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菌渣制作生物有机肥的可行性和工艺分析

添加时间:2020/05/14

  摘    要:概述了以食用菌菌渣为原料制作生物有机肥的经济、技术及政策可行性,发现生物有机肥技术简单易操作、适用范围广,对增加作物产量、提高农产品品质有显著作用,还可改善土壤理化性质;因此,制作生物有机肥在技术上是可行的,在韶关地区可以推广应用。在分析可行性的基础上,总结了其生产工艺的主要流程和技术要点,以期为利用菌渣生产生物有机肥提供理论参考。

  关键词:食用菌; 菌渣; 生物有机肥;

  基金: 2018年度广东省自然科学基金(2018A030307006); 2018韶关市科技计划项目(2018sn056); 2018年度韶关学院校级科研项目(SY2018KJ04);

  The Feasibility and Technology Key Points of ProducingBio-organic Fertilizer from Fungus Dregs

  Abstract:The economic,technology and policy feasibility of bio-organic fertilizer made from fungus dregs were summarized.It was found that bio-organic fertilizer technology was simple and easy to operate,and had a wide range of application,which had a significant effect on increasing crop yield,improving the quality of agricultural products and improving the physical and chemical properties of soil.Therefore,the production of bio-organic fertilizer was feasible in technology and could be popularized and applied in Shaoguan area.Based on the analysis of the feasibility,the main process and technology points of the production process were summarized to provide theoretical reference for the production of bio-organic fertilizer by using fungus dregs.

  Keyword:edible fungi; fungus dregs; bio-organic fertilizer;

  我国是世界上食用菌产量最大的国家,食用菌产量占世界总产量的70%以上[1]。据统计,2018年全国食用菌总产量3842.04万t(鲜品)[2],根据食用菌生物学利用率40%计算[3],则每年可产生5763.06万t菌渣(也叫菌糠、菇渣)。大量的菌渣如果处理不当或废弃会造成环境污染、资源浪费。如果用于生产生物有机肥,则可以做到资源高效利用,有利于农业增效、增收和生态环境保护,实现资源循环利用。

  由于添加功能微生物菌,生物有机肥除具备有机肥的提高土壤肥力、改善土壤结构、农产品提质增效,缓解偏施化肥造成的耕地退化、面源污染等生态问题功效外,还可以起到改善作物根际环境、解磷、解钾、固氮、防治病虫害等作用。

  本文分析了以菌渣为原料制作生物有机肥的可行性,总结了其生产的主要流程和技术要点,以期为利用菌渣生产生物有机肥产品提供理论参考。

  1 可行性分析

  1.1 技术可行性

  1.1.1 简单易操作

  生物有机肥的堆制是在有机肥工艺的基础上接种微生物菌剂,技术易于掌握、肥料指标可达标,如孙建华等[4]利用菌渣生产有机肥料,菌渣经45 d的堆制,其有机质、pH值和外观形状等技术指标均达到生物有机肥的国家标准;曾振基等[5]用枯草芽孢杆菌等打堆发酵菌渣得到的有机肥(菌群≤100个/g、蛔虫死亡率≥95%)达标;部分学者报道的生物有机肥理化指标见表1。

  1.1.2 适用范围广

  生物有机肥适用于各种作物,可广泛用于粮、菜、果、茶、桑等园地的培肥,如板栗[11]、大豆[12]、花生[5]、雪菜[13]、油麦菜[14]、番茄[9]、辣椒[15]、马铃薯[16]、小白菜[17]、玉米[18]、番薯、苦瓜、蜜柚、脐橙、茶叶、油茶[5]等。

  1.1.3 增产提效

  平菇菌渣生物有机肥可有效降低番茄的硝酸盐含量,显著提高可溶性糖、可溶性固形物和维生素C含量[9]。667 m2施用平菇菌糠800 kg,辣椒的产量提高47.75%,有机酸含量比对照提高10.39%[15];在无机肥的基础上增施平菇菌渣有机肥用量达30 t/hm2时,白菜产量、株高、叶绿素含量、维生素C含量、可溶性糖含量分别比对照提高43.5%、9.7%、26.7%、15.5%和21.0%,而硝酸盐含量降低3.4%~24.2%[19]。

  杏鲍菇菌渣有机肥可提高雪菜叶绿素和可溶性糖含量及其产量,促进油麦菜叶绿素合成、产量提高[13,14];可提高番茄的可溶性固形物、可溶性糖和维生素C的含量,降低有机酸和硝酸盐含量,且与对照相比,2个杏鲍菇菌糠处理的维生素C含量分别提高69.7 mg/kg和165.8 mg/kg,番茄根的干质量、鲜质量和根系长分别提高4.21%、16.07%和32.69%[8,20]。灵芝、杏鲍菇菌渣生物有机肥对金柚、蜜柚、脐橙、花生、番薯、苦瓜、油茶、茶叶等均有增产效果[5]。

  金针菇菌糠啤酒渣有机肥能显著提高马铃薯总糖含量、总酚含量及产量[16]。黑木耳菌渣有机肥可显著提高小白菜的根长、根系活力,与无机肥相比,产量可提高24.37%[17]。猴头菇菌渣有机肥能提高大豆萌发率、株荚数和产量[12]。灰树花有机肥能显著促进板栗根系发育,降低盛果期空蓬率[11]。菌渣有机肥能促进玉米生长,有助于提高玉米产量[18]。

  表1 几种生物有机肥理化指标

  注:ND表示未检出。

  1.1.4 改善土壤理化性质

  生物有机肥养分均衡,有助于改善土壤结构、增加土壤透气性,如:可降低土壤容重、增加土壤孔隙度、提高pH值和CEC值,增加有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷和速效钾的量[9,16,17]。据报道,杏鲍菇菌糠的2个处理分别可使土壤有机质含量提高5.9%、10.89%,碱解氮含量提高5.37、79.41 mg/kg,速效磷含量提高108.16、380.16 mg/kg,速效钾含量提高13.1、255.1 mg/kg[20];

  1.2 经济可行性

  1.2.1 产量高

  以粤北地区为例,其食用菌产业多、规模大,其中梅州食用菌形成梅州农村的特色产业,每年产生5000t以上的菌渣[5];韶关市是广东省重要的食用菌生产基地,如韶关市星河生物科技有限公司,可日产鲜品食用菌约50 t、菌渣30 t,韶关武江区的百瑞生态农业种植园的企业菌渣9 t[13,21];清远也有林中宝、红不让2家企业食用菌产量较为可观[22];所以,菌渣的产量较高。

  1.2.2 成本低

  菌渣来源广泛,成本低,可以就地取材。韶关地区目前菇渣200元/t左右,而目前生产出的生物有机肥产品市场价格为800~1000元/t。

  1.2.3 销售渠道多

  粤北地区是以农业为基础的,种植花、果、菜、茶、粮的企业和农户较多,很多产品供应珠三角和港澳地区,产品品质要求高,对生物有机肥的需求较多,易于销售。

  1.3 政策可行性

  2015年2月,我国发布了《到2020年化肥使用量零增长行动方案》,化肥零增长行动在全国得到了有效的实施。韶关市支持农业发展及食用菌产业的发展,重视资源循环利用等项目,并推行了一系列政策。以韶关为例,该地区是主要的果、菜、茶等农产品的生产基地,很多产品供港或出口国外,与粮食作物相比,果、菜、茶质量安全问题更为受到关注。生物有机肥对农产品质量提升效果显著,可有效改善土壤的贫瘠化、酸化等问题;因此,在韶关地区生物有机肥的生产、推广应用不是问题,可以得到政策的支持。

  2 工艺流程

  按照堆放方式,生物有机肥的工艺流程可分为平面条垛式堆肥工艺和槽式好氧发酵工艺(图1、图2)。平面条垛式堆肥工艺投资小、工艺相对简单,其缺点是占地面积大、腐熟不彻底;槽式好氧发酵工艺相对而言腐熟彻底、产品质量高、二次污染小,其缺点是设备投资大。此外,按照造粒工艺,生物有机肥的工艺流程主要有:粉肥造粒工艺、干法造粒工艺、湿法造粒工艺(图3、图4、图5)。

  图1 平面条垛式堆肥工艺流程

  图2 槽式好氧发酵工艺流程

  图3 粉肥造粒工艺流程

  图4 干法造粒工艺流程

  图5 湿法造粒工艺流程

  3 技术要点

  3.1 菌种(菌剂)选择

  菌种类型是生物有机肥的一个特征指标,菌种不同,生物有机肥的功效也不同。

  据统计,我国目前生物有机肥采用的菌种主要有固氮菌、解磷、解钾、抗土传病害等的有益菌:地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母、乳酸链球菌、发酵乳杆菌、木霉、EM菌、红曲霉、发酵噬纤维菌、产黄纤维单胞菌、溶纤维丁酸弧菌、产纤维二糖梭菌、巨大芽孢杆菌、热带假丝酵母、里氏木霉、黄孢平革菌、毕赤酵母菌、黑曲霉、多粘芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、啤酒酵母和白球拟酵母[5,8,9,23]。

  3.2 菌渣来源

  培养菌菇的原材料种类不同(如棉籽壳、稻草、木屑等),其菌渣的理化性质差异较大。对前人报道的几种菌渣的理化性质进行统计,由表2可知,菌渣的有机质含量较高,在34.27%~90.20%,氮含量0.48%~3.96%,磷含量为0.30%~1.91%,钾含量为0.03%~3.64%,pH值在5.80~8.36,C/N值在8.8~66.9。

  3.3 碳氮比

  碳氮比影响微生物的生长代谢,合适的C/N值有利于微生物发酵。微生物吸收利用1份氮源要消耗利用25份碳源,一般碳氮比宜在(20~25)∶1。C/N高,微生物的分解作用则慢,温度上升慢,堆肥周期长,而且要消耗土壤中氮素,需要补充氮源来调节C/N。C/N低,则反之。

  C/N是判断肥料是否腐熟的重要指标。堆肥过程中,碳源被消耗,转化为CO2和腐殖质,氮主要以氨气的形式挥发,或者转化为硝酸盐和亚硝酸盐,或为微生物生长代谢所吸收。总碳含量和总氮含量均呈下降趋势,且总碳含量下降速度大于总氮含量;因此,一般C/N变化为总体上呈缓慢下降趋势,如刘超、孙建华的报道,C/N均为下降趋势[4,28]。低C/N的氨气挥发显著高于高C/N处理,说明C/N越低,氮素损失越大;而高C/N会导致堆肥肥料养分含量不达标。一般堆肥C/N控制在(25~30)∶1,有利于减小氮素的损失和促进堆肥的腐熟。

  一般学者都会采用菌渣同畜禽粪便等进行配比,如:杏鲍菇菌糠与15%的鸡粪混合[8];菌渣与猪粪(或牛粪、鸡粪)按2∶1比例混合[24,29];碳氮比20∶1[4,23]等。刘超等[28]研究发现,菇渣、牛粪、稻壳等物料设置C/N为25∶1时堆肥效果最佳(与C/N为15∶1、35∶1相比)。

  3.4 温度

  有机肥堆制一般采用好氧堆肥(也叫高温堆肥),其堆温较高,对有机质的降解速度快、堆肥周期短,一般宜控制在55~60℃[30]。普遍认为高温菌对有机物的降解效率高于中温菌。堆肥经过中温菌1~2 d的作用,堆温便能达到高温菌的理想温度50~65℃,按此温度,一般堆肥5~6 d,即可完成堆肥无害化过程。一般堆肥温度在50℃以上达到10 d,或60℃以上持续5 d,是保证堆肥的卫生指标合格和堆肥腐熟的重要条件[29]。

  在堆肥前期的升温及高温阶段会杀死植物致病病原菌、虫卵、杂草籽等有害物质,该过程中微生物主要是新陈代谢、繁殖,产生的代谢产物少、不稳定、不易被植物吸收。后期的降温期,微生物进行有机物的腐殖质化,该过程中产生大量有益于植物生长吸收的代谢产物。

  3.5 水分

  生物有机肥的发酵宜采用井水,使用自来水需要晾晒48 h,以消除氯气的影响。堆制时水分添加量,取决于原料的含水量。一般而言,配比后的物料以保持60%左右的含水量为宜。

  3.6pH值

  堆肥过程会产生有机酸,为防止酸度过大,可在堆制时添加一定量的石灰(0.1%)[23]。

  3.7 翻堆及通风

  有机肥堆制一般采用好氧堆肥,翻堆和通风应保持供氧充足,否则变厌氧环境。堆制时菌种、物料、水分等要充分混匀。在堆肥温度达到50℃时开始翻堆或通风(一般48 h后,堆肥初期的3~5 d),使微生物反应顺利。堆肥中后期,当堆温升到80~90℃,将严重影响微生物的生长繁殖,必须翻堆、通风使堆温下降。堆肥期间至少翻堆2~3次,一般3~5 d进行1次,并适时补充水分。堆肥时间一般3~15 d,冬天时间更长一些。

  4 小结

  生物有机肥技术简单易操作、适用范围广,对增加作物产量、提高农产品品质有显著作用,还可改善土壤理化性质;因此,制作生物有机肥在技术上是可行的,可以在韶关地区推广应用。

  在生产中需注意:(1)菌渣必须腐熟后才可施用。腐熟的菌渣才能释放养分、提高肥效。未腐熟的菌渣分解缓慢、当季肥效很差,还会滋生杂草和带入病原菌、虫卵等。菌渣在土壤中腐熟时还会产生与幼苗争夺水分、养分或因局部地方产生高温、氨浓度过高而引起烧苗等问题。(2)菌渣配比畜禽粪便等其他物料时,要注意带入重金属的问题。通常菌渣重金属不会超标,为了保证食用菌的质量,一般菇苞材料中重金属不会超标[10],但畜禽粪便可能含有重金属[31,32],使用前应注意检测。

  表2 不同来源菌渣理化性质

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