不同添加物对杏鲍菇渣发酵及基质化利用的影响

许文钊 顾妍 程瑞 戚春雷 黄大跃 王林闯 仲秀娟 孙玉东

摘要：为研究杏鲍菇渣基质化应用的适宜发酵条件，通过添加木薯渣、牛粪、双孢菇渣和设置不添加，添加0.05%、0.10%发酵菌剂3个试验组合，测定不同发酵阶段发酵产物发酵温度、积温、孔隙度、容重、可溶性盐浓度（EC）值及pH值等，并通过育苗试验对不同处理发酵产物基质化利用结果进行评价。结果表明，不同处理之间的有效积温存在差异，其中添加0.10%发酵菌剂的杏鲍菇渣处理有效积温最高;添加双孢菇渣处理的EC值均显著高于其他处理，添加牛粪处理的EC值始终最低;不同处理的pH值变化趋势不规律。发酵结束各处理的总孔隙度在43.04%～54.10%之间，通气孔隙在9.45%～30.44%之间，持水孔隙在20.72%～39.39%之间，容重在0.18～0.33 g/cm3之间。杏鲍菇渣和木薯渣混合发酵产物配制的育苗基质综合表现最好。综上，本试验条件下杏鲍菇渣发酵腐熟的最佳方法为每500 L杏鲍菇渣与500 L木薯渣混合。

关键词：杏鲍菇渣;快速发酵;基质化利用;育苗基质;木薯渣

中图分类号：X712 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2022）05-0212-06

收稿日期：2021-07-01

基金项目：淮安市重点研发计划（农业和社会发展类）项目（编号：HAN201809）;淮安市农业科学研究院科研发展基金（编号：HNY201711、HNY201913）。

作者简介：许文钊（1984—），男，江苏淮安人，硕士，助理研究员，主要从事育苗和栽培基质研究。E-mail：1140053022@qq.com。

通信作者：孙玉东，研究员，主要从事蔬菜遗传育种和设施蔬菜栽培等研究工作。E-mail：751665242@qq.com。

菇渣是指食用菌人工栽培收获产品后剩下的培养基废弃物，主要由锯末、麦糠、棉籽壳、麦秸等发酵而成[1]，其含有丰富的菌体蛋白、多种代谢产物及未被充分利用的氮、磷、钾以及中微量元素等养分物质，是较好的栽培基质原料[2]。前人对菇渣利用的研究主要集中在基质配比，李海燕等研究认为，将草炭、菇渣按体积比1 ∶1比例混合可代替草炭栽培基质，适宜番茄幼苗生长[3];郭淑云等研究认为，将菇渣、炉渣、鸡粪按体积比9 ∶5 ∶3比例混合可以作为黄瓜的最优栽培基质配方[4];陆建兰等研究表明，草莓残植、菇渣、鸡粪按体积比2 ∶1 ∶1比例混合配制的培养基培育的生菜植株其长势及品质都优于对照[5]。

杏鲍菇是我国四大工厂化食用菌的核心品种之一，近年来，各地杏鲍菇生产规模逐年扩大，但工厂化生产的杏鲍菇只出一潮菇，菇渣数量呈不断增加趋势，不仅污染环境，而且造成了严重的资源浪费[6]。随着设施农业发展，我国的基质需求缺口巨大，提高菇渣基质化利用率，有利于缓解生态环境压力，也可为设施农业现代化发展提供持续动力。目前，菇渣基质化利用依然存在理化性状一致性差、可溶性盐浓度（EC）值高限制基质化利用等问题[7]。白永娟等研究表明，菇渣宜采用氮源为鸡粪+尿素或者牛粪+尿素的组合进行发酵[8]。单洪涛等通过发酵的方法降低菌渣EC值，以满足育苗基质的要求[9]。本研究以杏鲍菇渣为发酵主原料，研究不同添加物和菌剂含量对其发酵及基质化利用的影响，探索杏鲍菇渣转化为稳定性状基质适宜的发酵条件，为杏鲍菇渣的基质化利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

本试验于2019年1—5月在淮安市农业科学研究院科研创新基地（119.02°E、33.49°N）塑料大棚内进行，以杏鲍菇渣（含氮2.12%，含碳39.13%）为主要发酵原料，分别添加木薯渣（含氮1.93%，含碳17.46%）、牛粪（含氮1.54%，含碳20.01%）、雙孢菇渣（含氮2.00%，含碳23.86%）进行混合发酵，以纯杏鲍菇渣为对照;菌剂添加剂量设置3个水平，分别为0、0.05%、0.10%，具体试验组合见表1。采用静态高温堆腐的方式进行发酵处理，每隔15 d左右翻堆1次，堆置70 d;采用5点取样法，每个重复取样200 g，分别在发酵前期、发酵中期、发酵结束后3个时期取样待测。通过发酵腐熟后利用发酵产物配制成专用型育苗基质用于西瓜育苗。杏鲍菇渣，购自江苏淮香食用菌有限公司;木薯渣和牛粪，均购自淮安市中诺农业科技发展有限公司;双孢菇渣，购自江苏紫山生物股份有限公司;发酵菌剂，购自河南省沃宝生物科技有限公司。供试西瓜品种为苏梦6号，由江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所蔬菜研究中心提供。

1.2 试验方法

1.2.1 杏鲍菇渣快速发酵

发酵过程中堆体中心放置温度记录仪RC-5（江苏省精创电气股份有限公司）进行温度测定和记录，取每日平均值;环境温度采用温度记录仪RC-5进行测定，取每日平均值。分别在发酵前期、发酵中期、发酵结束后进行发酵产物pH值、EC值和氮含量的测定。氮含量测定采用硫酸-过氧化氢消煮-凯氏定氮法;发酵产物体积质量（容重）、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度、pH值、EC值的测定参照郭世荣的方法[10]进行。

1.2.2 基质配方筛选

将发酵产物分别与椰糠、草炭按体积1 ∶1 ∶1的比例进行混合，按0.5 kg/m3的比例添加水溶性复合肥（N ∶P ∶K=20-10-20）[中农（上海）化肥有限公司]，0.4 kg/m3的比例添加缓释型氮肥脲甲醛（泰州市瑞麒生物科技有限公司），充分混匀后配制成育苗专用型基质。不同发酵产物共配制成12种基质，采用72孔穴盘进行西瓜育苗，每种基质分别播种3盘，以优佳商品育苗基质（淮安市中园园艺发展有限公司）为对照，育苗过程保持条件均匀一致，并采用商业化管理。播种 35 d 后进行西瓜幼苗生长情况观测统计，使用直尺测量株高，游标卡尺测定植株茎粗，千分之一天平测定植株干、鲜质量，手持叶绿素SPAD仪测定植株成熟叶片叶绿素含量。壮苗指数=（茎粗/株高+地上干质量/地下干质量）×全株干质量，根冠比=地下鲜质量/地上鲜质量。

1.3 数据分析

采用Excel 2010和SPSS 20.0等软件进行数据分析和绘图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对杏鲍菇渣发酵温度的影响

温度是发酵过程中重要的指标，发酵温度的高低决定着发酵的速度和质量。本试验对发酵过程中温度变化进行全程动态监测（图1），结果表明，发酵前期（0～6 d）发酵产物堆体中心温度持续上升，达到峰值后开始下降。发酵后15 d进行翻堆混匀后，T1、T2、T3、T4、T5处理堆体中心温度再次出现明显上升，达2次峰值后下降。发酵后30 d进行翻堆混匀后，T10、T11、T12处理堆体中心温度略有上升，其他处理堆体中心温度上升不明显。发酵后45 d进行翻堆混匀后，除T3处理堆体中心温度急剧上升外，其他处理堆体中心温度略有升高。发酵后60 d进行最后一次翻堆混匀后，仅有T3处理堆体中心温度再次出现明显上升，其他各处理组温度相对稳定。发酵70 d后，各处理堆体中心温度均开始下降，表明发酵过程已完成。

由表2可知，整个发酵过程中各处理堆体中心温度呈波动上升趋势，但堆体中心最高温度存在明显差异，最高温度从高到低依次为T2>T12>T3>T8>T7>T1>T10>T11>T4>T9>T5>T6。其中，T2最高温度达到66.0℃，T6最高温度为46.0 ℃;各处理的日平均积温存在明显差异，其中T2和T3最高，达到36.4 ℃，T8最低仅为23.5 ℃。日均温大于55 ℃天数中T3最高，有13 d;T4、T5、T6、T9最低，均为 0 d。在最初的发酵过程中，不同处理发酵堆体有效积温相差不明显，在堆体温度达到峰值后，开始出现明显差异，杏鲍菇渣（T1、T2、T3）有效积温的平均值达到了2 351.9 ℃，高于其他几个水平的处理，其中T3处理有效积温最高（表2）。

2.2 不同处理对杏鲍菇渣发酵过程中EC值和pH值的影响

基质电导率和酸碱度是影响植株生长的重要因子，本试验分别测定了发酵前期、发酵中期和发酵结束后发酵底物的EC值和pH值。由图2-A至图2-C可知，在整个发酵过程中，各处理的EC值存在一定差异，但以双孢菇渣为发酵底物的处理（T10、T11、T12）EC值均显著高于其他处理，以牛粪为发酵底物的处理（T7、T8、T9）EC值均在各处理中处于最低值。不同菌剂含量发酵堆中EC值也存在差异，不添加菌剂的不同发酵底物在整个发酵过程中EC值变化相对稳定（图2-A）;添加0.05%菌剂的不同发酵底物在整个发酵过程EC值呈先上升后下降趋势;添加0.10%菌剂的处理中，T6处理EC值在整个发酵过程中呈上升趋势。

由图2-D至图2-F可知，在整个发酵过程中，各处理间pH值存在明显差异，且不同菌剂含量发酵物中变化趋势不规律。不添加菌剂的不同发酵底物在整个发酵过程中pH值以杏鲍菇渣、双孢菇渣为底物（T1、T10）的发酵产物pH值在发酵过程中相对稳定，以木薯渣为底物（T4）的发酵产物在发酵过程中pH值呈上升状态，以牛粪为底物（T7）的发酵产物在发酵过程中pH值呈先下降后上升趋势。添加0.05%菌剂的不同发酵底物在整个发酵过程中除以牛粪为底物的发酵产物pH值呈持续上升外，其他各处理发酵产物pH值均呈先降后升的趋势。添加0.10%菌剂的不同发酵底物在整个发酵过程中以牛粪为底物的发酵产物pH值呈持续上升，以双孢菇渣为处理的发酵产物pH值呈先上升后下降的趋势，以杏鲍菇渣和木薯渣为处理的发酵产物pH值均呈先略有下降后上升的趨势。

2.3 菇渣发酵过程中氮含量的变化

为进一步研究添加不同处理为底物的发酵过程中氮含量的变化情况，本试验分别对发酵前期、发酵中期、发酵结束后的发酵产物进行氮含量测定。结果（图3）表明，T2、T4处理的氮含量持续下降，T5、T8处理的氮含量呈先降低后升高趋势，T7处理的氮含量呈持续升高趋势，其他各处理的氮含量呈先升高后降低趋势。其中，在整个发酵过程中，以杏鲍菇渣为底物的发酵产物氮含量始终较高，以双孢菇渣为底物的次之，以牛粪为处理的最低。

2.4 不同处理发酵产物的孔隙度和容重

容重和孔隙度是基质重要的理化性质，适宜植物生长的基质容重应在0.1～0.8 g/cm3之间，总孔隙度应在54%～96%之间[10]。由表3可知，发酵结束后各处理的总孔隙度在43.04%～54.10%之间，通气孔隙在9.45%～30.44%之间，持水孔隙在20.72%～39.39%之间，容重在0.18～0.33 g/cm3之间。总孔隙度T2最高，为54.10%，T12次之，T11最低，为43.04%。通气孔隙T12最高，为30.44%，T5最低，为9.45%。持水孔隙T5最高，为39.39%，T11最低，为20.72%。容重T8最高，为0.33 g/cm3，T2最低，为0.18 g/cm3。各处理容重在适宜植物生长的范围，总孔隙度接近适宜植物生长的范围。

2.5 不同处理对杏鲍菇渣发酵基质化利用的影响

本试验以西瓜育苗为研究对象，对发酵产物基质化利用进行评价。分别测定了西瓜播种后的出苗率、株高、茎粗、叶绿素含量、植株地上和地下部分干鲜质量等，并进行了根冠比和壮苗指数计算。由表4可知，T1株高明显小于对照，其中T7最高，达140.8 mm，T6次之。T1茎粗明显小于对照，其中T6茎粗最高， 为5.76 mm。以杏鲍菇渣+木薯渣处理（T4、T5、T6）和杏鲍菇渣+牛粪处理（T7、T8、T9）的发酵产物配制成的育苗基质株高和茎粗明显优于其他基质，并显著优于对照。T6、T8处理的西瓜幼苗植株干质量显著高于对照，其他处理与对照差异不显著。所有处理地上鲜质量均高于对照，其中T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10处理显著高于CK，其中T6最高为4.962 g，杏鲍菇渣+木薯渣处理（T4、T5、T6）和杏鲍菇渣+牛粪处理（T7、T8、T9）显著高于其他处理。所有处理地下鲜质量均显著高于对照，其中T5处理最高，为0.856 g。12种不同处理的叶绿素含量都处于34.7～47.0之间，T12处理的西瓜幼苗叶绿素含量显著高于对照基质，其他处理的西瓜幼苗叶绿素含量均显著低于对照。T4、T8处理壮苗指数显著高于对照，其他处理与对照差异不显著，其中以T4为发酵底物的处理壮苗指数最高。T1、T2、T4、T5、T12处理根冠比显著高于对照处理，其他处理间差异不显著。T1处理发芽率最低，为83.33%，T7处理最高，为100%，其中T4、T6、T7处理发芽率显著高于T1处理。

3 讨论与结论

农业废弃物需要通过微生物的发酵作用，对有机物进行有效的生物降解，将其转化为富含营养物质的腐殖质发酵才能进行基质化利用[11]。有研究表明，农业废弃物发酵温度最佳为40～65 ℃之间[12]。本试验各处理温度在发酵第3天均达到高温（40 ℃以上），并持续一段时间，处于最佳发酵温度范围内。有研究表明，添加菌剂可以缩短腐熟时间、提高发酵温度和延长高温时间[13-15]。本试验在杏鲍菇渣发酵处理和杏鲍菇渣+双孢菇渣处理中，与前人研究结果相符，其中添加0.05%发酵菌剂的杏鲍菇渣处理发酵温度最高。而杏鲍菇渣+木薯渣和杏鲍菇渣+牛粪2个试验组合中，添加发酵菌剂后日平均积温均下降，这可能与添加的发酵菌剂抑制木薯渣和牛粪自身的微生物菌群生长有关。研究表明，添加有机氮源有利于延长发酵堆体高温时间，促进菇渣快速发酵[16]。本试验结果表明，杏鲍菇渣添加有机氮源后，发酵堆体高温时间均有下降，这与发酵初始的碳氮比偏低有关。

瓜菜育苗基质容重应为0.15～0.40 g/cm3，基质pH值在5.8～7.0之间、EC值在0.6～2.0 mS/cm之间，有利于植株生长，EC值高于3.5 mS/cm，植株生长会被抑制[17-19]。本试验结果表明，不同发酵产物配制的育苗基质对西瓜幼苗质量的影响较大，其中杏鲍菇渣和木薯渣混合发酵产物配制的育苗基质对西瓜幼苗生长最有利。本研究表明，杏鲍菇渣与木薯渣进行等体积混合发酵，其发酵产物容重为 0.29～0.31 g/cm3，通气孔隙为9.45%～19.71%，持水孔隙为28.57%～39.39%，EC值为3.67～4.12 mS/cm，pH值为6.97～7.06，与草炭、椰糠等体积混合可以满足西瓜育苗基质需求。

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