菌业循环模式促进农业废弃物资源的高效利用

胡清秀，张瑞颖

(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081)

农业废弃物 (agricultural residue)是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质，主要包括:农林生产过程中产生的植物残余类废弃物;畜牧业和渔业生产过程中产生的动物类残余废弃物;农业加工过程中产生的加工类残余废弃物和农村城镇生活垃圾等［1］。中国是一个农业生产大国，也是农业废弃物产出量最大的国家，仅农作物秸秆就有近20种，年产量约7.0亿t，其中稻草2.0亿t，玉米秸秆2.0亿t，小麦秸秆1.0亿t，豆类和杂粮作物秸秆1.0亿t，花生、薯类和甜菜等秸秆藤蔓1.0亿t;年产生畜禽粪便26.0亿t;林业废弃物 (不包括薪炭林)0.5亿t;其他类的有机废弃物约有0.5亿t［2］。我国是世界人口大国、农业大国，农业发展面临着保障粮食安全、应对气候变化、节能减排、保护资源环境、增加农民收入等严重挑战，农业废弃物是重要的生物资源，是一种物质和能量的载体，其蕴含着巨大的能源及丰富的营养物质。目前，绝大多数农业废弃物没有被作为一种资源利用，随意丢弃或者直接焚烧排放到环境中，使一部分“资源”变为“污染源”，对生态环境造成了极大的影响。因此，如何将农业废弃物变“废”为“宝”，消除环境污染，改善农村生态环境，已成为人们关注的重要课题。

食用菌 (Edible mushroom)是指可供人们食用的一类大型真菌［3］，在物质循环的过程中，除了充当物质的还原者以外，同时又是对人类有贡献的次级生产者。通过菌丝体分泌的水解酶及氧化酶高效率降解和利用农业废弃物中的大分子物质，如纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、多糖等，形成可供人们赏用加营养美味食品。近20多年以来，食用菌产业快速发展，对我国农业结构的调整与优化，促进农业增效和农民增收发挥了重要作用。

循环农业的核心是通过农业技术创新，调整和优化农业生态系统内部结构及产业结构，延长产业链条，提高农业系统物质能量的多级循环利用，最大限度地利用农业生物质能资源，利用生产中每一个物质环节，倡导清洁生产和节约消费，严格控制外部有害物质的投入和农业废弃物的产生，最大限度地减轻环境污染和生态破坏，同时实现农业生产各个环节的价值增值和生活环境优美，使农业生产和生活真正纳入到农业生态系统循环中，实现生态的良性循环与农村建设的和谐发展［4］。按照循环农业的理念，食用菌产业与种植业、养殖业等有机结合，实现物质与能量的循环转化，对于提高农业废弃物利用的价值和效率，改善农业生态环境，降低农业生产成本，促进农业增效和农民增收具有非常重要的意义。

1 食用菌产业是现代农业的组成部分

食用菌产业是现代生态农业的重要组成部分;其产品不仅是第二大类蔬菜，又是食品和医疗保健品的重要原料，还是一类重要的功能食品，对改善人类食物结构，提高人体免疫功能有着巨大的应用前景。

改革开放以来，食用菌快速发展成为我国的新兴特色产业。根据中国食用菌协会统计 (图1)，1978年我国食用菌产量 (鲜菇)为5.8万t，1986年增至58.6万t，1993年154.0万t，1996年为350.0万t，2000年663.7万t，2003年达到1 038.7万t，2006年为1 474.0万t，2010年2 201万t以上，总产值超过1 000亿元。中国已成为世界食用菌生产的第一大国，我国食用菌产量占世界总产量的75%。在国际贸易中，我国食用菌的贸易量占到亚洲的80%，占到全球的70%，出口创汇超过20.5亿美元，安置和转移农村剩余劳动力、矿区失地农民、林区转产工人3 500万人。全国食用菌总产值仅次于种植业中的粮、棉、油、果、菜，超过了茶叶和蚕桑。约有1 000多个食用菌专业种植村、500多个食用菌基地县、100多个食用菌亿元产值基地县、2 000多家食用菌生产企业。

2 农业废弃物是食用菌生产的主要原料

我国早期香菇、木耳等都是利用段木进行生产，但产业发展到一定规模后，控制和管理不当极易导致毁林的发生，也限制了食用菌生产的发展。20世纪50年代我国首先成功试用木屑进行食用菌的代料栽培，后来以棉籽壳、玉米芯、玉米秸秆、甘蔗渣、大豆秸秆等农业废弃物以及酒糟、醋糟、糠醛等轻工副产品为主料，适当添加麦麸、稻糠等辅料，成功地进行了食用菌栽培，而且多数种类的栽培成效显著好于木屑。

随着食用菌产业和科技发展，食用菌栽培新型原料不断开发，农、林、牧废弃物，如稻草、麦秸、高粱秸、玉米芯、棉柴、棉籽壳、锯木屑、修剪枝条、酒渣、豆腐渣、甘蔗渣、甜菜渣以及各类畜禽粪便等均是食用菌生产的主要原料，以鲜品计算其生物效率为30% ～150%，即1kg干料，可生产0.3～1.5kg鲜菇，不同食用菌种类对农业废弃物转化率差异显著。如人工栽培平菇，以玉米芯、木屑、棉籽壳、甘蔗渣、稻草粉等为原料，生物效率高达100%～150%;香菇、木耳、金针菇等以木屑为主要原料，适当配比棉籽壳、玉米芯、甘蔗渣等，生物学效率70%～100%;草菇、双孢蘑菇等草腐菌以稻草、麦秸、玉米秸和牛粪等废弃物为主要原料，生物学效率30%～40%。陈君琛等用15N的示踪技术证实，两种稻草通过栽培草菇对稻草中氮的转化率分别为16.20%和13.21%，高于羊 (6%)和牛 (3.4%)的转化效率，优质稻草粗蛋白含量比一般稻草高，食用菌吸收利用率也高［5］。可见，食用菌生产是将农林牧业废弃物转化成可供人们食用的优质高蛋白食品的重要新途径，对增加食品种类，提高粮食安全，开发食用蛋白质资源，提高人民生活水平具有重要意义。

可见，食用菌栽培有效地将工农业废弃物转化为人类食用菌的蛋白质类营养物质。食用菌产业发展对于合理利用废弃物资源，消除环境污染，保护生态环境具有非常重要的作用。农、林业种植资源作为生态系统内的能量流、物质流转化载体，为食用菌提供了基础营养和必需微营养成分的优化组合;而植物——微生物之间存在的营养链物质循环转化利用机理和代谢途径，既显示出食用菌拓宽利用农业生产废弃资源的特有潜力，也反映了食用菌栽培资源的理化特点与食用菌品质间的必然关系。

图1 1978～2010年中国食用菌产量 (万t)

3 食用菌菌渣的循环利用途径

生产食用菌之后的废弃物简称菌渣 (Fungi residues)，不仅可为动植物提供营养丰富的饲料和优质有机肥，也可作为二次栽培食用菌的原料，从而实现有机物质多次反复循环和利用。随着食用菌产业的发展，大量食用菌菌渣随之产生，特别是工厂化栽培食用菌企业越来越多，仅一个厂，每天均有吨计栽培废弃物排出。根据中国食用菌2010年食用菌总产量计算，我国食用菌菌渣总量3 000万t以上，其中，平菇菌渣:509万t，香菇菌渣:475.2万t，木耳菌渣:321.8万t，毛木耳菌渣:104.9万t，双孢蘑菇菌渣:630.5万t，金针菇菌渣:264.2万t。近年来，国内外众多学者探索如何利用食用菌废弃物的最佳途径，研究一般都集中于下面几个方面。

3.1 菌渣作肥料或堆肥原料

农业废弃物中木质素、纤维素类有机物经食用菌菌丝的部分分解作用，食用菌废弃物中含有丰富的菌体蛋白、多种代谢产物及未被充分利用的营养物质［6-7］，是较好的堆肥原料。经堆肥处理形成的菌渣肥料比用秸秆堆沤的肥料有更多的可给态养分和更好的增产效果，如用菇渣为原料加入一定量的钾细菌、磷细菌，则可进一步生产优质复合菌肥，胡清秀等研究双孢蘑菇菌渣经堆肥处理后，用作水稻基肥，与当地常规施肥方式相比增产20.55%，与不施肥处理相比增产44.18%［8］。在柑橘、苹果、葡萄等果园内结合深翻改土把食用菌废弃物深施后掩埋，可起到改良果园土壤、增加土壤的通透性、改善理化性质，提高水果品质、增产增收的效果。Tsaoir and Mansfield研究发现使用发酵后的菌渣作为有机肥还有利于控制果园杂草［9］。另一方面，把出菇后的废弃物与土壤混合后堆积自然发酵，用来作为花卉基质，使土壤理化性质有所改善，且成本低［10-11］。用作蔬菜栽培基质。食用菌废弃物中含有大量营养物质，可使蔬菜幼苗在短期内灌溉清水的情况下正常生长［12］。当利用菇渣发酵产物与其他基质混合栽培蔬菜，降低了生产成本，提高了产量和品质［12-13］。

3.2 菌渣作饲料添加剂

在食用菌菌丝体的生长过程中，随着酶解反应的完成，副产品中木质素降解了30%，粗纤维降解了50%，粗蛋白由原来的2% ～3%提高到10.03% ～17.43%，氨基酸含量0.5% ～0.6%，特别是含有多种禽畜体内不能合成的，一般饲料中又缺乏的必需氨基酸和菌类多糖。因此，栽培食用菌的下脚料又是一种很好的菌糠饲料［14-17］。

3.3 菌渣用作食用菌栽培原料

有些食用菌对原料的利用率不高，其菌渣可以用来栽培其他食用菌。选择培养料未被杂菌污染金针菇、杏鲍菇、白灵菇等栽培后的菌渣，进行剥袋、打碎、建堆发酵及灭菌等处理，用于平菇、草菇、鸡腿菇、双孢蘑菇等草腐菌栽培。根据笔者近年栽培试验，以白灵菇菌渣栽培平菇、元蘑、鸡腿菇;以杏鲍菇菌渣栽培草菇、双孢蘑菇;以金针菇菌渣栽培鸡腿菇、大杯蕈、金福菇等，栽培产量高，生产效益显著。

3.4 菌渣用作燃料

将出菇后的食用菌废弃物晒干保藏，作为燃料用于培养料的灭菌，这已在生产中广泛应用。但随着代料栽培模式的不断推广，越来越多的栽培基质采用聚丙烯塑料袋作为容器，塑料袋燃烧伴有浓烟，可能产生强烈刺激性气体，甚至剧毒致癌物，造成大气环境的污染，近年来开发的剥袋机，解决了脱袋困难和菌袋回收利用的问题;“生物质气化炉”提高了热值和气化效率。

3.5 利用菌渣发展沼气

河南西峡县是食用菌生产大县，也是沼气试点县，目前已发展沼气5 000户，每年有5 000t菌渣投入沼料使用。也可以作为禽畜养殖垫料，禽畜粪污被菌渣垫料中微生物分解，禽畜舍无臭味，垫料发酵后投入沼气池。以平菇6号渣作为发酵原料，以稻草为对照，采用厌氧技术研究了菇渣做原料进行沼气发酵的细菌组成、数量分布及其与产气的关系，结果表明产气效果菇渣优于稻草［18］。

3.6 环境治理方面作为生态环境修复材料

菇渣中含有大量的漆酶、多酚氧化酶以及过氧化物酶等多种降解酶类，这类酶不仅可以降解木质素，还能有效地降解萘、菲、吡等多环芳烃类的化合物。将菇渣作为接种剂用于环境污染修复领域的研究报道越来越多。Lau研究发现，蘑菇渣堆肥中含有木质素降解酶，在室温条件下用1%的菇渣处理100mg PAHI-1，其中，对萘的生物降解达82%±4%，对菲的生物降解为59%±3%;添加5%的蘑菇渣堆肥材料于PAH污染土壤中，在80℃下培养2天后发现，土壤中PAH显著下降［19］。Law等研究了蘑菇渣堆肥对废水中PCP的生物降解作用，将5%蘑菇渣堆肥材料投入含2～100mg/L PCP的废水中，室温下培养2d，离心过滤后发现，PCP去除率达88.9%，其中18.8%生物吸附，70.1%生物降解，1g菇渣堆肥对PCP的去除率最高达15.5mg［20］。涂响等研究了香菇菌渣吸附水体中Pb2+的吸附的机理与性能，结果显示，废料中羧基、磷酰基、酚基是引起吸附的主要官能团，吸附速度较快，30～50分钟可以达到平衡;在pH值为4.09～6.00时，有较高的吸附效率［21］。

4 菌业循环高效转化模式

菌业循环是以食用菌产业为纽带，链接种植和养殖业，实现农业废弃物资源高效循环利用 (如图2)。在农业生态体系中，食用菌生产以作物生产副产物 (秸秆木屑等)或动物生产副产物 (畜粪等)为原料，将其转化为可被人类利用的菌体蛋白和菌渣;菌渣开发作为动物生产子系统的饲料，通过动物体转化为可食用的肉类蛋白，实现物能转化和多重经济转化，并形成食用菌-动物生态子系统;菌渣开发有机肥作为植物生长子系统的营养成分，通过微生物分解和植物吸收转化为可食用的植物蛋白与膳食纤维，实现物能转化和多重经济转化，并形成食用菌—植物生态子系统。正是由于这种独特的物质循环特性，赋予了食用菌产业在由林业、种植业及养殖业组成的大农业生态体系中“还原者”的重要地位，使其成为农业循环经济中实现原料和能量循环的“枢纽”。

4.1 “作物—食用菌”多级循环模式

该模式是将大田作物秸秆、谷物糠麸、棉籽壳和甘蔗渣等作为培养食用菌的原料，而食用菌菌渣和菌床废弃物则作为大田作物的肥料，并根据食用菌与作物生态互补互促关系采用大田套种或轮作的种植方法。如福建漳州以玉米芯、甘蔗渣、麦麸为主要原料规模化栽培杏鲍菇，杏鲍菇菌渣栽培草菇或双孢蘑菇，双孢蘑菇菌渣再经过堆肥处理加工成有机肥回田利用;江苏镇江以稻草或废棉栽培草菇，草菇菌渣加工成有机肥回田利用;天津蓟县以棉籽壳、麦麸等为主要原料栽培白灵菇，白灵菇菌渣再栽培平菇或草菇，平菇或草菇菌渣经过发酵处理生产有机肥回田利用。四川金堂县是我国食用菌主产县，发展食用菌产业年可消耗近30万t农业废弃物，但长期以来大量食用菌菌渣无法处理，菌农乱倒乱放现象严重，导致道路堵塞、污染水质、破坏土壤，2009年至今，先后引进3家企业建厂处理菌渣，利用食用菌废料生产有机肥，有效解决了制约食用菌产业发展的瓶颈，发挥了经济效益和社会效益，推动了食用菌产业的健康发展。

另一方面，采用间作、轮作等的方式可以采用菇粮间作或菇菜间作，如玉米等高杆作物或高架蔬菜与平菇、香菇间作时，作业区双行种植平菇或香菇，再种作物或蔬菜。这种生产模式可使每亩效益增加10倍以上，同时降低生产成本20%～30%;采用轮作的方法则是根据食用菌、农作物季节性生产的特点，充分利用休闲的土地、时间，达到周年增产增收，并通过菌棒还田，改善土壤结构，培肥地力的目的。如福建建阳市，大力推广“大球盖菇-单季稻”循环模式，以水稻冬田为场地，稻草为原料栽培大球盖菇，或烟叶种植田间种大球盖菇，9～11月份播种，11月份至翌年4月份出菇，大球盖菇采收后的菌渣直接翻入稻田作基肥，大球盖菇产值可达1.1万～1.5万元/667m2，同时水稻病害明显被控制。

图2 菌业循环基本模式图

4.2 “作物—食用菌—畜禽”循环模式

这种模式是将大田作物秸秆、谷物糠麸、棉籽壳和甘蔗渣等用作培养食用菌的原料，栽培食用菌的下床料可作为农作物优质有机肥，也可作为禽畜饲料，发展养殖业，禽畜粪便既可以作为作物有机肥料，也可以与农作物的秸秆一道作为食用菌的原料，进一步提高农业资源的利用率。也可以“稻菇畜”相结合的模式，利用水稻产区的稻草资源，在收获二季水稻后，冬闲季节以稻草就地在稻田栽培优质食用菌，食用菌栽培下脚料作为稻田的优质有机肥，培肥地力，减少早稻生产中的病虫害和用药量，降低水稻生产成本;又可作畜禽饲料，降低畜禽饲养成本，畜禽粪便再施入大田。通过这种模式，可带来显著的经济效益、社会效益和生态效益，每年每亩增加产值3 500元以上，降低生产成本500元以上，水稻平均每亩年单产增加70kg左右，饲养猪或牛的成本降低150～300元，对于保护和改善生态环境和培肥地力，稳定我国水稻生产均具有重要意义。

4.3 “农作物—食用菌—蚯蚓—作物”循环模式

据报道，用食用菌下脚料养殖蚯蚓比常规用马粪发酵养殖蚯蚓效果好，蚯蚓繁殖速度快。蚯蚓不仅具有较高的药用价值，而且是轻化工农业不可缺少的原料，也可加工成高蛋白营养品及禽畜高蛋白饲料，还可以用来提炼一种防治脑血栓的引激酶，蚯蚓粪又是一种很好的花肥。因此，将大田作物秸秆、谷物糠麸、棉籽壳和甘蔗渣等用作培养食用菌的原料，栽培食用菌的下脚料养殖蚯蚓，通过食用菌和蚯蚓的两次利用将秸秆等农业废弃物转变为社会生产、人民生活所需要的资源产品，从而达到“变废为宝，化害为利”的目的。

4.4 “工农业副产品—昆虫养殖—食用菌—农作物”循环模式

这种模式即利用工农业副产品如锯末、酒渣、蔗渣、豆腐渣加适量米糠、麦麸培养昆虫如蝇咀，蝇咀的蛋白质含量高，可作为动物优质添加饲料，也可以提取几丁质、抗生素、凝聚素等物质;养殖蝇咀的下脚料通过灭菌处理，完全可以作为食用菌生产原料;反过来，食用菌生产下脚料由于含有丰富的菌体蛋白，也是幼虫喜爱的食物，只要添加一些辅料，如麦麸、米糠等，又可养殖昆虫;养殖昆虫或培养食用菌的下脚料均可作为农作物的优质有机物，培肥地力。

4.5 “农作物—食用菌—沼气—有机肥料”循环模式

这种模式是将大田作物秸秆、谷物糠麸、棉籽壳和甘蔗渣等用作培养食用菌的原料，栽培食用菌的下脚料放入沼气池发酵，产生沼气，提供能源，而沼气的废渣又是优质有机肥;同时沼气渣经处理后，也可作为蘑菇生产的原料进入再次循环，沼气废液还田是优质有机肥。

4.6 “畜禽养殖—沼气—食用菌—作物”循环模式

该模式由福建农科院提出，由生猪养殖、沼气工程、沼液利用和固废处理4个部分组成，沼渣和猪粪进行固废处理环节，生产食用菌，食用菌菌渣加上沼渣、猪粪生产有机肥，反馈到蔬菜、作物、牧草种植及鱼饲养系统，牧草收成后作为饲料反馈回生猪养殖系统，完成“畜禽养殖—沼气—食用菌—种植业”的闭合循环。该模式与单纯生猪养殖相比较，经济效益提高1.07倍，环境承载能力提高，促进了农业可持续发展。

5 菌业循环发展与建议

农业循环经济是把可持续发展思想和循环经济理念应用于农业生产经营体系，按照“资源一产品一再生资源”的物质循环利用和能量流动的模式，将清洁生产与废弃物利用融为一体，实现废弃物的减量化、资源化和无害化，使农业经济系统和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程，最大限度地提高农业资源利用效率和整体效益，减少环境危害或破坏［22］。在我国现代循环农业实践中，以食用菌栽培为纽带，连接作物种植、畜禽养殖、产品加工等产业，形成农业系统内农业废弃物资源多次循环和转化，将为农业增效、农民增收、环境协调发挥重要作用。然而，目前菌业循环模式的发展缺乏理论研究和关键茬口衔接技术，为此，提出如下建议。

5.1 推进菌业资源循环利用，促进食用菌产业发展和农业资源高效利用

我国是一个农业生产大国，但我国农业资源不仅人均占有量低、质量差、后备资源少，发展废弃物资源化产业和环境保护产业，实行资源互换互补，扬长避短，提高资源总体利用率和效益［23］。建立以食用菌为纽带的农业资源循环利用模式，将农业系统中的废弃物在生产过程中得到多次循环的利用，从而获得更高的资源利用率。建议各食用菌主产区的农业管理部门及技术推广部门协同相关专家，根据本地区农业废弃物资源和农业发展特点，制定菌业循环技术标准与规范，控制废弃菌包、菌渣的随意堆放，清洁生产环境，提高菌渣处理机械化水平，充分利用废弃菌包和生产后菌渣开发新兴产业，并制定适当补贴或奖励制度，增加农民收入，促进食用菌产业健康稳定发展和农业资源高效利用。

5.2 加强关键茬口衔接技术的研究

一方面，我国农作物秸秆过剩的问题，另一方面是食用菌原料资源缺乏，尤其是菌林矛盾依然存在，因此，需要开发小麦、玉米、水稻、豆类、油菜、菜蔬 (辣椒、茄子、瓜类)等作物秸秆为原料的食用菌栽培相关技术。还需要开展不同菌业循环模式下食用菌栽培技术，如食用菌与大田作物套种技术，菌菜套种技术，稻田套种技术等研究;食用菌菌渣高效利用相关技术研究;菌业循环过程中形成的产品质量安全研究等。

5.3 加强菌业循环农业的基础理论研究

发展菌业循环可以为解决农业废弃物“变废为宝、变弃为用、变害为利”走出一条高效路子，可以为降低农业能源投入品消耗、减少农业温室气体排放、发展低碳农业率先做出重要贡献。但菌业循环技术研究涉及微生物学、农业环境学、食用菌栽培学、遗传育种学、生物化学、食品科学等多个学科，尽管我国食用菌栽培历史悠久，但基础研究薄弱，缺乏系统的理论指导。因此，迫切需要应用循环农业的理论指导，提高食用菌产业与种植业、畜牧业相关联的产业整体效益，和农业环境良好协调。

5.4 加强菌业循环技术培训与示范推广

菌业循环涉及技术面广，技术集成开发时间不长，因此，应选择具有代表性的区域，在农户、乡村、园区、区域等多个层面开展菌业循环培训，培养一批骨干技术人员，以点带面，抓好示范工程，不断积累我国菌业循环农业技术经验，并从政府层面制定相应政策措施，促进菌业循环技术推广应用。

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