竹屑与麦麸堆肥用作大球盖菇栽培基质的适宜配比研究

吴一凡，夏 捷，陈 胜，张 玮，谢锦忠，*

(1.中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，浙江 杭州 311400； 2.南京林业大学 林学院，江苏 南京 210000)

竹子是禾本科竹亚科植物。据第9次全国森林资源清查结果，我国竹林面积已逾641万hm，竹林面积、竹材蓄积、竹制品产量和出口量均居世界第一位。竹产业曾是我国南方各省农民增收的主要渠道之一。近年来，随着环境整治压力的增大和竹材加工行业的低迷，竹材年消耗量下降60%以上，而人工成本却逐年增高，受此影响，部分毛竹林近年来得不到有效的经营管理，产生了大量的竹林废弃物，严重影响森林环境安全和竹林生态系统的可持续发展。如何充分、有效地利用竹林废弃物，已成为亟待解决的重要问题之一。

大球盖菇()富含丰富的多糖、蛋白质和矿质元素，是国际菇类交易的十大菇种之一。杨敬报道了用竹屑栽培大球盖菇的关键技术，彭超等报道了用竹屑栽培的大球盖菇的营养品质；但关于用竹屑栽培大球盖菇的最优配比却鲜见研究报道。

竹屑经堆肥腐熟后可用于蔬菜育苗与食用菌栽培。堆肥的本质是固体废弃物分解为相对稳定的腐殖质的过程，目的是使不稳定的农林有机废弃物稳定化、无公害化。目前，国内外针对木屑和秸秆等农用废弃物堆肥的研究已较多，但针对竹屑堆肥的研究尚鲜见报道。

麦麸富含粗蛋白、糖分和纤维素，是优良的有机氮源。本研究以麦麸作为有机氮素添加剂，用来调节堆肥物料的碳氮比，探讨不同麦麸添加量下竹屑好氧堆肥前、后理化性质的变化，及其堆肥产品用于栽培大球盖菇时对菌丝生长的影响，以期为生产中竹屑的基质化利用和大球盖菇推广种植提供理论指导与技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验方法

试验用的竹屑来自于杭州市富阳区永昌镇，为毛竹()粗加工下脚料，含碳量47.4%，含氮量0.26%。麦麸购自于河南省永城市，含碳量42.1%，含氮量2.34%。

于2020年7月14日在杭州市富阳区虎山林场内进行竹屑堆肥试验。基于麦麸添加量，本试验设置4个处理(表1)，以不添加麦麸的作为对照(CK)，每个处理重复3次，以石灰作为酸碱调节剂和消毒剂。

表1 好氧堆肥试验设计

将不同配比的物料翻拌均匀，添加水分，使其含水量保持在70%左右，置于内径67.5 cm×48 cm×41cm的泡沫箱内进行好氧堆肥。分别在堆肥的第15天和第25天进行翻堆，并补水至含水量70%。发酵40 d时，各处理的温度趋于环境温度，且翻堆补水后温度不再上升，结束发酵。在发酵前、后分别取样：一部分样品风干后，用于理化性质的测定；另一部分置于4 ℃冰箱保存，用于测定种子发芽指数(GI)和大球盖菇菌丝的生长速度与生长势。

1.2 指标测定

试验期间，于每日16：00用温度计测定堆体表层下方20cm处的发酵温度。

取一部分发酵样品，与蒸馏水按1∶5的质量比混合，用雷磁DDSJ-308A型电导率仪(上海仪电科学仪器股份有限公司)测定电导率(EC)，用雷磁PH211A型pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)测定pH值；容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度参照《土壤农化分析》的方法测定；全氮含量采用Kjeltec2300型全自动凯氏定氮仪(瑞典FOSS)测定，总有机碳含量采用重铬酸钾容量法测定，纤维素、木质素含量采用分光光度法(仪器为P5比例双光束紫外可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司)测定。

各处理取等量发酵产物，与蒸馏水按1∶10的质量比混匀，振荡30 min，室温浸提24 h，过滤，取上清液待用。在培养皿内均匀点播20粒小青菜种子，加5 mL浸提液，于25 ℃人工气候箱内进行发芽试验，以蒸馏水为对照，24 h后测定种子发芽率和发芽种子根长，并计算种子发芽指数(GI)。每处理重复测定3次。

各处理取250 g发酵产物于内径12 cm、高10 cm的玻璃瓶中，每瓶接种2 g大球盖菇原种后封口，26 ℃恒温培养。每天观察、测量并记载菌丝生长速度和长势。每处理设置3个平行。

1.3 数据分析

试验数据采用Excel 365软件进行整理，采用SPSS 22.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 堆肥过程中的温度变化

堆肥期间，堆体温度经升温期、高温期、降温期渐趋稳定。各处理的堆体温度变化趋势相似，但高温出现时间和持续时间不同(图1)。T2和T3处理分别有10、9 d的高温期(50 ℃以上)；T1处理的高温期只有4 d；而对照(CK)温度基本保持恒定，不存在高温期。这可能是因为，竹屑自身的C/N过高，难以支持微生物活动从而维持高温发酵。麦麸的添加，为堆体补充了氮素，利于微生物发酵，延长了堆体的高温期，有助于促进堆肥腐熟。

图1 不同处理堆肥过程中堆体温度的变化

T1和T2处理的堆体温度在发酵的前3 d就已达到有效腐熟温度(>50 ℃)；T3处理在第7天才进入高温期。这说明麦麸添加量过多，会延迟竹屑发酵高温期的出现。第10天翻堆后，各处理的温度回升，但均没有达到之前的最高温度，且最高温度逐渐降低。堆肥的7～25 d，T1处理的温度一直低于T2和T3处理。第25天翻堆后，T3处理的温度小幅回升，但其他处理温度无回升。这说明，自25 d起，T1和T2处理的好氧堆肥已基本结束，而T3处理的堆肥过程结束较晚。

2.2 堆肥前后堆体理化性质的变化

堆肥腐熟后，除CK外，其他处理的容重显著(<0.05)增加，T1、T2、T3处理的容重分别提高了9.64%、7.06%和4.62%，但这3个处理之间无显著差异(表2)；通气孔隙度和气水比显著(<0.05)减少。此外，T2和T3处理的总孔隙度在发酵后显著(<0.05)减少，T2处理的持水孔隙度显著(<0.05)增加。

表2 堆肥前后物理性质的变化

发酵结束时，T1和T2处理的总孔隙度显著(<0.05)低于CK和T3处理；T1、T2和T3处理的通气孔隙度和气水比均显著(<0.05)低于CK，但持水孔隙度显著(<0.05)高于CK，且上述指标在这3个处理间无显著差异。这可能是因为，竹屑在堆肥的过程中，大分子有机物逐渐被降解，竹屑的粒径逐渐细化，导致容重增加，孔隙度下降。

堆肥前后，各处理堆体的pH值均在8.00～9.00，碱性较强(图2)。T1和T2处理的pH值在发酵后显著(<0.05)降低，而CK和T3处理的pH值在发酵前后无显著变化。这可能是因为，经过有效的好氧堆肥后，堆体会释放有机酸、挥发有机胺，并产生无机酸，同时会释放CO，导致堆体的pH值降低。

柱上无相同字母的表示差异显著(P<0.05)。下同。

堆肥后，T1、T2和T3处理的EC值均显著(<0.05)增加，分别增加了11.04%、29.78%和40.02%，但CK的EC值无显著变化。堆肥结束时，T3处理的EC值最高，为4.028 mS·cm，显著(<0.05)高于其他处理，而CK的EC值最低，仅为0.539 mS·cm。整体来看，各处理堆肥的初始碳氮比与堆肥后堆体的EC值呈显著(<0.05)负相关关系。这是因为，麦麸相比竹屑所含的矿质元素更多，随着C/N的降低，堆体的EC值也会增加。同时，微生物的活动会使有机物质不断矿化，形成可溶性盐，导致堆体发酵后的EC值进一步增加。

C/N是判断堆料腐熟程度的重要指标，T值是指物料发酵结束后C/N与发酵前C/N的比值。堆肥后，除CK外，各处理的C/N均显著(<0.05)降低(表3)。堆肥结束时，T1、T2和T3处理的T值分别为0.656、0.565和0.825，均显著(<0.05)低于CK的0.998。一般认为，T值小于0.6表明发酵腐熟完成。与此对照，至40 d发酵结束时，CK和T3处理还未达到发酵腐熟，T1处理的发酵腐熟效果欠佳，T2处理的发酵腐熟效果最佳。

表3 堆肥前后碳氮比的变化

堆肥后，除CK外，其他处理的纤维素和木质素含量均显著(<0.05)降低(图3)。T1～T3处理下，T2处理的纤维素含量降幅最大(27.55%)，但木质素含量降幅最小(19.54%)；T1处理的纤维素含量降幅最小(16.56%)，但木质素含量降幅最大(30.80%)。

图3 各处理堆肥前后的木质素、纤维素含量

2.3 堆肥产物的发芽指数和对菌丝生长的影响

从发芽指数来看：CK最高，显著(<0.05)高于其他处理；T1、T2处理次之，且二者之间无显著差异；T3处理最低(表4)。

表4 不同处理的种子发芽指数和大球盖菇的菌丝生长情况

从大球盖菇菌丝的生长情况来看：CK与T1的菌丝生长速度最快，均显著(<0.05)快于T2和T3处理；T2处理的菌丝生长速度次之，但它的菌丝生长势最佳，菌丝洁白、健壮、浓密(图4)；T3处理的菌丝生长速度最慢，且生长势最弱。

图4 不同处理栽培大球盖菇的菌丝生长情况

3 讨论

本研究表明，添加麦麸后，竹屑经好氧堆肥，其容重、持水孔隙度、电导率显著增加，通气孔隙度、气水比，以及纤维素、木质素含量显著下降。添加麦麸对竹屑的好氧堆肥有促进作用，且在一定的添加量范围内，随着麦麸添加量的增加，腐熟效果更好，但若麦麸添加过多，亦会延长发酵腐熟时间，影响效率。谢兆森等以木屑为材料，研究了添加不同氮量对木屑发酵腐熟的影响，张蓓研究碳氮比对玉米秸秆发酵的影响，都得出了与本文相似的结论。

堆肥温度是评价基质腐熟与无害化的重要指标。竹屑自身氮素缺乏，并且含有较多的木质素、蜡质等难以被微生物利用的碳源，CK中的微生物由于缺乏必要的营养，无法进行有效的高温发酵。向竹屑中添加一定的麦麸，如T1和T2处理，可在补充氮素的同时降低C/N，能有效促进微生物的活动，50 ℃以上的高温发酵可持续3 d以上。但若麦麸添加过多(T3处理)，体系的孔隙度增大，会延迟高温发酵的出现时间，同时会产生过量的氨气与硫化氢，从而抑制微生物代谢，但随着竹屑堆肥过程中孔隙度的降低和抑制性气体的散失，堆体会在一段时间后进入高温发酵。

C/N是判断堆料腐熟程度的直观指标。随着发酵的进行，有机物质被微生物利用，形成腐殖质等稳定有机物，使堆肥体系稳定化，C/N降低。Mathur等认为，当C/N小于20时，基质发酵达到腐熟。但由于竹屑自身含氮量较低，并且存在较难被利用的碳源，即使发酵过后C/N也很难降到20，故本文采用T值作为评价指标。T值为堆肥完成后堆体C/N与堆肥前初始C/N的比值，T值小于0.6表示腐熟完全。堆肥后，CK的C/N没有明显变化，而T2处理的C/N下降到57.796，T值为0.565，发酵腐熟效果在各处理中最好，推测可以用作平菇()、秀珍菇()和灰树花()等食用菌的栽培基质。

容重和孔隙度是反映竹屑是否能够被基质化利用的重要物理指标。竹屑经好氧堆肥后，各处理的容重都大于0.1 g·cm，符合轻型基质育苗与食用菌栽培基质的要求，但其持水孔隙度偏低。这可能是因为竹子中硅和蜡质含量较高、细胞壁较厚，影响了竹屑的持水能力，T2处理经充分发酵后，持水孔隙度显著增加。EC值反映了竹屑中可溶性盐的含量，竹屑经堆肥后，有机物质不断矿化，形成可溶性盐，电导率增高，但过多的盐分会抑制大球盖菇菌丝的生长。氮添加较少的CK和T1处理，EC值较低，菌丝生长速度快，但生长势弱于T2处理。堆肥后，T2处理的EC值为2.306 mS·cm，符合良好栽培基质的要求，虽然菌丝生长速度稍慢，但菌丝粗壮、浓密，长势最佳。

本研究所采用的竹屑，纤维素含量为33.52%，低于一般的竹材(纤维素含量在40%～60%)。这可能是由于，竹材在进行初步加工时一部分纤维素已被分解。研究表明，适当增加氮素，可以提高纤维素和木质素降解酶的活性，从而促进竹屑中纤维素和木质素的降解。T2处理下，纤维素含量降幅最大，但木质素含量降幅最小；T1处理下，纤维素含量降幅最小，但木质素含量降幅最大。这可能是因为，木质素较难降解，只有当可被利用的营养物质被消耗殆尽时才会被降解。

GI是评价堆料生物毒性的重要指标。一般认为，当GI达到80%时，堆体便已没有植物毒性。T1和T2处理的GI值均已超过80%，分别达到了86.60%和81.73%，但T3处理的GI值仅为65.51%，植物毒性还较高，还尚未完全腐熟。这与采用发酵高温时间和T值判断腐熟程度得到的结果相吻合。

向竹屑中添加麦麸，补充了堆肥中可被微生物利用的碳、氮源，经过堆制，竹屑中较难利用的木质素、蜡质等成分被分解，大球盖菇的菌丝生长势提高。经好氧堆肥后，T2和T3处理的C/N相近，但T2处理下大球盖菇的菌丝生长速度和生长势均优于T3处理。这可能是因为T3处理的EC值较高，硫化氢等抑制残留物过多。T2处理下，大球盖菇的菌丝洁白浓密，生长速度达到0.394 mm·d，说明其适宜大球盖菇菌丝的生长，但关于其对大球盖菇产量和品质等的影响还需进一步研究。

综上，建议在用竹屑进行好氧堆肥时补充8%(质量分数)的麦麸，调节竹屑C/N至100左右，以有效促进竹屑的发酵腐熟。堆制后的堆料可用作大球盖菇等适应较高C/N食用菌的栽培基质，有助于解决竹材资源浪费的问题。