不同氮源对竹屑发酵及大球盖菇菌丝生长的影响研究

吴一凡，钟楚梦，柳丽娜，陈 胜，鲁勇波，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.安吉县林业技术推广中心，浙江 安吉 313300； 3.余姚市紫云阁生态农庄，浙江 余姚 315400)

竹子具有重要的生态经济价值，是森林生态系统的重要组成部分，广泛分布在亚太、美洲和非洲地区，全球面积超过3 000万hm2。近年来全球森林面积逐渐减少，但竹林面积却不降反升[1]，竹材被公认为是1种巨大的可再生绿色资源。其富含纤维素且生长迅速，可作为替代木材、稻草等栽培食用菌的新型碳源。传统的蘑菇堆肥主要为农作物秸秆与各种氮源混合堆制[2]，竹材含较多微生物难分解的硅和蜡质，在自然条件下难以被降解，需要经粉碎后堆制发酵才容易被微生物利用。已有研究表明，竹屑发酵后可被用于栽培竹荪(Dictyophoraindusiata)、平菇(Pleurotusostreatus)、秀珍菇(P.geesteranus)等食用菌[3-4]，发酵栽培食用菌是最有效、最经济利用木质纤维材料的生物手段之一。大球盖菇(Strophariarugosoannulata)富含蛋白质、多糖，有较高的营养价值，并具有较强的生物学效率与抗逆性，是联合国向发展中国家推荐栽培的10个食用菌之一[5]，其适宜栽培地区与全球竹资源的分布高度匹配，因此利用竹屑栽培大球盖菇具有良好的应用前景。

氮素是真菌合成蛋白质、核酸和几丁质(壳多糖)的主要成分，竹屑含氮量偏低，需补充合适的氮源才能适宜食用菌栽培，吴一凡等[6]研究表明竹屑添加8%的麦麸调节竹屑初始C/N为100后发酵栽培大球盖菇生物学效率和品质最高，过高的有机氮添加会抑制竹屑发酵与大球盖菇生长。孙萌[7]通过对大球盖菇胞外酶活性的测定，研究得出黄豆粉为最佳氮源；武旭等[8]研究表明母种培养基添加15%～20%麦麸利于大球盖菇菌丝密度、均匀度、长势、平均生长速度的提高。施用不同的氮源对栽培料的堆制发酵具有显著影响[9-10]，并能直接影响食用菌的生长发育，选择合适的氮源能够直接提高堆体的腐熟程度以及食用菌的生物学效率和品质[11]，但关于不同氮源对竹屑发酵以及大球盖菇栽培的研究较少，缺乏对其最佳氮源的筛选与验证。该研究以尿素、麦麸、玉米粉和菜籽饼这4种常见的有机氮源作为添加，旨在探讨不同氮源添加下竹屑好氧堆肥后的理化性质及其接种大球盖菇的菌丝生长情况，并分析其之间的相关性，为竹屑的基质化利用和大球盖菇的推广种植提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验方法

2021年3月15日在杭州市富阳区中国林科院亚热带林业研究所虎山林区内进行不同氮源添加的竹屑堆肥试验。竹屑来自于杭州市富阳区永昌镇，为毛竹(Phyllostachysedulis)粗加工下脚料。试验设5个处理(表1)，以不添加氮源的纯竹屑作为对照(CK)，以尿素、 麦麸、 玉米粉和菜籽饼4种常见食用菌有机氮源作T1、T2、T3和T4处理，每个处理3个重复。将不同基质配比的竹屑翻拌均匀，添加水分使其含水量均在65%，置于内径67.5 cm×48.0 cm×41.0 cm的泡沫箱内进行好氧堆肥。在第10 d和第20 d分别进行翻堆补水至含水量65%，使其再次发酵。第40 d各个处理温度趋于环境温度，且翻堆补水后温度不再上升时结束发酵。在发酵结束后进行取样，一部分样品风干后粉碎，用于理化性质的测定；另一部分鲜样用于测定大球盖菇菌丝生长速度与生长势。

表1 不同氮源添加处理Tab.1 Different nitrogen sources addition treatment

1.2 测定方法与数据分析

试验数据采用Excel 365进行统计，采用SPSS 22进行数据差异性分析，采用Origin 2019进行绘图。数据采用平均值±标准差进行表示，显著性水平为P<0.05。

1.2.1理化指标的测定 试验期间，于每天16:00用温度计测定堆体表层下方25 cm深处的竹屑发酵温度。将V(样品)∶V(蒸馏水)=1∶5的体积混合，再经振荡后静止30 min，用EC计测定电导率，用pH计测定pH值。竹屑容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度均采用环刀法测定[12]。全氮采用定氮仪(YLSZJ-SB-007)测定，总有机碳采用重铬酸钾容量法测定。可溶性糖采用蒽酮比色法测定，全磷和全钾采用等离子发射光谱法测定，水解性氮采用碱扩散法测定。

1.2.2菌丝生长速度和长势的测定 取各处理的等量250 g发酵竹屑置于内径12 cm高10 cm带透气孔的玻璃瓶中，每个接种2 g大球盖菇原种后置于24 ℃恒温培养30 d，每天观察记录菌丝生长速度及长势，每个处理设5次重复。

2 结果与分析

2.1 竹屑发酵过程中的温度变化

有机物料在放线菌等微生物的活动下会产生高温，堆体的温度可以评价堆肥的效果，高温能杀死堆体中的病原微生物促进物料分解。由图1可知，对照组CK和添加尿素的处理无法达到有效发酵高温(>50 ℃)。玉米粉处理在第3 d达到最高温(55.4 ℃)，但高温期持续时间较短(3 d)，在第5 d温度出现明显下降，且第一次翻堆后无法再次达到有效腐熟高温(>50 ℃)。麦麸处理在第4 d达到了最高温度(54.8 ℃)，高温期共持续了8 d。菜籽饼在第3 d达到了最高温度(58.5 ℃)，总高温期持续最长(14 d)。第一次翻堆后仅麦麸和菜籽饼处理能够再次达到50 ℃以上，第二次翻堆后麦麸和菜籽饼处理的温度最高分别达到39.3 ℃和48.3 ℃，未能达到50 ℃以上的发酵高温，40 d时各处理的温度趋于稳定，物料基本分解完毕，发酵进程基本结束。综上，纯竹屑自身缺乏氮源无法达到有效腐熟高温，添加麦麸和菜籽饼的处理能达到有效腐熟高温并持续8 d以上。

图1 各处理基质发酵过程中的温度变化Fig.1 Temperature change during fermentation of each treatment

2.2 不同氮源对竹屑发酵后物理性质的影响

分析不同处理竹屑堆制后的物理性质，由表2可知，各处理之间的容重、通气孔隙度无显著差异(P>0.05)，均在0.152～0.167 g·cm-3和49.70%～56.60%之间。对照组CK的持水孔隙度显著(P<0.05)低于添加麦麸和菜籽饼的处理，但与添加尿素、玉米粉的处理之间无显著差异。添加菜籽饼的处理持水孔隙度最高达到了27.97%，显著高于其他处理。CK的总孔隙度显著低于添加麦麸、玉米粉和菜籽饼的处理，但与添加尿素的处理无显著差异。添加麦麸、玉米粉和菜籽饼3个处理之间的总孔隙度无显著差异，均在76.13%～78.20%之间。添加菜籽饼处理的气水比最低，显著低于对照组CK，为1.8。综上，添加氮源显著提高了竹屑发酵后的持水孔隙度，降低气水比，增加竹屑的持水性，对容重和通气孔隙度无显著影响，不同氮源的影响效果不同。

表2 竹屑添加不同氮源发酵后的物理性质Tab.2 Physical properties of bamboo sawdust with different nitrogen sources

2.3 不同氮源处理对竹屑发酵后pH和EC的影响

pH反映了物料的酸碱性，是影响微生物活动的重要因素之一，过高或过低都会抑制微生物活动和有机物的分解。由表3可知， 各处理pH均在6.21～6.62之间呈弱酸性。添加玉米粉处理的pH显著高于CK，菜籽饼和麦麸处理的pH显著低于CK，尿素处理的pH与CK无显著差异。EC表示了堆体中可溶性盐的含量，包括无机盐及有机酸盐等。过高的EC会对作物产生毒害。由表3可知，各处理EC均在212.00～394.00 us·cm-1之间，尿素处理的EC与CK无显著差异，均显著低于其他3个处理。麦麸处理的EC最高，菜籽饼次之，分别达到了394.00和301.00 us·cm-1。综上，添加氮源能显著降低堆体的pH，提高EC，不同氮源改变的程度存在差异。

表3 竹屑添加不同氮源发酵后的pH和ECTab.3 pH and EC after bamboo sawdust fermentation with different nitrogen sources

2.4 不同氮源处理对竹屑发酵后养分的影响

由表4可知，添加尿素处理的全氮和水解性氮显著高于CK，碳氮比和全钾显著低于CK，其他养分含量与CK无显著差异。添加麦麸、玉米粉和菜籽饼发酵后，能显著提高培养料的全氮、全磷、全钾和可溶性糖含量，降低碳氮比。其中添加菜籽饼处理的有机碳含量和碳氮比最低，分别为43.25%和44.02，显著低于其他处理；全氮、水解性氮和可溶性糖含量最高，分别为0.99%、733.00 mg·kg-1和0.82%，显著高于其他处理。添加麦麸处理的全磷含量达到了12.35%，显著高于其他处理，添加麦麸和菜籽饼的处理在全钾含量上无显著差异，均为0.25%，显著高于其他处理。

表4 竹屑添加不同氮源发酵后的养分含量Tab.4 Nutrient content after bamboo sawdust fermentation with different nitrogen sources

综上，添加氮源能够显著提高竹屑的全氮、全磷、全钾、水解性氮和可溶性糖含量，降低有机碳含量和碳氮比，添加不同有机氮源所提高的养分含量不同。

2.5 不同氮源处理对竹屑发酵后大球盖菇菌丝生长的影响

利用各处理的培养料接种大球盖菇，由表5可知，无氮源添加的纯竹屑CK处理的菌丝纤细柔弱，生长速度最慢，仅为1.84 mm·d-1。添加氮源处理的各处理菌丝生长速度和长势均显著高于CK。添加尿素、麦麸和玉米粉3个处理的菌丝生长速度无显著差异，均在2.67～2.73 mm·d-1之间。添加菜籽饼处理的菌丝生长速度最快，达到了3.24 mm·d-1，显著高于其他氮源添加处理，且长势最佳，菌丝洁白粗壮且浓密。可见，竹屑添加氮源发酵后能显著提高大球盖菇菌丝的生长速度和菌丝长势，可缩短大球盖菇栽培种的培养时间，一般500 g规格栽培种只需要培养35 d即可用于生产。

表5 不同处理大球盖菇菌丝的生长情况Tab.5 Mycelial growth of S. rugosoannulata under different treatments

2.6 菌丝生长指标与堆体理化性质的相关性分析

对菌丝生长指标与堆体的物理性质、养分要素分别进行相关性分析。由图2可知，在物理性质要素中，菌丝生长速度与持水孔隙度、总孔隙度和气水比呈极显著相关，菌丝长势与持水孔隙度和气水比呈极显著相关，与pH呈显著相关。在养分要素中，菌丝生长速度和长势均与全氮、水解性氮、可溶性糖、C/N呈极显著相关，与其他指标弱相关。

图2 菌丝生长指标与堆体理化性质的相关性热图Fig.2 Heat map of correlation between mycelial growth index and properties of bamboo sawdust说明：**代表相关性极显著(P<0.01)，*代表相关性显著(P<0.05)。Note: **indicated extremely significant difference (P<0.01), *indicated significant difference (P<0.05).

3 讨论与结果

氮是影响微生物活动的关键，竹屑添加氮源调节碳氮比能促进堆体的发酵腐熟，改善物料的理化性质，适宜大球盖菇生长[13]。温度是判断发酵腐熟程度的直观指标，试验中麦麸和菜籽饼的处理均达到了有效腐熟标准(50 ℃≥7 d)，但麦麸处理到达高温后温度下降较快，菜籽饼温度下降速度相对较慢，可能是因为麦麸处理的添加量较大，孔隙度大，热量易散失。尿素和玉米粉处理无法达到有效发酵高温，可能是因为添加的质量分数较少，呈粉末状溶于水后易流失，同时尿素作为非蛋白氮源会抑制微生物的活动[14]。

孔隙度是判断发酵效果和决定菌丝生长的重要物理指标，竹屑的蜡质导致其持水性较差，发酵能够增大竹屑的持水孔隙度，提升培养料的持水性[13]。菜籽饼添加处理的持水孔隙度最高(27.97%)，气水比(1.80)显著低于CK，说明发酵腐熟效果较好，这与用温度判断的结果相一致，但与稻草、农作物秸秆、菇渣等基质的持水性相比仍然较低[15]。相关性分析表明，总孔隙度与菌丝生长速度呈极显著正相关，持水孔隙度与菌丝生长速度和长势均呈极显著正相关。这说明食用菌菌丝体的生长需要培养料良好的透气与持水能力，持水性是制约竹屑用作食用菌基质的关键因素，如何提高竹屑的持水性，使其适用于食用菌栽培，有待进一步研究。

竹屑发酵能够降低堆体的pH，增大EC[16]。大球盖菇菌丝长势与pH呈显著负相关，可能是因为大球盖菇适宜在弱酸性环境中生长，这与闫培生等利用PDA培养基试验得出大球盖菇最适宜pH为6～7的结果基本一致[17]。EC与菌丝生长速度和生长势呈弱相关，说明大球盖菇在试验范围(212.00～394.00 us·cm-1)内均可正常生长，未产生明显毒害或抑制现象。

发酵将大分子有机物分解，形成腐殖质，改善物料的养分条件。大球盖菇生长指标与堆体的有机碳、全磷、全钾含量弱相关，这说明在各处理的全磷(1.48%～12.35%)和全钾(0.15%～0.25%)范围内对大球盖菇生长不构成限制或促进作用。菌丝生长状况最好的菜籽饼处理后的竹屑可溶性糖含量最高，显著高于其他处理；同时可溶性糖与大球盖菇菌丝长势和生长速度极显著正相关，这可能是因为可溶性糖作为易被利用的碳，给予大球盖菇菌丝生长的启动营养，从而促进大球盖菇菌丝生长。C/N是食用菌培养料关键，同时也是判断发酵腐熟程度的有效值指标[10]，不同食用菌对C/N的适应性不同[18-19]。添加菜籽饼处理的有效高温时间最长，微生物活动最强烈，终止发酵时其C/N最低(44.02)，菌丝长势和生长速度最佳。相关性分析表明，大球盖菇菌丝生长速度和长势与C/N呈极显著负相关，与全氮和水解性氮呈极显著正相关。这与缪晓丹等[20]利用谷壳、稻草和废菌糠复配得出相似的结论，C/N为48.37的配方拥有最高的生物学效率和蛋白质含量。

该实验测定了竹屑添加不同氮源发酵后的理化性质，并接种大球盖菇进行了菌丝生长实验，吴一凡等[6]研究表明大球盖菇的菌丝生长速度和生长势与产量品质呈显著正相关。未来可进行栽培试验，进一步研究大球盖菇的营养生理，验证不同氮源与大球盖菇产量、品质的关联性。

综上，竹屑作为大球盖菇基质的最佳发酵添加氮源是菜籽饼，添加4%菜籽饼的竹屑发酵过程中有最长的有效高温(>50 ℃，14 d)，并建议堆制28 d以上。添加菜籽饼发酵后的竹屑持水性、全氮、水解性氮和可溶性糖含量显著高于其他处理，C/N为44.02，接种大球盖菇后菌丝洁白粗壮长势最佳，生长速度最快(3.24 mm·d-1)。