菌渣有機肥的制備及其對西瓜產量和品質的影響

朱 丹， 馮 銳， 陳學東， 張建華， 馬 聰

(寧夏農林科學院農業經濟與信息技術研究所，寧夏銀川 750002)

中國是世界第一大食用菌生產國，產量占全球總量的70%，每年產生近1 400萬t菌渣[1]。前期由于環境保護意識淡薄，往往是通過焚燒或者露天堆放來處理，這不僅是一種資源的浪費，也對生態環境安全帶來了極大的隱患，隨著生態環境政策進一步落實，粗放的處理方式已被取締，現如今菌渣在肥料[2]、基質[3]、飼料[4-6]、墊料[7]等方面被利用，不僅解決了環境污染問題，而且有效促進了食用菌產業可持續發展。

菌渣中含有豐富的蛋白質、微量元素、維生素等營養物質，有機質含量可達35%～70%，氮磷鉀養分也可達5%左右，是一種較好的有機肥原料[8]。通過高溫發酵分解菌渣中一些大分子物質，能被制成高品質有機肥，菌渣有機肥不但可以提高土壤中有機質含量，同時可以使土壤中有益微生物大量繁殖，豐富土壤微生物群落結構，抑制土傳性病菌，而且還能補充氮磷鉀養分，減少化肥施用量，減輕農業面源污染。

菌渣有機肥已經在多種作物上被施用，能夠提高花生[8]、棉花[9]、蔬菜[10]、鮮食大豆[11]等作物的產量一成左右，同時提高經濟效益，但在西瓜上的應用研究相對不足。寧夏處于黃河上游，具有充足的陽光，而且晝夜溫差大，為高品質西瓜生長提供了得天獨厚的氣候條件，通過對平菇菌渣高溫好氧堆肥發酵制成有機肥并在西瓜上施用，研究菌渣有機肥對西瓜的產量和品質的影響對菌渣高效利用具有一定的促進意義。

1 材料與方法

1.1 菌渣有機肥的制備

1.1.1 菌渣材料 以平菇種植菌渣為材料，平菇栽培料配方為木屑、玉米芯、玉米秸稈等，菌渣發酵前有機質800 g/kg、全氮4.48 g/kg、全磷0.96 g/kg、全鉀5.3 g/kg、速效氮190 mg/kg、速效磷126 mg/kg、鈣19.6 g/kg、鎂1.84 g/kg、銅7 mg/kg、鐵 1 718 g/kg、鋅18 mg/kg、全鹽0.88 g/kg、pH值7.78。

1.1.2 菌渣發酵方法 發酵試驗于2021年4—5月在寧夏某食用菌公司進行，場地為水泥地上搭建通風涼棚。將菌渣與水按體積等比例混勻，每 1 000 kg 菌渣加入有機肥發酵菌劑400 g、使用石灰和硫酸鈣調整菌渣C/N在30 ∶1左右，pH值范圍在6.5～8.0，將混拌均勻的菌渣堆成底寬1.5 m、頂寬0.8 m、高1.0 m左右的條垛，堆四周拍實。

1.2 西瓜栽培

1.2.1 試驗地概況 試驗地位于寧夏永寧縣閩寧鎮，屬于溫帶干旱大陸性氣候，海拔約1 100 m，常年干旱少雨，年均降水量200 mm左右，水分蒸發強烈，年均氣溫8.8 ℃，全年≥10 ℃積溫可達3 000 ℃以上，年日照時數2 800 h以上，無霜期150～170 d，試驗地有機質9.46 g/kg、全氮0.94 g/kg、全磷 0.68 g/kg、全鉀19.4 g/kg、速效氮198 mg/kg、速效磷7.35 mg/kg、速效鉀248 mg/kg、鈣59.2 g/kg、鎂6.4 g/kg、銅21 mg/kg、鐵23.9 g/kg、鋅60 mg/kg、全鹽2.1 g/kg、pH值8.46。

1.2.2 試驗設計 供試西瓜品種為“美都”，起壟覆膜種植，長10 m，寬4.6 m，壟間過道40 cm，種植行距4 m，株距30 cm，種植密度10 880株/hm2，每一壟為1個小區。試驗共設置7個處理，每個處理設置2個重復，有機肥共有2種肥料類型和3個施肥量梯度，施肥種類及施肥量梯度見表1，雞糞有機肥由寧夏順寶現代農業股份有限公司提供(有機質≥45%，N+P2O5+K2O≥5%)，菌渣有機肥為平菇菌渣發酵而成，化肥為尿素(含N 46%) 590 kg/hm2，磷酸二銨(含P2O546%、N 18%) 600 kg/hm2，硫酸鉀(含K2O 50%)700 kg/hm2，以只施用化肥為對照，所有肥料均作為基肥一次性施入，田間管理同當地種植戶一致。

表1 有機肥種類及施肥量

1.3 測定指標及方法

菌渣堆肥發酵過程中，用電子溫度計每2 d測定1次堆體溫度，分別在堆體的上、中、下部多點進行測定，取測定溫度的平均值來描述堆體的溫度變化，同時測定環境溫度；每2 d取1次堆肥過程樣品測定微生物區系及化學指標，多點取樣并混合均勻代表堆肥過程中的整體情況，用涂布平板法測定微生物區系，細菌培養使用牛肉膏蛋白胨培養基，真菌培養使用孟加拉紅培養基，放線菌培養使用高氏一號培養基；將樣品自然風干后由寧夏農產品質量標準與檢測技術研究所測定有機質、全氮、全磷、全鉀、速效、速效磷和速效鉀含量。

待西瓜成熟后，采收的西瓜單獨稱質量，每個小區隨機選取3個西瓜用手持式糖度儀測定中心和邊緣的糖分。

1.4 數據處理

采用Excel 2010整理數據，用SPSS 26統計軟件對試驗數據進行差異性分析，用Origin 2019軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 堆肥過程中溫度變化

堆肥過程中堆體共經歷了3次升降，且堆體溫度明顯高于環境溫度，堆體溫度受環境溫度影響較小。在堆肥初期，溫度開始逐步上升，堆肥第7天時，堆體溫度達到高溫(>50 ℃)，高溫階段共持續了17 d，堆肥第9天達到第1次溫度高峰(57.54 ℃)，翻堆后溫度有所下降，同時翻堆使氧氣含量增加，微生物活動加快，溫度迅速回升，堆肥第17天達到第2次溫度高峰(63.51 ℃)，也是此次堆肥過程的最高溫度，在最高溫度持續時間較短，翻堆后溫度迅速下降，隨后溫度有所回升，第23天達到第3次溫度高峰(53.30 ℃)，25 d后溫度降至 50 ℃ 以下，進入降溫腐熟階段(圖1)。

2.2 堆肥過程微生物數量變化

在整個堆肥過程中，微生物參與著眾多生物化學過程，在物質轉化中起到不可或缺的作用，微生物種群和數量的變化與堆肥過程的進展和效果息息相關。在菌渣堆肥過程中，可培養微生物數量呈細菌>放線菌>真菌趨勢。整體上，細菌數量隨堆肥過程有增加的趨勢，但其中具有較大的波動性，這是受到了翻堆過程的影響，在每次翻堆后，細菌數量都有一個大幅減少的變化，隨后又有所增加；可培養真菌與放線菌變化趨勢相同，在堆肥開始時，都具有較高的豐度，但隨著堆肥進程的推進，真菌和放線菌數量開始急劇減少，真菌在堆肥17 d后再未檢出，放線菌在堆肥19 d后再未檢出，這與堆體溫度直接相關，在第17天時達到了堆肥過程的最高溫，與此同時，真菌和放線菌在高溫下失活，常溫下不可培養(圖2)。

2.3 堆肥過程中養分含量變化

由圖3可知，在堆肥結束后，物料養分除速效磷外，全氮、全磷、全鉀、速效氮和速效鉀含量都有所提高。氮元素是影響堆肥過程中微生物繁殖的重要限制因素，在堆肥過程前期，全氮含量隨堆肥溫度的升高整體升高，經過整個堆肥階段的最高溫后，全氮含量急劇下降，降為高溫前的72.28%，隨后又開始逐步上升，堆肥結束后全氮含量提高了59.38%；全磷含量在整個堆肥過程中呈現先升高后降低再升高的趨勢，受堆肥過程影響較小；堿解氮和速效磷含量在堆肥過程中具有較大的波動性，在堆肥結束后，堿解氮含量提高了14.70%，速效磷含量降低了17.89%；堆肥過程中鉀元素不容易損失，但是堆體會隨著堆肥進程逐漸減小，使得全鉀含量相對增加，速效鉀含量在通過高溫后不同程度降低，隨后又開始回升，堆肥過程結束時全鉀含量提高了34.62%，速效鉀含量提高了18.18%。

2.4 堆肥過程中有機質含量變化

碳是生命體的重要組成部分，有機質中的有機碳為微生物的繁殖提供了能源，堆肥過程中，有機碳被微生物利用，轉化為CO2和腐殖質，有機質含量會降低。在本試驗的堆肥過程中，有機質含量總體上呈降低趨勢(圖4)，但其中存在著較大的波動性，可能是由于取樣誤差帶來的。

2.5 堆肥過程中C/N變化

C/N在堆肥過程中是一項非常重要的指標，C/N的大小直接關系到堆體溫度能否在短時間內升高、堆肥過程能否繼續推進。同時，C/N的大小也是反映堆肥腐熟效果的一項重要判斷指標，通常認為，當堆肥物料腐熟時，C/N應處于10～20之間，但此項指標過于寬泛，也有研究者認為，當堆肥終點的C/N與堆肥起點的C/N的比值小于0.6即達到腐熟。由圖5可知，整個堆肥過程中C/N整體呈下降趨勢，但在最高溫后，C/N又有所回升，之后又逐漸下降，堆肥結束時的C/N與起點C/N的比值為0.51，達到了腐熟標準。

2.6 不同施肥處理對西瓜單個質量的影響

由圖6可知，在施用有機肥30 t/hm2和 60 t/hm2時，單個西瓜的質量顯著高于不施有機肥(P<0.05)，且有機肥用量為30 t/hm2時菌渣有機肥效果明顯好于雞糞有機肥；有機肥用量在 60 t/hm2及以上時，2種有機肥相比對單個西瓜質量影響差異不顯著(P>0.05)，施用菌渣有機肥 90 t/hm2時，與不施有機肥單個西瓜質量差異不顯著(P>0.05)。總體來看，并非有機肥施用量越多西瓜質量越大，隨著雞糞有機肥施用量的增大，單個西瓜質量呈現出先減小后增加的趨勢，雞糞有機肥用量在超過一定量后，對單個西瓜質量影響較小；而菌渣有機肥隨著施用量增加，單個西瓜質量反而在逐漸減少，在本試驗中菌渣有機肥的最佳施用量是 30 t/hm2。

2.7 不同施肥處理對西瓜產量的影響

由圖7可知，施用有機肥在一定程度上能夠增加西瓜產量，隨著施用量的增加產量也隨之增加，但在施用等量有機肥時，與不施有機肥相比西瓜產量差異不顯著(P>0.05)；在有機肥施用量為 30 t/hm2時，施用2種有機肥與不施有機肥相比產量相差不大，在有機肥施用量為60 t/hm2和 90 t/hm2時， 雞糞有機肥產量分別提高了6.97%和18.65%，菌渣有機肥可使西瓜產量分別增加18.27%和28.13%。

2.8 不同生物有機肥處理對西瓜糖分的影響

由圖8可知，施用生物有機肥對西瓜糖分的影響較小，均無顯著差異(P>0.05)。雞糞有機肥施用30 t/hm2和60 t/hm2時對西瓜中心糖度無提高作用，反而低于不施有機肥，雞糞有機肥施用 90 t/hm2時整個西瓜糖度都有小幅度的提升；菌渣有機肥不同施用量與空白對照相比，都能夠提高西瓜中心和邊緣的糖度。

3 討論

高溫好氧發酵溫度高、周期短、脫水速度快，可以有效殺滅致病菌[12]，堆體的溫度變化能夠直接反映堆肥進程和物料的腐熟程度[13]，本研究中加入了腐熟劑，使得物料溫度更快進入高溫期，50 ℃以上的高溫持續了17 d，符合《糞便無害化衛生標準》中堆肥溫度最高溫50～55 ℃持續5～7 d的要求。

微生物數量和群落結構是堆肥進程的一項重要指標，通過分析種群數量和結構對控制堆肥過程具有重要意義[14]，微生物群落結構會隨著堆肥進程發生相應的變化，微生物群落結構變化主要發生在升溫及高溫階段，高溫會促進一些微生物繁殖，同時也會使一些微生物失活[15]。在本研究中細菌數量隨著堆肥進程逐漸升高，是因為細菌具備耐高溫且能利用多種營養物質快速生長等優勢，是堆肥過程中最主要的降解者，而且細菌群落結構會隨著堆肥進程發生演替[16]。

真菌也是堆肥過程中微生物群落的重要組成部分[16]，真菌在堆體溫度高于50 ℃時會消失，當溫度降低至45 ℃以下時，一些真菌群落會逐漸恢復[17]。在本研究中，真菌數量在堆肥初期還相對較高，但隨著物料溫度升高真菌數量急劇減少，由于堆肥結束時溫度還處于相對較高的水平，所以導致在堆肥后期真菌數量還是未檢出。

在眾多對堆肥的研究中，雞糞+杏鮑菇菌渣[18]、棉秸稈[19]、牛糞+園林廢棄物[20]等堆肥中都隨著溫度的升高放線菌數量都有增加的趨勢，王亞飛在研究中發現，豬糞堆肥中放線菌數量降低[21]。在本研究中，放線菌數量在堆肥前期還有一定的數量，但隨著堆肥物料溫度的升高及堆肥進程的推進，放線菌數量逐漸降低，這可能是由堆肥原料不同引起的。

在有機物料發酵過程中，有機物分解使總養分含量積累增加[22]，胡清秀等在雙孢菇菌渣堆肥中發現，堆肥過程使全氮、全磷和全鉀含量都有升高的趨勢，同時速效磷和速效鉀的含量也明顯升高[23]。在本研究中，養分含量變化與胡清秀等的研究結果相近，發酵完成后，物料中有機質和總養分含量均高于有機肥質量行業標準NY 525—2012[24]。

有機物是堆肥過程中微生物生存和繁殖的基本條件[23]，在堆肥過程中超過一半的碳水化合物被微生物以CO2的形式分解并為自身提供營養物質[25]，是導致有機質含量整體呈下降趨勢的主要原因。C/N是堆肥產品的質量指標和腐熟程度的指示因子之一，堆肥結束時最佳C/N值約為15[26]。本研究在堆肥結束時C/N為15.7，基本達到了腐熟指標，菌渣發酵后各項指標均符合對于有機肥的要求，是一款合格的有機肥。

有機肥在改善土壤理化性質，增加微生物活性，提高作物產量方面具有較好的效果[27-29]，但不同有機肥肥效因土壤類型、作物種類、栽培方式的不同具有一定的差異性[30]。在本研究中，施用有機肥能夠顯著增加單個西瓜質量，但對于總產影響差異不顯著，可能是因為有機肥過量而影響了坐果率，導致西瓜產量不高。

可溶性糖類是反映西瓜品質的重要指標之一，生物有機肥可促進無機養分和碳水化合物向果實運轉和分配，從而提高果實可溶性糖含量，其含量的高低對西瓜的營養價值、風味口感等方面有著重要的影響[31]。本研究中，菌渣有機肥能不同程度提高西瓜整體糖度，且效果優于雞糞有機肥，但與不施有機肥相比差異均不顯著。

4 結論

平菇菌渣經堆肥發酵后符合有機肥相關標準的要求，是一款合格的有機肥。在西瓜溫室栽培中，推薦菌渣有機肥施用量為30 t/hm2，此時可顯著提高西瓜單個質量，精細化管理后定可大幅提高產量，同時能夠提高西瓜含糖量。