添加BFA發(fā)酵劑對菌糠堆肥及其腐植酸含量的影響

陳貽釗

(福建省福州市農(nóng)業(yè)科學研究所 福建福州 350018)

福建省食用菌年產(chǎn)量400 萬t 以上，在食用菌產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的同時，也產(chǎn)生了大量的食用菌菌糠。菌糠是食用菌栽培后的廢棄物料，含有菌體蛋白、次生代謝產(chǎn)物、微量元素等多種水溶性養(yǎng)分及豐富的有機物質(zhì)，作為典型的農(nóng)業(yè)固體有機廢棄物若處置不當會對環(huán)境造成不良影響。廢棄菌糠有多種利用途徑，如菌糠可作為有機肥［1］，改良土壤理化性狀［2-3］，提高作物品質(zhì)［4］；作為菌糠飼料［5］，提高牲畜的品質(zhì)；可與其他物料按一定比例混配作為育苗基質(zhì)［6-7］或栽培基質(zhì)［8］，替代泥炭土，改善育苗效果。近年來，國家提出化肥使用量“零增長”、增施有機肥、保護耕地等倡議以來，腐植酸的研究再次引起關注［9-11］。腐植酸不但具有促進植物生長［12］、提高肥料利用率［13］、改良土壤等功效，堆肥中的腐植酸還可以作為表面活化劑治理受到有機污染的土壤［14-15］，因此提高堆肥中的腐植酸含量具有良好的應用前景［16-17］。利用菌糠堆肥制備含腐植酸有機肥，提高菌糠堆肥的腐植酸含量對于廢棄菌糠消納、菌糠資源的利用具有重要意義。

發(fā)酵劑被應用于堆肥主要以提高堆體溫度、高溫持續(xù)時間以及縮短堆肥時間為目的，促進堆肥有機物料的腐熟［18-20］。隨著堆肥研究的不斷深入，發(fā)酵劑的研究趨向于不同的功能性。纖維素分解菌［21］促進了堆肥纖維素降解；固氮菌、解磷菌以及解鉀菌的添加主要以提高堆肥中有效養(yǎng)分含量為目的［22］。生物腐植酸菌劑（biotransfu‐lationfulvic acid，BFA）是由秸稈或木屑等，輔以豆粕、麥麩等發(fā)酵原料，在合適的溫度、濕度下，由一種或多種有益菌群發(fā)酵、轉(zhuǎn)化得到的混合物［23］。BFA 菌劑可作為功能性飼料營養(yǎng)添加劑，改善哺乳動物健康［24-25］；作為堆肥發(fā)酵劑，能高效地發(fā)酵有機質(zhì)［26］，提高堆肥中微生物數(shù)量［27］，提高堆肥腐植酸類物質(zhì)的產(chǎn)量［28］。本文以海鮮菇菌糠為堆肥原料，研究添加BFA發(fā)酵劑對菌糠堆肥以及腐植酸產(chǎn)量的影響，為提高菌糠堆肥腐植酸產(chǎn)量提供指導依據(jù)，更好地發(fā)揮菌糠的利用價值、變廢為寶。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗選取海鮮菇菌糠為堆肥材料，海鮮菇菌糠來自福州永豐食用菌有限公司，BFA 發(fā)酵劑（專利號：ZL03112360.0，有效活菌數(shù)≥2.0 億/g）購于市場。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計

試驗于2019 年5～10 月在福州市農(nóng)業(yè)科學研究所開展。廢菌棒經(jīng)脫袋打碎，對照處理僅加水翻拌；添加發(fā)酵劑處理按每噸物料使用5 kg 發(fā)酵劑計算，將發(fā)酵劑與水混合后加入菌糠。兩個處理均調(diào)節(jié)水分含量約60%，裝入1 m×1 m×1 m 透氣尼龍袋進行堆肥發(fā)酵。堆肥共持續(xù)60 d，每10 d進行翻堆一次。翻堆均勻后采集物料作為測試樣品，經(jīng)風干、粉碎、過1 mm篩備用。

1.2.2 樣品測試指標及測定

溫度數(shù)據(jù)采集將溫度記錄儀探頭插入到堆體50 cm 深度，每隔一個小時自動記錄溫度數(shù)據(jù)，取平均值作為當日堆體溫度數(shù)據(jù)；稱取風干樣約5.0 g，按1∶10 固液比加入蒸餾水，震蕩15 min，靜置30 min，分別用電導率儀、酸度計測定電導率和pH［29］；有機質(zhì)含量用馬弗爐燒失法測定［30-31］；總腐植酸用焦磷酸鈉-氫氧化鈉提取，比色法測定其含量［32］。

2 結果與分析

2.1 添加發(fā)酵劑對菌糠堆肥溫度影響

有機肥腐熟溫度是影響微生物活性的最顯著因子，進而影響有機肥發(fā)酵質(zhì)量，常作為堆肥中微生物活動量的宏觀指標［33］。海鮮菇菌糠建堆后5 d 內(nèi)溫度升至50℃以上并持續(xù)38 d（圖1），第40天后溫度有所下降，第50天翻堆后度有小幅上升，并呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，至60 d 結束溫度測定時，堆體溫度約為40℃。添加發(fā)酵劑的海鮮菇菌糠堆體在前40 d 的溫度變化趨勢、高溫持續(xù)天數(shù)與對照處理的溫度較相似，在堆肥10～30 d 期間，溫度小幅度高于對照處理，堆體進入降溫期后兩者有所區(qū)別。第50 天翻堆后對照處理溫度上升后緩慢下降，而添加BFA腐熟劑處理翻堆后溫度趨于穩(wěn)定并接近室溫。分析2個處理的溫度變化認為，對照處理第50 天翻堆后升溫可能是由于堆體內(nèi)物料未腐熟徹底，仍有部分微生物代謝產(chǎn)生熱量且產(chǎn)生的熱量大于堆體損失的熱量，使得堆體溫度有所上升；而添加發(fā)酵劑處理第50 天翻堆后溫度不再升高，表明堆體50 d時或50 d之前腐熟已較為徹底，翻堆時熱量損失后溫度不再升高。對于海鮮菇菌糠堆肥溫度特征而言，添加發(fā)酵劑有利于縮短堆肥時間，提前穩(wěn)定堆體溫度。

圖1 添加BFA發(fā)酵劑與CK處理堆肥的溫度特征

2.2 添加發(fā)酵劑對菌糠堆肥pH和EC值的影響

堆肥pH 值一般呈增加的趨勢，主要是由于堆肥過程中物料在微生物的作用下產(chǎn)生NH3，部分NH3隨著堆肥進程的發(fā)展揮發(fā)，另一部分留在堆肥物料中使物料pH 值上升，菌糠堆肥的兩個處理pH 值變化較為一致，呈現(xiàn)上升趨勢（圖2），且添加BFA發(fā)酵劑處理pH 值上升較快；添加BFA 處理在第20天后pH 值變化較小，CK 處理pH 值在40 d 后趨于穩(wěn)定，pH 值保持在8.5～9.0；添加BFA 處理pH 值較CK處理更早趨于穩(wěn)定。

圖2 兩個處理堆肥pH與EC值變化特征

EC值的大小對微生物的生長與活性有著重要的作用與意義，EC值過高或過低都會影響到微生物的生長，適宜的EC值可使微生物正常生長［34］。海鮮菇菌糠堆肥與添加BFA腐熟劑處理電導率呈現(xiàn)升高的趨勢，至堆肥結束，EC值分別提高了46.8%、58.1%，由原來的1.86 mS/cm、提高到2.73 mS/cm；添加BFA 發(fā)酵劑處理在前50 d，EC值均小于未添加處理且前40 d 電導率值上升較為慢，40～60 d 上升較快（圖2）。有關研究認為，有機物料堆肥是礦化和腐殖化的有機結合，微生物先礦化有機物大分子物質(zhì)后腐殖化合成新的有機物，而EC值的增加可能是由于微生物活動過程中礦化有機質(zhì)產(chǎn)生更多的可溶性鹽［35］，從添加BFA 發(fā)酵劑處理的電導率變化分析，可能在第40 天后堆體的礦化作用要大于腐殖化作用，產(chǎn)生更多的鹽分。堆肥電導率應小于4 mS/cm［36］，在0.5～3 mS/cm 均適合植物的生理生長［37］。至堆肥結束，添加BFA發(fā)酵劑處理與CK 處理的堆肥EC值滿足一般堆肥的要求。

2.3 添加發(fā)酵劑對菌糠堆肥有機質(zhì)含量的影響

有機肥發(fā)酵過程中的物質(zhì)變化較為復雜，但主要有兩個基本過程，即礦質(zhì)化和腐殖化過程。礦質(zhì)化把有機物分解為簡單的無機化合物，而腐殖化是微生物把礦質(zhì)化過程中形成的中間產(chǎn)物再合成為比原先更為復雜的有機質(zhì)［33］。堆肥過程中有機質(zhì)總體上呈下降趨勢，主要是由于微生物活動把有機碳以CO2、CH4、熱量等形式損耗。海鮮菇菌糠有機質(zhì)含量總體上呈現(xiàn)下降趨勢，主要在堆肥的前30 d，至堆肥結束，兩個處理有機質(zhì)含量下降分別為5.15%、8.04%，有機質(zhì)損失率較低；添加BFA發(fā)酵劑處理有機質(zhì)變化趨勢與對照處理較為一致，第20 天后有機質(zhì)含量低于對照處理且有機質(zhì)損失主要在堆肥的前30 d，后30 d有機質(zhì)含量保持在65%～70%并趨于穩(wěn)定。兩個處理可被腐殖化的有機質(zhì)總量一致，添加BFA發(fā)酵劑加快了有機質(zhì)的降解，且有機質(zhì)含量低于CK 處理且在40 d 再翻堆后變化不大（圖3）。

圖3 添加BFA發(fā)酵劑與CK處理堆肥的有機質(zhì)含量特征

2.4 添加BFA 發(fā)酵劑對海鮮菇菌糠堆肥腐植酸含量的影響

腐植酸有改良土壤、提高土壤中各種營養(yǎng)元素的利用率、促進作物生長、提高作物抗力等功效。不同物料堆肥腐植酸含量差異較大，堆肥物料對堆肥腐植酸的含量及腐殖化過程起決定性作用［38］。一般認為，腐植酸是物料堆肥的中間產(chǎn)物或礦化作用后新合成的有機物質(zhì)。海鮮菇菌糠堆肥總腐植酸含量呈現(xiàn)先增加、小幅下降后逐漸增加的趨勢，在40 d 時總腐植酸含量達堆肥進程中的最高值，為356.6 g/kg，至堆肥結束，海鮮菇菌糠總腐植酸增加量達70.0%；50、60 d 測得總腐植酸含量分別為314.8、322.0 g/kg，較40 d 時有所下降。添加BFA 處理腐植酸含量變化趨勢較為一致，但添加BFA 處理前30 d，總腐植酸含量低于未添加處理，30 d后高于未添加處理，腐植酸含量第40 天達最高值，為410.7 g/kg（圖4），較對照處理高15.4%，40 d 后總腐植酸含量有所下降?？偢菜嵯陆档脑蚩赡苁怯捎诙逊矢旌蟾郴饔么蠓鶞p弱，而微生物的生存仍在消耗包括腐植酸在內(nèi)的有機物質(zhì)，導致腐植酸含量有所下降。腐植酸的形成隨堆肥進程不斷積累，為提高腐植酸含量，在保證堆肥腐熟的情況下，可通過降低堆體的水分含量、減少微生物活動量等措施以保護堆肥前期形成的腐植酸。

圖4 添加BFA發(fā)酵劑與CK處理堆肥的總腐植酸含量

3 討論

目前菌糠的堆肥研究多圍繞作為育苗基質(zhì)、有機肥以及動物飼料等開展，對于菌糠堆肥的腐植酸類物質(zhì)、氨基酸類物質(zhì)、植物促生作用以及微生物作用機理的研究還不夠深入。堆肥中腐植酸有巨大的應用潛力，改善土壤結構、提高土壤肥力、促進作物生長，更進一步的作為表面活化劑、重金屬絡合劑等治理受污染的土壤。許多研究致力于提高堆肥中的腐植酸含量和品質(zhì)，以達到更好的應用效果［10，39-41］。相比于普通物料堆肥，菌糠堆肥產(chǎn)物腐植酸類物質(zhì)含量較高［42］，且對石油污染［43］、多環(huán)芳烴污染［44］、錳污染［45］等土壤修復［46］具有良好應用效果。本文通過添加BFA 發(fā)酵劑提高菌糠堆肥的腐植酸含量，為菌糠的高效利用提供了新的方法，同時菌糠堆肥產(chǎn)物還受到物料原料、物料含水量、C/N、翻堆頻率、通氣量等多方面的影響，還需要更深入的開展相關研究。