利用食用菌菌渣生产有机肥料的研究孙建华,袁　玲,张　翼(西南大学资源环境学院,重庆　400716)摘　要:无害化处理食用菌菌渣生产优质有机肥的试验研究表明,接种高温纤维菌可使堆内温度迅速上升至45℃以上,并可持续18～20d 。

经过45d 堆制,接种菌剂的处理除水分含量外,总养分和有机质含量、pH 值和外观形状等技术指标均达到有机肥料的标准(NY 525-2002)。

从发酵温度,持续时间,有机肥的养分含量和外观形态等方面看,接种高温纤维菌加猪粪处理食用菌菌渣的腐熟效果最好,可用于食用菌菌渣的无害化处理和资源化利用。

关键词:食用菌菌渣;高温纤维菌;堆肥中图分类号:S144 文献标识码:A 文章编号:1673-6257(2008)01-0052-04收稿日期:2007-04-06基金项目:“十一五”国家科技支撑计划(2006BAD25B08)。

作者简介:孙建华(1979-),女,硕士研究生,研究方向为植物营养与环境。

袁玲为通讯作者。

食用菌菌渣的主要成分是被食用菌菌丝利用后的植物残体,极难降解。

在川、渝两地生产食用菌的广大农村,河流沿岸,田边地角,房前屋后随处可见食用菌菌渣,所产生的环境污染问题非常突出,如何处理和利用这些有机废弃物迫在眉睫。

利用食用菌菌渣生产有机肥料既解决了环境污染问题,又实现了农业资源的再利用。

至今,有关方面的研究甚少,快速腐熟食用菌菌渣的有关工艺及相应的条件控制几乎未见报道。

研究表明,影响堆肥的关键因素是微生物种类、原料性质和条件控制[1]。

为此,我们利用长期反复筛选获得的优良高温纤维菌,进行了食用菌菌渣的腐熟工艺及条件的研究,为快速无害化处理食用菌菌渣,生产优质有机肥料及农业废弃物的资源化利用提供依据。

1　材料与方法供试的食用菌菌渣含水量63%、有机质58%、pH 值719、全N 、P 、K 分别为1172%、0197%和2122%。

高温纤维菌是从马粪中分离获得的一株分解纤维素的芽孢杆菌(Bacillus ),最高生长温度约65℃,最适生长和最适产酶温度50～55℃。

在50℃培养条件下,用50m L 赫奇逊液体培养基培养10d ,6000r ・min -1离心培养液10min ,上清液中的纤维酶活力分别为1017μg ・min -1・m L -1(C MC -Na酶)、613μg ・min -1・m L -1(微晶纤维素酶)、310μg ・min -1・m L -1(滤纸酶)。

将供试菌株在50℃条件下,用赫奇逊液体培养基培养10d ,每100kg 原料拌入1000m L 菌液作为接种处理。

试验设置3个处理,每个处理重复2次。

①处理A (对照):菌渣+猪粪;②处理B :菌渣+猪粪+高温纤维菌;③处理C :菌渣+硫酸铵+高温纤维菌;原料C/N 比值3个处理均为20±1。

3个处理均在堆制时加入011%石灰以中和有机质分解产生的有机酸,在堆沤期前20～25d ,若水分散失过多,在堆肥上喷洒水分,使堆肥水分含量保持在60%～65%。

每个处理的堆肥原料重约20kg ,置于1m ×015m ×015m 的聚乙烯保温箱内,保温箱的顶盖上留3个5～6cm 的圆孔,以便适量散失水分和热量。

堆制时间为2006年6月19日到8月19日;堆制期为60d ,适时翻堆。

在堆肥前期(0～7d ),每天早、晚8时各测量温度一次,以后每天早8点测量;在0、5、10、15、25、35、60d 时取样测定水分、有机质、全N 、P 、K 含量和pH 值,均采用常规方法测定[2,3]。

2　结果与分析211　温度变化从图1可见,在适宜的C/N 比值、水分和pH值等条件下,各处理的温度变化曲线均有升温期、高温期、降温期和平稳期。

在堆制后48h 时,接种菌剂的处理B 和处理C 进入高温阶段,堆内温度分别上升到48℃和45℃;对照处理A 此时仅—25—35℃,升温缓慢,在8d 后堆内温度才上升到40℃,明显滞后于接种菌剂的处理。

在堆制0～20d (包括升温和高温阶段),不接菌剂处理的平均温度比接种菌剂的处理B 和处理C 分别低515℃和314℃,整个堆制期间总积温也显著低于接种菌剂的处理。

每次翻堆后温度均要下降5～10℃,但1～2d 内回升,堆肥的高温期持续15～18d ,最高温度处理B 可达54℃,比当时的气温高出25℃。

接种高温纤维菌后,堆内温度迅速升高,说明微生物活动强烈,有机质分解迅速,有益于除臭和杀死病原微生物[4]。

此外,在堆制的升温和高温阶段(0～20d ),接种菌剂处理的温度显著高于未接菌的处理,在整个堆制期间接种菌剂处理的总积温也显著高于未接种菌剂处理,说明在处理难分解的食用菌菌渣时,接种高温纤维菌剂是非常必要的,不仅有益于除臭和杀死病原微生物[5],而且还有益于有机质迅速分解和减量化。

值得注意的是,在堆制期间,接种菌剂加猪粪调节C/N 处理的总积温显著高于接种菌剂加硫酸铵的处理。

在我国,集约化猪场有大量的猪粪需要处理,结合处理食用菌菌渣生产有机肥料将是一个很好的途径。

图1　堆肥堆制过程中温度的变化注:①处理B 、C 翻堆;②处理A 翻堆;③处理A 、B 、C 翻堆212　水分变化堆肥原料的水分含量直接影响好氧反应速度和堆肥的质量,甚至关系到好氧堆肥工艺的成败,水分过多,阻碍气体输送,严重影响微生物的有氧代谢,并产生恶臭;水分过少,也会限制微生物代谢,从而降低反应速率。

因此,堆制过程中的水分控制十分重要[6]。

表1可见,在堆制前期(0～25d ),因人为在原料表面适量撒水的缘故,3个处理的水分变化幅度均在60%～65%之间,主要是在堆制过程中为了实现物料分解的最佳条件;在堆制后期(25d 以后),停止撒水,堆制结束时原料的水分降到35%左右,接种菌剂处理的水分含量低于对照,可能是接种菌剂处理的发酵温度高,维持时间长,水分散失量大。

在堆制的高温期间,水分散失量大,适量补充水分是必要的。

但在降温阶段应适时停止补充水分,以便降低水分含量,减少后续处理的能量消耗;同时也有益于腐殖化作用,提高堆肥质量。

表1　食用菌渣堆制过程中的水分变化　(%)堆沤天数(d )051015253560处理A 64149641406210761159601615413637165处理B 64157631656019660107591235312335146处理C65186641506314061158601085419534126213　pH 值的变化大部分微生物适宜在中性和微碱性条件下活动,在堆肥中加入适量的石灰等碱性物质,中和有机质分解产生的有机酸,使pH 值保持在715～810之间,可获得最大的堆制速率和最好的堆肥效果[7]。

在堆制时,各处理均加入等量的石灰来调节物料的pH ,其中处理A 的pH 值为8102,处理B 为7195,处理C 由于加入硫酸铵调节C/N ,所以初始pH 值717。

在堆肥发酵过程中,3种处理的pH 值变化趋势一致,即先升后降,可能是含氮有机物质降解产生的氨使pH 值在开始时有所上升,随着发酵过程的进行,微生物降解有机物产生有机酸,使pH 下降,最后保持在pH 值715～718。

由于接种菌剂的处理B 和处理C 升温和物料分解快,pH 值出现的高峰也明显早于不接种菌剂的处理A 。

在前期若能尽量控制pH 的上升,就会减少臭气的产生和氮素损失[8],提高肥效。

图2　堆制过程中pH 值的变化214　C/N 比值变化有学者认为碳氮比降低,有利于腐殖质的形成,使堆肥向着稳定化、腐熟化、无害化方向转变,是堆肥腐熟度的重要指标[9]。

在微生物所需营养物中,以碳、氮最多,碳主要为微生物生命活动提供能源,氮则用于合成细胞原生质[10]。

正常的好氧堆肥原料中要求有一定的碳氮比。

在堆肥过程中,多余的碳素将转变成C O 2。

因此,一些研究者认为,腐熟的堆肥在理论上应趋向于微生物体的C/N ,即14～16,若碳氮比过低,微生物的繁殖就会因能量不足而受到抑制,导致分解缓慢且不彻底。

但是,碳氮比过高,堆肥施入土壤后将会发生夺取土壤中氮素的现象,对作物生长产生不良影响[11]。

图3　堆肥过程中C/N 变化 图3可见,在整个堆制期间,各处理的C/N 变化基本一致,随着堆肥发酵的进行,C/N 逐渐下降,经60d 腐解大约由初始的20降到14。

215　氮、磷、钾含量及外观变化从表2可以看出,在各试验处理中,原料氮、磷、钾的含量变化趋势一致。

原料含氮量由初期的1148%逐渐增加到堆制后期的1186%,全磷(P 2O 5)和钾(K 2O )含量也随着堆制时间的延长有逐步增加的趋势。

其原因是微生物的作用,有机碳的分解,使堆肥原料的体积和重量减少[12]。

此外,由于处理A 和B 中添加了猪粪,而猪粪的含磷量较高,所以含磷量都高于未加猪粪的处理。

堆制45d 后,从外观形态来看,加高温纤维菌的处理呈现褐色,无臭味,完全腐熟,其中接种菌剂加猪粪的处理B 又优于接种菌剂加硫酸铵的处理C ;对照为灰褐色,可观察到白灰色的菌渣,有少量异味,尚未腐熟。

根据化学指标和外观形态,接种菌剂加猪粪的处理经45d 左右的腐熟效果最好。

本试验得到的腐熟堆肥处理B 和处理C 的有机质含量平均为4516%,氮、磷、钾总量为5105%,pH 值为717,达到了有机肥国家标准(NY 525-2002)。

在我国,集约化猪场有大量的猪粪需要处理,结合处理食用菌菌渣生产有机肥料将是一个很好的途径,在缺少禽畜粪便的地方,用少量的化学氮肥(如硫酸铵等)调节C/N 也是一种行之有效的方法。

表2　食用菌菌渣堆肥氮、磷(P 2O 5)、钾(K 2O )含量的动态变化　(%)堆制天数(d )010203560NP K N P K N P K N P K N P K 处理A115611852111113811822101116021042121116221342121116721112126处理B 113911932104113211982108116921142115115521382115116521292110处理C1136018721091121110921031148110121211155111121261170110821163　讨论经过45d 的堆制,接种高温纤维菌可使堆内的温度迅速上升,并可持续20d 左右;不接菌剂的处理不仅升温滞后,温度较低,而且持续时间短,整个堆制期间的总积温也低于接种菌剂的处理。

总之,从发酵温度,持续时间,堆肥周期,有机肥的养分含量和外观形态等方面看,接种高温纤维菌加猪粪调节C/N 处理食用菌菌渣45d 的腐熟效果最好,可用于食用菌菌渣的无害化处理和资源化利用。

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