88tit不同碳氮比及氮源对菇渣发酵的影响
白永娟;徐炜南;常晓晓;胡晓辉
【摘 要】为探讨菇渣作为无土栽培基质的适宜发酵条件,通过设置不同 C/N 比(25∶1、30∶1和35∶1)和不同氮源(牛粪、鸡粪和尿素)试验组合,测定分析不同发酵阶段菇渣的发酵温度、积温、体积质量、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度、大小孔隙比、电导率(electrical conductivity,EC)值及 pH 值。结果表明：除氮源对总孔隙度的变化无显著影响外,C/N比和氮源均显著影响其他指标。其中：C/N比为30∶1、氮源为牛粪+尿素和鸡粪+尿素的处理使堆体大于50℃的高温分别持续8、8和9 d,即有利于发酵堆体保持较长时间的高温,缩短菇渣发酵腐熟的时间；C/N比为30∶1处理的菇渣体积质量、孔隙度从发酵第70天开始均趋于稳定,有利于菇渣的腐熟；氮源为牛粪+尿素和鸡粪+尿素处理的菇渣体积质量、持水孔隙度、p H 值和 EC 值从发酵第70天开始趋于稳定。综上所述,在本试验条件下,菇渣宜采用初始C/N比为30∶1、氮源为鸡粪+尿素或者牛粪+尿素的组合进行发酵。%Summary With the increa production of agricultural products by years,large quantitative accumulations of agricultural waste have brought vere environmental problems and wasting of resources.Therefore,re
cycling and reusing the agricultural waste become urgent.Recently,composting of agricultural waste has become the rearch focus of soilless culture substrate.With the advantages such as stable physiochemical property,adequate supply of fat,wide variety of sources and low cost,soilless culture substrates have been accepted by majority of farmers, and the demand for substrates incread quickly.Mushroom waste contains large amounts of mycoprotein,a variety of metabolites and underutilized nutrients,which is a good substrate material.In this study,mushroom residue was lected as the main material for composting,the effects of different carbon-to-nitrogen ratios and nitrogen sources on physiochemical properties of composting were investigated,to find the optimal condition for transformation of mushroom residue to soilless culture substrate,to provide optimized composting parameters for the practical production,to offer scientific basis for the widespread application of the mushroom substrates. The carbon-to-nitrogen (C/N) ratio was t at three levels of 25∶1,30∶1,and 35∶1.Five different combinations of nitrogen sources were lected,including cow manure,chicken manure,urea,a mixture of cow manure and urea,and a mixture of chicken manure and urea.Actually,the C/N ratio of mus
hroom was 40∶1 , and the dry cow manure,dry chicken manure and urea were ud to adjust the C/N ratio.Each treatment contained 100 kg mushroom residue and 3% effective microorganism (EM) agents,and the water content was adjusted to 60%.Static composting at high temperature was applied and the experimental containers were covered by plastic sheeting.The piles were turned over every 10 days,and were sampled every 15 days for a study period of 80 days.Composting temperature,total porosity,air-filled porosity,water holding capacity,air-water ratio, electrical conductivity(EC),pH and bulk density were measured for each sample.The temperature in center of each pile was recorded using a temperature meter every day. The results showed that during the composting period, the C/N ratios had significant influence on all parameters,while the nitrogen sources had significant influence on all parameters except total porosity.The optimal condition to keep high temperature(>50 ℃,and last for 8,8 and 9 days,respectively),and to shorten the composting period of mushroom residue was C/N ratio of 30∶1,and adding the mixture of cow manure or chicken manure and urea as an additive nitrogen source.Under the C/N ratio of 30∶1,bulk density and porosity tend to be
中国战争历史stable after 70-day fermentation,beneficial to composting of mushroom residue.When the mixture of cow manure or chicken manure and urea was added as nitrogen source,bulk density,water holding capacity,pH and EC values tended to be stable after 70-day composting. In conclusion,the optimal condition for composting of mushroom residue is the initial C/N ratio of 30∶1 and the mixture of cow manure or chicken manure and urea as the nitrogen source.
【期刊名称】《浙江大学学报（农业与生命科学版）》
【年(卷),期】2016(042)006
【总页数】9页(P760-768)
【关键词】菇渣;碳氮比;氮源;发酵;无土栽培基质
【作 者】白永娟;徐炜南;常晓晓;胡晓辉
【作者单位】西北农林科技大学园艺学院，农业部西北设施园艺工程重点实验室/陕西省设
施农业工程技术研究中心，陕西 杨凌 712100;西北农林科技大学园艺学院，农业部西北设施园艺工程重点实验室/陕西省设施农业工程技术研究中心，陕西 杨凌 712100;西北农林科技大学园艺学院，农业部西北设施园艺工程重点实验室/陕西省设施农业工程技术研究中心，陕西 杨凌 712100;西北农林科技大学园艺学院，农业部西北设施园艺工程重点实验室/陕西省设施农业工程技术研究中心，陕西 杨凌 712100
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【中图分类】X71;S141.4
伴随我国农产品数量逐年增加,农业废弃物的大量积累,进而产生了较为严重的环境及资源浪费问题[1];因此,农业废弃物的资源化及再利用问题亟待解决.近年来,农业废弃物发酵成无土栽培基质已成为研究热点,其中,关于油菜秸秆、棉秆、柠条、椰糠等废弃物的研究报道较多[25].菇渣废弃物中含有大量的菌体蛋白、多种代谢产物及未被充分利用的养料,是较好的栽培基质原料[6].前人对菇渣利用的研究多为基质配比方面,如:李海燕等[7]筛选出适宜的蘑菇渣代替草炭栽培基质的配方为V(草炭)∶V(菇渣)=1∶1,适宜番茄幼苗的生长;郭淑云等[8]发现,按V(菇渣)∶V(炉渣)∶V(鸡粪)=9∶5∶3的比例混合可以作为黄瓜的最优栽培基质配方;但是关于
菇渣发酵影响因素的研究少见报道.碳氮比(C/N)和氮源是影响农业废弃物发酵的核心因素,通常,发酵初始的C/N比控制在25∶1到35∶1之间[911],但不同农业废弃物存在一定的差异.菇渣作为农业废弃物,含有大量的有机质,所以需要选择合适的氮源来调节发酵初始的C/N比.由于无机氮源更容易被微生物所利用,而有机氮源中的氮需要将有机氮转化成无机氮才可以被微生物所利用,所以有机氮源更有利于微生物的持续利用.为确定适宜菇渣发酵的C/N比和氮源,本文以菇渣为发酵主原料,研究不同C/N比和氮源对菇渣发酵理化性质的影响,旨在确定菇渣转化为栽培基质的适宜的发酵条件,为菇渣的基质化利用提供发酵参数,以及为菇渣基质的实际生产和应用提供科学依据.
1.1 试验材料与设计
发酵原料为杏鲍菇菇渣废弃物、牛粪和鸡粪,各物质养分含量见表1.试验于2014年12月至2015年3月在陕西杨凌西北农林科技大学北校区园艺场玻璃温室内进行.设置不同C/N比和氮源2个因素,其中:C/N比设置3个水平,分别为T1(25∶1)、T2(30∶1)、T3(35∶1);氮源设置5个水平,分别为S1(牛粪)、S2(鸡粪)、S3(牛粪+尿素)、S4(鸡粪+尿素)、S5(尿素).共15个处理,3个重复.每个处理含100 kg菇渣,通过添加不同氮源调节C/N比;氮源添加量见表2.采用静
态高温堆腐方式,加入发酵物总质量3%的有效微生物群(effective microorganisms,EM)菌剂,相对含水量调至60%.采用5点取样法,每个重复取样200 g,每隔15 d取一次样,每隔10 d翻堆一次,堆置80 d.
1.2 测定项目与方法
发酵温度测定:利用HL2008多路温度巡检仪(杭州威博科技有限公司),将温度探头插入堆体中心,每15 min记录一次.每天所测温度的平均值记为当天发酵的温度.
发酵后菇渣体积质量(容重)、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度、电导率(electrical conductivity, EC)、p H值的测定参照郭世荣[12]的方法;有机碳、全氮、全磷、全钾测定参照鲍士旦[13]的方法.
1.3 数据分析
数学表白利用Excel 2010进行数据整理分析和作图,测定结果利用SPSS 20.0软件的邓肯多重比较法分析各处理间的差异(P＜0.05).
2.1 不同C/N比和氮源对发酵过程中菇渣温度和积温的影响
2.1.1 不同C/N比对菇渣发酵过程中温度变化的影响
从图1A可以看出,在发酵过程中不同C/N比处理的菇渣温度均呈现先上升后下降的变化趋势.各处理都从堆腐的第2天开始迅速升温;第4天各处理温度均达到45℃以上;第6天,T2和T3处理温度达到50℃以上,并持续8 d,而T1处理最高温度只达到47℃,并仅持续2 d;T2处理从第57天到发酵结束,温度显著高于其他处理.由此表明,将菇渣发酵初始C/N比控制在30∶1有利于堆体的高温发酵腐熟.
2.1.2 不同氮源对菇渣发酵过程中温度变化的影响
从图1B可以看出,在发酵过程中不同氮源处理的菇渣温度均呈现先上升后下降的变化趋势.各处理从第2天开始均迅速升温.S3、S4和S5处理到第3天时温度均达到40℃以上,S2、S3、S4和S5处理的温度高于50℃的时间分别持续2、8、9和3 d,而S1处理的温度最高达到49.5℃,并持续3 d.S5处理从第8天开始显著低于其他处理;S3处理从第18到27天,温度显著高于其他处理;S4处理从第53天到发酵结束,温度显著高于其他处理.这说明在菇渣发酵中,氮源为有机物和无机物混合的处理有利于堆体的高温发酵腐熟.
2.1.3 不同C/N比和氮源对发酵过程中菇渣积温的影响
由表3可知:C/N比为30∶1处理的积温明显高于其他2个水平的处理,达到1 900.94℃;氮源为鸡粪+尿素处理的积温最高,为1 916.98℃,且牛粪+尿素处理的积温为1 876.43℃,两者之间差异无统计学意义(P＞0.05).从表4可以看出,C/N比和氮源对菇渣发酵有效积温的影响均极为显著.
白族扎染2.2 不同C/N比和氮源对菇渣发酵前后C/N比的影响
芋头鸭由表3可以看出:在菇渣发酵前后的不同C/N比处理下,初始C/N比为25∶1和30∶1的处理在发酵后C/N比相对较低,为14∶1;氮源为牛粪(S1)、鸡粪(S2)、牛粪+尿素(S3)处理的降低比例较多.在发酵过程中,C/N比和氮源对菇渣发酵后C/ N比的降低均无显著影响(表4).
2.3 不同C/N比和氮源对菇渣发酵影响的主因素分析
双因素试验的方差分析结果(表4)表明:发酵菇渣C/N比的变化既不受单因素(C/N或氮源)的影响,也不受两者交互作用的影响;总孔隙度的变化受C/N比及交互作用的影响极显著,但不受单因素氮源的影响;C/N比、氮源以及两者交互作用对体积质量、通气孔隙度、持水孔隙度、大小孔隙比、p H值、EC值及积温变化的影响均极显著.
2.4 不同C/N比和氮源对发酵过程中菇渣理化性质的影响
2.4.1 不同C/N比和氮源对发酵过程中菇渣物理性质的影响
由图2A可知:T2处理的菇渣体积质量在发酵第70到80天的变化趋于稳定;第30到70天, S4处理的菇渣体积质量上升趋势显著,从第70天开始变化趋于平缓;且在T2水平下,S3处理的增长率最大(表4).从图2B可知,T2处理的总孔隙度在第45到70天变化趋势平缓;添加相同的氮源,总孔隙度的变化为T2＞T1＞T3处理,且在T2水平下的S4处理的通气孔隙度变化最大(表4).从图2C可知:第80天,通气孔隙度为T2＞T1＞T3处理;从第70天开始,S3和S4处理的变化趋于稳定.从图2D可以看出,T2处理在第15天时持水孔隙度达到87%,S3和S4处理在发酵第30到 70天变化趋于稳定,到第80天,两者的持水孔隙度分别达到81%和83%,为最大值.由图2E可知:S4处理在发酵第30到80天,大小孔隙比下降趋势明显,第70天,显著低于其他各处理;发酵第80天时,S3处理的大小孔隙比最高,显著高于其他各处理;在T1水平下S1处理和T2水平下S4处理的大小孔隙比变化最大(表4).
2.4.2 不同C/N比和氮源对菇渣发酵过程中EC和p H值的影响
由图3 A可知:在整个发酵过程中EC值的变化为T1＞T2＞T3处理;T2处理从发酵第70天开始呈现相对稳定的趋势;S2处理的EC值一直为最大;S1和S3处理在发酵第30到70天变化趋于稳定.由图3B可知:在整个发酵过程中p H值呈现为T3＞T2＞T1处理,且p H值都呈碱性;S3处理从第45天开始变化趋势趋于稳定,维持在8.6到8.7之间;S1处理的p H值变化一直处于最高状态;S4处理在发酵第80天的p H值相比于其他处理为最低.
无土栽培基质以其廉价、易获得,以及稳定的理化性质和丰富的营养物质等特点,已经被广大农户所认可并加以利用,且需求量逐年增加.而农业废弃物转化为无土栽培基质,则需要发酵腐熟过程.基质发酵过程是通过微生物的发酵作用,对有机物进行有效的生物降解,将其转化为富含营养物质的腐殖质[14].这个过程包括4个阶段,即升温阶段、高温阶段、降温阶段、稳定阶段.在高温期可以杀死有机物中的一些病原微生物,所以温度可以判断有机物是否发酵腐熟.如果发酵温度太低,将影响微生物的新陈代谢,并且有机基质得不到有效的氧化分解,所以高温是有机质得到有效降解的必要条件,并在适宜的范围内降解得更快[15].有研究表明,发酵温度在40℃到65℃之间为最佳发酵温度,当温度高于55℃时,可以使一些病原微生物致死[16].在发酵过程中,发酵温度维持50℃以上的高温5～10 d,有机质中所含的虫卵等物质就会被杀死,有毒物质会被微生物分解[1718].在本试验中,各处理温度在发酵第3天均达到高温,并
蹦蹦球持续一段时间,且在前面所述的适宜发酵温度范围内.C/N为30∶1的处理积温高于C/N比为25∶1和35∶1的处理,且C/N比为30∶1和35∶1的处理温度达50℃以上,并持续8 d;因此,C/N比为30∶1更有利于菇渣的发酵腐熟.氮源为鸡粪+尿素和牛粪+尿素的处理在整个发酵过程中持续高温的时间比较长,可能由于禽畜粪便内含有大量的微生物,可以维持较长时间的高温,而且尿素能够被微生物迅速利用,使得微生物的活动旺盛,加快了有机质的降解,所以氮源为禽畜粪便+尿素更有利于菇渣的发酵腐熟.
