劉林培 管秀瓊 李俊 胡海軍 馬永鵬

摘要：為探究食用菌菌渣協(xié)同白酒丟糟堆肥效果，研究食用菌菌渣添加比例及其對堆肥的影響，用白酒丟糟為主料，食用菌菌渣為輔料，進(jìn)行了為期26 d的堆肥試驗(yàn)，以期為白酒丟糟堆肥技術(shù)提供新的參考。結(jié)果表明，以堆肥過程中色度、溫度、pH值、電導(dǎo)率（EC值）、有機(jī)質(zhì)含量及其降解率、C/N、T值、水溶性有機(jī)碳及其與總有機(jī)氮的比值等判斷，白酒丟糟堆肥添加食用菌菌渣的最佳比例為20%～30%。其工藝參數(shù)：初始含水率為55%，初始pH值為6.5，連續(xù)通風(fēng)量為1.5 L/min，初始C/N為26.5～29。

關(guān)鍵詞：白酒丟糟;食用菌菌渣;堆肥;工藝參數(shù)

中圖分類號： S141.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2019）23-0294-05

利用白酒丟糟制作有機(jī)肥，既能解決環(huán)保問題，又可實(shí)現(xiàn)資源再利用，具有較高的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)和社會效益[1]。由于丟糟本身的C/N和營養(yǎng)條件等均不適合直接堆肥[2]，必須外加氮源、營養(yǎng)元素和微量元素，而添加化學(xué)物質(zhì)（如尿素）會極大增加生產(chǎn)和技術(shù)成本，嚴(yán)重制約丟糟有機(jī)肥的發(fā)展。

食用菌菌渣是食用菌收獲后殘留的物質(zhì)，由菌絲體和大量的剩余營養(yǎng)組成。我國每年會產(chǎn)生約5 214萬t的食用菌菌渣[3]。由于食用菌菌渣體積密度低，無植物致病菌，并且含有蛋白酶、木質(zhì)素分解酶、纖維素酶、半纖維素酶等多種酶和大量的微量元素[3-4]，可以促進(jìn)纖維素和木質(zhì)素的降解，所以食用菌菌渣在堆肥中具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。本試驗(yàn)擬探究白酒丟糟堆肥添加食用菌菌渣的最佳比例及其影響，以期為白酒丟糟堆肥技術(shù)提供新的參考。

1 材料與方法

1.1 堆肥材料

試驗(yàn)所用白酒丟糟取自四川某酒廠;食用菌菌渣取自四川自貢某農(nóng)場;復(fù)合發(fā)酵菌劑為自購市售，有效菌種主要為枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、綠色木霉和釀酒酵母等，有效活菌數(shù)≥200億個(gè)/g。堆肥原料的物理和化學(xué)性質(zhì)如表1所示。

1.2 堆肥反應(yīng)器

如圖1所示，堆肥反應(yīng)器（0.45 m×0.4 m×0.3 m）底部裝有多孔透氣PVC（聚氯乙烯）板和通氣管道，外接充氧裝置，提供系統(tǒng)通風(fēng);反應(yīng)器頂部附著冷凝板，可使水汽冷凝回流，降低反應(yīng)器含水率揮發(fā)速率;反應(yīng)器中配有溫度傳感器，與電腦連接，用于監(jiān)測系統(tǒng)溫度。

1.3 堆肥系統(tǒng)與取樣

以白酒丟糟為主料，食用菌菌渣為輔料，均以物料絕干質(zhì)量的0.1%添加復(fù)合發(fā)酵菌劑，同時(shí)調(diào)節(jié)各堆肥系統(tǒng)初始環(huán)境（含水率為55%，pH值為6.5），使其相同，設(shè)置通氣量為1.5 L/min，進(jìn)行連續(xù)通風(fēng)。將堆肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)為4組不同食用菌菌渣添加比例[20%（T1）、30%（T2）、40%（T3）、50%（T4）]，每組重復(fù)3次，進(jìn)行為期26 d的試驗(yàn)。在堆肥后0、2、4、7、11、18、21、26 d對堆體進(jìn)行物理外觀變化的記錄;在堆肥后0、1、4、7、11、14、17、20、26 d對系統(tǒng)進(jìn)行人工翻堆，同時(shí)從每個(gè)堆肥系統(tǒng)的下部，中央和上部均勻混合采集新鮮樣品（200 g左右），將其分成2等份，1份鮮樣放置在4 ℃處保存，進(jìn)行色度、含水率、pH值、電導(dǎo)率（EC值）、氨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量、可溶性有機(jī)碳含量的分析;1份風(fēng)干樣粉碎過0.25 mm篩網(wǎng)，對總氮和有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行分析。

電腦通過溫度傳感器自動記錄溫度;將去離子水與堆肥鮮樣在1 g ∶ 10 mL、30 ℃和200 r/min的條件下水平振蕩 1 h，得到樣品懸浮液。將懸浮液在10 000 r/min情況下離心30 min后通過0.45 μm水系濾器，得到堆肥浸提液[5]，進(jìn)行色度、pH值、EC值、氨態(tài)氮和可溶性有機(jī)碳分析。色度、pH值、EC和可溶性有機(jī)碳用XZ-WS色度檢測儀、雷磁PHS-3C型酸度計(jì)、雷磁DDS-307A型電導(dǎo)率儀和總有機(jī)碳-總氮分析儀（SHIMADZU TOC-V系列）分別測定;凱氏氮含量用凱氏定氮法測定;氨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量按照NY/T 1116—2014《硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、酰胺態(tài)氮含量的測定》進(jìn)行測定;總氮含量等于凱氏氮含量加硝態(tài)氮含量，總有機(jī)氮含量等于凱氏氮含量減去氨態(tài)氮含量[1];含水率在105 ℃干燥24 h后測定;灰分用馬弗爐550 ℃爐溫，保溫24 h后測定;有機(jī)質(zhì)含量是干質(zhì)量與灰分之差[6];有機(jī)碳含量根據(jù)公式：有機(jī)碳含量=1-灰分含量1.724×100%計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010和IBM SPSS 20統(tǒng)計(jì)軟件對堆肥過程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用Origin 8.5進(jìn)行圖形繪制。采用ANOVA法檢驗(yàn)各參數(shù)的統(tǒng)計(jì)差異。所有分析都假設(shè)有雙尾和95%的置信度（或α為0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 系統(tǒng)的物理變化

通過對堆肥過程的觀察發(fā)現(xiàn)，各處理初始狀態(tài)大致呈黃褐色，均有不同程度的酸味，酸味隨食用菌菌渣占系統(tǒng)比例的增加而減弱。不同處理在堆肥過程中的物理外觀大體一致（表2）。

由表3可知，堆肥結(jié)束時(shí)，色度由高到低依次為T2、T1、T4和T3，而且不同處理的色度差異顯著（P<0.05）。與之對應(yīng)，色度增加率最高為T1，其次為T2，分別達(dá)到了307.70%和163.21%均與其他處理差異顯著，而T3和T4的色度增加率無顯著差異，處于相對較低水平。由此可以判斷，T1最優(yōu)，T2次之，T3和T4較差。

2.2 溫度的變化

溫度是影響堆肥過程及其微生物活性的重要因素之一，其高低決定了堆肥速率的快慢[7]。由圖2可知，所有處理均在堆肥后1 d達(dá)最高溫，但不同處理的最高溫度有所不同：T2>T1>T3>T4。與此相似，不同處理的高溫期（50 ℃以上）維持時(shí)間亦有所差別。T1、T2、T3和T4高溫期維持時(shí)間分別為4、4、2、2 d。在堆肥中后期，所有處理的溫度均緩慢下降，但下降趨勢有所不同。T1和T2下降趨勢一致，T3和T4下降趨勢一致，且T1和T2的溫度明顯低于T3和T4的溫度，更快接近室溫。這可能是由于T1和T2的初始C/N處在 25～30 的適宜范圍[8]，T4的初始C/N較高。適宜的初始 C/N 有利于微生物的繁殖，消耗有機(jī)物，產(chǎn)生大量的熱，更快達(dá)到腐熟。由此可以判斷，T2的溫度變化情況最優(yōu)，T1次之，T3和T4較差。

2.3 pH值和EC值的變化

pH值和EC值是重要的堆肥參數(shù)，能影響最終產(chǎn)品對植物生長的適宜性。由圖3-A可知，所有處理pH值的變化趨勢相似，均先升高后降低再升高至逐步穩(wěn)定。在堆肥的初期，氨的釋放占主導(dǎo)地位，pH值的升高主要與氨氣的釋放有關(guān)。隨后，由于微生物活性增加使系統(tǒng)中的有機(jī)物分解產(chǎn)生低分子量脂肪酸以及硝化作用，pH值略有下降。此后，堆體含氮物質(zhì)的不斷降解，使系統(tǒng)pH值升高，逐步穩(wěn)定。從堆肥后 11 d 開始至堆肥結(jié)束，所有處理的pH值均無明顯差異，并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。而pH值相對穩(wěn)定意味著發(fā)酵過程結(jié)束，堆體進(jìn)入成熟階段[9]。堆肥結(jié)束時(shí)，所有處理的pH值均符合成熟標(biāo)準(zhǔn)（5.5

EC值的變化與pH值的變化趨勢大致相反，且所有處理EC值的變化趨勢基本一致（圖3-B）。堆肥開始時(shí)T1、T2、T3、T4的EC值最高，分別為4.72、4.87、5.02、5.16 mS/cm，隨后下降，至堆肥 4 d 后略有上升，在堆肥后 7 d 再次降低。

堆肥后14 d時(shí)，T1、T2、T3和T4的EC值最低，分別為1.02、1.11、1.25、1.4 mS/cm。此后，所有處理的EC值開始逐步升高，直至堆肥結(jié)束。堆肥初期，EC值快速降低可能是由于食用菌菌渣中水溶性物質(zhì)（如氨基酸）的生物降解所致。隨后EC值略有增加可能是由于有機(jī)物分解過程中釋放出礦物鹽。此后，EC值降低，可能是氨揮發(fā)和礦物鹽沉淀的結(jié)果。然而，由于系統(tǒng)干質(zhì)量的凈損失，EC值不斷增加，直到堆肥結(jié)束。到堆肥結(jié)束時(shí)，所有處理的EC值均被中等敏感植物認(rèn)為是可以忍受的（EC值<4 mS/cm）[11]。

2.4 有機(jī)質(zhì)及其降解率的變化

有機(jī)質(zhì)是微生物生存與繁殖的營養(yǎng)物質(zhì)，其含量的變化可以反映堆肥腐熟的進(jìn)程，根據(jù)其降解程度可以判斷堆肥的腐熟度[12]。由圖3-C和圖3-D可知，所有處理有機(jī)質(zhì)含量的變化趨勢類似，在整個(gè)堆肥過程中均不斷下降。研究表明，食用菌菌渣中含有多種可被微生物利用的易降解物質(zhì)，可以促進(jìn)微生物的生長，從而促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的降解，但不同食用菌菌渣比例的有機(jī)質(zhì)降解程度卻大不相同[13]。到堆肥后4、7、11、14、17、20 d時(shí)，T2的有機(jī)質(zhì)降解率分別高達(dá)5.19%、5.24%、5.58%、6.14%、6.81%和7.12%，明顯高于同時(shí)期其他3個(gè)處理。到堆肥結(jié)束時(shí)，T1的有機(jī)質(zhì)降解率最高，達(dá)到8.06%，明顯高于其他3個(gè)處理。此時(shí)，T2、T3和T4的有機(jī)質(zhì)降解率已無明顯差異。由此可以判斷，T1和T2有機(jī)質(zhì)降解率優(yōu)于T3和T4。

2.5 C/N和T值的變化

C/N常用作堆肥腐熟度的指標(biāo)。由圖4-A可知，T1、T2、T3、T4的C/N分別從堆肥開始時(shí)的26.5、29.20、29.29、32.40持續(xù)下降，到堆肥結(jié)束時(shí)分別為18.13、19.69、20.43、21.63。吳銀寶等認(rèn)為C/N小于20為腐熟標(biāo)準(zhǔn)，若由此判斷，到堆肥結(jié)束時(shí)僅T1和T2腐熟[14]。但將C/N作為堆肥腐熟指標(biāo)的爭議一直存在，有學(xué)者認(rèn)為C/N與堆肥原料有關(guān)，提出采用堆肥終點(diǎn)C/N與初始C/N的比值（T值）來評價(jià)堆肥腐熟度[15]。有研究者認(rèn)為腐熟堆肥的T值應(yīng)介于 0.49 與0.72之間[16]。由圖4-B可見，所有處理的T值變化趨勢相似，在整個(gè)堆肥過程中均不斷下降。但在整個(gè)堆肥過程中，不同處理的T值差異明顯。在堆肥后1、4、7、11 d時(shí)，T1和T2的T值雖無明顯差異但均明顯低于同時(shí)期的其余2組處理。在堆肥后14、17、26 d時(shí)，T2的T值明顯低于其他3個(gè)處理。T1、T2、T3、T4分別在堆肥后26、14、26、26 d（T值分別為0.68、0.71、0.70、0.67）達(dá)到腐熟標(biāo)準(zhǔn)。由此可以判斷，T2的C/N和T值變化情況最優(yōu)，T1次之，T3和T4較差。

2.6 水溶性有機(jī)碳及其與總有機(jī)氮比值的變化

水溶性有機(jī)碳是堆肥中微生物可直接利用的碳源，也是可以被微生物直接用來合成自身物質(zhì)的成分[17]。由圖4-C和4-D可知，T1、T2、T3和T4的水溶性有機(jī)碳分別從堆肥開始時(shí)的4.88%、5.07%、5.11%和5.20%持續(xù)下降，到堆肥結(jié)束時(shí)分別為0.88%、1.63%、1.26%和1.43%。水溶性有機(jī)碳不斷降低可能是由于有機(jī)物分解產(chǎn)生的水溶性有機(jī)碳不斷被微生物利用消耗，這與Leita等的研究[18]相似，但與李瑞鵬等的研究[19]不同。這可能是由于在不同的堆肥原料和條件下，水溶性有機(jī)碳的動態(tài)變化規(guī)律并不完全相同。Garcia等對城市廢棄物堆肥的研究結(jié)果表明，堆肥中水溶性有機(jī)碳含量小于5 g/kg時(shí)達(dá)到腐熟[15]。若由此判斷，到堆肥結(jié)束時(shí)僅T1腐熟。但李承強(qiáng)等指出，堆肥過程中的水溶性有機(jī)碳變化比較復(fù)雜，將水溶性有機(jī)碳含量作為腐熟度指標(biāo)存在爭議，建議將水溶性有機(jī)碳與總有機(jī)氮的比值作為評價(jià)腐熟度的標(biāo)準(zhǔn)，并認(rèn)為腐熟標(biāo)準(zhǔn)水溶性有機(jī)碳/總有機(jī)氮應(yīng)小于0.7[20]。由圖4-D可知，不同處理的水溶性有機(jī)碳與總有機(jī)氮的比值不斷下降，其值間差異顯著。在整個(gè)堆肥過程中，T1的水溶性有機(jī)碳與總有機(jī)氮的比值明顯低于同時(shí)期的其他3個(gè)處理。相同的是，T1的水溶性有機(jī)碳與總有機(jī)氮的比值在堆肥后17 d為0.66，達(dá)到建議的腐熟標(biāo)準(zhǔn)，而T2、T3和T4的水溶性有機(jī)碳與總有機(jī)氮的比值直至堆肥結(jié)束也未達(dá)建議的腐熟標(biāo)準(zhǔn)。由此可以判斷，T1的水溶性有機(jī)碳及其與總有機(jī)氮的比值變化情況優(yōu)于T2、T3和T4。

3 結(jié)論

（1）堆肥結(jié)束時(shí)，色度由高到低依次為T2、T1、T4和T3。不同處理的色度差異顯著（P<0.05）。與之對應(yīng)，T1、T2和T3、T4的色度增加率同樣差異顯著（P<0.05），T3和T4差異不顯著，色度增加率最高為T1，其次為T2，而T3和T4的色度增加率并無顯著差異，處于相對較低水平。由此可以判斷，T1最優(yōu)，T2次之，T3和T4較差。

（2）T1、T2、T3和T4均在堆肥后1 d達(dá)最高溫，其最高溫度T2>T1>T3>T4，高溫期維持時(shí)間分別為4、4、2、2 d。T1、T2比T3、T4更快接近室溫。由此可以判斷，T2的溫度變化情況最優(yōu)，T1次之，T3和T4較差。

（3）到堆肥結(jié)束時(shí)，所有處理的pH值均符合成熟標(biāo)準(zhǔn)（5.5

（4）所有處理的有機(jī)質(zhì)含量變化趨勢相似，在整個(gè)堆肥過程中均不斷下降，而T2的有機(jī)質(zhì)降解率明顯高于同時(shí)期其他3個(gè)處理。到堆肥結(jié)束時(shí)，T1的有機(jī)質(zhì)降解率最高，明顯高于其他3個(gè)處理。由此可以判斷，T1和T2的有機(jī)質(zhì)降解率優(yōu)于T3和T4。

（5）若用C/N判斷，到堆肥結(jié)束時(shí)僅T1和T2腐熟。在堆肥前半期，T1和T2的T值均低于同時(shí)期的其他2組處理。在堆肥中后期，T2的T值明顯低于其他3個(gè)處理。根據(jù)T值的變化，T1、T2、T3、T4分別在堆肥后26、14、26、26 d達(dá)到腐熟標(biāo)準(zhǔn)。由T值判斷，T2發(fā)酵情況最優(yōu)，T1次之，T3和T4較差。

（6）若由水溶性有機(jī)碳判斷，到堆肥結(jié)束時(shí)僅T1腐熟。而采用水溶性有機(jī)碳與總有機(jī)氮的比值評價(jià)，則T1在堆肥后17 d為0.66，達(dá)到建議的腐熟標(biāo)準(zhǔn)，而T2、T3和T4的水溶性有機(jī)碳與總有機(jī)氮的比值直至堆肥結(jié)束也未達(dá)建議的腐熟標(biāo)準(zhǔn)。由水溶性有機(jī)碳與總有機(jī)氮的比值可以判斷，T1優(yōu)于T2、T3和T4。

綜合考慮，在為期26 d的堆肥試驗(yàn)中，T1和T2處理的發(fā)酵情況優(yōu)于T3和T4處理，即白酒丟糟堆肥添加食用菌菌渣的最佳比例為：20%～30%。其工藝參數(shù)：初始含水率為55%，初始pH值為6.5，連續(xù)通風(fēng)量為1.5 L/min，初始C/N為26.5～29。

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收稿日期：2019-08-30

基金項(xiàng)目：四川輕化工大學(xué)研究生創(chuàng)新基金（編號：Y2018062）。

作者簡介：劉林培（1994—），男，四川什邡，碩士研究生，主要從事輕工廢棄物資源化利用研究。E-mail：lpliu1994@163.com。

通信作者：管秀瓊，碩士，教授，主要從事輕工廢棄物資源化利用研究。E-mail：xqguan2004@163.com。