香菇废弃物堆制有机肥工艺优化

2022-03-21孙振涛孙秀英丁浩男

农业工程 2022年11期

孙振涛，孙秀英，丁浩男，刘宁

（1.沈阳农业大学，辽宁沈阳 110866； 2.辽宁省农业博物馆，辽宁沈阳 110866）

0 引言

食用菌产业正在高速蓬勃发展，带动了乡村振兴，同时也产生了大量的菌渣废弃物亟待处理解决，迫切需要高效经济实用的菌渣资源再利用技术[1]。香菇是我国目前产量最大的食用菌品种，其菌渣主要成分是木屑，该木腐菌菌渣的动物适口性差、降解难度大、水分含量高，难以作为饲料或燃料使用，处理难度较大[2]。目前，香菇菌渣随意丢弃，这不仅造成资源的浪费，而且对当地环境造成较大压力[3]。因此，采取行之有效的手段对香菇菌渣资源进行回收处理再利用，不仅能推进资源的可持续发展，减少环境污染，同时经济效益也十分可观[4]。香菇菌渣肥料化处理的堆肥工艺具有非常实用的现实意义。

有关菌渣制作有机肥的试验已有大量实例，其可行性已得到充分印证，但是各个试验菌渣材料差异较大，配合畜禽粪便及其他材料的比例也各不尽相同，实际操作时难以选择[5-7]。本文主要研究以香菇木屑菌渣为原料制作有机肥的堆肥工艺优化，通过调节辅料的种类、堆肥物料的初始C/N 比等堆肥参数，进行菌渣有机肥堆肥发酵的对比试验，最后对堆肥成品进行各项指标的测定，分析数据得出香菇木屑菌渣堆肥发酵的最优工艺参数[8-10]。依据行业标准NY 525-2012《有机肥料》，判别该工艺能否用于制作符合国家标准的商业有机肥[11-12]。

1 材料与方法

1.1 材料来源与试验地点

香菇菌渣（木腐）由辽宁省葫芦岛市建昌县养马甸子乡菌农免费提供。玉米秸秆由沈阳农业大学农业生产实习基地提供。猪粪和鸡粪由沈阳周边养殖场购买。发酵菌剂为鹤壁市正阳禾农业发展有限公司生产，其有效活菌≥200 亿个/g。试验地点为沈阳农业大学后山实验基地有机肥发酵室。成品测定方法依据国家商品化有机肥标准NY-525（2021）的规定执行。

1.2 方法

试验于2021 年3 月21 日至4 月25 日进行。

以菌渣为主料，根据初始C/N 及辅料粪便的不同设置6 个处理；堆肥发酵使用发酵箱的工艺比较成熟，不受外界环境影响，每个处理做1 次重复。

按照发酵菌剂的使用说明（厂家提供），以混合物料质量比例为1∶5 000，加入发酵菌剂。

将混合物初始含水量调节在60%左右（根据文献，最适宜的有机肥发酵湿度范围为55%～65%），然后移入发酵箱进行发酵。

堆肥开始后，当温度升到55 °C 时翻堆；之后每隔3 d 进行一次翻堆，共翻堆3～4 次。

6 个处理的具体情况如表1 所示。

表1 不同处理辅料类型及配比Tab.1 Types and proportions of auxiliary materials for different treatments

1.3 样品采集

在整个堆肥发酵过程中，分别在第0、1、2、4、6、10、15 和20 天进行样品的采集。采集的方法为在堆体的上、中、下3 层分别等量取样，将样品混匀后用4 分法分取样品，以保证所采取的样品具有代表性。开始堆肥后每天下午15∶00 用温度湿度传感器对堆体中层同一高度进行随机3 个点位的测量，分别取温度与湿度的平均数值为堆体的实际温度与实际湿度，记录数值。

2 结果分析

2.1 不同处理对有机质含量的影响

堆肥过程中有机质含量变化由图1 所示，6 个处理有机质含量均有下降，但下降幅度有所差别。6 个处理的有机质含量分别由开始的55.35%、59.27%、62.10%、61.60%、64.25%和66.09%下降至结束时的46.73%、46.90%、51.65%、54.17%、53.70%和57.23%。

图1 堆肥有机质含量变化Fig.1 Change of organic matter content in composting process

从粪便类型对有机质含量的影响来看，加入猪粪处理的有机质含量降幅分别比加入鸡粪的处理大，加入猪粪的处理1、处理2 和处理3 的有机质含量降幅分别是15.57%、20.87%和16.82%，而加入鸡粪的处理4、处理5 和处理6 的有机质含量降幅分别是12.06%、16.42%和13.41%。这说明其他条件相同时，加入猪粪的处理比加入鸡粪的处理微生物活动更剧烈、有机物分解量更大、有机质含量下降更多。

从初始C/N 对有机质含量的影响来看，处理2 有机质含量降幅分别比处理1 和处理3 多5.30%和4.05%，而处理5 的有机质含量降幅分别比处理4 和处理6 多4.36%和3.01%。这说明初始C/N 为25 的处理比初始C/N 为20 和初始C/N 为30 的处理有机质含量下降更多。

2.2 不同处理对全氮含量的影响

堆肥过程中全氮含量变化由图2 所示，6 个处理全氮含量均有上升，但上升幅度有所差别。6 个处理的全氮含量分别由开始的1.61%、1.37%、1.21%、1.79%、1.49%和1.28%上升至结束时的2.08%、1.94%、1.64%、2.19%、1.98%和1.66%。

图2 堆肥前后全氮含量变化Fig.2 Change of total nitrogen content before and after composting

从粪便类型对全氮含量的影响来看，加入猪粪的处理全氮含量增幅分别比加入鸡粪的处理大，加入猪粪的处理1、处理2 和处理3 全氮含量增幅分别是29.19%、41.61%和35.54%，而加入鸡粪的处理4、处理5 和处理6 全氮含量增幅分别是22.35%、32.89%和29.69%。这说明其他条件相同时，加入猪粪的处理比加入鸡粪的处理氮固定量更大。

从初始C/N 对全氮含量的影响来看，处理2 的全氮含量增幅分别比处理1 和处理3 多12.42%和6.07%，而处理5 的全氮含量增幅分别比处理4 和处理6 多10.54%和3.20%。这说明初始C/N 为25 的处理比初始C/N 为20 和初始C/N 为30 的处理全氮含量增加更多。

2.3 不同处理对总养分含量的影响

有机肥总养分含量是评价有机肥肥效的重要参数。有机肥总养分含量是指有机肥的全氮、全磷、全钾含量之和。作物生长发育对氮磷钾的需求量较大，通常连年耕作的土壤不能为作物提供充足的养分，需要施用肥料来补充（N+P2O5+K2O）养分。有机肥中除了含有大量的氮磷钾元素，还含有许多有机质和各种中微量元素，这些养分在提高农作物产量、改善农作物品质、减轻作物病虫害、增强农作物抗逆性和抗倒伏性方面发挥巨大的作用。

堆肥过程中总养分含量变化如图3 所示，6 个处理总养分含量均有上升，但上升幅度有所差别。6 个处理的总养分含量分别由开始的3.85%、3.44%、3.15%、3.76%、3.34%和3.04%上升至结束时的4.48%、4.24%、3.82%、4.33%、4.04%和3.65%。

图3 堆肥总养分含量变化Fig.3 Changes in total nutrient content in composting process

从粪便类型对总养分含量的影响来看，加入猪粪的处理1、处理2 和处理3 的总养分含量增幅分别比加入鸡粪的处理4、处理5 和处理6 大，加入猪粪的处理1、处理2 和处理3 的总养分含量增幅分别是16.36%、23.26%和21.27%，而加入鸡粪的处理4、处理5 和处理6 的总养分含量增幅分别是15.16%、20.96%和20.07%。即其他条件相同时，加入猪粪的处理比加入鸡粪的处理总养分含量增加量更大。从初始C/N 对总养分含量的影响来看，处理2 的总养分含量增幅分别比处理1 和处理3 多6.90%和1.99%，而处理5 的总养分含量增幅分别比处理4 和处理6 多5.80%和0.89%。这说明初始C/N 为25 的处理比初始C/N 为20 和初始C/N为30 的处理总养分含量增加更多。

2.4 不同处理的成品检测结果

所有处理获得的成品有机肥各项指标检测结果如表2 所示，并与农业行业标准NY 525-2021《有机肥料》进行对照，结果显示各项指标均符合规定，故按照本文方法制作有机肥可以获得符合国家行业标准的商品化有机肥产品。

表2 成品检测结果Tab.2 Test results of finished products

3 讨论

3.1 粪便类型对堆肥腐熟进程及堆肥质量的影响

不同的粪便性质有很大的差异，在堆肥时要充分考虑粪便的特点。猪粪质地较细密，属温性肥料。其养分含量丰富，易分解，利于形成腐殖质，肥效快但肥性柔和。鸡粪属于禽粪，质地比较黏重，含盐较多，在分解过程中会产生高温，属于热性肥料。其养分含量比畜粪高，鸡粪含有大量的氮、磷、钾及微量元素，同时还富含粗蛋白和氨基酸，但是鸡粪一定要充分发酵腐熟。

猪粪的堆肥效果要优于鸡粪。加入猪粪的处理升温效率高且维持高温时间长，含水率下降快，pH 值变化范围小，有机质含量下降幅度大，全氮及总养分含量增加幅度大。

3.2 初始C/N 对堆肥腐熟进程及堆肥质量的影响

C/N 是决定堆肥成败的重要指标。在堆肥过程中，微生物的生长繁殖会消耗物料中大量的有机碳并将其转化成二氧化碳而释放到空气中，所以堆肥过程中C/N 会下降。初始C/N 不能太高也不能太低，太高的C/N 会导致微生物活动所需要的氮素不足，导致微生物活动减弱，发酵过程受阻；而太低的C/N 又会导致铵态氮的大量挥发，造成营养元素的过多损失。

分别设置初始C/N 为20、25、30 这3 种处理，其中初始C/N 为25 的处理堆肥效果最好，初始C/N 为25的处理较初始C/N 为20 和初始C/N 为30 的处理升温更快，达到的最高温度更高，高温持续的时间更长，有机质含量下降幅度更大，全氮及总养分含量幅度更大。