不同添加物对菇渣发酵效果的影响

郄丽娟，赵付江，韩晓倩，韩建会*，尹庆珍

（1.河北省农林科学院经济作物研究所，河北省蔬菜工程技术研究中心，河北石家庄050051；2.河北政法职业学院，河北石家庄050061）

不同添加物对菇渣发酵效果的影响

郄丽娟1，赵付江1，韩晓倩2，韩建会1*，尹庆珍1

（1.河北省农林科学院经济作物研究所，河北省蔬菜工程技术研究中心，河北石家庄050051；2.河北政法职业学院，河北石家庄050061）

为了优化平菇菇渣（棉籽壳）的发酵工艺，在平菇菇渣中分别添加尿素5 kg/m3和酵素菌1 kg/m3进行高温发酵，以纯菇渣发酵处理为对照，研究了不同添加物对菇渣发酵时间、发酵温度以及发酵后理化性质和养分含量的影响。结果表明：添加尿素和酵素菌均可以缩短进入高温阶段的时间、提高堆体的最高温度、延长持续高温发酵的时间，最终缩短腐熟所需要的时间，其中，添加酵素菌的发酵效果较好。发酵结束时，各处理菇渣的物理性质均接近于理想栽培基质，但容重偏轻、持水孔隙度偏小，其中，添加酵素菌处理的菇渣物理性质与理想栽培基质最接近；pH值均略有增高，但差别不大；EC值均有所降低，其中，添加酵素菌处理的菇渣EC值最低，为2.25 ms/cm，最接近于理想栽培基质；全氮、全磷和全钾含量均有所提高，其中，添加酵素菌处理的菇渣全磷和全钾含量最高，全氮含量与添加尿素处理差别不大。在菇渣中添加酵素菌，发酵效率最高，且发酵后菇渣的理化性质与理想栽培基质最接近。添加酵素菌的菇渣发酵方法为平菇菇渣最优发酵工艺。

菇渣；酵素菌；发酵；理化性质

2013年河北省食用菌栽培面积为25.97万hm2，产量达199.86万t，产值122.05亿元，在推动农村经济发展和增加农民收入方面做出了重大贡献[1，2]。随着河北省食用菌产业的发展，产生的菇渣也在增多，随意处置菇渣使得环境污染问题日益突出，如何合理、有效地利用菇渣成为研究的重点。目前，菇渣的利用途径主要有基肥、饲料、食用菌生产的配料、燃料和无土栽培基质[3～5]，其中，在作为栽培基质使用时，必须进行特定的工艺处理，通常采用的方法是堆制发酵。针对自然堆积方法发酵菇渣存在发酵时间长、效率低的问题，前人进行了一些研究，结果显示，添加生石灰、尿素、菜籽饼、珍珠岩和微生物菌剂等均可缩短菇渣的发酵时间[6～11]。但截至目前，添加酵素菌对菇渣发酵效果的影响研究尚未见报道。因此，作者以平菇菇渣（棉籽壳）为原料，在其发酵前分别添加尿素和酵素菌，研究了不同添加物对菇渣高温发酵效果的影响，以期筛选适宜平菇菇渣发酵的添加物种类和发酵工艺，为平菇菇渣基质工厂化生产提供技术支持。

1　材料与方法

1.1试验材料

平菇栽培菇渣：主要原料为棉籽壳；尿素（N含量46.4%）：购自石家庄杜北供销社；酵素菌：购自日本酵素世界社·中国山东总部。

1.2试验方法

试验于2015年3～4月在河北省农林科学院大河实验园区进行。选择平菇菇渣为原料，设在菇渣中不进行物质添加（纯菇渣，CK）以及添加尿素和酵素菌3个处理（表1）。随机区组设计，3次重复。堆制前，分别将尿素和酵素菌按照处理配方均匀混入粉碎好的棉籽壳中，加水拌匀至手攥料时指间有溢水为宜。将混匀后的菇渣堆成锥形，每3 d人工翻堆1次。分别于发酵后第0、5、10、15、20和25 d，在堆体中心部位处取菇渣样品150 g，带回实验室，使其自行风干后进行理化性质的测定。当堆体温度与环境温度趋于一致，菇渣颜色变成褐色时，终止发酵。

1.3测定项目与方法

1.3.1堆体温度每天16：00，使用玻璃温度计测定堆体中心自上到下20 cm处的温度。

1.3.2菇渣的理化性质

1.3.2.1容重、持水能力、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度和气水比。参照蒲胜海等[12]的方法进行。取已知容积（V≥4 L，标出3 L线并用小刀凿以小缝隙）的塑料烧杯，称净重（W1）；把自然风干的待测基质填入塑料烧杯至3 L线，称重（W2）；然后将装有基质的塑料烧杯用2层湿纱布封口，并将所凿缝隙用防水胶布封住，在水中浸泡24 h后（水位线始终要没过容器顶部至少2cm），从水中取出，除去封口胶布，让3L线以上水分自由溢出，即为饱和水状态下的重量（W3），并将封口用的湿纱布称重（W4）；最后用湿纱布包住塑料烧杯后倒置8 h，让烧杯内的水分（重力水）自由沥干，称重（W5）。根据公式，计算各物理指标：

容重（g/cm3）=（W2-W1）/3 000

持水能力（%）=（W5-W1-W4）/（W2-W1）×100

总孔隙度（%）=（W3-W2）/3 000×100

通气孔隙度（%）=（W3+W4-W5）/3 000×100

持水孔隙度（%）=总孔隙度-通气孔隙度

气水比=通气孔隙度/持水孔隙度

1.3.2.2pH值和EC值。取风干的菇渣样品200 mL，加蒸馏水1 000 mL混合，浸泡8 h后取其滤液，分别利用PHB-5便携式酸度计和DDS-12DW电导率仪测定pH值和EC值。

1.3.2.3全氮、全磷、全钾和有机质含量。采用凯氏定氮法测定全氮含量；采用钼锑抗比色法测定全磷含量；采用火焰光度法测定全钾含量；采用重铬酸钾法测定有机质含量[13]。

表1　试验设计的添加物种类与用量Table1　Additive type and amount

2　结果与分析

2.1不同添加物处理对菇渣发酵过程的影响

添加物处理的菇渣发酵温度达到50℃所需时间均＜CK，＞50℃持续时间和堆体最高温度均＞CK，腐熟所需时间均＜CK（表2）。表明在菇渣发酵时添加尿素和酵素菌均可以缩短菇渣进入高温分解阶段的时间，提高堆体的最高温度并延长持续高温的发酵时间，最终缩短腐熟所需要的时间。但不同添加物处理的菇渣发酵温度不同，与CK相比，处理Ⅰ和Ⅱ菇渣温度达到50℃所需天数分别缩短3 d和5 d，50℃以上持续时间分别增加3 d和6 d，堆体最高温度分别高5℃和10℃，腐熟所需天数分别缩短2 d和5 d。可以看出，添加酵素菌的菇渣发酵效果较好。这与陈世昌等[6]和徐智等[14]的研究结果相似。

表2　不同添加物处理对菇渣发酵过程的影响Table2　Effects of different additives on the fermentation process of mushroom residue

2.2不同添加物处理对菇渣发酵后物理特性的影响

处理Ⅰ的容重＞CK，处理Ⅱ的容重＜CK，但差别均不大（表3）。添加物处理的总孔隙度、持水孔隙度和持水能力均＞CK，其中，处理Ⅱ的指标值均为最高，增幅分别为78.9%、41.8%和280.3%。表明菇渣腐熟后能够改变其颗粒结构，使得大颗粒减少，持水能力提高，其中，添加酵素菌的菇渣腐熟程度较好。

2.3不同添加物处理对菇渣发酵后化学性质的影响

2.3.1对pH值的影响发酵体系需要维持在一定的pH值范围[15]。本研究中，各处理菇渣的初始pH值为8.1～8.5，均处于发酵启动的允许范围。在发酵过程中，所有处理的菇渣pH值均呈下降-上升-下降的变化趋势，发酵结束时pH值均较其发酵初期略有增高（图1）。原因可能是发酵开始后，温度开始上升，微生物代谢旺盛，分解有机氮，而氮素主要以氨态氮的形式存在，造成pH值升高；随着温度的进一步升高，微生物活性受到抑制，氨态氮含量减少，pH值也随着下降。这与赵青松等[16]的研究结果相似。在发酵后第1～10 d，处理Ⅰ和Ⅱ的菇渣pH值均＞CK，其中处理Ⅰ的pH值最高，可能与处理Ⅰ氨态氮含量高有关；发酵后第15～20 d，菇渣的pH值顺序为处理Ⅱ＞CK＞处理Ⅰ；之后到发酵结束，处理Ⅰ与处理Ⅱ的pH值相近，但均＞CK。

2.3.2对EC值的影响EC值反映了基质中含有的可溶性养分浓度。在发酵过程中，所有处理的菇渣EC值变化均较为平缓（图2）。其中，处理Ⅰ的EC值始终＞其他处理，可能与添加尿素使得可溶性养分浓度变大有关。发酵结束时，处理Ⅰ的EC值最大，为2.563 ms/cm；处理Ⅱ的EC值最小，为2.254 ms/cm；CK的EC值居中，为2.462 ms/cm。试验过程中，所有处理的菇渣EC值均稳定在2.2～2.6 ms/cm，避免了菇渣不经处理直接施入田间后因各种离子浓度变化剧烈而对作物生长造成影响。

表3　不同添加物处理对菇渣发酵后物理特性的影响Table3　Effects of different additives on the physical properties of mushroom compost

图1　不同添加物处理对菇渣发酵过程中pH值的影响Fig.1　Effect of different additives on pH value in the fermentation process of mushroom residue

图2　不同添加物处理对菇渣发酵过程中EC值的影响Fig.2　Effect of different additives on EC value in the fermentation process of mushroom residue

2.4不同添加物处理对菇渣发酵后养分含量的影响

与发酵前相比，所有处理菇渣发酵后的有机质含量均有所降低（表4），原因是发酵过程中好氧微生物呼吸作用消耗有机质产生CO2，而使有机质含量减少。其中，添加物处理发酵后的菇渣有机质含量均＜CK，处理Ⅱ指标值（222.1g/kg）最低，与添加酵素菌后好氧微生物增多，呼吸作用消耗的有机质也多有关。

与发酵前相比，所有处理菇渣发酵后的全氮、全磷和全钾含量均有所提高，其中，添加物处理发酵后的指标值均＞CK。处理Ⅰ发酵后的菇渣全氮含量最高，为20.9g/kg，与发酵前添加尿素有关；处理Ⅱ发酵后的菇渣全磷和全钾含量最高，分别为7.1g/kg和23.6g/kg。

综上分析认为，添加酵素菌的菇渣腐熟程度较好。

表4　不同添加物处理对菇渣发酵后养分含量的影响（g/kg）Table4　Effects of different additives on nutrient content of mushroom compost

3　结论与讨论

以平菇菇渣为原料，在其发酵前分别添加尿素5 kg/m3和酵素菌1 kg/m3，以纯菇渣为对照，研究了不同添加物对菇渣高温发酵效果的影响。结果表明，添加酵素菌的菇渣达到50℃高温所需的时间最短，发酵温度最高，＞50℃高温持续时间最长，腐熟所需时间最短；在发酵结束时，各处理的菇渣pH值均略有增高但差别不大，EC值有所降低，其中添加酵素菌发酵的菇渣EC值最低，为2.25 ms/cm，最接近理想基质的电导率（2.0 ms/cm以下）[17]；各处理发酵后菇渣的物理性质均接近于理想栽培基质的要求[18]，但容重偏轻，持水孔隙度偏小，其中添加酵素菌发酵后的菇渣指标值最接近理想栽培基质；在菇渣发酵过程中，有机物由不稳定状态转化为稳定状态，发酵后菇渣的全氮、全磷和全钾含量均有所提高，其中，添加酵素菌发酵后的菇渣全磷和全钾含量最高，全氮含量与添加尿素处理差别不大。

综合考虑，在平菇菇渣发酵腐熟过程中，添加酵素菌处理发酵效率最高，且发酵后菇渣的理化性质也最接近理想栽培基质，完全可以作为有机物或与其他基质混合作为无土栽培基质进行应用。

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Effects of Different Additives on the Fermentation of Mushroom Residue

QIE Li-juan1，ZHAO Fu-jiang1，HAN Xiao-qian2，HAN Jian-hui1*，YIN Qing-zhen1
（1.Institute of Cash Crops，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Hebei Provincial Engineering Research Center for Vegetables，Shijiazhuang 050051，China；2.Hebei Professional College of Political Science and Law，Shijiazhuang 050061，China）

For optimizing the fermentation process of mushroom residue(cotton seed hulls)，with the fermentation of pure mushroom residue as control，urea 5 kg/m3and enzyme bacteria 1 kg/m3were added to mushroom residue，in order to study the effect of different additives on fermentation time，fermentation temperature，the physical and chemical properties and nutrient content of mushroom compost.The results showed that addition of urea and enzyme bacteria could reduce time before the high temperature and increase the highest temperature of the pile body and prolong high-temperature fermentation time to shorten the maturity time，the fermentation effect of adding enzyme bacteria was better than others.After fermentation，the physical properties of mushroom residue after each treatment were close to the ideal culture medium，but unit weight was slightly light，water-holding porosity was slightly small，mushroom compost adding enzyme bacteria was the most close to the ideal culture medium.The pH value of mushroom compost with each treatment increased slightly，EC value decreased，EC value of mushroom compost adding enzyme bacteria was 2.25 ms/cm，it was the lowest and the most close to the ideal culture medium.Total nitrogen，total phosphorus and total potassium contents of mushroom compost with each treatment were improved，total phosphorus and total potassium contents of mushroom compost adding enzymebacteriawasthehighest，totalnitrogencontents was close to mushroom compost adding urea.The fermentation efficiency of mushroom residue adding enzyme bacteria was the highest，the physical and chemical properties of mushroom compost adding enzyme bacteria were also closest to the ideal culture medium.Therefore，mushroom residue fermentation method of adding enzyme bacteria was the optimal fermentation process.

Mushroom residue；Enzyme bacteria；Fermentation；Physical and chemical properties

S625.1

A

1008-1631（2016）05-0036-04

2016-01-14

2015年河北省农林科学院财政项目；国家大宗蔬菜产业技术体系石家庄综合试验站项目（CARS-2S-G-05）

郄丽娟（1982-），女，河北石家庄人，副研究员，硕士，主要从事设施园艺及蔬菜栽培研究。E-mail：qielj2005@sohu.com。

韩建会（1954-），男，河北石家庄人，研究员，主要从事设施园艺及蔬菜栽培研究。Tel：0311-87652093；E-mail：hjh2006@126.com。