秸稈基料化發(fā)展現(xiàn)狀及應用前景

王美侖 吳曉雨 楊延澤 杜豪 張東旭 劉華晶

摘要：作為超級農業(yè)大國，秸稈是我國重要的可利用資源，秸稈處理也是一大難題。秸稈“五化”利用中的基料化利用技術在發(fā)展綠色農業(yè)方面具有突出優(yōu)勢，對實現(xiàn)“雙碳”目標、促進鄉(xiāng)村振興有著重要意義。本文介紹了秸稈基料化處理技術近年的研究進展及推廣情況，并分析了秸稈基料化技術在經濟效益、生態(tài)價值和社會需求方面的應用前景，為相關研究提供參考。

1.秸稈基本利用情況

1.1秸稈資源概況

2021年我國糧食產量為13657億斤，較2020年增產267億斤，創(chuàng)歷史新高[1]。同時秸稈的產量也隨之增加，2021年全國秸稈產量達到8億余噸，大量的秸稈資源采取不恰當的處理方式如焚燒還田、直接粉碎還田等，不僅利用效率低下造成資源浪費，還會對環(huán)境造成嚴重污染。但實際上秸稈中含有豐富的氮、磷、鉀等作物必需營養(yǎng)元素，還含有粗蛋白、粗纖維及水溶性糖，具有極高的利用價值，在農業(yè)生產活動中完全可以同收獲的糧食作物一樣得到高效利用。目前我國將農作物秸稈的多種綜合利用模式主要歸納為五類，分別為秸稈的肥料化、原料化、能源化、飼料化以及基料化，稱為秸稈“五化”利用。

1.2秸稈資源化利用方式

在秸稈“五化”處理當中肥料化是我國當前應用最廣泛的，多數地區(qū)會將農作物秸稈用機械粉碎翻壓入土壤中，但這種利用方式可能導致由于秸稈分解不完全而與作物爭奪養(yǎng)分或分解出有機酸影響作物幼苗發(fā)育等問題，破壞次年的耕種作業(yè)。近年秸稈的原料化利用技術也在快速發(fā)展，國家鼓勵以秸稈為原料進行紙張、餐具、生活用品等產品的制作。秸稈的能源化可以細分為秸稈燃料化供熱、秸稈氣化、秸稈液化生產乙醇和秸稈發(fā)電四個方面，能有效降低碳排放產出優(yōu)質能源。但其設備投入成本過高，所以普及程度上仍然較低。秸稈的飼料化通過微生物發(fā)酵技術將秸稈轉化為供家畜食用的優(yōu)質營養(yǎng)飼料，但是秸稈飼料化處理有著僅適合于反芻動物的局限性，而且處理方式繁瑣，還有可能在氨化處理等過程中產生二次污染。

基料化作為秸稈“五化”利用重要途徑之一，主要指以秸稈為主原料制成培養(yǎng)基用于食用菌和農作物栽培的技術。利用秸稈栽培食用菌不僅可以減少對于林木資源的過度消耗，還能夠降低生產成本。食用菌生產過后的廢菌糠可以再次利用，形成循環(huán)農業(yè)，如作為優(yōu)質有機肥料進行還田處理，實現(xiàn)土地用養(yǎng)結合。秸稈基料化處理可以有效地降低碳排放，促進農業(yè)綠色循環(huán)，響應當前的“雙碳”目標政策，產生良好的社會價值和生態(tài)效益。

2.秸稈基料化發(fā)展現(xiàn)狀

2.1研究進展

秸稈基料化栽培食用菌在我國發(fā)展時間較長，已實現(xiàn)多種食用菌的秸稈栽培，包括大部分草腐菌和多種木腐菌，如平菇、金針菇、真姬菇、大球蓋菇、雙孢蘑菇、珊瑚猴頭菌、竹蓀等。

目前關于高秸稈降解率食用菌菌種篩選和栽培基質配方優(yōu)化的研究開展較廣，向高廢物利用率、高產量方向發(fā)展。劉天海等報道了一種以100%小麥秸稈為基料的平菇生料栽培技術，通過飽和石灰水浸泡的預處理降低pH并殺滅秸稈上的雜菌和蟲卵，操作簡便，不需要添加輔料。韓建東等利用工廠化金針菇菌渣和玉米芯、苜蓿秸稈分別混配栽培平菇，獲得的產量和利潤明顯高于以單一廢舊菌渣為主料的栽培方式，實現(xiàn)了秸稈和廢棄菌渣的再利用。

關于秸稈基料化技術的研究不斷深入，已擴展到分子水平。苗人云等通過測定羊肚菌分解基質的幾種關鍵酶活性和活性氧分子含量以及營養(yǎng)物質含量，驗證了產量增加與關鍵酶活性上調有關，并得到了優(yōu)化配方。Yanli Li等發(fā)現(xiàn)具有高木質纖維素降解能力的側耳中編碼PdLPMO9A蛋白的基因上調，并將其在畢赤酵母中異源表達，證實來源于側耳的PdLPMO9A蛋白具有顯著增加纖維素酶介導的玉米秸稈水解效率的潛力。José Pinela等使用水稻秸稈、向日葵籽殼等農業(yè)廢棄物栽培紫孢側耳，發(fā)現(xiàn)側耳可以降低底物中的酚類化合物濃度、抗氧化性和細胞毒性，利于生產飼料。Shahar Yoav等對比敲除和過表達CRE1基因的糙皮側耳，該基因可以調節(jié)真菌降解纖維素和木質素的偏好，但也觀察到木質素酶的分泌水平并不完全依賴CRE1表達水平，需要進一步研究。

2.2應用推廣

在手工栽培之外，秸稈基料化食用菌的工廠化栽培模式日漸趨于成熟。雋加香等篩選出了適用于三次發(fā)酵技術的工廠化生產雙孢蘑菇的稻秸稈配方。徐珍在以稻草為主料的工廠化栽培條件下篩選出了三株出菇速度快、產量高、菇形好的雙孢蘑菇，適合在南方地區(qū)推廣。王明友等建立了“作物秸稈-食用菌栽培基質-菌渣-烘干-燃料/飼料、肥料”的食用菌工廠化生產模式，實現(xiàn)了秸稈的高效循環(huán)利用，并在公司試驗成功。

加入食用菌種植環(huán)節(jié)的循環(huán)農業(yè)表現(xiàn)出高產量、低投入的特點。鐘珍梅等利用15N同位素示蹤技術研究了“水稻/狼尾草-食用菌-白菜”模式中的氮利用效率，證實了增加秸稈基料化栽培食用菌環(huán)節(jié)可以顯著提高系統(tǒng)中氮的循環(huán)利用率，使氮肥投入量減少50%[2]。劉高遠等研究發(fā)現(xiàn)相比于小麥—玉米輪作，大球蓋菇—玉米輪作能顯著提高秸稈降解率，改善土壤的含水量、團粒結構、養(yǎng)分狀況等理化性質。相比于普通秸稈還田，大球蓋菇處理的秸稈還田使玉米產量提高22.9%[3]。

3秸稈基料化應用前景

3.1經濟效益較高

用農作物秸稈生產食用菌可獲得可觀的收入。其中以秸稈為原料生產食用菌每畝（667m?）年收入約為1萬元[20]，利潤因種植品類、季節(jié)等因素不同而存在差異。生產完食用菌后的廢菌糠又可以作為優(yōu)質肥料進行還田，它們作為有機肥料不僅可以起到提供植物必需營養(yǎng)物質的作用，還能改善土壤理化性質，為農戶節(jié)省下一定的肥料成本。每畝使用1～2噸廢菌糠，可減少60～70%的化肥施用量，每畝節(jié)約化肥費用約150元[21]。

3.2生態(tài)價值良好

以秸稈基料用量與食用菌產量1∶1推算，我國食用菌栽培秸稈潛在需求達1.5億t，而目前該方面的秸稈利用量僅為2400萬t[1]。以大球蓋菇為例，栽培大球蓋菇每平方米需用干草料20-25kg，而在黑龍江省一畝玉米秸稈的產量約在600-900kg，一畝水稻稻殼的產量在180-200kg，即栽培1畝地面積的大球蓋菇可以處理10畝玉米秸稈及10畝水稻稻殼秸稈，處理效率極高。生產遺留的菌糠是優(yōu)質的腐殖質，對土壤性質改良有很大作用，可以促進土壤團粒結構的形成，使得土壤有更好的通氣性和保肥性，有利于糧食作物根系的生長，促進高產。9D07E3DD-DA89-42A7-BBEC-52F6494CB6B7

3.3社會需求廣泛

“一葷一素一菌”和“藥食同源”是人們生活里常見的說法，食用菌具有極高的保健價值和藥用價值，郁建強等認為，每人每日攝食300 g的食用菌，從中能獲得大約l0 g的優(yōu)質蛋白，食用菌具有高營養(yǎng)價值的同時具備風味鮮美的特點，廣受消費者喜愛。秸稈基料化栽培食用菌技術對于非食用菌種植農戶來說可以作為農閑時間補充收入的方式，有利于增加農民收入、改善農民生活水平。

4結論

秸稈基料化栽培食用菌技術生產成本低，生產方式便利，容易被種植戶接受，易于推廣和應用。秸稈基料化不僅對秸稈資源進行合理有效利用，還能夠減輕環(huán)境污染，增強土壤肥力，保護生態(tài)環(huán)境，提高農業(yè)經濟效益，推動農業(yè)綠色發(fā)展。在未來，應當提高基礎研究投入，加強技術優(yōu)化升級，進一步擴大秸稈基料化應用覆蓋面。

參考文獻：

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作者簡介：

第一作者：王美侖，女，本科在讀，出生日期：2001.10.26，單位：東北農業(yè)大學。

指導教師：劉華晶

資助信息：2021年大學生SIPT計劃項目;

項目名稱：秸稈基料化綜合利用研究;

項目編號：202110224050X。9D07E3DD-DA89-42A7-BBEC-52F6494CB6B7