食用菌菌渣組合豬糞好氧堆肥效果研究

林 淼 姚春霞 李默挺

（1上海市農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所，上海 201403；2 上海市機電設(shè)計研究院有限公司，上海 200040）

菌渣是食用菌栽培后剩余的基質(zhì)材料，由有機物、菌絲體和一些殘留的菌菇組成，是當前全球環(huán)境污染的重要來源之一[1]。隨著食用菌產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，越來越多的菌渣進入環(huán)境中，如果處理不及時會釋放出惡臭氣味和揮發(fā)性有機化合物（VOCs），導致空氣污染，還會污染地表水和地下水，造成水體富營養(yǎng)化，形成黑臭水體。食用菌菌渣中含有病原微生物或害蟲，如果不妥善處理，病原體、微生物或害蟲的傳播可能對人類健康造成潛在風險，并對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生嚴重的負面影響[2]。菌渣中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和有機質(zhì)，如纖維素、蛋白質(zhì)和維生素等[3]。采用好氧堆肥技術(shù)處理菌渣，可以利用微生物代謝分解掉其中的有機物，并能在高溫下進行無害化處理，產(chǎn)生有機肥料。研究表明，菌渣的碳氮比高，纖維結(jié)構(gòu)能增強堆肥過程，是一種理想的堆肥膨脹劑[4]。堆肥處理后的菌渣含有對植物生長有益的營養(yǎng)物質(zhì)，如氮、磷、鉀和微量元素，可以改善土壤肥力，提高作物產(chǎn)量，增加土壤微生物多樣性。因此菌渣的堆肥處理一直是大家關(guān)注研究的重點。

有研究指出將菌渣與其他有機廢物（如牲畜糞便、作物秸稈和食物垃圾）共同堆肥有助于平衡物料碳氮比，增加養(yǎng)分含量，提高有機肥的質(zhì)量[5]。豬糞是規(guī)模化養(yǎng)豬業(yè)產(chǎn)生的一種潛在環(huán)境風險大的廢棄物，其含有較多的有機質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分且分解緩慢。菌渣組合豬糞堆肥可以達較佳的碳氮比，促進有機物高效分解和減少氮損失，還可以改善整個堆肥過程，產(chǎn)生營養(yǎng)豐富的堆肥產(chǎn)品[6]。

目前菌渣組合豬糞堆肥多為試驗階段，工廠化菌渣豬糞堆肥規(guī)模生產(chǎn)仍缺乏相關(guān)研究支撐。筆者通過菌渣組合豬糞進行好氧堆肥中試試驗，采用高溫好氧堆肥工藝，研究堆肥過程中物料理化性質(zhì)，評價豬糞組合菌渣好氧堆肥的可行性和有效性，為其資源化處理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗菌渣購自江蘇省連云港市某食用菌生產(chǎn)加工基地，為金針菇、杏鮑菇、平菇的混合菌渣。豬糞由上海市崇明區(qū)某生豬養(yǎng)殖場提供，養(yǎng)殖場清糞方式為水沖糞，且經(jīng)過固液分離后的固相豬糞渣用于堆肥試驗。堆肥菌劑采用市售枯草芽孢桿菌。試驗材料的理化性質(zhì)見表1。

表1 供試材料的理化性質(zhì)

1.2 試驗方法

試驗設(shè)2 個處理，菌渣和豬糞均以濕重計。處理1 純菌渣，使用9 t 菌渣，不添加豬糞，含水量為62.8%；處理2菌渣和豬糞（1∶1），將4.5 t菌渣和4.5 t豬糞充分混合，含水量為67.2%。將兩個處理物料拌勻并添加0.2%枯草芽孢桿菌后轉(zhuǎn)運至有機肥車間，堆成寬2.5 m，高1.2 m 的堆體，采用機械翻拋機對堆體翻拋。堆肥周期為35 d，分別于第1 天，第3天，第6天，第10天，第16天，第24天，第35天取樣。取樣時采用多點混合法在不同處理堆體中隨機采樣，每次取樣1 kg。指標測定及方法見表2。

表2 堆肥物料的理化指標分析方法

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel對試驗數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥物料溫度和含水量

由圖1 可知，兩個處理的物料堆料過程中均經(jīng)過快速升溫、高溫、降溫3 個階段，處理2 的物料升溫更快，第3 天就超過50 ℃，且55 ℃以上維持14 d，這是因為菌渣的纖維結(jié)構(gòu)可以改善堆體的通氣性，使氧氣更好地擴散，促進好氧微生物活動，分解活動加強，溫度上升更快，堆肥時間更短。同時豬糞的加入豐富了菌渣物料中的微生物群落，增加細菌、真菌數(shù)量，加速纖維素、半纖維素、木質(zhì)素的分解。處理1（單純菌渣）的堆體溫度第5 天才達54.8 ℃，55 ℃以上維持了11 d。兩組物料堆肥均滿足《糞便無害化衛(wèi)生標準：GB 7959—87》之規(guī)定，高溫殺死致病微生物達到衛(wèi)生學要求。

圖1 堆肥過程中堆體的溫度變化

堆肥物料的含水量在好氧堆肥過程中起著至關(guān)重要的作用，是微生物的正常生命活動吸收養(yǎng)分重要介質(zhì)。由圖2 可知，在整個堆肥過程中兩組物料的含水量逐漸降低，至堆肥結(jié)束時，處理1堆體含水量由62.8%下降至31.3%，處理2 堆體含水量由67.2%下降至27.6%。堆體含水量的下降幅度與堆體溫度變化基本相符。堆體高溫持續(xù)時間越長，堆體含水量下降幅度越大，是因為高溫會導致水分蒸發(fā)帶走大量熱量，從而堆體的溫度也會慢慢降低。處理2 堆體高溫持續(xù)時間最長，因而結(jié)束堆肥時其物料含水量低。

圖3 堆肥過程中物料pH的變化

2.2 pH、電導率的變化

堆肥過程中pH 是揭示堆肥微生物分解物料的重要的指標。在堆肥初期由于物料含水量較高，供氧不足，堆體內(nèi)的水解酸化作用積累了乙酸、丁酸等大量有機酸，導致pH 短期的下降。隨著物料進一步發(fā)酵，氨化作用形成的氨氣及有機氮的礦化物在堆體中不斷積累致使其pH 逐漸升高（處理1、處理2 分別在第10 天、第16 天達最大，pH 分別為7.71、8.62，pH 都在5.2～8.8）。堆肥后期由于氨氣揮發(fā)及硝化作用增強，同時有機物進一步分解產(chǎn)生有機酸，致使堆體pH 又逐漸下降，直至中性或微堿性水平。

堆肥的電導率（EC）是指堆體浸提液中的水溶性鹽的含量。由圖4 可知，處理2（豬糞組合菌渣），堆體的電導率顯著高于處理1（純菌渣），是由于豬糞中含有更多的營養(yǎng)物質(zhì)及可溶性鹽類。處理1、處理2含鹽量變化趨勢相似。在堆肥初期可利用的有機物充足，微生物不斷將其分解為無機小分子，小分子溶于水導致電導率上升。處理2堆體高溫持續(xù)時間長，微生物處于長時間的活躍狀態(tài)，使得EC最大值達4.31 ms/cm，兩處理最終堆體的電導率分別為2.05 ms/cm（處理1）、3.89 ms/cm（處理2），不會對植物的生長產(chǎn)生不良影響。

圖4 堆肥過程中物料電導率的變化

2.3 有機質(zhì)含量的變化

有機質(zhì)含量的改變主要是因為堆肥物料的降解及腐殖化。由圖5 可知，處理1、處理2 的有機質(zhì)含量都是逐漸下降，相比于堆肥前處理1、處理2 分別下降了25.2%、24%。菌渣添加豬糞后，在升溫期、高溫期，適宜的溫度、氧氣條件下物料內(nèi)微生物新陳代謝加快，大量降解可溶性糖、淀粉等易降解有機物來維持其自身的生命活動，處理2 的有機質(zhì)降解速度明顯快于處理1（純菌渣）。說明菌渣協(xié)同豬糞堆肥可以加快物料中有機質(zhì)的降解速度，加快堆肥腐熟。在堆肥的降溫期，物料內(nèi)微生物主要降解剩余難降解的有機物，降解速度明顯下降并逐漸趨于穩(wěn)定。

圖5 堆肥過程中物料有機質(zhì)含量的變化

2.4 總養(yǎng)分及腐熟度的變化

堆肥中總氮、總磷、總鉀的變化如表3。由表3可知，堆肥總氮、總磷、總鉀的含量均有所上升。原因是堆肥過程中，在微生物的礦化作用下水分及揮發(fā)性物質(zhì)的減少，堆肥體積縮減和腐殖質(zhì)形式的營養(yǎng)物質(zhì)逐漸穩(wěn)定，造成堆體的“相對濃縮”，氮、磷、鉀等必需營養(yǎng)素的含量上升。總氮在堆肥后明顯增加，處理1、處理2 兩組物料的總氮含量比發(fā)酵前分別上升了9.94%、13.3%；總磷的含量在堆肥中上升幅度較大，處理1、處理2 兩組物料分別上升了21.9%、37.3%；總鉀的含量也呈上升態(tài)勢，處理1、處理2 兩組物料分別增加了15.97%、27.3%，可見菌渣中添加豬糞能有效促進堆肥中鉀的積累。

表3 堆肥前后總養(yǎng)分及腐熟度的變化

堆肥的腐熟程度一般通過種子發(fā)芽指數(shù)（GI）和堆肥結(jié)束時的碳氮比來判定。種子發(fā)芽指數(shù)是一種敏感、可靠的通過種子的生長狀態(tài)來判斷堆肥腐熟度的參數(shù)。未腐熟的堆肥產(chǎn)品中存在大量的低分子量有機酸、多酚等有害物質(zhì)，會阻礙植物生長，而腐熟的堆肥產(chǎn)品對植物的生長有促進作用。由表3 可知，處理1、處理2 堆肥的GI 均＞80%，堆肥產(chǎn)品對植物生長沒有毒性。堆肥的碳氮比下降，原因是碳通過微生物呼吸以二氧化碳（CO2）的形式損失，而氮在堆肥中被保存，堆肥結(jié)束時較低的碳氮比表明有機物分解的完全、堆肥的腐熟度高。通常采用T=（C/N）結(jié)束/（C/N）開始來表示堆體的腐熟程度，一般來說，當T＜0.6 時認為堆肥已經(jīng)腐熟。處理1、處理2 兩組堆肥堆體T1=0.56、T2=0.53，均腐熟較好。

2.5 有機肥對標結(jié)果

取樣化驗兩處理堆肥成品，處理2（菌渣組合豬糞）好氧堆肥產(chǎn)品有機質(zhì)含量、pH、含水量、總養(yǎng)分以及機械雜質(zhì)含量均滿足《有機肥料：NY/T 525—2021》中的技術(shù)指標要求，處理1除了含水量稍微偏高之外，其余指標也均滿足上述標準要求。

表4 兩處理堆肥對標結(jié)果

3 小結(jié)

試驗結(jié)果表明：（1）豬糞與菌渣組合堆肥促進有機物的快速分解，溫度上升較快，55 ℃以上可維持14 d，而純菌渣僅維持11 d，菌渣豬糞組合堆肥加速堆肥進程，可縮短堆肥周期，提高堆肥質(zhì)量，減少環(huán)境污染。（2）菌渣豬糞的組合可以生產(chǎn)具有更高氮、磷、鉀的堆肥產(chǎn)品，總養(yǎng)分（8.26%）高于純菌渣堆肥（7.76%）；菌渣豬糞組合堆肥有助于提高土壤肥力，有利于植物生長。（3）菌渣組合豬糞的堆肥產(chǎn)品有機質(zhì)含量、pH、含水量、總養(yǎng)分、機械雜質(zhì)均滿足相關(guān)標準要求，該類堆肥可以作為一種有價值的有機肥料。綜上所述，食用菌菌渣組合豬糞堆肥是一種有效、可持續(xù)、環(huán)保的農(nóng)業(yè)有機固廢的資源化利用處置方法，可以促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的長期可持續(xù)發(fā)展。