò)程的變化一定程度上反映了堆肥進(jìn)程，其降解率可用于判斷堆肥腐熟度。由表3可見(jiàn)，不同處理堆料經(jīng)好氧高溫堆肥處理后，大量有機(jī)質(zhì)在微生物作用下被分解，其分解率隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大；經(jīng)約一個(gè)月堆腐發(fā)酵，4個(gè)處理有機(jī)質(zhì)含量從初始的71%～75%下降至45%～55%，表明雞糞堆肥在添加菌糠腐熟后的有機(jī)質(zhì)含量均較高。其中，處理III因其高溫階段溫度及持續(xù)時(shí)間均高于其他處理，其有機(jī)質(zhì)降解率也高于其他處理。

隨著堆腐發(fā)酵的進(jìn)行，各處理水分含量逐步下降。4個(gè)處理物料經(jīng)發(fā)酵腐熟，含水量從50%以上下降至40%左右，各處理水分變化趨勢(shì)一致，其中處理III的水分含量下降速度最快。含水量相對(duì)新有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)NY/T 525-2021要求(≤30%)還有一定差距，但隨著堆肥后期低溫腐熟和包裝生產(chǎn)線篩分晾干打包等一系列處理，含水量必然能達(dá)到相關(guān)要求。

發(fā)芽率指數(shù)是從生物學(xué)角度評(píng)價(jià)有機(jī)物料是否充分腐解的重要指標(biāo)，有機(jī)肥新標(biāo)準(zhǔn)《有機(jī)肥料》(NY/T 525-2021)規(guī)定，發(fā)芽率指數(shù)大于或等于70%則表明物料已腐熟。由表3所示，所有處理在發(fā)酵中后期（20天）的發(fā)芽指數(shù)均已達(dá)到腐熟要求，而處理III最先達(dá)到要求，于物料發(fā)酵15天時(shí)發(fā)芽率指數(shù)已達(dá)到74.3%?？梢?jiàn)，菌糠和雞糞的最佳配比所組成的混料更有利于腐解充分，縮短堆肥腐熟時(shí)間。

pH值也是影響堆肥發(fā)酵效果和堆肥質(zhì)量的重要因素之一。在堆料發(fā)酵前，各處理pH值均為6.0左右（表1）。隨著發(fā)酵進(jìn)程溫度上升，pH值呈上升趨勢(shì)（表3）。各處理在堆置25天后，pH值維持在7.0～7.5之間，符合腐熟堆肥pH值標(biāo)準(zhǔn)。

表3 不同配比發(fā)酵堆料部分有機(jī)肥腐熟指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

由于所有處理堆料發(fā)酵前期都能快速升溫并維持高溫發(fā)酵狀態(tài)（圖1），使得4個(gè)處理其他腐熟指標(biāo)如糞大腸菌數(shù)和蛔蟲(chóng)死亡率在堆料發(fā)酵前期（5天）的樣品檢測(cè)結(jié)果中已完全符合有機(jī)肥相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求（表3）。

2.4 重金屬及抗生素含量檢測(cè)結(jié)果

為明確相關(guān)原料堆肥生態(tài)安全性，對(duì)堆料完成腐熟后（25天）的各處理進(jìn)行重金屬和抗生素含量檢測(cè)。如表4所示，所有處理重金屬含量均低于NY/T 525-2021規(guī)定上限，符合有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)要求。幾種抗生素的檢測(cè)結(jié)果顯示，4個(gè)不同處理樣品中均未檢測(cè)到慶大霉素、強(qiáng)力霉素、氟苯尼考，磺胺間甲氧嘧啶能在樣品中檢測(cè)到，但其含量均低于獸藥國(guó)際協(xié)調(diào)委員會(huì)規(guī)定的獸藥環(huán)境殘留生態(tài)毒害效應(yīng)觸發(fā)值(100 μg/kg)。

表4 各處理腐熟堆料的重金屬及抗生素含量檢測(cè)結(jié)果

3 討論

堆肥是處理畜禽糞便、菌糠等農(nóng)業(yè)廢棄物最經(jīng)濟(jì)有效的方法，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生物資源循環(huán)利用和轉(zhuǎn)化增值。關(guān)于菌糠與雞糞堆肥已經(jīng)有不少研究報(bào)道[20-21]，本文重點(diǎn)從堆肥質(zhì)量入手，通過(guò)多個(gè)堆肥質(zhì)量指標(biāo)的綜合分析篩選菌糠和雞糞的最佳配比。研究結(jié)果表明，4個(gè)不同處理生產(chǎn)的有機(jī)肥，總養(yǎng)分含量均較高，發(fā)酵腐熟后總養(yǎng)分均＞9%；同時(shí)，發(fā)酵過(guò)程能夠快速升溫，有效縮短堆肥發(fā)酵腐熟時(shí)間，堆肥各項(xiàng)指標(biāo)在發(fā)酵25天后均已符合《有機(jī)肥料》(NY/T 525-2021)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。其中，以處理III生產(chǎn)的有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)和總營(yíng)養(yǎng)成分含量較高，腐熟時(shí)間最短，各項(xiàng)有機(jī)肥質(zhì)量指標(biāo)均優(yōu)于其他處理，在生產(chǎn)上可作為合理配方進(jìn)行推廣應(yīng)用。

菌糠作為一種富含碳元素的基質(zhì)，長(zhǎng)期堆放易霉變，霉變的菌糠不宜作二次栽培料，作為飼料原料其安全性也存有一定隱患。因此，堆肥化使用是菌糠資源化利用的最佳模式。但部分食用菌菌糠由于原料品控問(wèn)題，可能存在重金屬超標(biāo)的問(wèn)題，雞糞可能存在抗生素超標(biāo)問(wèn)題。所以，在發(fā)酵前需對(duì)原料進(jìn)行抽檢。同時(shí)，通過(guò)發(fā)酵，在高溫和微生物的作用下，能夠使原料中的重金屬鈍化，抗生素部分降解。從研究結(jié)果看，重金屬含量和抗生素含量均符合《有機(jī)肥料》(NY/T 525-2021)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

菌糠和雞糞都是生產(chǎn)有機(jī)肥的優(yōu)質(zhì)原料，菌糠富含有機(jī)物質(zhì)和礦質(zhì)元素，且含有菌體蛋白、次生代謝產(chǎn)物和微量元素；畜禽糞便中含有豐富的氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)、微量元素等成份。高溫堆肥是微生物作用和分解的過(guò)程，其中溫度、水分、pH值、碳氮比、顆粒大小等均會(huì)影響到微生物的生長(zhǎng)、繁殖和活動(dòng)，從而影響堆肥發(fā)酵進(jìn)程[22]。菌糠和雞糞混合堆料發(fā)酵能起到互補(bǔ)增效作用，在畜禽糞便堆肥發(fā)酵過(guò)程中添加菌糠，能增加堆料孔隙度、加快畜禽糞便的發(fā)酵速度，從而有效縮短發(fā)酵時(shí)間[23-24]。利用雞糞與菌糠發(fā)酵的有機(jī)肥能夠改善土壤中細(xì)菌群落組成，且對(duì)土壤中抗生素抗性基因的影響并不明顯，表明采用雞糞與菌糠生產(chǎn)有機(jī)肥不會(huì)造成土壤中抗生素抗性基因的大量富集[25]。但本研究發(fā)現(xiàn)，即使經(jīng)過(guò)了25天的發(fā)酵晾曬過(guò)程，所有處理生產(chǎn)的有機(jī)肥含水量均無(wú)法達(dá)到小于30%的水平，這可能與發(fā)酵后期溫度降低，水分蒸發(fā)減慢有關(guān)。隨著后續(xù)篩分、包裝和儲(chǔ)存等過(guò)程，水分進(jìn)一步蒸發(fā)，在出廠前達(dá)到含水量小于30%是完全可以做到的。隨著養(yǎng)殖業(yè)和種植業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)于抗生素和重金屬越來(lái)越嚴(yán)格的控制，有機(jī)肥發(fā)酵的原料安全性將得到穩(wěn)步提升。隨著種植業(yè)對(duì)有機(jī)肥使用的認(rèn)同度不斷提高，有機(jī)肥的需求量會(huì)進(jìn)一步加大。通過(guò)有機(jī)肥快速腐熟技術(shù)，不但加快了原料流轉(zhuǎn)過(guò)程，解決菌糠和雞糞資源化利用問(wèn)題，更為企業(yè)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，增產(chǎn)增收提供了保障。

4 結(jié)論

（1）向雞糞中添加食用菌菌糠進(jìn)行發(fā)酵，能夠加速有機(jī)肥腐熟，所有處理均能在發(fā)酵20天后即達(dá)到發(fā)芽指數(shù)大于70%的腐熟要求。

（2）所有處理生產(chǎn)的有機(jī)肥，重金屬含量及抗生素含量均符合《有機(jī)肥料》(NY/T 525-2021)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）在各個(gè)處理中，以30%菌糠、60%雞糞和10%生物干化污泥配合生產(chǎn)的有機(jī)肥在發(fā)酵25天后，有機(jī)質(zhì)含量為48.5%，pH值為7.38，含水量為32.5%，于發(fā)酵15天時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)即達(dá)到74.3%，達(dá)到腐熟要求。該配比于整個(gè)發(fā)酵過(guò)程為最優(yōu)配比。

（4）在有機(jī)肥發(fā)酵過(guò)程中，控制初始物料碳氮比，對(duì)于有機(jī)肥的快速發(fā)酵具有重要作用。