菌渣有机肥的制备及其对西瓜产量和品质的影响

朱 丹， 冯 锐， 陈学东， 张建华， 马 聪

(宁夏农林科学院农业经济与信息技术研究所，宁夏银川 750002)

中国是世界第一大食用菌生产国，产量占全球总量的70%，每年产生近1 400万t菌渣[1]。前期由于环境保护意识淡薄，往往是通过焚烧或者露天堆放来处理，这不仅是一种资源的浪费，也对生态环境安全带来了极大的隐患，随着生态环境政策进一步落实，粗放的处理方式已被取缔，现如今菌渣在肥料[2]、基质[3]、饲料[4-6]、垫料[7]等方面被利用，不仅解决了环境污染问题，而且有效促进了食用菌产业可持续发展。

菌渣中含有丰富的蛋白质、微量元素、维生素等营养物质，有机质含量可达35%～70%，氮磷钾养分也可达5%左右，是一种较好的有机肥原料[8]。通过高温发酵分解菌渣中一些大分子物质，能被制成高品质有机肥，菌渣有机肥不但可以提高土壤中有机质含量，同时可以使土壤中有益微生物大量繁殖，丰富土壤微生物群落结构，抑制土传性病菌，而且还能补充氮磷钾养分，减少化肥施用量，减轻农业面源污染。

菌渣有机肥已经在多种作物上被施用，能够提高花生[8]、棉花[9]、蔬菜[10]、鲜食大豆[11]等作物的产量一成左右，同时提高经济效益，但在西瓜上的应用研究相对不足。宁夏处于黄河上游，具有充足的阳光，而且昼夜温差大，为高品质西瓜生长提供了得天独厚的气候条件，通过对平菇菌渣高温好氧堆肥发酵制成有机肥并在西瓜上施用，研究菌渣有机肥对西瓜的产量和品质的影响对菌渣高效利用具有一定的促进意义。

1 材料与方法

1.1 菌渣有机肥的制备

1.1.1 菌渣材料 以平菇种植菌渣为材料，平菇栽培料配方为木屑、玉米芯、玉米秸秆等，菌渣发酵前有机质800 g/kg、全氮4.48 g/kg、全磷0.96 g/kg、全钾5.3 g/kg、速效氮190 mg/kg、速效磷126 mg/kg、钙19.6 g/kg、镁1.84 g/kg、铜7 mg/kg、铁 1 718 g/kg、锌18 mg/kg、全盐0.88 g/kg、pH值7.78。

1.1.2 菌渣发酵方法 发酵试验于2021年4—5月在宁夏某食用菌公司进行，场地为水泥地上搭建通风凉棚。将菌渣与水按体积等比例混匀，每 1 000 kg 菌渣加入有机肥发酵菌剂400 g、使用石灰和硫酸钙调整菌渣C/N在30 ∶1左右，pH值范围在6.5～8.0，将混拌均匀的菌渣堆成底宽1.5 m、顶宽0.8 m、高1.0 m左右的条垛，堆四周拍实。

1.2 西瓜栽培

1.2.1 试验地概况 试验地位于宁夏永宁县闽宁镇，属于温带干旱大陆性气候，海拔约1 100 m，常年干旱少雨，年均降水量200 mm左右，水分蒸发强烈，年均气温8.8 ℃，全年≥10 ℃积温可达3 000 ℃以上，年日照时数2 800 h以上，无霜期150～170 d，试验地有机质9.46 g/kg、全氮0.94 g/kg、全磷 0.68 g/kg、全钾19.4 g/kg、速效氮198 mg/kg、速效磷7.35 mg/kg、速效钾248 mg/kg、钙59.2 g/kg、镁6.4 g/kg、铜21 mg/kg、铁23.9 g/kg、锌60 mg/kg、全盐2.1 g/kg、pH值8.46。

1.2.2 试验设计 供试西瓜品种为“美都”，起垄覆膜种植，长10 m，宽4.6 m，垄间过道40 cm，种植行距4 m，株距30 cm，种植密度10 880株/hm2，每一垄为1个小区。试验共设置7个处理，每个处理设置2个重复，有机肥共有2种肥料类型和3个施肥量梯度，施肥种类及施肥量梯度见表1，鸡粪有机肥由宁夏顺宝现代农业股份有限公司提供(有机质≥45%，N+P2O5+K2O≥5%)，菌渣有机肥为平菇菌渣发酵而成，化肥为尿素(含N 46%) 590 kg/hm2，磷酸二铵(含P2O546%、N 18%) 600 kg/hm2，硫酸钾(含K2O 50%)700 kg/hm2，以只施用化肥为对照，所有肥料均作为基肥一次性施入，田间管理同当地种植户一致。

表1 有机肥种类及施肥量

1.3 测定指标及方法

菌渣堆肥发酵过程中，用电子温度计每2 d测定1次堆体温度，分别在堆体的上、中、下部多点进行测定，取测定温度的平均值来描述堆体的温度变化，同时测定环境温度；每2 d取1次堆肥过程样品测定微生物区系及化学指标，多点取样并混合均匀代表堆肥过程中的整体情况，用涂布平板法测定微生物区系，细菌培养使用牛肉膏蛋白胨培养基，真菌培养使用孟加拉红培养基，放线菌培养使用高氏一号培养基；将样品自然风干后由宁夏农产品质量标准与检测技术研究所测定有机质、全氮、全磷、全钾、速效、速效磷和速效钾含量。

待西瓜成熟后，采收的西瓜单独称质量，每个小区随机选取3个西瓜用手持式糖度仪测定中心和边缘的糖分。

1.4 数据处理

采用Excel 2010整理数据，用SPSS 26统计软件对试验数据进行差异性分析，用Origin 2019软件作图。

2 结果与分析

2.1 堆肥过程中温度变化

堆肥过程中堆体共经历了3次升降，且堆体温度明显高于环境温度，堆体温度受环境温度影响较小。在堆肥初期，温度开始逐步上升，堆肥第7天时，堆体温度达到高温(>50 ℃)，高温阶段共持续了17 d，堆肥第9天达到第1次温度高峰(57.54 ℃)，翻堆后温度有所下降，同时翻堆使氧气含量增加，微生物活动加快，温度迅速回升，堆肥第17天达到第2次温度高峰(63.51 ℃)，也是此次堆肥过程的最高温度，在最高温度持续时间较短，翻堆后温度迅速下降，随后温度有所回升，第23天达到第3次温度高峰(53.30 ℃)，25 d后温度降至 50 ℃ 以下，进入降温腐熟阶段(图1)。

2.2 堆肥过程微生物数量变化

在整个堆肥过程中，微生物参与着众多生物化学过程，在物质转化中起到不可或缺的作用，微生物种群和数量的变化与堆肥过程的进展和效果息息相关。在菌渣堆肥过程中，可培养微生物数量呈细菌>放线菌>真菌趋势。整体上，细菌数量随堆肥过程有增加的趋势，但其中具有较大的波动性，这是受到了翻堆过程的影响，在每次翻堆后，细菌数量都有一个大幅减少的变化，随后又有所增加；可培养真菌与放线菌变化趋势相同，在堆肥开始时，都具有较高的丰度，但随着堆肥进程的推进，真菌和放线菌数量开始急剧减少，真菌在堆肥17 d后再未检出，放线菌在堆肥19 d后再未检出，这与堆体温度直接相关，在第17天时达到了堆肥过程的最高温，与此同时，真菌和放线菌在高温下失活，常温下不可培养(图2)。

2.3 堆肥过程中养分含量变化

由图3可知，在堆肥结束后，物料养分除速效磷外，全氮、全磷、全钾、速效氮和速效钾含量都有所提高。氮元素是影响堆肥过程中微生物繁殖的重要限制因素，在堆肥过程前期，全氮含量随堆肥温度的升高整体升高，经过整个堆肥阶段的最高温后，全氮含量急剧下降，降为高温前的72.28%，随后又开始逐步上升，堆肥结束后全氮含量提高了59.38%；全磷含量在整个堆肥过程中呈现先升高后降低再升高的趋势，受堆肥过程影响较小；碱解氮和速效磷含量在堆肥过程中具有较大的波动性，在堆肥结束后，碱解氮含量提高了14.70%，速效磷含量降低了17.89%；堆肥过程中钾元素不容易损失，但是堆体会随着堆肥进程逐渐减小，使得全钾含量相对增加，速效钾含量在通过高温后不同程度降低，随后又开始回升，堆肥过程结束时全钾含量提高了34.62%，速效钾含量提高了18.18%。

2.4 堆肥过程中有机质含量变化

碳是生命体的重要组成部分，有机质中的有机碳为微生物的繁殖提供了能源，堆肥过程中，有机碳被微生物利用，转化为CO2和腐殖质，有机质含量会降低。在本试验的堆肥过程中，有机质含量总体上呈降低趋势(图4)，但其中存在着较大的波动性，可能是由于取样误差带来的。

2.5 堆肥过程中C/N变化

C/N在堆肥过程中是一项非常重要的指标，C/N的大小直接关系到堆体温度能否在短时间内升高、堆肥过程能否继续推进。同时，C/N的大小也是反映堆肥腐熟效果的一项重要判断指标，通常认为，当堆肥物料腐熟时，C/N应处于10～20之间，但此项指标过于宽泛，也有研究者认为，当堆肥终点的C/N与堆肥起点的C/N的比值小于0.6即达到腐熟。由图5可知，整个堆肥过程中C/N整体呈下降趋势，但在最高温后，C/N又有所回升，之后又逐渐下降，堆肥结束时的C/N与起点C/N的比值为0.51，达到了腐熟标准。

2.6 不同施肥处理对西瓜单个质量的影响

由图6可知，在施用有机肥30 t/hm2和 60 t/hm2时，单个西瓜的质量显著高于不施有机肥(P<0.05)，且有机肥用量为30 t/hm2时菌渣有机肥效果明显好于鸡粪有机肥；有机肥用量在 60 t/hm2及以上时，2种有机肥相比对单个西瓜质量影响差异不显著(P>0.05)，施用菌渣有机肥 90 t/hm2时，与不施有机肥单个西瓜质量差异不显著(P>0.05)。总体来看，并非有机肥施用量越多西瓜质量越大，随着鸡粪有机肥施用量的增大，单个西瓜质量呈现出先减小后增加的趋势，鸡粪有机肥用量在超过一定量后，对单个西瓜质量影响较小；而菌渣有机肥随着施用量增加，单个西瓜质量反而在逐渐减少，在本试验中菌渣有机肥的最佳施用量是 30 t/hm2。

2.7 不同施肥处理对西瓜产量的影响

由图7可知，施用有机肥在一定程度上能够增加西瓜产量，随着施用量的增加产量也随之增加，但在施用等量有机肥时，与不施有机肥相比西瓜产量差异不显著(P>0.05)；在有机肥施用量为 30 t/hm2时，施用2种有机肥与不施有机肥相比产量相差不大，在有机肥施用量为60 t/hm2和 90 t/hm2时， 鸡粪有机肥产量分别提高了6.97%和18.65%，菌渣有机肥可使西瓜产量分别增加18.27%和28.13%。

2.8 不同生物有机肥处理对西瓜糖分的影响

由图8可知，施用生物有机肥对西瓜糖分的影响较小，均无显著差异(P>0.05)。鸡粪有机肥施用30 t/hm2和60 t/hm2时对西瓜中心糖度无提高作用，反而低于不施有机肥，鸡粪有机肥施用 90 t/hm2时整个西瓜糖度都有小幅度的提升；菌渣有机肥不同施用量与空白对照相比，都能够提高西瓜中心和边缘的糖度。

3 讨论

高温好氧发酵温度高、周期短、脱水速度快，可以有效杀灭致病菌[12]，堆体的温度变化能够直接反映堆肥进程和物料的腐熟程度[13]，本研究中加入了腐熟剂，使得物料温度更快进入高温期，50 ℃以上的高温持续了17 d，符合《粪便无害化卫生标准》中堆肥温度最高温50～55 ℃持续5～7 d的要求。

微生物数量和群落结构是堆肥进程的一项重要指标，通过分析种群数量和结构对控制堆肥过程具有重要意义[14]，微生物群落结构会随着堆肥进程发生相应的变化，微生物群落结构变化主要发生在升温及高温阶段，高温会促进一些微生物繁殖，同时也会使一些微生物失活[15]。在本研究中细菌数量随着堆肥进程逐渐升高，是因为细菌具备耐高温且能利用多种营养物质快速生长等优势，是堆肥过程中最主要的降解者，而且细菌群落结构会随着堆肥进程发生演替[16]。

真菌也是堆肥过程中微生物群落的重要组成部分[16]，真菌在堆体温度高于50 ℃时会消失，当温度降低至45 ℃以下时，一些真菌群落会逐渐恢复[17]。在本研究中，真菌数量在堆肥初期还相对较高，但随着物料温度升高真菌数量急剧减少，由于堆肥结束时温度还处于相对较高的水平，所以导致在堆肥后期真菌数量还是未检出。

在众多对堆肥的研究中，鸡粪+杏鲍菇菌渣[18]、棉秸秆[19]、牛粪+园林废弃物[20]等堆肥中都随着温度的升高放线菌数量都有增加的趋势，王亚飞在研究中发现，猪粪堆肥中放线菌数量降低[21]。在本研究中，放线菌数量在堆肥前期还有一定的数量，但随着堆肥物料温度的升高及堆肥进程的推进，放线菌数量逐渐降低，这可能是由堆肥原料不同引起的。

在有机物料发酵过程中，有机物分解使总养分含量积累增加[22]，胡清秀等在双孢菇菌渣堆肥中发现，堆肥过程使全氮、全磷和全钾含量都有升高的趋势，同时速效磷和速效钾的含量也明显升高[23]。在本研究中，养分含量变化与胡清秀等的研究结果相近，发酵完成后，物料中有机质和总养分含量均高于有机肥质量行业标准NY 525—2012[24]。

有机物是堆肥过程中微生物生存和繁殖的基本条件[23]，在堆肥过程中超过一半的碳水化合物被微生物以CO2的形式分解并为自身提供营养物质[25]，是导致有机质含量整体呈下降趋势的主要原因。C/N是堆肥产品的质量指标和腐熟程度的指示因子之一，堆肥结束时最佳C/N值约为15[26]。本研究在堆肥结束时C/N为15.7，基本达到了腐熟指标，菌渣发酵后各项指标均符合对于有机肥的要求，是一款合格的有机肥。

有机肥在改善土壤理化性质，增加微生物活性，提高作物产量方面具有较好的效果[27-29]，但不同有机肥肥效因土壤类型、作物种类、栽培方式的不同具有一定的差异性[30]。在本研究中，施用有机肥能够显著增加单个西瓜质量，但对于总产影响差异不显著，可能是因为有机肥过量而影响了坐果率，导致西瓜产量不高。

可溶性糖类是反映西瓜品质的重要指标之一，生物有机肥可促进无机养分和碳水化合物向果实运转和分配，从而提高果实可溶性糖含量，其含量的高低对西瓜的营养价值、风味口感等方面有着重要的影响[31]。本研究中，菌渣有机肥能不同程度提高西瓜整体糖度，且效果优于鸡粪有机肥，但与不施有机肥相比差异均不显著。

4 结论

平菇菌渣经堆肥发酵后符合有机肥相关标准的要求，是一款合格的有机肥。在西瓜温室栽培中，推荐菌渣有机肥施用量为30 t/hm2，此时可显著提高西瓜单个质量，精细化管理后定可大幅提高产量，同时能够提高西瓜含糖量。