食用菌生产废料资源化农用模式的探索

张 溪，王 楠，陈永山，盛 任，王应岭，刘镔娴

（吉林农业科技学院植物科学学院，吉林 132101）

食用菌生产废料资源化农用模式的探索

张 溪，王 楠※，陈永山，盛 任，王应岭，刘镔娴

（吉林农业科技学院植物科学学院，吉林 132101）

伴随食用菌产业的蓬勃发展，其生产废料的数量也在迅猛增加。隐藏在食用菌美味的背后，是巨大的环境隐患和资源浪费。富含有机物质和矿物质元素使食用菌生产废料能够成为优质有机肥料的基础原材料，然而，现阶段对于该类废料的使用尚处于探索阶段，焚烧、填埋、肆意堆放是其常见的处置方式，严重影响着乡村的生态环境，制约着乡镇特色产业的可持续发展。将菌糠“废料”通过堆腐、加工成为“肥料”是其资源化农用的主要方式，文章以此为切入点展开论述，力求通过食用菌生产废料农用的优势分析入手，归纳其合理的堆腐方式，即将食用菌生产废料堆腐的最佳温度控制在55～60℃、物料水分含量控制在60%～65%之间、pH值应尽量调至7.5～8.5的范围。当生产废料堆肥的腐殖化参数（HI）＞1.9、腐殖酸E4/E6值有降低趋势、种子发芽指数（GI）＞0.8、C/N比低于20、T值（终点C/N与初始C/N之比）处于0.5～0.7的范围、pH值达到8.0～9.0的弱碱性范围，即可认定食用菌生产废料堆腐完成。相关成果可为食用菌生产废料资源化农用提供理论依据和现实参考。

食用菌生产废料；堆肥；资源化农用；腐熟

食用菌是指子实体硕大、可供食用的大型真菌，平菇、香菇及木耳等食用型菌类均属此范畴。我国食用菌资源极为丰富，是世界上最大的食用菌生产国、出口国和消费国。鲜美的味觉、丰富的营养使食用菌成为人们餐桌上的名贵美食。食用菌富含蛋白质、氨基酸、多糖、膳食纤维、不饱和脂肪酸、核苷及多种生理活性物质，因此，其不仅具有较高的营养价值，同时也具有重要的医疗保健功效［1］。近年来，更有人提出，营养的膳食方式应该是“一荤一素一菇”，可见，人们在餐桌饮食上对食用菌的重视和亲睐程度。

现阶段，随着人们对食用菌消费数量的激增，使得食用菌生产企业迅速攀升。该产业的蓬勃发展不仅强村富农、带动地方特色经济，而且也合理消化了作物秸秆，使其物有所用。然而，大量食用菌生产过后，菌袋中玉米芯、锯末子、稻草和糠麸等物质行使完其生产职能，即被肆意丢弃，其通常被认为是没有农用价值的生产废料。大量菌糠废料由于没有得到妥善安置和利用，既污染了环境，又浪费了资源。栗方亮等［2］在其文章中指出，仅2010年我国食用菌菌糠的总量就突破3000万吨，可见，隐藏在食用菌美味的背后，是巨大的环境隐患和资源浪费，若不加以处理，将极大影响特色产业的可持续发展。

1　食用菌生产废料资源化利用的必要性

食用菌生产废料，俗称为菌糠，是栽培食用菌后的培养料，其不仅富含有机物质和矿质元素，而且含有食用菌菌体蛋白、次生代谢产物（粗纤维、粗蛋白、维生素等）和微量元素等多种水溶性养分，可作为优质有机物料充当培肥沃土的“急先锋”。此外，菌糠疏松质软、孔隙多，能够较快降低土壤容重，增加土壤孔隙度，促进土壤团粒结构的形成，团粒结构大、小孔隙兼备，大孔隙可提高水分入渗率，减少地表径流，进而降低水土流失的几率，无水下渗时还能够为微生物创造良好的好气环境，增加土壤有效养分的提供效率，小孔隙可保蓄降水，其内部缺乏氧气的状态能够促进微生物的厌氧活动，对土壤有机质的形成较为有益。另外，菌糠微孔结构亦可成为微生物活动的场所，使微生物脱离“居无定所”的繁衍环境，使其活性保持在较高水平，因此，菌糠可从化学、物理及生物的角度对土壤实施全方位改良。

尽管菌糠资源化利用的前景较好，但现阶段，大量食用菌生产过后，菌糠废料的处置仍是令菇农头疼的问题，除一小部分菌糠焚烧处置外，大部分被肆意丢弃。长此以往，菌菇生产基地到处堆满菌糠废料，严重污染了乡村环境，不仅如此，长时间暴露在空气中的菌糠废料加上高温、雨水的助推，不断腐解，散发出令人作呕的味道，既招惹苍蝇蚊虫，又可滋生病菌，此类问题的出现使很多菇农不得不放弃菌菇的生产，改投其他产业。

如何处理滞留在食用菌场周围的菌糠是当前农业资源利用领域急需攻克的难关。众所周知，菌糠是经食用菌及其菌丝残体酶解、结构发生质变的、含有粗纤维成分的复合物。当前废弃的菌糠除焚烧和饲料加工外，绝大多数处于搁置状态，其在堆放场地极易发霉，而发霉的菌糠又不宜作二次栽培料和动物饲料，但仍可堆腐发酵生产有机肥料。可见，资源化农用是其唯一有效、科学的处理方式。

若能在食用菌生产基地附近建造较大型的有机肥厂和养鸡场，食用菌生产废料一部分可以作饲料，供养鸡需求，另一部分直接和鸡粪堆腐生产有机肥，有机肥既合理消化了菌糠，又利用了鸡粪资源，生产所得有机肥还能够为玉米等作物提供有效养分，玉米增产后秸秆数量增多，玉米芯又能再次成为食用菌栽培料，菌糠再堆肥，进而实现“玉米种植—菌糠堆肥—糠肥沃土—玉米再种植”的良性循环，在这一生态链上，我们既得到了粮食，又得到了肉类和菌类资源，且全程没有废料。可见，将菌糠由“废料”加工成为“肥料”是链接这一生态链的关键环节。

2　食用菌生产废料农用的优势分析

长期在耕地上施用化肥会导致土壤板结，肥力渐趋下降，而辅以适量的有机肥则能实现“既用地又养地”的双重效果。培肥土壤离不开有机物料，而传统的畜禽粪便尽管堆腐容易，但资源有限，玉米秸秆等物质又因富含木质素成分而不易腐解。有机肥源的严重匮乏制约着土壤潜在肥力的表达，亟待质量上乘的有机物料作填补，而食用菌生产废料恰好可作为有机肥料的基础原材料。

2.1食用菌生产废料对土壤培肥的效果分析

2.1.1菌糠农用对土壤物理性状的提升效果王根茂［3］在报道中指出，菌糠质轻且孔隙大，施入土壤后可促进较小粒径的微团聚体向较大粒径的方向团聚。随着菌糠用量的增加，会显著降低土壤容重，提高孔隙度［4］。菌糠在土壤中进一步分解，可形成疏水性物质，能增强土壤的透气性，这对植物根系的生长极为有利［5］。施入土壤后的菌糠在短期内即可改良土体结构、减轻土壤板结、增加肥效。此外，施用菌糠亦可在一定程度上缓解土壤旱情，据郝淑丽［6］报道，随着菌糠施用数量的增加，土壤田间持水量也渐趋增加，土壤透气通水性能得以改善，为作物根系吸收养分和水分提供更为充分的物质条件。

2.1.2菌糠农用对土壤生物及化学性状的改良

菌糠中有机成分颇多，通过施用腐熟的菌糠物料，可为土壤提供较为新鲜的有机质，这一做法对于丰富土壤中有益微生物数量、抑制病原菌及有害微生物繁衍、改善土壤生物环境具有重要作用。经研究发现，稻田施用菌糠能显著提高土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和交换性钙、镁的含量，土壤酶活性在此过程也受到提升［2］，这些酶能够促进生化反应，可从复杂的有机物中释放更多的易被作物吸收的营养物质。刘雯雯等［7］通过种子发芽试验证实了菌糠提取液对植物没有毒性的结论，另外，其指出，未经堆肥腐熟处理的菌糠能够作为微生物肥料的载体。基于玉米与小麦间的轮作，王根茂［3］研究了底肥施用菌糠对土壤酶活性的影响，结果表明，基施菌糠能够显著改善土壤蔗糖酶、磷酸酶和脲酶的活性，而对于过氧化氢酶的影响则不显著，可见，菌糠在促进养分有效性方面具备独特优势。除此之外，菌糠还可作为有机添加剂对土壤实施改良，使土壤盐分含量组成、阳离子含量组成等指标向优化土壤结构的方向转化，同时降低土壤碱化度，据此可知，菌糠可携带碱土改良剂对盐碱地实施调酸改良。

2.2食用菌生产废料对作物产量及品质的改善效果

现今，作物产量提升愈发依赖化肥的投入，土地肥力贫瘠的趋势难以遏制，急需有机物料的施入。菌糠作为优质有机物料，除了提供有机质和养分外，其在土壤中经历的腐熟进程亦可产生热量，在东北地区作为底肥投入，可在早春季节迅速提升地温，提早播种时间，为后续作物成熟提供充足的生育期保障。冯德庆［8］等研究发现，施用菌渣可有效增加水稻分蘖及其有效穗数，进而获得水稻高产。侯立娟等［9］研究指出，施用平菇菌糠可显著改善辣椒品质。施用未灭菌的双孢蘑菇菌糠能有效改善小白菜根际的微生态环境，促进小白菜的生物量积累［10］。可见，菌糠培肥确有较大优势，在沃土和丰产工程上可考虑采用腐熟菌糠作为补充资源替代商品有机肥料。

3　食用菌生产废料堆腐方式的研究

食用菌栽培料多为稻草、玉米芯、棉籽壳及锯木屑等农副产品，其具备堆肥的物质基础。堆肥化处理菌糠是实现农业废弃物资源化农用的最佳途径。菌糠经微生物降解后，在余下的物料中，有机物质及矿质元素含量仍很丰富，相对于传统的畜禽粪便，其在有机碳含量上同样具备明显优势。据中国知网的不完全统计，以菌糠为主要原材料，能够将其充分腐解转化为优质有机肥料的专利技术仅有10余项，其中比较典型的有：中南林业科技大学周国英等［11］研发的食用菌培养料的隧道筐式堆肥发酵方法（CN101492317），常大勇［12］研发的食用菌菌渣有机肥原料及其制备方法（CN102617208A），南京农业大学胡锋等［13］研制的一种利用蚯蚓处理食用菌残渣的方法（CN102812930A）。可见，菌糠堆肥的研究尚处于探索阶段，针对不同种类食用菌菌糠亦没有考虑到菌糠物料特性对堆腐物料品质的差异影响。

4　食用菌生产废料充分腐熟评价的指标体系的建立

4.1温度

堆肥的温度变化是反映发酵最直接、最敏感的指标，较高的堆体温度不仅能杀死有害虫卵，而且能促使微生物将其中的有毒物质分解。据吕子文等［14］报道，堆肥过程中的温度变化是一个升高、降低的交替过程，在堆肥趋于腐熟的最后阶段逐渐降温，整体呈先升高、后降低的趋势。堆肥工艺的科学调整可以帮助缩短堆腐的周期。此外，适度的翻堆也是有必要的，一方面，微生物菌群在堆料中分布不均且移动性差，菌群周边的底物被分解后，微生物活性有所降低，另一方面，堆肥释放的带有臭气的化合物，如脂肪酸、胺类、芳香烃和硫化物等均对微生物有抑制作用，翻堆使分解底物得到重新分配，进而给微生物注入新的活力。据悉，现代化堆肥生产的最佳温度一般控制在55～60℃，在此期间，大多数微生物可获得较为活跃的温度范围，而病原菌和寄生虫中的大部分可被杀死。

4.2水分含量

堆肥原料的水分含量直接影响到好氧反应速率及堆肥的品质。水分过多有碍于气体输送，制约微生物的有氧代谢，易产生恶臭，而水分过少又会限制微生物的活跃程度。在堆置前期，将物料水分控制在60%～65%之间，可创造物料分解的最佳条件，而在堆制后期（25 d以后），开始撒水，堆制结束时原料水分可降至35%左右。另外，在堆制的高温阶段，水分散失量大，适量补水也是有必要的，而在降温阶段则应适时停止补水，以便降低水分含量，减少后续处理的能量消耗。

4.3腐殖质组成及胡敏酸的光学特性

若将土壤有机质比作“钻戒”，腐殖质则是其上所镶嵌的“钻”，这一比喻明确了腐殖质在有机质成分中的核心地位。腐殖质并非单一的有机化合物，而是在组成、结构及性质上既有共性又有差别的一系列有机化合物的混合物。胡敏酸（HA）和富里酸（FA）作为其重要的两大组分，其性质和数量的差异在某种程度上决定了腐殖质的质量。

堆肥过程伴随着腐殖化的过程，研究各腐殖化参数的变化是评价腐熟度的重要方法［15］。然而，截止目前，仍没有制定出统一的、权威的评价堆肥腐熟度的标准参数和方法。一般来讲，随着堆肥进行，FA含量降低，而HA含量增加。王玉军等［16］在其报道中指出，HA与FA间的比值，即腐殖化参数（HI）可代表堆肥的腐殖化程度，其比值越大，表明堆肥腐熟得越完全。有报道称，当腐殖化参数HI＞1.9时，堆肥达到腐熟。

堆肥物料所提取的胡敏酸在波长465与665 nm处吸光度的比值，我们称之为E4/E6值，可用于描述腐殖酸品质及芳构化程度。一般来讲，随着堆肥进程的延续，一些大分子腐殖酸逐渐形成，E4/E6值有降低趋势。

4.4发芽指数

种子发芽指数（GI）是堆肥腐熟程度评价体系中极为重要的生物指标，是植物对于堆肥低毒性（植物根长）与高毒性（发芽率）的综合反映，其可用于衡量植物的发芽能力及活力，进而得知腐熟物料的培养液是否影响该类植物的生长。有报道指出，当GI＞0.6时，表明堆肥基本腐熟，而当GI＞0.8时，表明堆肥已达完全腐熟。发芽指数GI的计算公式为：

4.5C/N比

在堆肥过程中，微生物首先对有机物料中可溶性糖、淀粉、有机酸及蛋白质类等易于分解的有机物实施矿化，随后才降解半纤维素、纤维素和木质素等难分解有机物。据此可推断，在堆肥的初始阶段，堆料有机碳含量往往表现为迅速降低，而后保持稳定。作为评价堆肥腐熟程度的重要指标，当C/N比低于20时，可以认定堆肥达到腐熟标准。另外，参数T=（终点C/N）/（初始C/N）亦可作为堆肥腐熟的评价指标，当T值在0.5～0.7范围时即可认为堆肥已腐熟［17］。

4.6pH值

pH值随堆肥进程延续也是有变化的，因此可用于揭示堆肥的分解过程。适宜的pH值对于微生物活性的发挥具有促进作用。通常，物料在堆肥前，pH值应尽量调至7.5～8.5之间，在此期间，微生物可获得较大的堆肥效率，而在堆肥初期，pH值会有所下降，在堆肥充分腐熟后，其pH值可达到8.0～9.0的弱碱性范围。通过上述规律变化，我们可以推断，在堆肥初期，微生物利用了较易分解的有机质快速繁殖，大量有机酸的产生导致了pH值的略微下降，而后由于有机酸的挥发和氨的产生，pH值有所回升并趋于稳定。此变化规律是堆体中微生物群落演替和主要代谢产物变化结果的直接表征［15］。

4.7养分性状

栽培平菇产生的菌糠，经腐熟后，物料中全氮、全磷及全钾含量可分别达到0.21%、0.95%及0.62%［18］。在水稻生产中，菌糠直接施用量以7180 kg/hm2最为适宜［8］。郭夏丽等［19］以食用菌渣和牛粪为主要原料进行堆肥试验，分别研究不同原料比例、腐熟堆肥及外源菌剂添加对食用菌渣堆肥中各种形态氮素转化的影响，结果表明：腐熟堆肥和纤维素降解菌剂能够增加食用菌渣堆肥的有机氮含量，具有一定的氮素固持作用。孙建华等［20］以菌渣、猪粪及硫酸铵等为基础原料进行肥料堆置，结果表明，堆料含氮量由初期的1.48%渐趋增加到堆制后期的1.86%，同时，全磷及全钾含量也随着堆制时间的延长而有逐步增加的趋势，可见，微生物作用对有机碳的分解，使堆肥原料体积及重量的减少，变向增加了堆料的总养分含量。孙晓杰等［21］也认为，在堆肥过程中，由于堆料有机物的降解导致减重，会使某些元素的含量增加。因此，有机原材料中重金属的风险在堆肥后因减重效应的发生而有所加重，需要格外注意。李帆等［22］研究了鸡粪与蘑菇渣鲜质量比2：1、含水率56%、C/N比16.2的发酵工艺对堆肥腐熟度效果的影响，结果表明，58d的条垛式高温好氧堆肥能够使混料全氮（2.02%）、全磷（2.27%）、全钾（1.88%）及有机质含量（45.7%）达到有机肥料的行业标准。陈翠玲［23］通过对栽培金针菇后的棉籽壳废料、栽培香菇后的木屑废料、栽培平菇后的玉米芯及棉籽壳混合废料进行养分测定，结果表明，上述生产废料的全氮、全磷及全钾含量分别为4.9～11.0g/kg、0.046～0.068g/kg和0.038～0.162g/kg，有机质含量为23.6～76.2%，尽管其全磷、全钾含量低于土壤，但其较高的全氮和有机质含量仍可使之成为生产有机肥料的理想原材料。

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责任编辑：建德锋

Exploration of Agricultural Utilization of Solid Wastes Coming from Edible Mushroom Production

ZHANG Xi，WANG Nan，CHEN Yongshan，SHENG Ren，WANG Yingling，LIU Binxian
（Jilin Agricultural Science and Technology University School of Plant Science，Jilin 132101）

With the vigorous development of edible mushroom industry，the amount of their production wastes had a rapid increase.It had a tremendous environmental risk and waste of resources，despite the edible mushrooms tasted delicious.The wastes from edible mushrooms production contained a great deal of organic matter and mineral elements，which could become a high quality raw material of organic fertilizer.However，the utilization of wastes from the edible mushrooms production was still in the stage of exploration so far.The common ways of disposal mainly included open burning，buried garbage and arbitrary stack，which could affect the rural ecological environment seriously and restrict the sustainable development of villages and towns special industries.Through the composting，the edible mushrooms production wastes being able to turn into the fertilizer was the main approach of agricultural reutilization of them.The article considered it mentioned above as a breakthrough point.The reasonable way of composting process was summarized from the advantage of edible mushrooms production wastes.The optimum temperature range of composting process using edible mushrooms production wastes as raw materials was controlled 55～60℃.The moisture content of compost materials should control among the range of 60%～65%.The pH value should be transferred to the range of 7.5～8.5.When the humification index（HI）of compost materials＞1.9，the E4/E6 ratio of humic acid alkaline solution having a decreasing trend，the seed germination index（GI）being greater than 0.8，the C/N ratio being less than 20，the T value（the ratio of final C/N to initial C/N）being in the range of 0.5～0.7，the pH value being in a weak alkaline range（8.0～9.0），which could be considered the Completely matured compost.The relevant results could provide a theoretical basis and a practical reference for the agricultural reutilization of edible mushrooms production wastes.

edible mushrooms production wastes；composting；agricultural reutilization；matured compost

X712

A

2016-04-11

吉林省教育厅大学生科技创新科研项目（吉农院合字［2015］第2015021号）

张 溪（1996-），男，江苏省淮安市人，吉林农业科技学院2013级园林专业学生。

※为本文通讯作者