以灵芝菌渣为原料堆制生物有机肥研究初报*

李海渤，魏 旭，杨春亚，冯慧敏**，徐守俊，吴 昊

（1．韶关学院英东生物与农业学院韶关市油菜新品种选育工程技术研究中心，广东 韶关 512005；2．广东省农业科学院农产品公共监测中心，广州 广东 510640）

我国是食用菌生产大国，据中国食用菌协会统计，2018年全国食用菌总产量3 842．04万吨（鲜品），以生物学效率为40%计算，则每年可产生5 763．06万吨菌渣[1]。大量的菌渣闲置或焚烧，造成资源浪费、环境污染[2]。菌渣富含糖类、蛋白质、有机质、酶、有机酸等成分[3]，是一种很好的发酵生物有机肥的原料。利用菌渣生产生物有机肥可提高资源利用率、降低环境污染、改善生态环境，还可增加企业经济效益。

生物有机肥是一种兼具微生物肥料和有机肥效用的肥料，有利于改善土壤理化性质、改善根际微生物环境、提高土壤有机质和氮磷钾养分，并可以增加作物产量，提高番茄、马铃薯、大白菜、雪菜、辣椒、油菜、棉花、大豆等农产品品质[4-14]，广泛用于培肥和改良各类农田土壤。与化肥相比，生物有机肥能够提高连作土壤中细菌、放线菌、丛枝菌根真菌和革兰氏阴性细菌（G-）的相对含量、降低土壤真菌的相对含量，提高土壤微生物活性、多样性，此外生物有机肥还具有降低土壤中重金属含量的功能[15-17]。

我国学者对菌渣堆制有机肥的研究较多，如用杏鲍菇混合灵芝菌渣[18]、金针菇菌渣[19]、平菇菌渣[20-21]、灰树花菌渣[22]等堆制的有机肥，其养分指标、重金属、有效活菌数、大肠杆菌、蛔虫死亡率等均能满足相关标准要求。但以灵芝菌渣为原料的相关报道较少，通过以灵芝菌渣为原料制作生物有机肥，并对其养分含量等各项指标进行分析，结果证实灵芝菌渣堆肥能达到NY 884-2012生物有机肥、NY 525-2012有机肥料的标准要求[23-24]。

1 材料与方法

1.1 材料

供试菌剂（富含地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、酵母菌等），由郑州豫启福农业科技有限公司提供；供试菌渣（栽培灵芝的菌包，露天堆放过一段时间），由韶关学院食用菌生产基地提供；供试肥料为干牛粪（粉末状）、尿素（纯度46.4%）。供试材料理化性质见表1。

表1 供试材料理化性质Fig.1 Physical and chemical properties of tested materials

1.2 试验方法

1.2.1 菌剂激活

按照1瓶菌剂、1 kg红糖（老红糖或赤砂糖），水15 L（放置48 h的自来水）进行配置，具体方法为：用5 L水将1 kg红糖煮开，再加入冷水10 L，水温为37℃左右时，加入1瓶菌剂，搅拌，密封7 d后制成发酵液，容器胀气可松盖子放气再进行密封。

1.2.2 堆肥发酵

菌包以脱袋机进行脱袋、粉碎备用。称取激活后的发酵液1 L加入30 kg水稀释，与200 kg菇渣混匀。设4个处理，CK（菌渣50 kg）、处理1（菌渣45 kg、牛粪5 kg）、处理2（菌渣40 kg、牛粪10 kg）、处理3（菌渣35 kg、牛粪15 kg）。各处理均添加一定量的尿素补充氮源，使得各处理碳氮比为25∶1，添加0.2%NaCl及0.1%石灰（中和发酵过程产生的有机酸）。调节含水量为50%～60%，制堆发酵，堆垛长、宽、高为2.0 m×1.5 m×1.0 m。当堆肥的温度达到50℃时进行翻堆，以后每隔2 d～3 d翻堆1次，并根据监测的含水量情况适量补水，使得堆肥含水量保持在60%左右。每天观测室内温度和堆内温度，待堆内温度日趋稳定、降至室温后，堆肥结束，整个过程历时21 d。

1.3 分析测试

采集来的肥料样品留存一部分鲜样，测定电导率、含水量和pH；其余样品风干后，过1 mm尼龙筛，用于其他项目的检测。采用NY 884-2012生物有机肥和NY 525-2012有机肥料中提供的方法对肥料指标进行测定[23-24]。pH的测定，比标准中的方法多了过滤的步骤，因肥料的碎屑漂浮在液体上，影响测定。电导率采用刘超[25]的方法测定，即：新鲜样品与去离子水以1∶10混合（W/V），水平摇床振荡2 h，过滤后以电导率仪测定电导率（EC） 值。

1.4 数据处理与评价

采用SPSS和Excel进行数据处理和统计分析。堆肥产品采用NY 884-2012生物有机肥和NY 525-2012有机肥料中的方法进行评价。

2 结果与分析

2.1 产品外观

各堆肥产品呈褐色或暗褐色，CK颜色最浅、处理4颜色最深。肥料颗粒松散、无恶臭。

2.2 产品养分含量

各处理检测指标（以干物质计）见表2。

如表2所示，4个处理堆肥产品的各项指标均可达到NY 884-2012和NY 525-2012的要求。其中，处理3的pH、有机质、粪大肠菌群数最高，CK最低，这是由于处理3牛粪含量最高，其pH和有机质、粪大肠菌群数均高于菌渣导致。蛔虫死亡率CK最高，处理3最低，加牛粪的3个处理蛔虫死亡率均低于CK。从粪大肠菌群和蛔虫死亡率看，CK比其他3个添加牛粪的处理更具优势。4个处理重金属均能达标，说明原料重金属不超标，产品可达标。

表2 不同处理生物有机肥肥料指标Tab.2 Fertilizer index of bio organic fertilizer in different treatments

2.3 堆肥期间指标变化情况

2.3.1 温度的动态变化

不同处理堆肥期间的温度动态变化见图1。

如图1所示，堆肥期间，CK、处理1、处理2和处理3堆体温度变化趋势一致，经历了3个时期：升温期、高温期和后熟降温期。随着堆肥时间的增长，不同处理的堆肥温度均呈现先增加后下降的趋势。从初始温度22℃～24℃，第2天即达到50℃以上（58℃～60℃），进行翻堆后，第3天达到最高温度61℃～64℃，在第4天～第5天维持在58℃～60℃，随后逐渐下降，第10天后4个处理的温度均下降到50℃左右，然后逐渐下降至室温（约25℃）。其中第4天温度略有降低，一方面是由于翻堆后微生物活动受到影响，另一方面是环境温度降低所致。各处理间相比，处理3升温最快，在第2天温度迅速达到60℃，而后其温度均低于其他3个处理。分析可能是添加牛粪后，微生物更为活跃、反应迅速所致。

堆肥前期的升温阶段和高温阶段可杀死植物致病病原菌、虫卵、杂草籽等有害物质。堆肥温度过低则会增加发酵腐熟时间，温度过高则对其他有益微生物有害[26]。一般堆温在50℃以上保持10 d，或60℃以上保持5 d，是保证堆肥卫生指标合格和堆肥腐熟的重要条件[27]。据报道，堆垛至少5 d～6 d维持温度在50℃～65℃时，堆肥可达到无害化[28]。另据报道，添加EM菌剂（复合菌群试剂） 后，鸡粪堆肥腐熟程度显著加快，常温下堆制20 d即可[29]。由于本研究发酵期间是冬季，堆温在60℃以上的天数不足5 d，但能维持10 d的堆温都在50℃以上，4个处理均已满足堆肥腐熟、无害化的基本要求。

2.3.2 含水量的变化

各处理堆肥期间含水量的动态变化见图2。

图2 不同处理堆肥含水量动态变化Fig.2 Dynamic change of compost moisture content in different treatments

由图2所示，堆肥期间，CK、处理1、处理2和处理3含水量初始值为51.29%、53.8%、51.5%、54.7%，而后含水量逐渐增加，其末次取样值分别是58.0%、59.0%、60.0%、61.0%。

因各处理原料配比、发酵程度、堆肥温度等存在差异，各堆肥的水分消耗和挥发情况有所不同，导致各处理间含水量存在一定差异，但总体基本在60%左右。因为每次取样均测定水分含量，并根据其亏缺情况定期补水，随着堆肥时间增加，微生物活动逐渐减弱、堆温逐渐降低，堆肥含水量有所上升。

合适的含水量是堆肥成功的关键要素之一，其直接影响好氧堆肥反应的快慢，关系到堆肥产品的质量。堆肥中水分可溶解各种物质，为微生物活动提供营养，加快微生物的新陈代谢[30]，同时随着堆温上升，水分蒸发可带走部分热量，调节堆肥的温度。

2.3.3 pH的动态变化

各处理堆肥期间pH的动态变化见图3。

图3 不同处理堆肥pH动态变化Fig.3 Dynamic changes of compost pH in different treatments

如图3所示，堆肥期间，CK、处理1、处理2和处理3的pH初始值分别为 6.09、6.63、6.97、7.50，终值分别为6.50、6.60、7.10、7.20，总体呈先增加后趋于平稳的趋势，且处理3＞处理2＞处理1＞CK。各处理的pH均能满足NY 884-2012标准要求，即pH为5.5～8.5。

堆肥pH有所增加，是因为发酵2 d后，为防止发酵过程产生有机酸导致pH下降过快，添加了1%石灰调节pH，之后各处理的pH均有所上升；pH降低可能是因为微生物在代谢过程中会生成有机酸，促使pH下降，而随着堆肥时间增加，堆温逐渐升高，导致有机酸挥发，加上氮元素的转化使pH又开始回升，最后稳定在较高的水平。不同处理间pH高低差异的主要是因为菌渣的pH相对较低、而牛粪pH则相对较高。

2.3.4 电导率的动态变化

各处理堆肥期间电导率的动态变化见图4。

图4 不同处理堆肥电导率动态变化Fig.4 Dynamic changes of compost conductivity in different treatments

电导率（EC）是表示物质导电的性能。堆体的电导率，可表征堆肥浸提液中的总离子浓度即可溶性盐含量的变化，溶液的含盐量与EC值呈正相关关系。

CK、处理1、处理2、处理3等4个处理的EC初始值分别为 1.88 mS·cm-1、2.02 mS·cm-1、2.18 mS·cm-1、2.17 mS·cm-1之间，其末次取样值为 1.82 mS·cm-1、1.96 mS·cm-1、1.85 mS·cm-1、2.10 mS·cm-1，与初始值相比分别下降了3.2%、3.0%、15.1%、7.0%。堆肥期间，各处理EC值均有一定波动，并略有下降趋势。尤其是处理3，前期存在增加趋势，但各处理总体变化不大，并在堆肥后期逐渐下降、并趋于稳定。

堆肥过程中EC值表现出先增加后降低的趋势。这是因为随着堆肥的进行，堆肥中的离子与有机酸不断积累、EC值逐渐增加，而有机物的分解作用逐渐减弱，EC值缓慢下降[19]。电导率的变化表明微生物在堆肥过程中同化利用了堆体中的离子[25]，堆肥过程中EC值呈现出波动性，但整体变化不大，这一点同前人研究结果类似[19]。

2.3.5 有机质的动态变化

各处理堆肥期间有机质（以干物质计） 含量的动态变化见表3。

表3 不同处理堆肥期间有机质动态变化Tab.3 Dynamic changes of organic matter during composting in different treatments

如表3所示，堆肥期间，CK、处理1、处理2、处理3的有机质含量初始值为86.31%、84.05%、82.02%、81.83%，随着堆肥时间的增加，各处理的有机质含量均呈下降趋势，并均在堆肥结束时分别达到最小值65.09%、65.23%、62.66%、61.79%；与初始值相比，末次取样值分别下降了24.6%、22.8%、23.6%、24.5%。各处理有机质含量为 CK＞处理1＞处理2＞处理3，处理1与CK差异不显著，处理2、处理3则显著低于CK，处理3显著低于处理1。各处理有机质含量存在差异，原料配比可能是原因之一，导致CK有机质含量最高。

在堆肥结束后，各处理有机质含量有所降低。微生物发酵过程中会利用一部分碳源和氮源，导致有机碳含量下降，进而影响有机质的含量。微生物的作用一是将复杂的有机质转化为CO2、H2O等；二是有机质经微生物分解后再合成腐殖质。氮主要以NH3的形式挥发，转化为硝酸盐和亚硝酸盐，或为微生物生长代谢所吸收。总碳、总氮含量均呈下降趋势，且总碳含量下降速度大于总氮含量，因此，一般碳氮比呈缓慢下降趋势[25,31]。

2.3.6 氮磷钾的动态变化

各处理堆肥期间氮磷钾含量的动态变化见表4～表6。

表4 不同处理堆肥期间氮含量动态变化Tab.4 Dynamic changes of nitrogen content in different composting treatments

由表3所示，堆肥期间，CK、处理1、处理2、处理3全氮含量初始值为2.00%、1.95%、1.91%、1.90%；随着堆肥时间的增加，各处理全氮有所下降，在堆肥结束时分别达到最小值：1.86%、1.85%、1.83%、1.80%，与初始值比，分别下降7.0%、5.1%、4.2%、5.3%。各处理全氮含量为CK＞处理1＞处理2＞处理3。初期CK、处理1氮含量显著高于处理2、处理3，中期各处理间差异不显著，后期除处理1、处理2间差异不显著外，其他处理间均差异显著。

各处理全氮含量呈降低趋势，说明微生物发酵过程中利用了一部分氮源，以NH3形式挥发一部分氮素。CK全氮含量始终最高，分析可能原因是与牛粪相比，菌渣中的氮素较难于被微生物吸收利用、微生物活跃程度相对较低所致。

由表5所示，堆肥期间，CK、处理1、处理2、处理 3的全磷含量初始值为 2.63、2.60、2.67、2.65%，末次取样值为2.70、2.67、2.68、2.73%，与初始值比分别增加了2.6%、2.7%、0.4%、3.0%。各处理的含磷量略有一定的波动，堆肥结束后略有增加，但增幅并不显著。各处理间全磷含量无一致的高低差异。据报道，在高温堆肥过程中磷素不会挥发损失，而堆体的总干物质下降，故全磷含量会有所增加[27]，本研究的结果与之类似。

表5 不同处理堆肥期间P2O5含量动态变化Tab.5 Dynamic changes of P2O5content in different composting treatments

由表6所示，堆肥期间，CK、处理1、处理2、处理 3的全钾含量初始值为 1.88 mg·kg-1、1.87 mg·kg-1、1.81 mg·kg-1、1.85 mg·kg-1，末次取样值为1.90 mg·kg-1、1.92 mg·kg-1、1.93 mg·kg-1、1.95 mg·kg-1，与初始值相比，分别增加了1.0%、2.6%、6.6%、5.4%，各处理间全钾含量差异显著，为处理3＞处理2＞处理1＞CK。堆肥过程中，各处理全钾含量均未呈现明显的增减趋势，波动较小，不如其他指标明显，这是因为钾素不会挥发[32]。各处理间全钾含量的差异主要是牛粪含钾较高所致。

表6 不同处理堆肥期间K2O含量动态变化Tab.6 Dynamic changes of K2O content in different composting treatments

2.3.7 碳氮比的动态变化

各处理堆肥期间碳氮比的动态变化见图5。

图5 不同处理堆肥碳氮比的动态变化Fig.5 Dynamic changes of C/N ratio in different composting treatments

如图5所示，堆肥期间，CK、处理1、处理2、处理 3的碳氮比初始值为 25.0∶1、24.9∶1、25.0∶1、25.0∶1。随着时间增加，各处理均呈降低趋势，堆肥结束时达到最小值 20.3 ∶1、20.4 ∶1、19.7 ∶1、19.7 ∶1。

微生物吸收利用1份氮源要消耗利用25份碳源，即碳氮比在25∶1。碳氮比高，微生物分解作用慢，温度上升慢，堆肥周期长，会导致堆肥肥料养分含量不达标。碳氮比低则反之。也就是说碳氮比的大小影响到微生物的生长代谢程度，进而影响到发酵程度。

一般堆肥原料的碳氮比控制在25∶1～30∶1，适于微生物生长、有助于发酵腐熟。未腐熟的有机肥施入田中会因为微生物继续发酵争夺土壤氮素、甚至升温导致烧苗，因此碳氮比决定了有机肥能否腐熟的问题。所以一般学者将堆肥的碳氮比设为15∶1～35:1 之间进行研究[19，25，33]。

本研究中堆肥原料的碳氮比设置为25∶1，堆肥期间，碳氮比呈下降趋势，其主要原因是在堆肥过程中，微生物消耗堆体中的碳水化合物，使其物种数量迅速增加、促使有机物加速分解，使得碳素一部分以气态挥发，而另一部分可溶性碳则被微生物吸收利用，储存在腐殖物质内[33]，由于有机质是有机碳的1.724倍也可反映出碳含量下降的趋势。氮元素被微生物利用后则主要转化为氨气、硝酸盐等，总氮也呈下降趋势。综上可知碳源、氮源均有所下降，且碳源比氮源下降的快，所以碳氮比变化总体上呈现缓慢下降趋势。

碳氮比是判断堆体是否完全腐熟的重要指标[34]。一般认为碳氮比达到15∶1～20∶1时，可断定堆肥已腐熟完全[25]。本研究各处理的碳氮比均在最终达到了20:1左右，达到了要求。

3 结论

3.1 肥料指标达标

经21 d发酵，4个处理均可达到NY 884-2012的要求，其中：pH（6.52～7.14） 在5.5～8.5，含水量（8%～11%） ＜30%，有机质（60%～66%） ＞40%，重金属 Cd、Hg、Pb、Cr、As的含量分别低于 3 mg·kg-1、2 mg·kg-1、50 mg·kg-1、150 mg·kg-1、15 mg·kg-1，有效活菌数 （3.8×108个/g～7.7×108个/g） ＞0.2×108个/g，蛔虫死亡率（95.8%～100%） ＞95%，粪大肠菌群（11个/g～98个/g） 低于100个/g。此外，氮、磷、钾总养分含量（6.44%～6.48%） ＞5%，能满足 NY 525-2012的要求。

3.2 理化指标动态变化

堆肥期间，堆肥温度呈先升高后降低的趋势，堆肥的pH、含水量、全钾略有增加趋势，EC值、有机质、全氮、碳氮比则有所下降，全磷的变化规律不一致。堆肥碳氮比在20∶1左右，满足肥料腐熟的要求。