食用菌渣添加不同比例牛粪对堆肥养分性状的影响

赵万余，刘吉利，赵 峰

(1.固原市畜牧水产技术推广服务中心，宁夏 固原 756000；2.宁夏大学 生态环境学院，宁夏 银川 750001；3.重庆三峡学院，重庆 万州 404100)

中国是世界上食用菌产量最大的国家，2018年产食用菌渣5.76×10t。食用菌渣的主要组成是米糠、玉米芯、棉籽壳、锯木屑及多种农作物秸秆，含有较高的木质素、纤维素、半纤维素、蛋白质、胺类等碳素和氮素营养成分，这些大分子养分不经过处理，很难被作物直接吸收利用，如果随意丢弃，容易发霉变质，滋生多种有害生物，如霉菌、蚊蝇、螨虫等，造成环境污染。但其养分含量高、容重小、结构疏松、通气性好，可用于堆肥处理粪污，有研究表明，食用菌渣中残留的菌丝体富含氨基酸、碳氢化合物和微量元素，是生产有机肥良好辅料。

牛粪含有丰富的有机养分和氮、磷、钾等无机养分，是有巨大潜力的肥源，牛粪、菌渣经过好氧堆肥可制成有机肥。有研究表明，猪粪与食用菌渣按照9∶1、8∶2和7∶3混合堆肥，其中8∶2的混合比例堆肥效果最好，但食用菌渣与牛粪好氧堆肥生产有机肥的试验研究尚未见报道。鉴于此，本研究基于有机肥生产企业按照体积比配料的实际，以食用菌渣和牛粪为基础原料，配成不同比例进行好氧堆肥，通过温度、水分、pH及主要养分的动态分析，研究菌渣和牛粪不同配比对堆肥养分性状的影响，为有机肥生产企业用牛粪生产有机肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

食用菌渣和牛粪由宁夏四丰万亩绿源家庭农场提供，堆肥菌剂为河南省鹤壁市人元生物肥技术发展有限公司生产的Rw促腐剂，有效活菌数(CFU)≥100×10/(g·mL)，杂菌率≤5%。

1.2 试验设计

本研究采用好氧堆肥发酵的方法，堆肥原料的主要理化性质见表1。在有机肥厂进行生产试验，按照菌渣与牛粪的体积比设计4个处理，分别为：T1(菌渣：牛粪=3∶2)、T2(菌渣：牛粪=1∶1)、T3(菌渣：牛粪=2∶3)、T4(菌渣：牛粪=1∶2)，各处理物料理化性质见表2。采用槽式发酵，各处理组添加菌剂200 g/t，混匀后，填充至长20 m、宽2.5 m的发酵槽，填料深度1.2 cm，采用机械翻堆。

表1 堆肥原料的主要理化性质

表2 不同处理组的主要理化性质

1.3 检测指标及方法

取样：在堆肥的第0、3、7、14、21、45天取样，采样深度分别距堆体顶部0.25、0.50、0.75、1 m处，用取样铲取样，各层均采用5点采样方法取样后混合均匀。每个堆体分3段各取样2份，每份500 g，放入自封袋中。其中1份于4 ℃冰箱中保存，用于pH、含水量的测定；另外1份风干后粉碎过40目筛，用于有机质、总养分、全氮(N)、全磷(P)、全钾(K)的测定。

温度：在堆肥第0～45 d每天测定，用数字电子温度计(国产)插入距离堆体顶部0.25、0.50、0.75、1 m处测量温度，上午9:00和下午5:00各测1次，取两次测量的平均值作为当天堆体温度，同时记录周围环境温度，操作方法按照农业行业标准NY 3442-2019执行。

营养成分：有机质、总养分、全N、全P、全K的测定方法按照农业行业标准NY 525-2021执行，本研究中所有养分含量均为干基含量。

1.4 数据统计方法

数据采用Microsoft Excel 2016和SPSS 18.0软件进行数据统计整理和方差分析，不同处理之间多重比较采用LSD法，显著性水平设为<0.05。

2 结果与分析

2.1 堆肥过程中物料温度的变化

由图1可知，环境温度在16～30 ℃之间。各处理温度变化都经过了升温→高温→降温3个阶段，T1和T2组温度升的最快，在第5天和第7天温度达到50 ℃以上，T3和T4分别是第14天和20天温度达到50 ℃以上。到第31天，4个处理组的温度均开始下降，T1保持高温时间最长，T4最短，T1与T2、T2与T3差异不显著(>0.05)，T1与T3、T3与T4差异显著(<0.05)，T1和T4、T2与T4差异均极显著(<0.01)。

图1 堆肥过程中温度的变化

2.2 堆肥过程中物料pH的变化

由图2可知，4个处理组的pH均呈现先升后降的趋势，4个处理初始pH值分别为6.95、6.83、6.79、6.57，在堆肥的第14天，各处理组pH均达到峰值，分别是8.17、8.29、7.95、7.84，堆肥结束时，各处理组pH值分别是7.86、7.71、7.65、7.46。

图2 堆肥过程中pH的变化

2.3 堆肥过程中物料水分的变化

由图3可知，4个处理物料水分总体变化呈先升后降趋势，堆肥前3 d，由于有机物的氧化分解会产生水分，4个处理水分均呈上升趋势，4～45 d，由于微生物的活动产生大量的热，水分以水蒸气的形式释放，物料含水率不断下降，堆肥结束时，4个处理组的含水率分别为35.72%、38.91%、45.53%、48.28%。

图3 堆肥过程中含水率的变化

2.4 堆肥过程中物料有机质和C/N比的变化

由图4可知，有机质变化趋势，T1和T2先下降，21 d后趋于稳定；T3和T4均呈下降趋势，45 d后，4个处理有机质含量趋于一致。4个处理有机质期初和期末分别降低了18.74%、19.00%、22.47%、22.81%，以T4降低最多。

图4 堆肥过程中有机质含量的变化

由图5可知，T1和T2的C/N先升后降，最后略微上升并趋于稳定；T3和T4的C/N均呈下降趋势。总体来看，C/N由初始的23∶1下降到(16.89～19.27)∶1。有报道指出，在以猪粪为堆腐主原料时，当C/N降至20就可以判定堆肥基本腐熟，可见4个处理在理论层面均达到腐熟状态。

图5 堆肥过程中C/N的变化

2.5 堆肥过程中物料养分含量的变化

由图6可知，期末全P和全K浓度增加、全N浓度降低，总体来看，发酵初期，4个处理组总养分在4.22%～4.81%之间；发酵结束，总养分在5.25%～5.61%，完全达到了农用标准，总养分含量较堆肥初期显著增加，这与刘微等研究结果一致。

图6 堆肥过程中养分含量的变化

3 讨 论

3.1 蘑菇菌渣与牛粪不同体积比对堆肥物料温度的影响

温度是好氧堆肥的关键指标，也是反映发酵效果最直接、最敏感的指标。有研究表明，堆肥温度维持在55～60 ℃时，微生物最为活跃，降解能力最强。按照GB/T 7959-2012粪便无害化卫生要求，堆温≥50 ℃至少维持10 d，堆体温度持续高温50 ℃以上保持5～7 d可杀灭堆体所含致病菌。本研究中，T1和T2在第22天温度达到60 ℃和61 ℃，T3和T4在第21天温度达到58 ℃和52 ℃，4个处理温度维持在50～60 ℃以上的天数分别为29、27、20和13 d，均达到了无害化卫生要求，高温50 ℃以上维持时间均较长，这与张玉凤等研究结果一致。

3.2 蘑菇菌渣与牛粪不同配比对堆肥物料pH的影响

pH是影响堆肥微生物活性的一个重要指标，pH过高或过低均能降低微生物发酵速率，导致臭味产生。本研究表明，在堆肥的前14 d由于微生物活性较强，分解蛋白质等含氮有机物产生氨氮促使pH上升，14～45 d，随着堆肥时间的推移，氨气释放和有机酸积累，pH逐渐下降，其变化规律与荆红俊等、鲍艳宇等研究结果一致，4个处理的pH波动范围是6.65～7.86，一般pH值在5～9之间都可以进行好氧堆肥。

3.3 蘑菇菌渣与牛粪不同配比对堆肥物料水分的影响

微生物活动需要水环境作媒介，水分含量直接影响好氧堆肥微生物的活性，进一步影响堆肥发酵的速度和质量，甚至影响好氧堆肥发酵的成败，控制好水分是好氧堆肥关键技术之一。陈聪等研究表明，初始堆肥物料最合适含水量在45%～65%之间。本研究表明，4个处理初始水分分别是67.67%、71.35%、73.18%、75.02%，水分比例较越高，升温速度越慢，试验通过增加翻抛次数提高蒸发量，当水分降到65%以下时，4个处理温度均达到50 ℃以上，因为水分过高减少了物料内的孔隙，增大了气体的传质阻力，不利于好氧微生物活动，因此，保持合适的水分是堆肥的必要条件。

3.4 蘑菇菌渣与牛粪不同配比对堆肥物料有机质和C/N比的影响

有机质是发酵过程中微生物活动所依赖的碳源和营养来源，随着堆肥发酵的进行，有机质在微生物作用下转化为矿物质、腐殖质、CO和HO等，其中部分CO和HO挥发到空气中，其余有机质稳定存在于物料中，在整个堆肥发酵过程中，有机质不断下降，最终趋于稳定。本研究中，期末有机质含量T2>T1>T4>T3。其中T2最早在21 d有机质趋于稳定，说明体积比1∶1时，21 d内有机质快速分解，此后有机质分解变慢，这与常志州等研究结果基本一致。

好氧堆肥的最佳碳氮比为(25～35)：1。如果碳氮比大于35：1，碳素过多，氮素缺乏，微生物繁殖受限，有机物的分解速度减慢，发酵周期延长。如果碳氮小于20：1，碳素过少，氮素过剩，微生物生长受限，部分氮变成铵态氮挥发，导致氮元素大量损失，臭气增加。本研究中，T1和T2的堆肥前期C/N先升后降，是因为堆肥初期，温度迅速升高，水溶性有机碳波动上升被微生物快速分解，此后，随着易分解有机物减少，C/N随之下降；T3和T4水分含量较大，升温较慢，C/N呈下降趋势，这与卢洋洋等研究结果一致。期末，4个处理的C/N是T2>T1>T3>T4。

3.5 蘑菇菌渣与牛粪不同配比对堆肥物料养分含量的影响

全N、全P和全K的含量是检测堆肥质量的重要指标。本研究中，全P和全K浓度增加，全N浓度减少，总养分浓度增加，因为堆肥物料在发酵过程中，部分氮矿化为硝酸盐和亚硝酸盐，部分被微生物同化吸收，部分以NH的形式挥发，总氮呈现出下降趋势，而微生物的分解使有机碳的含量减少产生“浓缩效应”，干物质总量减少，不挥发磷和钾相对比例增加，因此，全P和全K含量增加，全N减少。期末，4个处理总养分为T4>T3>T2>T1。

4 结 论

食用菌渣和牛粪的4个体积比配料在堆肥过程中，T1和T2高温持续时间最长；pH的变化没有明显差异；有机质的降解T2最早趋于稳定，T1次之，总体有机质含量T2>T1>T4>T3；堆体的全P、全K、总养分含量均有明显的提高，但全N减少。总之，按照4个体积比堆肥的方法，除水分较高外，温度、总养分、pH、有机质、C/N均可达标。