菌渣有機肥的制備及其對西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

朱 丹， 馮 銳， 陳學東， 張建華， 馬 聰

(寧夏農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與信息技術(shù)研究所，寧夏銀川 750002)

中國是世界第一大食用菌生產(chǎn)國，產(chǎn)量占全球總量的70%，每年產(chǎn)生近1 400萬t菌渣[1]。前期由于環(huán)境保護意識淡薄，往往是通過焚燒或者露天堆放來處理，這不僅是一種資源的浪費，也對生態(tài)環(huán)境安全帶來了極大的隱患，隨著生態(tài)環(huán)境政策進一步落實，粗放的處理方式已被取締，現(xiàn)如今菌渣在肥料[2]、基質(zhì)[3]、飼料[4-6]、墊料[7]等方面被利用，不僅解決了環(huán)境污染問題，而且有效促進了食用菌產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

菌渣中含有豐富的蛋白質(zhì)、微量元素、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，有機質(zhì)含量可達35%～70%，氮磷鉀養(yǎng)分也可達5%左右，是一種較好的有機肥原料[8]。通過高溫發(fā)酵分解菌渣中一些大分子物質(zhì)，能被制成高品質(zhì)有機肥，菌渣有機肥不但可以提高土壤中有機質(zhì)含量，同時可以使土壤中有益微生物大量繁殖，豐富土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，抑制土傳性病菌，而且還能補充氮磷鉀養(yǎng)分，減少化肥施用量，減輕農(nóng)業(yè)面源污染。

菌渣有機肥已經(jīng)在多種作物上被施用，能夠提高花生[8]、棉花[9]、蔬菜[10]、鮮食大豆[11]等作物的產(chǎn)量一成左右，同時提高經(jīng)濟效益，但在西瓜上的應用研究相對不足。寧夏處于黃河上游，具有充足的陽光，而且晝夜溫差大，為高品質(zhì)西瓜生長提供了得天獨厚的氣候條件，通過對平菇菌渣高溫好氧堆肥發(fā)酵制成有機肥并在西瓜上施用，研究菌渣有機肥對西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響對菌渣高效利用具有一定的促進意義。

1 材料與方法

1.1 菌渣有機肥的制備

1.1.1 菌渣材料 以平菇種植菌渣為材料，平菇栽培料配方為木屑、玉米芯、玉米秸稈等，菌渣發(fā)酵前有機質(zhì)800 g/kg、全氮4.48 g/kg、全磷0.96 g/kg、全鉀5.3 g/kg、速效氮190 mg/kg、速效磷126 mg/kg、鈣19.6 g/kg、鎂1.84 g/kg、銅7 mg/kg、鐵 1 718 g/kg、鋅18 mg/kg、全鹽0.88 g/kg、pH值7.78。

1.1.2 菌渣發(fā)酵方法 發(fā)酵試驗于2021年4—5月在寧夏某食用菌公司進行，場地為水泥地上搭建通風涼棚。將菌渣與水按體積等比例混勻，每 1 000 kg 菌渣加入有機肥發(fā)酵菌劑400 g、使用石灰和硫酸鈣調(diào)整菌渣C/N在30 ∶1左右，pH值范圍在6.5～8.0，將混拌均勻的菌渣堆成底寬1.5 m、頂寬0.8 m、高1.0 m左右的條垛，堆四周拍實。

1.2 西瓜栽培

1.2.1 試驗地概況 試驗地位于寧夏永寧縣閩寧鎮(zhèn)，屬于溫帶干旱大陸性氣候，海拔約1 100 m，常年干旱少雨，年均降水量200 mm左右，水分蒸發(fā)強烈，年均氣溫8.8 ℃，全年≥10 ℃積溫可達3 000 ℃以上，年日照時數(shù)2 800 h以上，無霜期150～170 d，試驗地有機質(zhì)9.46 g/kg、全氮0.94 g/kg、全磷 0.68 g/kg、全鉀19.4 g/kg、速效氮198 mg/kg、速效磷7.35 mg/kg、速效鉀248 mg/kg、鈣59.2 g/kg、鎂6.4 g/kg、銅21 mg/kg、鐵23.9 g/kg、鋅60 mg/kg、全鹽2.1 g/kg、pH值8.46。

1.2.2 試驗設(shè)計 供試西瓜品種為“美都”，起壟覆膜種植，長10 m，寬4.6 m，壟間過道40 cm，種植行距4 m，株距30 cm，種植密度10 880株/hm2，每一壟為1個小區(qū)。試驗共設(shè)置7個處理，每個處理設(shè)置2個重復，有機肥共有2種肥料類型和3個施肥量梯度，施肥種類及施肥量梯度見表1，雞糞有機肥由寧夏順寶現(xiàn)代農(nóng)業(yè)股份有限公司提供(有機質(zhì)≥45%，N+P2O5+K2O≥5%)，菌渣有機肥為平菇菌渣發(fā)酵而成，化肥為尿素(含N 46%) 590 kg/hm2，磷酸二銨(含P2O546%、N 18%) 600 kg/hm2，硫酸鉀(含K2O 50%)700 kg/hm2，以只施用化肥為對照，所有肥料均作為基肥一次性施入，田間管理同當?shù)胤N植戶一致。

表1 有機肥種類及施肥量

1.3 測定指標及方法

菌渣堆肥發(fā)酵過程中，用電子溫度計每2 d測定1次堆體溫度，分別在堆體的上、中、下部多點進行測定，取測定溫度的平均值來描述堆體的溫度變化，同時測定環(huán)境溫度；每2 d取1次堆肥過程樣品測定微生物區(qū)系及化學指標，多點取樣并混合均勻代表堆肥過程中的整體情況，用涂布平板法測定微生物區(qū)系，細菌培養(yǎng)使用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)使用孟加拉紅培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)使用高氏一號培養(yǎng)基；將樣品自然風干后由寧夏農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所測定有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、速效、速效磷和速效鉀含量。

待西瓜成熟后，采收的西瓜單獨稱質(zhì)量，每個小區(qū)隨機選取3個西瓜用手持式糖度儀測定中心和邊緣的糖分。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010整理數(shù)據(jù)，用SPSS 26統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)進行差異性分析，用Origin 2019軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程中溫度變化

堆肥過程中堆體共經(jīng)歷了3次升降，且堆體溫度明顯高于環(huán)境溫度，堆體溫度受環(huán)境溫度影響較小。在堆肥初期，溫度開始逐步上升，堆肥第7天時，堆體溫度達到高溫(>50 ℃)，高溫階段共持續(xù)了17 d，堆肥第9天達到第1次溫度高峰(57.54 ℃)，翻堆后溫度有所下降，同時翻堆使氧氣含量增加，微生物活動加快，溫度迅速回升，堆肥第17天達到第2次溫度高峰(63.51 ℃)，也是此次堆肥過程的最高溫度，在最高溫度持續(xù)時間較短，翻堆后溫度迅速下降，隨后溫度有所回升，第23天達到第3次溫度高峰(53.30 ℃)，25 d后溫度降至 50 ℃ 以下，進入降溫腐熟階段(圖1)。

2.2 堆肥過程微生物數(shù)量變化

在整個堆肥過程中，微生物參與著眾多生物化學過程，在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中起到不可或缺的作用，微生物種群和數(shù)量的變化與堆肥過程的進展和效果息息相關(guān)。在菌渣堆肥過程中，可培養(yǎng)微生物數(shù)量呈細菌>放線菌>真菌趨勢。整體上，細菌數(shù)量隨堆肥過程有增加的趨勢，但其中具有較大的波動性，這是受到了翻堆過程的影響，在每次翻堆后，細菌數(shù)量都有一個大幅減少的變化，隨后又有所增加；可培養(yǎng)真菌與放線菌變化趨勢相同，在堆肥開始時，都具有較高的豐度，但隨著堆肥進程的推進，真菌和放線菌數(shù)量開始急劇減少，真菌在堆肥17 d后再未檢出，放線菌在堆肥19 d后再未檢出，這與堆體溫度直接相關(guān)，在第17天時達到了堆肥過程的最高溫，與此同時，真菌和放線菌在高溫下失活，常溫下不可培養(yǎng)(圖2)。

2.3 堆肥過程中養(yǎng)分含量變化

由圖3可知，在堆肥結(jié)束后，物料養(yǎng)分除速效磷外，全氮、全磷、全鉀、速效氮和速效鉀含量都有所提高。氮元素是影響堆肥過程中微生物繁殖的重要限制因素，在堆肥過程前期，全氮含量隨堆肥溫度的升高整體升高，經(jīng)過整個堆肥階段的最高溫后，全氮含量急劇下降，降為高溫前的72.28%，隨后又開始逐步上升，堆肥結(jié)束后全氮含量提高了59.38%；全磷含量在整個堆肥過程中呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢，受堆肥過程影響較小；堿解氮和速效磷含量在堆肥過程中具有較大的波動性，在堆肥結(jié)束后，堿解氮含量提高了14.70%，速效磷含量降低了17.89%；堆肥過程中鉀元素不容易損失，但是堆體會隨著堆肥進程逐漸減小，使得全鉀含量相對增加，速效鉀含量在通過高溫后不同程度降低，隨后又開始回升，堆肥過程結(jié)束時全鉀含量提高了34.62%，速效鉀含量提高了18.18%。

2.4 堆肥過程中有機質(zhì)含量變化

碳是生命體的重要組成部分，有機質(zhì)中的有機碳為微生物的繁殖提供了能源，堆肥過程中，有機碳被微生物利用，轉(zhuǎn)化為CO2和腐殖質(zhì)，有機質(zhì)含量會降低。在本試驗的堆肥過程中，有機質(zhì)含量總體上呈降低趨勢(圖4)，但其中存在著較大的波動性，可能是由于取樣誤差帶來的。

2.5 堆肥過程中C/N變化

C/N在堆肥過程中是一項非常重要的指標，C/N的大小直接關(guān)系到堆體溫度能否在短時間內(nèi)升高、堆肥過程能否繼續(xù)推進。同時，C/N的大小也是反映堆肥腐熟效果的一項重要判斷指標，通常認為，當堆肥物料腐熟時，C/N應處于10～20之間，但此項指標過于寬泛，也有研究者認為，當堆肥終點的C/N與堆肥起點的C/N的比值小于0.6即達到腐熟。由圖5可知，整個堆肥過程中C/N整體呈下降趨勢，但在最高溫后，C/N又有所回升，之后又逐漸下降，堆肥結(jié)束時的C/N與起點C/N的比值為0.51，達到了腐熟標準。

2.6 不同施肥處理對西瓜單個質(zhì)量的影響

由圖6可知，在施用有機肥30 t/hm2和 60 t/hm2時，單個西瓜的質(zhì)量顯著高于不施有機肥(P<0.05)，且有機肥用量為30 t/hm2時菌渣有機肥效果明顯好于雞糞有機肥；有機肥用量在 60 t/hm2及以上時，2種有機肥相比對單個西瓜質(zhì)量影響差異不顯著(P>0.05)，施用菌渣有機肥 90 t/hm2時，與不施有機肥單個西瓜質(zhì)量差異不顯著(P>0.05)。總體來看，并非有機肥施用量越多西瓜質(zhì)量越大，隨著雞糞有機肥施用量的增大，單個西瓜質(zhì)量呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢，雞糞有機肥用量在超過一定量后，對單個西瓜質(zhì)量影響較?。欢袡C肥隨著施用量增加，單個西瓜質(zhì)量反而在逐漸減少，在本試驗中菌渣有機肥的最佳施用量是 30 t/hm2。

2.7 不同施肥處理對西瓜產(chǎn)量的影響

由圖7可知，施用有機肥在一定程度上能夠增加西瓜產(chǎn)量，隨著施用量的增加產(chǎn)量也隨之增加，但在施用等量有機肥時，與不施有機肥相比西瓜產(chǎn)量差異不顯著(P>0.05)；在有機肥施用量為 30 t/hm2時，施用2種有機肥與不施有機肥相比產(chǎn)量相差不大，在有機肥施用量為60 t/hm2和 90 t/hm2時， 雞糞有機肥產(chǎn)量分別提高了6.97%和18.65%，菌渣有機肥可使西瓜產(chǎn)量分別增加18.27%和28.13%。

2.8 不同生物有機肥處理對西瓜糖分的影響

由圖8可知，施用生物有機肥對西瓜糖分的影響較小，均無顯著差異(P>0.05)。雞糞有機肥施用30 t/hm2和60 t/hm2時對西瓜中心糖度無提高作用，反而低于不施有機肥，雞糞有機肥施用 90 t/hm2時整個西瓜糖度都有小幅度的提升；菌渣有機肥不同施用量與空白對照相比，都能夠提高西瓜中心和邊緣的糖度。

3 討論

高溫好氧發(fā)酵溫度高、周期短、脫水速度快，可以有效殺滅致病菌[12]，堆體的溫度變化能夠直接反映堆肥進程和物料的腐熟程度[13]，本研究中加入了腐熟劑，使得物料溫度更快進入高溫期，50 ℃以上的高溫持續(xù)了17 d，符合《糞便無害化衛(wèi)生標準》中堆肥溫度最高溫50～55 ℃持續(xù)5～7 d的要求。

微生物數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)是堆肥進程的一項重要指標，通過分析種群數(shù)量和結(jié)構(gòu)對控制堆肥過程具有重要意義[14]，微生物群落結(jié)構(gòu)會隨著堆肥進程發(fā)生相應的變化，微生物群落結(jié)構(gòu)變化主要發(fā)生在升溫及高溫階段，高溫會促進一些微生物繁殖，同時也會使一些微生物失活[15]。在本研究中細菌數(shù)量隨著堆肥進程逐漸升高，是因為細菌具備耐高溫且能利用多種營養(yǎng)物質(zhì)快速生長等優(yōu)勢，是堆肥過程中最主要的降解者，而且細菌群落結(jié)構(gòu)會隨著堆肥進程發(fā)生演替[16]。

真菌也是堆肥過程中微生物群落的重要組成部分[16]，真菌在堆體溫度高于50 ℃時會消失，當溫度降低至45 ℃以下時，一些真菌群落會逐漸恢復[17]。在本研究中，真菌數(shù)量在堆肥初期還相對較高，但隨著物料溫度升高真菌數(shù)量急劇減少，由于堆肥結(jié)束時溫度還處于相對較高的水平，所以導致在堆肥后期真菌數(shù)量還是未檢出。

在眾多對堆肥的研究中，雞糞+杏鮑菇菌渣[18]、棉秸稈[19]、牛糞+園林廢棄物[20]等堆肥中都隨著溫度的升高放線菌數(shù)量都有增加的趨勢，王亞飛在研究中發(fā)現(xiàn)，豬糞堆肥中放線菌數(shù)量降低[21]。在本研究中，放線菌數(shù)量在堆肥前期還有一定的數(shù)量，但隨著堆肥物料溫度的升高及堆肥進程的推進，放線菌數(shù)量逐漸降低，這可能是由堆肥原料不同引起的。

在有機物料發(fā)酵過程中，有機物分解使總養(yǎng)分含量積累增加[22]，胡清秀等在雙孢菇菌渣堆肥中發(fā)現(xiàn)，堆肥過程使全氮、全磷和全鉀含量都有升高的趨勢，同時速效磷和速效鉀的含量也明顯升高[23]。在本研究中，養(yǎng)分含量變化與胡清秀等的研究結(jié)果相近，發(fā)酵完成后，物料中有機質(zhì)和總養(yǎng)分含量均高于有機肥質(zhì)量行業(yè)標準NY 525—2012[24]。

有機物是堆肥過程中微生物生存和繁殖的基本條件[23]，在堆肥過程中超過一半的碳水化合物被微生物以CO2的形式分解并為自身提供營養(yǎng)物質(zhì)[25]，是導致有機質(zhì)含量整體呈下降趨勢的主要原因。C/N是堆肥產(chǎn)品的質(zhì)量指標和腐熟程度的指示因子之一，堆肥結(jié)束時最佳C/N值約為15[26]。本研究在堆肥結(jié)束時C/N為15.7，基本達到了腐熟指標，菌渣發(fā)酵后各項指標均符合對于有機肥的要求，是一款合格的有機肥。

有機肥在改善土壤理化性質(zhì)，增加微生物活性，提高作物產(chǎn)量方面具有較好的效果[27-29]，但不同有機肥肥效因土壤類型、作物種類、栽培方式的不同具有一定的差異性[30]。在本研究中，施用有機肥能夠顯著增加單個西瓜質(zhì)量，但對于總產(chǎn)影響差異不顯著，可能是因為有機肥過量而影響了坐果率，導致西瓜產(chǎn)量不高。

可溶性糖類是反映西瓜品質(zhì)的重要指標之一，生物有機肥可促進無機養(yǎng)分和碳水化合物向果實運轉(zhuǎn)和分配，從而提高果實可溶性糖含量，其含量的高低對西瓜的營養(yǎng)價值、風味口感等方面有著重要的影響[31]。本研究中，菌渣有機肥能不同程度提高西瓜整體糖度，且效果優(yōu)于雞糞有機肥，但與不施有機肥相比差異均不顯著。

4 結(jié)論

平菇菌渣經(jīng)堆肥發(fā)酵后符合有機肥相關(guān)標準的要求，是一款合格的有機肥。在西瓜溫室栽培中，推薦菌渣有機肥施用量為30 t/hm2，此時可顯著提高西瓜單個質(zhì)量，精細化管理后定可大幅提高產(chǎn)量，同時能夠提高西瓜含糖量。