食用菌菌渣组合猪粪好氧堆肥效果研究

林 淼 姚春霞 李默挺

（1上海市农业科学院农产品质量标准与检测技术研究所，上海 201403；2 上海市机电设计研究院有限公司，上海 200040）

菌渣是食用菌栽培后剩余的基质材料，由有机物、菌丝体和一些残留的菌菇组成，是当前全球环境污染的重要来源之一[1]。随着食用菌产业的蓬勃发展，越来越多的菌渣进入环境中，如果处理不及时会释放出恶臭气味和挥发性有机化合物（VOCs），导致空气污染，还会污染地表水和地下水，造成水体富营养化，形成黑臭水体。食用菌菌渣中含有病原微生物或害虫，如果不妥善处理，病原体、微生物或害虫的传播可能对人类健康造成潜在风险，并对农业生产产生严重的负面影响[2]。菌渣中含有丰富的营养物质和有机质，如纤维素、蛋白质和维生素等[3]。采用好氧堆肥技术处理菌渣，可以利用微生物代谢分解掉其中的有机物，并能在高温下进行无害化处理，产生有机肥料。研究表明，菌渣的碳氮比高，纤维结构能增强堆肥过程，是一种理想的堆肥膨胀剂[4]。堆肥处理后的菌渣含有对植物生长有益的营养物质，如氮、磷、钾和微量元素，可以改善土壤肥力，提高作物产量，增加土壤微生物多样性。因此菌渣的堆肥处理一直是大家关注研究的重点。

有研究指出将菌渣与其他有机废物（如牲畜粪便、作物秸秆和食物垃圾）共同堆肥有助于平衡物料碳氮比，增加养分含量，提高有机肥的质量[5]。猪粪是规模化养猪业产生的一种潜在环境风险大的废弃物，其含有较多的有机质和氮磷钾养分且分解缓慢。菌渣组合猪粪堆肥可以达较佳的碳氮比，促进有机物高效分解和减少氮损失，还可以改善整个堆肥过程，产生营养丰富的堆肥产品[6]。

目前菌渣组合猪粪堆肥多为试验阶段，工厂化菌渣猪粪堆肥规模生产仍缺乏相关研究支撑。笔者通过菌渣组合猪粪进行好氧堆肥中试试验，采用高温好氧堆肥工艺，研究堆肥过程中物料理化性质，评价猪粪组合菌渣好氧堆肥的可行性和有效性，为其资源化处理利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验菌渣购自江苏省连云港市某食用菌生产加工基地，为金针菇、杏鲍菇、平菇的混合菌渣。猪粪由上海市崇明区某生猪养殖场提供，养殖场清粪方式为水冲粪，且经过固液分离后的固相猪粪渣用于堆肥试验。堆肥菌剂采用市售枯草芽孢杆菌。试验材料的理化性质见表1。

表1 供试材料的理化性质

1.2 试验方法

试验设2 个处理，菌渣和猪粪均以湿重计。处理1 纯菌渣，使用9 t 菌渣，不添加猪粪，含水量为62.8%；处理2菌渣和猪粪（1∶1），将4.5 t菌渣和4.5 t猪粪充分混合，含水量为67.2%。将两个处理物料拌匀并添加0.2%枯草芽孢杆菌后转运至有机肥车间，堆成宽2.5 m，高1.2 m 的堆体，采用机械翻抛机对堆体翻抛。堆肥周期为35 d，分别于第1 天，第3天，第6天，第10天，第16天，第24天，第35天取样。取样时采用多点混合法在不同处理堆体中随机采样，每次取样1 kg。指标测定及方法见表2。

表2 堆肥物料的理化指标分析方法

1.3 数据分析

采用Excel对试验数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 堆肥物料温度和含水量

由图1 可知，两个处理的物料堆料过程中均经过快速升温、高温、降温3 个阶段，处理2 的物料升温更快，第3 天就超过50 ℃，且55 ℃以上维持14 d，这是因为菌渣的纤维结构可以改善堆体的通气性，使氧气更好地扩散，促进好氧微生物活动，分解活动加强，温度上升更快，堆肥时间更短。同时猪粪的加入丰富了菌渣物料中的微生物群落，增加细菌、真菌数量，加速纤维素、半纤维素、木质素的分解。处理1（单纯菌渣）的堆体温度第5 天才达54.8 ℃，55 ℃以上维持了11 d。两组物料堆肥均满足《粪便无害化卫生标准：GB 7959—87》之规定，高温杀死致病微生物达到卫生学要求。

图1 堆肥过程中堆体的温度变化

堆肥物料的含水量在好氧堆肥过程中起着至关重要的作用，是微生物的正常生命活动吸收养分重要介质。由图2 可知，在整个堆肥过程中两组物料的含水量逐渐降低，至堆肥结束时，处理1堆体含水量由62.8%下降至31.3%，处理2 堆体含水量由67.2%下降至27.6%。堆体含水量的下降幅度与堆体温度变化基本相符。堆体高温持续时间越长，堆体含水量下降幅度越大，是因为高温会导致水分蒸发带走大量热量，从而堆体的温度也会慢慢降低。处理2 堆体高温持续时间最长，因而结束堆肥时其物料含水量低。

图3 堆肥过程中物料pH的变化

2.2 pH、电导率的变化

堆肥过程中pH 是揭示堆肥微生物分解物料的重要的指标。在堆肥初期由于物料含水量较高，供氧不足，堆体内的水解酸化作用积累了乙酸、丁酸等大量有机酸，导致pH 短期的下降。随着物料进一步发酵，氨化作用形成的氨气及有机氮的矿化物在堆体中不断积累致使其pH 逐渐升高（处理1、处理2 分别在第10 天、第16 天达最大，pH 分别为7.71、8.62，pH 都在5.2～8.8）。堆肥后期由于氨气挥发及硝化作用增强，同时有机物进一步分解产生有机酸，致使堆体pH 又逐渐下降，直至中性或微碱性水平。

堆肥的电导率（EC）是指堆体浸提液中的水溶性盐的含量。由图4 可知，处理2（猪粪组合菌渣），堆体的电导率显著高于处理1（纯菌渣），是由于猪粪中含有更多的营养物质及可溶性盐类。处理1、处理2含盐量变化趋势相似。在堆肥初期可利用的有机物充足，微生物不断将其分解为无机小分子，小分子溶于水导致电导率上升。处理2堆体高温持续时间长，微生物处于长时间的活跃状态，使得EC最大值达4.31 ms/cm，两处理最终堆体的电导率分别为2.05 ms/cm（处理1）、3.89 ms/cm（处理2），不会对植物的生长产生不良影响。

图4 堆肥过程中物料电导率的变化

2.3 有机质含量的变化

有机质含量的改变主要是因为堆肥物料的降解及腐殖化。由图5 可知，处理1、处理2 的有机质含量都是逐渐下降，相比于堆肥前处理1、处理2 分别下降了25.2%、24%。菌渣添加猪粪后，在升温期、高温期，适宜的温度、氧气条件下物料内微生物新陈代谢加快，大量降解可溶性糖、淀粉等易降解有机物来维持其自身的生命活动，处理2 的有机质降解速度明显快于处理1（纯菌渣）。说明菌渣协同猪粪堆肥可以加快物料中有机质的降解速度，加快堆肥腐熟。在堆肥的降温期，物料内微生物主要降解剩余难降解的有机物，降解速度明显下降并逐渐趋于稳定。

图5 堆肥过程中物料有机质含量的变化

2.4 总养分及腐熟度的变化

堆肥中总氮、总磷、总钾的变化如表3。由表3可知，堆肥总氮、总磷、总钾的含量均有所上升。原因是堆肥过程中，在微生物的矿化作用下水分及挥发性物质的减少，堆肥体积缩减和腐殖质形式的营养物质逐渐稳定，造成堆体的“相对浓缩”，氮、磷、钾等必需营养素的含量上升。总氮在堆肥后明显增加，处理1、处理2 两组物料的总氮含量比发酵前分别上升了9.94%、13.3%；总磷的含量在堆肥中上升幅度较大，处理1、处理2 两组物料分别上升了21.9%、37.3%；总钾的含量也呈上升态势，处理1、处理2 两组物料分别增加了15.97%、27.3%，可见菌渣中添加猪粪能有效促进堆肥中钾的积累。

表3 堆肥前后总养分及腐熟度的变化

堆肥的腐熟程度一般通过种子发芽指数（GI）和堆肥结束时的碳氮比来判定。种子发芽指数是一种敏感、可靠的通过种子的生长状态来判断堆肥腐熟度的参数。未腐熟的堆肥产品中存在大量的低分子量有机酸、多酚等有害物质，会阻碍植物生长，而腐熟的堆肥产品对植物的生长有促进作用。由表3 可知，处理1、处理2 堆肥的GI 均＞80%，堆肥产品对植物生长没有毒性。堆肥的碳氮比下降，原因是碳通过微生物呼吸以二氧化碳（CO2）的形式损失，而氮在堆肥中被保存，堆肥结束时较低的碳氮比表明有机物分解的完全、堆肥的腐熟度高。通常采用T=（C/N）结束/（C/N）开始来表示堆体的腐熟程度，一般来说，当T＜0.6 时认为堆肥已经腐熟。处理1、处理2 两组堆肥堆体T1=0.56、T2=0.53，均腐熟较好。

2.5 有机肥对标结果

取样化验两处理堆肥成品，处理2（菌渣组合猪粪）好氧堆肥产品有机质含量、pH、含水量、总养分以及机械杂质含量均满足《有机肥料：NY/T 525—2021》中的技术指标要求，处理1除了含水量稍微偏高之外，其余指标也均满足上述标准要求。

表4 两处理堆肥对标结果

3 小结

试验结果表明：（1）猪粪与菌渣组合堆肥促进有机物的快速分解，温度上升较快，55 ℃以上可维持14 d，而纯菌渣仅维持11 d，菌渣猪粪组合堆肥加速堆肥进程，可缩短堆肥周期，提高堆肥质量，减少环境污染。（2）菌渣猪粪的组合可以生产具有更高氮、磷、钾的堆肥产品，总养分（8.26%）高于纯菌渣堆肥（7.76%）；菌渣猪粪组合堆肥有助于提高土壤肥力，有利于植物生长。（3）菌渣组合猪粪的堆肥产品有机质含量、pH、含水量、总养分、机械杂质均满足相关标准要求，该类堆肥可以作为一种有价值的有机肥料。综上所述，食用菌菌渣组合猪粪堆肥是一种有效、可持续、环保的农业有机固废的资源化利用处置方法，可以促进农业生产系统的长期可持续发展。