添加BFA发酵剂对菌糠堆肥及其腐植酸含量的影响

陈贻钊

(福建省福州市农业科学研究所 福建福州 350018)

福建省食用菌年产量400 万t 以上，在食用菌产业飞速发展的同时，也产生了大量的食用菌菌糠。菌糠是食用菌栽培后的废弃物料，含有菌体蛋白、次生代谢产物、微量元素等多种水溶性养分及丰富的有机物质，作为典型的农业固体有机废弃物若处置不当会对环境造成不良影响。废弃菌糠有多种利用途径，如菌糠可作为有机肥［1］，改良土壤理化性状［2-3］，提高作物品质［4］；作为菌糠饲料［5］，提高牲畜的品质；可与其他物料按一定比例混配作为育苗基质［6-7］或栽培基质［8］，替代泥炭土，改善育苗效果。近年来，国家提出化肥使用量“零增长”、增施有机肥、保护耕地等倡议以来，腐植酸的研究再次引起关注［9-11］。腐植酸不但具有促进植物生长［12］、提高肥料利用率［13］、改良土壤等功效，堆肥中的腐植酸还可以作为表面活化剂治理受到有机污染的土壤［14-15］，因此提高堆肥中的腐植酸含量具有良好的应用前景［16-17］。利用菌糠堆肥制备含腐植酸有机肥，提高菌糠堆肥的腐植酸含量对于废弃菌糠消纳、菌糠资源的利用具有重要意义。

发酵剂被应用于堆肥主要以提高堆体温度、高温持续时间以及缩短堆肥时间为目的，促进堆肥有机物料的腐熟［18-20］。随着堆肥研究的不断深入，发酵剂的研究趋向于不同的功能性。纤维素分解菌［21］促进了堆肥纤维素降解；固氮菌、解磷菌以及解钾菌的添加主要以提高堆肥中有效养分含量为目的［22］。生物腐植酸菌剂（biotransfu‐lationfulvic acid，BFA）是由秸秆或木屑等，辅以豆粕、麦麸等发酵原料，在合适的温度、湿度下，由一种或多种有益菌群发酵、转化得到的混合物［23］。BFA 菌剂可作为功能性饲料营养添加剂，改善哺乳动物健康［24-25］；作为堆肥发酵剂，能高效地发酵有机质［26］，提高堆肥中微生物数量［27］，提高堆肥腐植酸类物质的产量［28］。本文以海鲜菇菌糠为堆肥原料，研究添加BFA发酵剂对菌糠堆肥以及腐植酸产量的影响，为提高菌糠堆肥腐植酸产量提供指导依据，更好地发挥菌糠的利用价值、变废为宝。

1 材料与方法

1.1 材料

试验选取海鲜菇菌糠为堆肥材料，海鲜菇菌糠来自福州永丰食用菌有限公司，BFA 发酵剂（专利号：ZL03112360.0，有效活菌数≥2.0 亿/g）购于市场。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验于2019 年5～10 月在福州市农业科学研究所开展。废菌棒经脱袋打碎，对照处理仅加水翻拌；添加发酵剂处理按每吨物料使用5 kg 发酵剂计算，将发酵剂与水混合后加入菌糠。两个处理均调节水分含量约60%，装入1 m×1 m×1 m 透气尼龙袋进行堆肥发酵。堆肥共持续60 d，每10 d进行翻堆一次。翻堆均匀后采集物料作为测试样品，经风干、粉碎、过1 mm筛备用。

1.2.2 样品测试指标及测定

温度数据采集将温度记录仪探头插入到堆体50 cm 深度，每隔一个小时自动记录温度数据，取平均值作为当日堆体温度数据；称取风干样约5.0 g，按1∶10 固液比加入蒸馏水，震荡15 min，静置30 min，分别用电导率仪、酸度计测定电导率和pH［29］；有机质含量用马弗炉烧失法测定［30-31］；总腐植酸用焦磷酸钠-氢氧化钠提取，比色法测定其含量［32］。

2 结果与分析

2.1 添加发酵剂对菌糠堆肥温度影响

有机肥腐熟温度是影响微生物活性的最显著因子，进而影响有机肥发酵质量，常作为堆肥中微生物活动量的宏观指标［33］。海鲜菇菌糠建堆后5 d 内温度升至50℃以上并持续38 d（图1），第40天后温度有所下降，第50天翻堆后度有小幅上升，并呈现缓慢下降的趋势，至60 d 结束温度测定时，堆体温度约为40℃。添加发酵剂的海鲜菇菌糠堆体在前40 d 的温度变化趋势、高温持续天数与对照处理的温度较相似，在堆肥10～30 d 期间，温度小幅度高于对照处理，堆体进入降温期后两者有所区别。第50 天翻堆后对照处理温度上升后缓慢下降，而添加BFA腐熟剂处理翻堆后温度趋于稳定并接近室温。分析2个处理的温度变化认为，对照处理第50 天翻堆后升温可能是由于堆体内物料未腐熟彻底，仍有部分微生物代谢产生热量且产生的热量大于堆体损失的热量，使得堆体温度有所上升；而添加发酵剂处理第50 天翻堆后温度不再升高，表明堆体50 d时或50 d之前腐熟已较为彻底，翻堆时热量损失后温度不再升高。对于海鲜菇菌糠堆肥温度特征而言，添加发酵剂有利于缩短堆肥时间，提前稳定堆体温度。

图1 添加BFA发酵剂与CK处理堆肥的温度特征

2.2 添加发酵剂对菌糠堆肥pH和EC值的影响

堆肥pH 值一般呈增加的趋势，主要是由于堆肥过程中物料在微生物的作用下产生NH3，部分NH3随着堆肥进程的发展挥发，另一部分留在堆肥物料中使物料pH 值上升，菌糠堆肥的两个处理pH 值变化较为一致，呈现上升趋势（图2），且添加BFA发酵剂处理pH 值上升较快；添加BFA 处理在第20天后pH 值变化较小，CK 处理pH 值在40 d 后趋于稳定，pH 值保持在8.5～9.0；添加BFA 处理pH 值较CK处理更早趋于稳定。

图2 两个处理堆肥pH与EC值变化特征

EC值的大小对微生物的生长与活性有着重要的作用与意义，EC值过高或过低都会影响到微生物的生长，适宜的EC值可使微生物正常生长［34］。海鲜菇菌糠堆肥与添加BFA腐熟剂处理电导率呈现升高的趋势，至堆肥结束，EC值分别提高了46.8%、58.1%，由原来的1.86 mS/cm、提高到2.73 mS/cm；添加BFA 发酵剂处理在前50 d，EC值均小于未添加处理且前40 d 电导率值上升较为慢，40～60 d 上升较快（图2）。有关研究认为，有机物料堆肥是矿化和腐殖化的有机结合，微生物先矿化有机物大分子物质后腐殖化合成新的有机物，而EC值的增加可能是由于微生物活动过程中矿化有机质产生更多的可溶性盐［35］，从添加BFA 发酵剂处理的电导率变化分析，可能在第40 天后堆体的矿化作用要大于腐殖化作用，产生更多的盐分。堆肥电导率应小于4 mS/cm［36］，在0.5～3 mS/cm 均适合植物的生理生长［37］。至堆肥结束，添加BFA发酵剂处理与CK 处理的堆肥EC值满足一般堆肥的要求。

2.3 添加发酵剂对菌糠堆肥有机质含量的影响

有机肥发酵过程中的物质变化较为复杂，但主要有两个基本过程，即矿质化和腐殖化过程。矿质化把有机物分解为简单的无机化合物，而腐殖化是微生物把矿质化过程中形成的中间产物再合成为比原先更为复杂的有机质［33］。堆肥过程中有机质总体上呈下降趋势，主要是由于微生物活动把有机碳以CO2、CH4、热量等形式损耗。海鲜菇菌糠有机质含量总体上呈现下降趋势，主要在堆肥的前30 d，至堆肥结束，两个处理有机质含量下降分别为5.15%、8.04%，有机质损失率较低；添加BFA发酵剂处理有机质变化趋势与对照处理较为一致，第20 天后有机质含量低于对照处理且有机质损失主要在堆肥的前30 d，后30 d有机质含量保持在65%～70%并趋于稳定。两个处理可被腐殖化的有机质总量一致，添加BFA发酵剂加快了有机质的降解，且有机质含量低于CK 处理且在40 d 再翻堆后变化不大（图3）。

图3 添加BFA发酵剂与CK处理堆肥的有机质含量特征

2.4 添加BFA 发酵剂对海鲜菇菌糠堆肥腐植酸含量的影响

腐植酸有改良土壤、提高土壤中各种营养元素的利用率、促进作物生长、提高作物抗力等功效。不同物料堆肥腐植酸含量差异较大，堆肥物料对堆肥腐植酸的含量及腐殖化过程起决定性作用［38］。一般认为，腐植酸是物料堆肥的中间产物或矿化作用后新合成的有机物质。海鲜菇菌糠堆肥总腐植酸含量呈现先增加、小幅下降后逐渐增加的趋势，在40 d 时总腐植酸含量达堆肥进程中的最高值，为356.6 g/kg，至堆肥结束，海鲜菇菌糠总腐植酸增加量达70.0%；50、60 d 测得总腐植酸含量分别为314.8、322.0 g/kg，较40 d 时有所下降。添加BFA 处理腐植酸含量变化趋势较为一致，但添加BFA 处理前30 d，总腐植酸含量低于未添加处理，30 d后高于未添加处理，腐植酸含量第40 天达最高值，为410.7 g/kg（图4），较对照处理高15.4%，40 d 后总腐植酸含量有所下降。总腐植酸下降的原因可能是由于堆肥腐熟后腐殖化作用大幅减弱，而微生物的生存仍在消耗包括腐植酸在内的有机物质，导致腐植酸含量有所下降。腐植酸的形成随堆肥进程不断积累，为提高腐植酸含量，在保证堆肥腐熟的情况下，可通过降低堆体的水分含量、减少微生物活动量等措施以保护堆肥前期形成的腐植酸。

图4 添加BFA发酵剂与CK处理堆肥的总腐植酸含量

3 讨论

目前菌糠的堆肥研究多围绕作为育苗基质、有机肥以及动物饲料等开展，对于菌糠堆肥的腐植酸类物质、氨基酸类物质、植物促生作用以及微生物作用机理的研究还不够深入。堆肥中腐植酸有巨大的应用潜力，改善土壤结构、提高土壤肥力、促进作物生长，更进一步的作为表面活化剂、重金属络合剂等治理受污染的土壤。许多研究致力于提高堆肥中的腐植酸含量和品质，以达到更好的应用效果［10，39-41］。相比于普通物料堆肥，菌糠堆肥产物腐植酸类物质含量较高［42］，且对石油污染［43］、多环芳烃污染［44］、锰污染［45］等土壤修复［46］具有良好应用效果。本文通过添加BFA 发酵剂提高菌糠堆肥的腐植酸含量，为菌糠的高效利用提供了新的方法，同时菌糠堆肥产物还受到物料原料、物料含水量、C/N、翻堆频率、通气量等多方面的影响，还需要更深入的开展相关研究。