食用菌废菌棒堆肥生产有机肥的研究

晏 晔，刘安荣，李 敬，王振杰，彭 伟，李 威

（1.贵州省轻工业科学研究所，贵州 贵阳 550007；2.贵州省贵福生态肥业有限公司，贵州 玉屏 553012；3.贵州省冶金化工研究所，贵州 贵阳 550016）

食用菌废菌棒是食用菌采摘后余留的基料和菌丝的混合物。基料一般由粉碎的秸秆、木屑、甘蔗渣、玉米芯、麸皮、棉籽壳等组成，食用菌生长过程中，一部分基料被用来合成菌体和供应菌体的呼吸代谢，另一部分基料经微生物作用转化成其他形式的有机物质。食用菌菌丝在生长时会分泌出激素和酶，这些激素和酶会分解复杂有机物生成植物所需的营养物质，这些营养物质对改善土壤结构、防止土壤板结和增加肥力具有重要作用。我国是食用菌生产和消费大国，食用菌总产量占全球总产量的70%以上，随着食用菌产业的快速发展，将产生大量的食用菌废菌棒，若不妥善处理，将会污染环境。因此，食用菌废菌棒资源化利用对发展生态农业和保护生态环境具有重要意义［1-8］。

基于此，进行以食用菌废菌棒、猪粪和农作物秸秆为原料堆肥生产有机肥的试验研究，考察自然堆肥和接种芽孢杆菌堆肥过程中温度、pH、水含量和各养分的变化情况，为食用菌产业和现代农业发展提供技术支撑［9-11］。

1 材料与方法

1.1 材料

试验在贵州省贵福生态肥业有限公司厂区内进行；所用食用菌废菌棒由贵州省贵福菌业发展有限公司提供；所用猪粪取自玉屏周边养猪场；所用农作物秸秆取自玉屏周边农户。对堆肥所用废菌棒、猪粪、农作物秸秆进行主要成分分析，分析结果见表1。

表1 堆肥原料的主要成分 %

1.2 堆肥与分析方法

堆肥方法：将农作物秸秆和废菌棒自然风干后粉碎至1～2 cm粒度，将猪粪、废菌棒、秸秆按一定质量配比混合并搅拌均匀后备用。第一组，直接将搅拌均匀的物料堆成半径2 m、高1 m的堆垛，并用塑料薄膜覆盖；第二组，在搅拌物料时接种芽孢杆菌，1 kg物料接种15 mL，搅拌均匀后堆成半径2 m、高1 m的堆垛，并用塑料薄膜覆盖。采用人工翻堆方式对堆垛进行通风供氧。

分析方法：每天上午10点从不同位置对两组堆垛测定温度，取平均值记为当天的堆垛温度，在0、5、10、15、20、30、40、50 d时取样测定pH、水含量、有机质含量，采用NY 525—2012［12］中规定方法测定氮、磷、钾含量。

2 结果与讨论

2.1 堆肥过程中温度的变化情况

微生物在发酵过程中因分解有机物质时释放出大量的热量，使堆垛温度升高，通常可通过观察堆垛温度来判断微生物的活性，堆垛温度越高，微生物活性越好。

两组堆肥的温度变化情况见图1。从图1可以看出，两组堆垛在发酵过程中都经历了升温期、高温期和降温期，而接种芽孢杆菌的堆垛比未接种的堆垛温度升高得快，说明接种芽孢杆菌有利于提高堆垛中微生物的活性。接种芽孢杆菌处理的堆垛高温期温度明显高于未接种处理，说明接种芽孢杆菌对猪粪、废菌棒、秸秆混合堆垛的发酵有较大的促进作用，且高温期堆垛温度均在50℃以上，并持续15～20 d。此次堆肥符合粪便无害化卫生标准（为杀灭寄生虫卵，堆肥温度须在50～55℃保持5～7 d）。

图1 堆垛温度随时间的变化情况

2.2 堆肥过程中pH的变化情况

微生物在发酵过程中因分解有机物质时产生氨或有机酸，会使堆垛的pH发生变化，可通过考察堆垛的pH变化分析发酵过程中微生物对堆垛的作用情况。堆垛由猪粪、废菌棒、秸秆混合而得，含有大量蛋白质、氨基酸和菌丝体，初期堆垛呈中性或弱碱性。

两组堆肥的pH变化见图2。由图2可知，两组堆垛整体呈现为随发酵时间的延长，堆垛pH先升高后降低，其原因为随着发酵的进行，微生物降解堆垛中的含氮有机质产生氨使得堆垛的pH上升，随着发酵的继续进行，微生物又开始降解有机物产生大量有机酸，从而使堆垛的pH逐渐降低，当有机物被降解完后，堆垛的pH趋于稳定。其中，接种芽孢杆菌后，微生物活性增强，因此pH变化周期缩短，使发酵过程缩短5～10 d，有效地减少了因发酵时间过长引起的氮素损失。

图2 堆垛pH随时间的变化情况

2.3 堆肥过程中水含量的变化情况

原料水含量的高低往往影响堆垛中微生物好氧反应的快慢，过低的水含量会影响微生物的正常新陈代谢，而过高的水含量又会阻碍微生物与氧气的输送渠道，使得微生物缺氧失去发酵效果，因此，考察堆肥过程中的水含量变化对堆肥具有十分重要的意义。

图3 堆垛w（H 2O）随时间的变化情况

两组堆肥的水含量变化见图3。由图3可以看出，随着发酵时间的延长，堆垛的水含量呈现先略微下降再有所回升最后持续下降的趋势。其原因可能是在开始堆肥时堆垛中的水主要以自然蒸发的形式流失；之后由于发酵过程中微生物对有机物的酸化水解产生一部分水，又使得堆垛的水含量有所增加；后续由于堆垛温度升高，水的蒸发量变大，使堆垛的水含量急剧下降；后期，发酵反应基本完成，堆垛温度降低，蒸发速率变得缓慢。从图3中还可以看出，接种芽孢杆菌后，各阶段时间较未接种时缩短，而且水含量相对较低，说明接种芽苞杆菌能提高微生物活性，使发酵时间缩短。堆肥过程中，堆垛w（H2O）降低18～22个百分点。

2.4 堆肥过程中养分的变化情况

两组堆肥养分含量的变化情况见图4、图5。

图4 未接种堆垛养分随时间的变化情况

图5 接种堆垛养分随时间的变化情况

由图4、图5可以看出，堆肥过程中堆垛中的磷和钾先迅速增加后增长变缓，而氮含量则先降低而后迅速升高最后增长缓慢。在堆肥过程中原料中的磷和钾不会因为微生物的发酵而损失，但由于堆垛中的水含量逐渐降低，磷和钾被浓缩后含量增加，因此磷、钾含量变化受堆垛水含量变化影响，水含量呈降低趋势，磷、钾含量就呈现升高趋势。氮在发酵过程中被微生物降解形成氨，氨在碱性环境下以氨气形式挥发掉，又随着堆肥的进行，堆垛中的水逐渐减少，氮被浓缩后含量增加，因此氮含量呈现出前期下降后期升高的趋势。从图5中还可以看出，接种堆垛养分的变化速率增快，并且氮、磷、钾含量较高。经过50 d的堆肥，接种堆垛中w（N）为1.76%，w（P2O5）为1.52%，w（K2O）为2.02%，氮、磷、钾总量达到有机肥行业标准（NY 525—2012）要求。

2.5 堆肥过程中有机质的变化情况

两组堆肥的有机质变化情况见图6。由图6可以看出，随着发酵的进行，堆垛中的有机质呈现下降的趋势，前20 d，有机质下降较快，后30 d下降较慢。前20 d微生物先降解较容易降解的有机质，随着发酵的进行，此部分有机质被消耗完，微生物开始降解难降解的有机质，因此有机质含量下降缓慢。经过50 d的发酵，堆垛中w（有机质）为45.58%，符合NY 525—2012的要求。

3 结论

利用食用菌废菌棒、猪粪和农作物秸秆为原料，通过堆肥工艺生产有机肥，在接种芽孢杆菌的条件下，堆垛温度迅速升高到50℃以上，并能持续15～20 d，发酵完成后w（N）为1.76%，w（P2O5）为1.52%，w（K2O）为2.02%，pH为7.8～8.2，w（H2O）在38%～40%，w（有机质）为45.58%，堆肥效果较好，各指标达到NY 525—2012要求。