接种生物菌剂对菌糠堆肥过程中腐植酸变化的影响

王思同 辛寒晓 范学明 刘丽英 孙中涛*

(1 山东农业大学生命科学学院 泰安 271018 2 山东佐田氏生物科技有限公司 济南 250000)

接种生物菌剂对菌糠堆肥过程中腐植酸变化的影响

王思同1辛寒晓2范学明2刘丽英1孙中涛1*

(1 山东农业大学生命科学学院 泰安 271018 2 山东佐田氏生物科技有限公司 济南 250000)

以食用菌菌糠为原料，进行堆肥试验，堆肥持续时间为36天。测定堆肥过程中的温度、pH以及腐植酸含量的变化规律。试验结果表明：接种生物菌剂可以加快堆体的升温速度并延长高温期；堆体中黄腐酸含量、pH值呈先上升后下降的趋势；游离腐植酸含量呈先上升再下降后上升的趋势，而总腐植酸含量呈先下降后上升的趋势，水溶性腐植酸的含量一直上升直到堆肥结束。堆肥结束后，处理组的各种形态的腐植酸含量显著高于对照组。表明接种生物菌剂有利于加快堆肥进程，提高堆肥品质。

菌糠 堆肥 腐植酸 生物菌剂

利用秸秆木屑等原料进行食用菌代料栽培，收获后剩余的培养基废料称为菌糠。菌糠中含有丰富的菌体蛋白以及代谢产物，还有许多未被利用的营养物质，并含有大量的、多种类的微生物菌群。我国食用菌产业发展迅速，随着食用菌产业的发展，每年产生大量的菌糠[1]。传统处理菌糠的方法是燃烧或者丢弃，不仅造成了大量的资源浪费，同时造成了环境污染[2]。

有机废物堆肥化历史悠久[3]，堆肥可杀灭有机废物中的草种以及病菌、减小存放体积[4]，通过堆肥可以将有机废物转变为易于处理的物料，同时创造出有价值的堆肥产品[5]。菌糠可用于堆肥，比其他农作物废弃物的营养更为丰富。堆肥是腐殖化的过程[6]，有大量的微生物参与。堆肥中的腐植酸能够改良土壤的理化性状，提高土壤的肥力，促进植物的生长[7]，因此提高堆肥中腐植酸的含量具有重要意义。胡清秀等对双孢菇菌糠堆肥的研究结果表明，添加菌剂可以加速菌糠的升温及降温过程，同时加快有机质的降解，加快腐熟[8]。龚建英等研究微生物菌剂和鸡粪对蔬菜废弃物堆肥化处理的影响，结果表明添加生物菌剂能提升堆肥温度且缩短堆肥周期[9]。Ravindran B.的研究表明，添加菌剂可以减少堆肥所需的时间[10]。许修宏的研究表明，接种菌剂可明显增加鸡粪堆肥中腐植酸的含量[11]。程红胜等的研究表明，添加菌剂可以提高猪粪发酵中腐植酸的含量，且显著高于对照[12]。但是目前对菌糠堆肥腐植酸含量变化的研究较少。

本试验以菌糠为原料，进行堆肥试验，研究添加生物菌剂对菌糠堆肥腐植酸含量变化的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

食用菌菌糠：由山东佐田氏生物科技有限公司提供，pH为7.21，有机碳的含量为40.13%，全氮的含量为1.35%，碳氮比29.73。

菌剂：本试验所用菌剂为枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌，菌剂浓度均为1×1010cfu/g，由沧州旺发生物技术研究所有限公司生产。

1.2 试验方法

试验做接菌剂和不接菌剂(对照)2个处理，每个处理设置3次重复。接菌剂处理的菌剂添加量为2 g/kg(菌剂添加量参照胡清秀等[8]的研究)，其中枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、乳酸菌和酵母菌各0.5 g/kg。菌糠堆制成长1.5 m、宽1 m、高0.8 m的条垛，调节水分为60%，堆制完成后表面覆盖塑料膜。自然温度下堆放，每隔6天翻一次堆。

1.3 堆肥的采样以及指标的测定

于堆肥过程中第0、3、6、9、12、15、18、21、24、27、30、33、36天进行取样，取样采用五点法，分别于堆体的四角及中间进行取样。将样品混匀，风干、粉碎后过60目筛，保存备用。

堆肥开始后每天下午进行温度的测定，pH的测定(样品与水1︰10混匀[13，14]，振荡1 h后过滤，取滤液测定)。总腐植酸、水溶性腐植酸、游离腐植酸含量的测定分别采用焦磷酸钠浸提-重铬酸钾容量法，水浸提-重铬酸钾容量法，1%氢氧化钠浸提-重铬酸钾容量法[15]，黄腐酸含量的测定采用容量滴定法[16]。

1.4 数据统计与分析

用SPSS 17.0软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 堆肥温度的变化

在堆肥过程中，堆体经历了升温期、高温期和降温期3个阶段。接菌剂处理在第3天进入高温期，50 ℃以上持续时间为11天，最高温度为61 ℃。对照在第4天进入高温期，50 ℃以上持续时间为8天，最高温度为57 ℃。结果表明，接种生物菌剂不仅加快了堆肥升温的进程，而且提高了堆肥温度，延长了高温期(图1)。

图1 堆肥温度的变化Fig.1 Changes of temperature during composting

2.2 堆肥pH的变化

堆肥pH的变化如图2所示，由图可知，堆肥起始pH为7.21，堆肥过程中，pH先上升后下降。堆肥初期，微生物快速繁殖，分解菌糠中的有机物产生大量氨气，使pH快速上升；堆肥后期，氨气产生量减少，并且微生物活动产生大量的有机酸，使pH下降。接菌剂处理因接种生物菌剂，微生物活动较对照剧烈，pH的增幅大于对照，堆肥后期产生有机酸的能力也强于对照。堆肥结束时，接菌剂处理与对照的pH差异不显著(P＞0.05)，分别为8.12和8.15，达到了有机物料腐熟标准[17]。

图2 堆肥pH值的变化Fig.2 Changes of pH during composting

2.3 堆肥过程中腐植酸含量的变化

2.3.1 总腐植酸含量变化

堆肥过程中总腐植酸含量的变化如图3所示，由图可知，在堆肥过程中，接菌剂处理与对照的总腐植酸含量均呈先下降后上升的趋势。堆肥前菌糠的总腐植酸含量为25.77%，堆肥开始后总腐植酸含量迅速下降，接菌剂处理的总腐植酸含量在第12天时达到最低值，而对照在第15天达到最低值(分别为18.39%和18.25%)。此后，总腐植酸含量开始上升，直至堆肥结束。可能是因为堆肥前期，腐植酸不稳定、易被分解；堆肥后期部分分解的腐植酸又重新聚合成了腐植酸。接菌剂处理总腐植酸含量的下降速度快于对照，在堆肥结束时接菌剂处理的总腐植酸含量为23.31%，比对照高出2.42%，差异达到了显著水平(P＜0.05)。由此表明，接种生物菌剂使堆体微生物的数量增加，从而增强了有机质的分解能力与腐植酸的合成能力。

图3 总腐植酸含量的变化Fig.3 Content changes of total humic acid during composting

2.3.2 水溶性腐植酸含量变化

水溶性腐植酸占总腐植酸的比例很少，但它是腐植酸中最易于发挥生物活性的部分。堆肥过程中水溶性腐植酸含量变化见图4，如图所示，堆肥过程中水溶性腐植酸的含量一直呈上升趋势。统计分析表明，在堆肥结束时，接菌剂处理的水溶性腐植酸含量为5.54%，显著高于对照的4.98%(P＜0.05)。这可能是因为添加菌剂后，微生物的数量增加，分解大中分子腐植酸形成小分子的水溶性腐植酸的能力增强。

图4 水溶性腐植酸含量的变化Fig.4 Content changes of water soluble humic acid during composting

2.3.3 游离腐植酸含量变化

游离腐植酸是指以游离态存在，能够用1%氢氧化钠抽提的腐植酸[18]。堆肥过程中游离腐植酸含量变化见图5，由图可知，游离腐植酸的含量呈现先上升再下降最后上升的趋势。堆肥初期，游离腐植酸的含量呈上升状态，第3天后快速下降，第15天下降到最低。然后开始上升，30天后处于稳定状态。这是因为堆肥初期，总腐植酸中的不稳定成分被转化为游离腐植酸。随着堆肥的进行，游离腐植酸又被微生物分解转化为其他物质。堆肥后期，游离腐植酸含量上升，可能是能够促进游离腐植酸合成的微生物数量增加所致，导致部分分解的游离腐植酸又重新聚合成游离腐植酸。统计分析表明，堆肥结束时，接菌剂处理的游离腐植酸含量显著高于对照(P＜0.05)，分别为13.45%和12.26%，表明接种生物菌剂有利于游离腐植酸的形成。

图5 游离腐植酸含量的变化Fig.5 Content changes of free humic acid during composting

2.3.4 黄腐酸含量变化

黄腐酸是一种分子量较小，生物活性大且渗透性强、易于植物吸收的腐植酸。堆肥过程中黄腐酸含量变化如图6所示，由图可知，堆肥前3天黄腐酸含量呈上升趋势，随后其含量开始下降。统计分析表明，堆肥结束时，接菌剂处理的黄腐酸含量为1.85%显著高于对照的1.57% (P＜0.05)。这主要是因为黄腐酸的分子量较小，易被微生物分解利用。堆肥初期，微生物分解有机物产生黄腐酸。随着堆肥的进行，黄腐酸又被分解，成为微生物代谢及合成其他有机物的原料，导致其含量下降。

图6 黄腐酸含量的变化Fig.6 Content changes of fulvic acid during composting

3 讨论

堆肥过程中，温度是一个重要的影响因素，微生物代谢产热引起堆体温度的上升。温度变化的剧烈程度体现了堆肥过程中微生物生命活动的强弱，因此温度的高低对堆肥进程起到重要作用。本试验2个堆肥处理均经过了升温期、高温期、降温期3个阶段。通过接种生物菌剂，加快了堆体进入高温期的进程并延长了高温期。对照组第4天进入高温期，高温期为8天；而处理组在第3天进入高温期，高温期为11天。说明接种生物菌剂增强了堆肥过程中微生物的活性，加快了堆肥进程。

pH值可作为堆肥腐熟度评价的指标之一，堆肥腐熟后一般呈弱碱性，pH值在8～9之间[17]。本试验2个堆肥处理的pH均为先上升后下降。接菌剂处理pH的上升及下降过程均快于对照，这是因为接菌剂后微生物的活动更剧烈。堆肥结束时，接菌剂处理与对照的pH均达到了腐熟标准。

腐植酸含量是堆肥腐熟度评价的重要指标，腐植酸含量是决定堆肥品质高低的重要因素，因此提高堆肥中腐植酸的含量具有重要意义。接种生物菌剂能够促进堆肥过程中腐植酸的活化。任静等研究了添加3种不同微生物菌剂对牛粪堆肥腐植酸变化的影响，结果表明，堆肥结束后腐植酸含量均降低，菌剂3处理的总腐植酸含量降幅最低，为4.00%[19]。本试验堆肥结束时2个处理的总腐植酸含量均低于堆肥初期，接菌剂处理组的总腐植酸含量显著高于对照组，降幅只有2.46%，有效地减少了堆肥过程中腐植酸的损失。接菌剂处理组的游离腐植酸、水溶性腐植酸、黄腐酸含量均显著高于对照组。由此表明，添加菌剂能够提高堆肥中不同形式存在的腐植酸的含量，以此提高堆肥品质。

4 结论

(1) 接种生物菌剂，加快了堆体进入高温期的进程，提高了堆体温度，并延长了堆体处于高温期的时间。

(2) 堆体的pH值呈先上升后下降的趋势。

(3) 总腐植酸含量呈先下降后上升的趋势，游离腐植酸含量呈先上升再下降后上升的趋势，水溶性腐植酸的含量一直处于上升趋势，黄腐酸含量呈先上升后下降的趋势。

(4) 堆肥结束后，接菌剂处理以各种形式存在的腐植酸的含量显著高于对照，表明接种生物菌剂有利于减少堆肥过程中腐植酸的损失，增加了堆肥产品的价值。

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Effect of Biological Bacterium Agents on the Variation of Humic Acids in the Compost of Mushroom Residue

Wang Sitong1, Xin Hanxiao2, Fan Xueming2, Liu Liying1, Sun Zhongtao1*
(1 College of Life Sciences, Shandong Agricultural University, Tai’an, 271018 2 Shandong Zuotianshi Biotechnology Co. Ltd., Jinan, 250000)

The 36 days composting experiment was conducted with the mushroom residue as raw material to determine the changes law of temperature, pH and the content of humic acid in the composting proces. The results showed that adding biological bacterium agents can not only accelerate heating rate of pile size, but also prolong the period of high temperature. The content of fulvic acid, the pH value fi rst increased and then decreased. The content changing of free humic acid fi rst increased, then decreased and fi nally increased. But, on the contrary, the content of total humic acid fi rst decreased and then increased. The content of water soluble humic acid constantly increased until composting ceased. After composting, the humic acid content of the treatment group was signifi cantly higher than that of the control group, indicating that adding biological bacterium agents can accelerate the composting process, and improve the quality of compost.

mushroom residue; compost; humic acid; biological bacterium agents

TQ444.6，S141.4

1671-9212(2017)02-0021-05

A

10.19451/j.cnki.issn1671-9212.2017.02.003

山东省科技重大专项(项目编号2015ZDXX0502B04)和山东省农业重大应用技术创新项目(2015年，利用食用菌菌糠生产生物腐植酸肥料的关键技术研究与应用示范)。

2016-11-17

王思同，男，1992年生，在读硕士，研究方向为微生物工程。*通讯作者：孙中涛，男，副教授，E-mail: zhtsun@sdau.edu.cn。