以靈芝菌渣為原料堆制生物有機肥研究初報*

李海渤，魏 旭，楊春亞，馮慧敏**，徐守俊，吳 昊

（1．韶關學院英東生物與農業學院韶關市油菜新品種選育工程技術研究中心，廣東 韶關 512005；2．廣東省農業科學院農產品公共監測中心，廣州 廣東 510640）

我國是食用菌生產大國，據中國食用菌協會統計，2018年全國食用菌總產量3 842．04萬噸（鮮品），以生物學效率為40%計算，則每年可產生5 763．06萬噸菌渣[1]。大量的菌渣閑置或焚燒，造成資源浪費、環境污染[2]。菌渣富含糖類、蛋白質、有機質、酶、有機酸等成分[3]，是一種很好的發酵生物有機肥的原料。利用菌渣生產生物有機肥可提高資源利用率、降低環境污染、改善生態環境，還可增加企業經濟效益。

生物有機肥是一種兼具微生物肥料和有機肥效用的肥料，有利于改善土壤理化性質、改善根際微生物環境、提高土壤有機質和氮磷鉀養分，并可以增加作物產量，提高番茄、馬鈴薯、大白菜、雪菜、辣椒、油菜、棉花、大豆等農產品品質[4-14]，廣泛用于培肥和改良各類農田土壤。與化肥相比，生物有機肥能夠提高連作土壤中細菌、放線菌、叢枝菌根真菌和革蘭氏陰性細菌（G-）的相對含量、降低土壤真菌的相對含量，提高土壤微生物活性、多樣性，此外生物有機肥還具有降低土壤中重金屬含量的功能[15-17]。

我國學者對菌渣堆制有機肥的研究較多，如用杏鮑菇混合靈芝菌渣[18]、金針菇菌渣[19]、平菇菌渣[20-21]、灰樹花菌渣[22]等堆制的有機肥，其養分指標、重金屬、有效活菌數、大腸桿菌、蛔蟲死亡率等均能滿足相關標準要求。但以靈芝菌渣為原料的相關報道較少，通過以靈芝菌渣為原料制作生物有機肥，并對其養分含量等各項指標進行分析，結果證實靈芝菌渣堆肥能達到NY 884-2012生物有機肥、NY 525-2012有機肥料的標準要求[23-24]。

1 材料與方法

1.1 材料

供試菌劑（富含地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、酵母菌等），由鄭州豫啟福農業科技有限公司提供；供試菌渣（栽培靈芝的菌包，露天堆放過一段時間），由韶關學院食用菌生產基地提供；供試肥料為干牛糞（粉末狀）、尿素（純度46.4%）。供試材料理化性質見表1。

表1 供試材料理化性質Fig.1 Physical and chemical properties of tested materials

1.2 試驗方法

1.2.1 菌劑激活

按照1瓶菌劑、1 kg紅糖（老紅糖或赤砂糖），水15 L（放置48 h的自來水）進行配置，具體方法為：用5 L水將1 kg紅糖煮開，再加入冷水10 L，水溫為37℃左右時，加入1瓶菌劑，攪拌，密封7 d后制成發酵液，容器脹氣可松蓋子放氣再進行密封。

1.2.2 堆肥發酵

菌包以脫袋機進行脫袋、粉碎備用。稱取激活后的發酵液1 L加入30 kg水稀釋，與200 kg菇渣混勻。設4個處理，CK（菌渣50 kg）、處理1（菌渣45 kg、牛糞5 kg）、處理2（菌渣40 kg、牛糞10 kg）、處理3（菌渣35 kg、牛糞15 kg）。各處理均添加一定量的尿素補充氮源，使得各處理碳氮比為25∶1，添加0.2%NaCl及0.1%石灰（中和發酵過程產生的有機酸）。調節含水量為50%～60%，制堆發酵，堆垛長、寬、高為2.0 m×1.5 m×1.0 m。當堆肥的溫度達到50℃時進行翻堆，以后每隔2 d～3 d翻堆1次，并根據監測的含水量情況適量補水，使得堆肥含水量保持在60%左右。每天觀測室內溫度和堆內溫度，待堆內溫度日趨穩定、降至室溫后，堆肥結束，整個過程歷時21 d。

1.3 分析測試

采集來的肥料樣品留存一部分鮮樣，測定電導率、含水量和pH；其余樣品風干后，過1 mm尼龍篩，用于其他項目的檢測。采用NY 884-2012生物有機肥和NY 525-2012有機肥料中提供的方法對肥料指標進行測定[23-24]。pH的測定，比標準中的方法多了過濾的步驟，因肥料的碎屑漂浮在液體上，影響測定。電導率采用劉超[25]的方法測定，即：新鮮樣品與去離子水以1∶10混合（W/V），水平搖床振蕩2 h，過濾后以電導率儀測定電導率（EC） 值。

1.4 數據處理與評價

采用SPSS和Excel進行數據處理和統計分析。堆肥產品采用NY 884-2012生物有機肥和NY 525-2012有機肥料中的方法進行評價。

2 結果與分析

2.1 產品外觀

各堆肥產品呈褐色或暗褐色，CK顏色最淺、處理4顏色最深。肥料顆粒松散、無惡臭。

2.2 產品養分含量

各處理檢測指標（以干物質計）見表2。

如表2所示，4個處理堆肥產品的各項指標均可達到NY 884-2012和NY 525-2012的要求。其中，處理3的pH、有機質、糞大腸菌群數最高，CK最低，這是由于處理3牛糞含量最高，其pH和有機質、糞大腸菌群數均高于菌渣導致。蛔蟲死亡率CK最高，處理3最低，加牛糞的3個處理蛔蟲死亡率均低于CK。從糞大腸菌群和蛔蟲死亡率看，CK比其他3個添加牛糞的處理更具優勢。4個處理重金屬均能達標，說明原料重金屬不超標，產品可達標。

表2 不同處理生物有機肥肥料指標Tab.2 Fertilizer index of bio organic fertilizer in different treatments

2.3 堆肥期間指標變化情況

2.3.1 溫度的動態變化

不同處理堆肥期間的溫度動態變化見圖1。

如圖1所示，堆肥期間，CK、處理1、處理2和處理3堆體溫度變化趨勢一致，經歷了3個時期：升溫期、高溫期和后熟降溫期。隨著堆肥時間的增長，不同處理的堆肥溫度均呈現先增加后下降的趨勢。從初始溫度22℃～24℃，第2天即達到50℃以上（58℃～60℃），進行翻堆后，第3天達到最高溫度61℃～64℃，在第4天～第5天維持在58℃～60℃，隨后逐漸下降，第10天后4個處理的溫度均下降到50℃左右，然后逐漸下降至室溫（約25℃）。其中第4天溫度略有降低，一方面是由于翻堆后微生物活動受到影響，另一方面是環境溫度降低所致。各處理間相比，處理3升溫最快，在第2天溫度迅速達到60℃，而后其溫度均低于其他3個處理。分析可能是添加牛糞后，微生物更為活躍、反應迅速所致。

堆肥前期的升溫階段和高溫階段可殺死植物致病病原菌、蟲卵、雜草籽等有害物質。堆肥溫度過低則會增加發酵腐熟時間，溫度過高則對其他有益微生物有害[26]。一般堆溫在50℃以上保持10 d，或60℃以上保持5 d，是保證堆肥衛生指標合格和堆肥腐熟的重要條件[27]。據報道，堆垛至少5 d～6 d維持溫度在50℃～65℃時，堆肥可達到無害化[28]。另據報道，添加EM菌劑（復合菌群試劑） 后，雞糞堆肥腐熟程度顯著加快，常溫下堆制20 d即可[29]。由于本研究發酵期間是冬季，堆溫在60℃以上的天數不足5 d，但能維持10 d的堆溫都在50℃以上，4個處理均已滿足堆肥腐熟、無害化的基本要求。

2.3.2 含水量的變化

各處理堆肥期間含水量的動態變化見圖2。

圖2 不同處理堆肥含水量動態變化Fig.2 Dynamic change of compost moisture content in different treatments

由圖2所示，堆肥期間，CK、處理1、處理2和處理3含水量初始值為51.29%、53.8%、51.5%、54.7%，而后含水量逐漸增加，其末次取樣值分別是58.0%、59.0%、60.0%、61.0%。

因各處理原料配比、發酵程度、堆肥溫度等存在差異，各堆肥的水分消耗和揮發情況有所不同，導致各處理間含水量存在一定差異，但總體基本在60%左右。因為每次取樣均測定水分含量，并根據其虧缺情況定期補水，隨著堆肥時間增加，微生物活動逐漸減弱、堆溫逐漸降低，堆肥含水量有所上升。

合適的含水量是堆肥成功的關鍵要素之一，其直接影響好氧堆肥反應的快慢，關系到堆肥產品的質量。堆肥中水分可溶解各種物質，為微生物活動提供營養，加快微生物的新陳代謝[30]，同時隨著堆溫上升，水分蒸發可帶走部分熱量，調節堆肥的溫度。

2.3.3 pH的動態變化

各處理堆肥期間pH的動態變化見圖3。

圖3 不同處理堆肥pH動態變化Fig.3 Dynamic changes of compost pH in different treatments

如圖3所示，堆肥期間，CK、處理1、處理2和處理3的pH初始值分別為 6.09、6.63、6.97、7.50，終值分別為6.50、6.60、7.10、7.20，總體呈先增加后趨于平穩的趨勢，且處理3＞處理2＞處理1＞CK。各處理的pH均能滿足NY 884-2012標準要求，即pH為5.5～8.5。

堆肥pH有所增加，是因為發酵2 d后，為防止發酵過程產生有機酸導致pH下降過快，添加了1%石灰調節pH，之后各處理的pH均有所上升；pH降低可能是因為微生物在代謝過程中會生成有機酸，促使pH下降，而隨著堆肥時間增加，堆溫逐漸升高，導致有機酸揮發，加上氮元素的轉化使pH又開始回升，最后穩定在較高的水平。不同處理間pH高低差異的主要是因為菌渣的pH相對較低、而牛糞pH則相對較高。

2.3.4 電導率的動態變化

各處理堆肥期間電導率的動態變化見圖4。

圖4 不同處理堆肥電導率動態變化Fig.4 Dynamic changes of compost conductivity in different treatments

電導率（EC）是表示物質導電的性能。堆體的電導率，可表征堆肥浸提液中的總離子濃度即可溶性鹽含量的變化，溶液的含鹽量與EC值呈正相關關系。

CK、處理1、處理2、處理3等4個處理的EC初始值分別為 1.88 mS·cm-1、2.02 mS·cm-1、2.18 mS·cm-1、2.17 mS·cm-1之間，其末次取樣值為 1.82 mS·cm-1、1.96 mS·cm-1、1.85 mS·cm-1、2.10 mS·cm-1，與初始值相比分別下降了3.2%、3.0%、15.1%、7.0%。堆肥期間，各處理EC值均有一定波動，并略有下降趨勢。尤其是處理3，前期存在增加趨勢，但各處理總體變化不大，并在堆肥后期逐漸下降、并趨于穩定。

堆肥過程中EC值表現出先增加后降低的趨勢。這是因為隨著堆肥的進行，堆肥中的離子與有機酸不斷積累、EC值逐漸增加，而有機物的分解作用逐漸減弱，EC值緩慢下降[19]。電導率的變化表明微生物在堆肥過程中同化利用了堆體中的離子[25]，堆肥過程中EC值呈現出波動性，但整體變化不大，這一點同前人研究結果類似[19]。

2.3.5 有機質的動態變化

各處理堆肥期間有機質（以干物質計） 含量的動態變化見表3。

表3 不同處理堆肥期間有機質動態變化Tab.3 Dynamic changes of organic matter during composting in different treatments

如表3所示，堆肥期間，CK、處理1、處理2、處理3的有機質含量初始值為86.31%、84.05%、82.02%、81.83%，隨著堆肥時間的增加，各處理的有機質含量均呈下降趨勢，并均在堆肥結束時分別達到最小值65.09%、65.23%、62.66%、61.79%；與初始值相比，末次取樣值分別下降了24.6%、22.8%、23.6%、24.5%。各處理有機質含量為 CK＞處理1＞處理2＞處理3，處理1與CK差異不顯著，處理2、處理3則顯著低于CK，處理3顯著低于處理1。各處理有機質含量存在差異，原料配比可能是原因之一，導致CK有機質含量最高。

在堆肥結束后，各處理有機質含量有所降低。微生物發酵過程中會利用一部分碳源和氮源，導致有機碳含量下降，進而影響有機質的含量。微生物的作用一是將復雜的有機質轉化為CO2、H2O等；二是有機質經微生物分解后再合成腐殖質。氮主要以NH3的形式揮發，轉化為硝酸鹽和亞硝酸鹽，或為微生物生長代謝所吸收。總碳、總氮含量均呈下降趨勢，且總碳含量下降速度大于總氮含量，因此，一般碳氮比呈緩慢下降趨勢[25,31]。

2.3.6 氮磷鉀的動態變化

各處理堆肥期間氮磷鉀含量的動態變化見表4～表6。

表4 不同處理堆肥期間氮含量動態變化Tab.4 Dynamic changes of nitrogen content in different composting treatments

由表3所示，堆肥期間，CK、處理1、處理2、處理3全氮含量初始值為2.00%、1.95%、1.91%、1.90%；隨著堆肥時間的增加，各處理全氮有所下降，在堆肥結束時分別達到最小值：1.86%、1.85%、1.83%、1.80%，與初始值比，分別下降7.0%、5.1%、4.2%、5.3%。各處理全氮含量為CK＞處理1＞處理2＞處理3。初期CK、處理1氮含量顯著高于處理2、處理3，中期各處理間差異不顯著，后期除處理1、處理2間差異不顯著外，其他處理間均差異顯著。

各處理全氮含量呈降低趨勢，說明微生物發酵過程中利用了一部分氮源，以NH3形式揮發一部分氮素。CK全氮含量始終最高，分析可能原因是與牛糞相比，菌渣中的氮素較難于被微生物吸收利用、微生物活躍程度相對較低所致。

由表5所示，堆肥期間，CK、處理1、處理2、處理 3的全磷含量初始值為 2.63、2.60、2.67、2.65%，末次取樣值為2.70、2.67、2.68、2.73%，與初始值比分別增加了2.6%、2.7%、0.4%、3.0%。各處理的含磷量略有一定的波動，堆肥結束后略有增加，但增幅并不顯著。各處理間全磷含量無一致的高低差異。據報道，在高溫堆肥過程中磷素不會揮發損失，而堆體的總干物質下降，故全磷含量會有所增加[27]，本研究的結果與之類似。

表5 不同處理堆肥期間P2O5含量動態變化Tab.5 Dynamic changes of P2O5content in different composting treatments

由表6所示，堆肥期間，CK、處理1、處理2、處理 3的全鉀含量初始值為 1.88 mg·kg-1、1.87 mg·kg-1、1.81 mg·kg-1、1.85 mg·kg-1，末次取樣值為1.90 mg·kg-1、1.92 mg·kg-1、1.93 mg·kg-1、1.95 mg·kg-1，與初始值相比，分別增加了1.0%、2.6%、6.6%、5.4%，各處理間全鉀含量差異顯著，為處理3＞處理2＞處理1＞CK。堆肥過程中，各處理全鉀含量均未呈現明顯的增減趨勢，波動較小，不如其他指標明顯，這是因為鉀素不會揮發[32]。各處理間全鉀含量的差異主要是牛糞含鉀較高所致。

表6 不同處理堆肥期間K2O含量動態變化Tab.6 Dynamic changes of K2O content in different composting treatments

2.3.7 碳氮比的動態變化

各處理堆肥期間碳氮比的動態變化見圖5。

圖5 不同處理堆肥碳氮比的動態變化Fig.5 Dynamic changes of C/N ratio in different composting treatments

如圖5所示，堆肥期間，CK、處理1、處理2、處理 3的碳氮比初始值為 25.0∶1、24.9∶1、25.0∶1、25.0∶1。隨著時間增加，各處理均呈降低趨勢，堆肥結束時達到最小值 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，溫度上升慢，堆肥周期長，會導致堆肥肥料養分含量不達標。碳氮比低則反之。也就是說碳氮比的大小影響到微生物的生長代謝程度，進而影響到發酵程度。

一般堆肥原料的碳氮比控制在25∶1～30∶1，適于微生物生長、有助于發酵腐熟。未腐熟的有機肥施入田中會因為微生物繼續發酵爭奪土壤氮素、甚至升溫導致燒苗，因此碳氮比決定了有機肥能否腐熟的問題。所以一般學者將堆肥的碳氮比設為15∶1～35:1 之間進行研究[19，25，33]。

本研究中堆肥原料的碳氮比設置為25∶1，堆肥期間，碳氮比呈下降趨勢，其主要原因是在堆肥過程中，微生物消耗堆體中的碳水化合物，使其物種數量迅速增加、促使有機物加速分解，使得碳素一部分以氣態揮發，而另一部分可溶性碳則被微生物吸收利用，儲存在腐殖物質內[33]，由于有機質是有機碳的1.724倍也可反映出碳含量下降的趨勢。氮元素被微生物利用后則主要轉化為氨氣、硝酸鹽等，總氮也呈下降趨勢。綜上可知碳源、氮源均有所下降，且碳源比氮源下降的快，所以碳氮比變化總體上呈現緩慢下降趨勢。

碳氮比是判斷堆體是否完全腐熟的重要指標[34]。一般認為碳氮比達到15∶1～20∶1時，可斷定堆肥已腐熟完全[25]。本研究各處理的碳氮比均在最終達到了20:1左右，達到了要求。

3 結論

3.1 肥料指標達標

經21 d發酵，4個處理均可達到NY 884-2012的要求，其中：pH（6.52～7.14） 在5.5～8.5，含水量（8%～11%） ＜30%，有機質（60%～66%） ＞40%，重金屬 Cd、Hg、Pb、Cr、As的含量分別低于 3 mg·kg-1、2 mg·kg-1、50 mg·kg-1、150 mg·kg-1、15 mg·kg-1，有效活菌數 （3.8×108個/g～7.7×108個/g） ＞0.2×108個/g，蛔蟲死亡率（95.8%～100%） ＞95%，糞大腸菌群（11個/g～98個/g） 低于100個/g。此外，氮、磷、鉀總養分含量（6.44%～6.48%） ＞5%，能滿足 NY 525-2012的要求。

3.2 理化指標動態變化

堆肥期間，堆肥溫度呈先升高后降低的趨勢，堆肥的pH、含水量、全鉀略有增加趨勢，EC值、有機質、全氮、碳氮比則有所下降，全磷的變化規律不一致。堆肥碳氮比在20∶1左右，滿足肥料腐熟的要求。