關(guān)鍵詞：水分含量；平菇；菌糠；堆肥；發(fā)酵

我國秸稈資源豐富，2021年我國可收集農(nóng)作物秸稈總量有8.65×108 t [1]?；匣墙斩捹Y源化利用的主要途徑之一[2]，主要農(nóng)作物秸稈如玉米秸稈、水稻秸稈、小麥秸稈、甘蔗秸稈等在食用菌種植中都有應(yīng)用[3]。菌糠是食用菌種植過程中的副產(chǎn)物，每生產(chǎn) 1 kg 食用菌約產(chǎn)生 3.25～5.00 kg 菌糠[4]。以年產(chǎn)食用菌（鮮品）4.13×107 t、平菇6.11×106 t [5]計算，我國每年約產(chǎn)生1.3×108～2.1 ×108 t菌糠，其中平菇菌糠約2.0×107～3.1 ×107 t。

菌糠中含有豐富的粗纖維、多糖、蛋白質(zhì)，以及Ca、Mg、Zn等礦質(zhì)元素[67]。就地堆放是菌糠的傳統(tǒng)處理方式，該方法易引起霉菌污染、害蟲滋生和腐爛惡臭現(xiàn)象，即便是焚燒處置，也常因設(shè)備過于簡陋造成空氣污染，既對環(huán)境造成了影響又浪費資源[7]。對廢棄菌糠進行資源化利用，不僅能解決菌糠引起的環(huán)境污染問題，還能延長食用菌產(chǎn)業(yè)鏈，促進循環(huán)經(jīng)濟[8]。

肥料化是菌糠資源化利用的重要方向，經(jīng)過堆肥發(fā)酵的菌糠可改良土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力，同時菌糠中含有的激素和酶可促進農(nóng)作物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用[9]。堆肥的主要驅(qū)動力是微生物，水是微生物進行新陳代謝、生理和生化反應(yīng)的基礎(chǔ)[10]，水還為堆肥中的化學(xué)和生物反應(yīng)提供介質(zhì)[11]，對堆肥發(fā)酵的影響甚至大于溫度[12]。Kim等[13]研究表明，發(fā)酵過程水分不足（低于有機質(zhì)質(zhì)量的40%）會令堆體脫水，抑制營養(yǎng)物質(zhì)的流動性，導(dǎo)致生物過程減慢或停止，造成堆肥發(fā)酵溫度偏低；而過高的水分含量（高于有機物質(zhì)質(zhì)量的70%）使堆肥發(fā)酵過程中的微生物處于厭氧狀態(tài)，抑制好氧菌的活性，會造成堆肥溫度偏低，導(dǎo)致堆肥周期延長[14]。由于不同原料組成、性質(zhì)和有機質(zhì)含量等不同，堆肥所需的適宜水分含量有差異[15]。Petric等[16]研究表明，家禽糞便和小麥秸稈混合物堆肥發(fā)酵的合適初始水分含量為70%；Ros等[17]用豬糞堆肥發(fā)現(xiàn)，含水量在60%～70%對堆肥更加有利。

菌糠作為一種前期已經(jīng)被真菌充分分解的高有機質(zhì)原料，用于堆肥發(fā)酵時水分含量會對其發(fā)酵產(chǎn)生怎樣的影響，值得探討。本研究以秸稈為主料的平菇菌糠為原料，通過調(diào)節(jié)平菇菌糠的水分含量，分析水分含量對平菇菌糠堆肥溫度、pH和電導(dǎo)率（electrical conductivity，EC）等指標的影響，探討適合平菇菌糠堆肥發(fā)酵的水分含量范圍，以期為秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物的基料化利用提供科學(xué)依據(jù)，為發(fā)展可持續(xù)的循環(huán)農(nóng)業(yè)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

平菇菌糠來自長沙縣圣恒農(nóng)業(yè)科技有限公司，發(fā)酵菌劑購自成都華宏生物科技有限公司，尿素購自重慶建峰化工股份有限公司。

1.2 試驗方法

堆肥發(fā)酵在長沙縣圣恒農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)基地進行。共設(shè) 4個處理，每個處理的干重約500 kg，設(shè)計初始水分含量為45%、52%、60%、65%，實測水分含量為46.01%、53.91%、59.40%、64.66%（下文分別簡稱46%、54%、59%、65%），加尿素調(diào)節(jié)碳氮比（C/N）約為30∶1后按照菌劑生產(chǎn)商提供的推薦量添加發(fā)酵菌劑，邊添加邊攪拌，然后制堆，堆高約 90 cm，呈圓錐狀。在堆肥發(fā)酵后的第5、10、17、24、32、39天進行翻堆。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 溫度測定 每天下午5點用長溫度計分別在3 個不同的部位測定堆體20 和50 cm 處的溫度，取平均值。

1.3.2 pH和EC測定 在堆肥開始后0、5、10、17、24、32、39 d，在翻堆后的堆體上選擇5點，取1 kg左右鮮樣混合均勻。稱取換算成干基后的鮮樣10.00 g，以100 mL去離子水超聲浸提30 min后過濾，參照陳亮等[18]方法分別測定濾液的pH和EC，每個樣品重復(fù)3次。

1.3.3 水分測定 精確稱取1.3.2中混合均勻的鮮樣1 g左右，參照張楠[19]的方法，于105 ℃烘干至恒重，計算水分含量，每個樣品重復(fù)3次。

1.3.4 種子發(fā)芽指數(shù)測定 稱取1.3.2中的混合均勻的鮮樣（換算成干基10.00 g），參照張楠[19]的方法稍作改進，按固液比（質(zhì)量體積比）1∶10 加入去離子水，130 r·min?1 振蕩提取30 min，靜置過濾，收集過濾后的浸提液。在 9 cm 培養(yǎng)皿中墊上2張濾紙，均勻放入10粒大小基本一致、飽滿的小白菜種子，加入7 mL浸提液，蓋上皿蓋，在培養(yǎng)箱中30 ℃避光培養(yǎng)48 h，統(tǒng)計發(fā)芽率并測量根長。每個樣品重復(fù)3次，以去離子水作對照，按照下式計算種子發(fā)芽指數(shù)（germination index ，GI）。

1.3.5 養(yǎng)分測定 取1.3.2中0、17、39 d制備的鮮樣，參照NY/T 525—2021[20]采用蒸餾定氮法測定全氮含量，采用釩鉬黃比色法測定全磷含量，采用火焰光度法測定全鉀含量，每個樣品重復(fù)測定3次，總養(yǎng)分為全氮、全磷、全鉀之和。

1.3.6 有機質(zhì)測定及碳氮比的計算 有機質(zhì)的測定參照NY/T 525—2021[20]，采用重鉻酸鉀容量法，每個樣品重復(fù)測定3次，參照LY/T 1237—1999[21]計算碳氮比（C/N）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS V9.01 進行標準差和方差分析，采用Origin 2019作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度變化分析

不同水分含量平菇菌糠堆肥過程中20 和50 cm處溫度變化如圖1所示，不同水分含量的堆體溫度均隨翻堆時間呈現(xiàn)周期性變化，即翻堆后溫度迅速降到谷值，隨著發(fā)酵繼續(xù)進行，溫度又逐漸上升到峰值。堆肥前17 d，水分含量46%、54%、59%、65%平菇菌糠20 cm深處的平均溫度分別為56.03、56.73、56.50、53.00 ℃，50 cm深處的平均溫度分別為49.52、48.88、49.71、45.85 ℃，水分含量46%、54%、59%的平菇菌糠堆體溫度均高于水分含量為65%的平菇菌糠；堆肥后22 d，水分含量46%、54%、59%、65%平菇菌糠20 cm處的平均溫度分別為40.04、38.77、41.95、43.25 ℃，50 cm處的平均溫度分別為39.04、39.82、43.82、43.86 ℃，不同深處堆體溫度均較堆肥前期下降，但含水量65%的平菇菌糠堆溫下降較少，其堆溫較含水量46%、54%、59%的菌糠高。整個堆肥發(fā)酵過程中，水分含量46%、54%、59%、65%平菇菌糠在 20 cm處達到最適發(fā)酵溫度下限（≥52 ℃）[22]的時間分別為13、13、13、9 d，50 cm處≥52 ℃的時間分別為7、8、9、5 d，水分含量65%的菌糠達到最適發(fā)酵溫度的時間較其余3組少；水分含量46%、54%、59%、65%平菇菌糠20 cm處的平均堆溫分別為47.23、46.85、48.50、47.64 ℃，50 cm處的平均堆溫分別為43.76、43.90、46.47、44.76 ℃，各處理的平均堆溫差異不大。

2.2 pH 變化分析

不同水分含量平菇菌糠堆肥過程中pH變化如圖2，水分含量46%的菌糠初始pH最高，約為8.86，其他菌糠的pH約在7.00左右。隨著堆肥進行，水分含量54%、59%和65%的平菇菌糠pH均迅速升高，第5天左右達到最高值，保持相對穩(wěn)定一段時間后開始下降；水分含量46% 的菌糠pH一直呈下降趨勢，堆肥32 d 后，水分含量45%、54%、59%的菌糠pH趨于穩(wěn)定，而水分含量65%的菌糠pH 仍繼續(xù)下降。堆肥39 d后，水分含量46%、54%、59% 和65% 平菇菌糠的pH 分別為8.12、8.29、8.26和7.91。

2.3 EC 變化

由圖3可知，不同水分含量平菇菌糠在堆肥開始后EC均迅速增加，水分含量65% 的平菇菌糠初始EC 較水分含量46%、54% 和59% 的菌糠低，整個堆肥發(fā)酵過程中水分含量65%的平菇菌糠EC均低于其他3個處理。堆肥32 d后，水分含量46%、54%和59%的菌糠EC增勢變緩，而水分含量65%的菌糠EC還處于較高增長水平。堆肥39 d后，水分含量46%、54%、59% 和65% 的菌糠EC分別為3 404、3 806、3 678和2 864 μS·cm?1，均在作物所需適宜范圍（≤4 000 μS·cm?1）[23]。

2.4 水分含量變化

不同水分含量平菇菌糠堆肥過程中水分變化如圖4，隨著堆肥進行，所有處理的含水量均逐漸下降。堆肥10 d 后，水分含量46%、54%、59%、65% 的菌糠含水量較初始分別下降7.55%、9.65%、14.01%、4.04%，初始含水量65%的菌糠較初始含水量46%、54%、59%的菌糠水分含量下降更慢；堆肥后期，特別是堆肥最后7 d，初始含水量65%的菌糠水分含量下降較另3個處理快。堆肥39 d后，初始含水量46%、54%、59%、65%的菌糠水分含量分別降至26.93%、29.85%、37.22% 和40.70%，前2 組發(fā)酵菌糠的含水量≤30%，達到NY/T 525—2021[20]要求。

2.5 GI 變化

從圖5可以看出，不同水分含量平菇菌糠初始GI均gt;100%。隨著堆肥進行，菌糠的GI略有下降，堆肥17 d 后，水分含量46%、54%、59%、65%的菌糠GI 均值分別為114.11%、109.83%、104.91%、109.69%，堆肥后期平菇菌糠的GI趨于平緩；堆肥39 d后，水分含量46%、54%、59%、65%的菌糠GI 均值分別為105.70%、113.31%、107.67%、109.38%，均大于100%。

2.6 養(yǎng)分變化

從表1可以看出，不同水分含量平菇菌糠的總養(yǎng)分在堆肥后均增加，堆肥17 d后，水分含量46%、54%、59%、65% 平菇菌糠總養(yǎng)分均已gt;4.00%，堆肥39 d 后總養(yǎng)分較初始分別增加32.70%、38.50%、36.02%、42.20%，但不同水分含量菌糠的總養(yǎng)分含量間沒有顯著差異。從表2可以看出，所有處理的N、P、K含量均有增加，其中P元素增幅最大，水分含量46%、54%、59%、65%的平菇菌糠在堆肥39 d 后P 元素分別較初始增加48.57%、73.01%、79.31%、79.66%，但不同水分含量菌糠發(fā)酵39 d后的N、P、K元素含量沒有顯著差異。

2.7 有機質(zhì)及C/N 變化

從表3 可以看出，經(jīng)過堆肥發(fā)酵后所有處理有機質(zhì)含量均明顯下降，堆肥39 d后，水分含量46%、54%、59%、65% 的平菇菌糠有機質(zhì)含量分別為66.46%、62.70%、68.85%、69.08%，較初始值分別下降12.02%、18.78%、9.41%、8.36%，其中水分含量54%的菌糠有機質(zhì)含量下降最明顯，較其余三者有顯著性差異，但所有水分含量的菌糠發(fā)酵39 d后有機質(zhì)含量均符合NY/T 525—2021[20]要求。菌糠的C/N比也隨著堆肥進行大幅度下降，由初始的30左右下降到20左右，水分含量46%、54%、59%以及65%的平菇菌糠在堆肥39 d后的C/N分別較堆肥前下降36.31%、38.67%、32.39%、34.54%。

3 討論

整個堆肥過程，水分含量46%、54%、59%、65%的平菇菌糠發(fā)酵平均溫度差異不大，但堆肥過程中溫度變化趨勢不一樣：水分含量65%的平菇菌糠在堆肥前期較水分含量46%、54%、59%的平菇菌糠升溫慢，而在堆肥后期水分含量65%的平菇菌糠堆溫較水分含量46%、54%、59%的菌糠下降慢，水分含量65%的平菇菌糠前期升溫慢可能是由于過多的水堵住了原料中的空隙，增加了O2的傳質(zhì)阻力，降低水相中的O2含量，使平菇菌糠透氣性下降，影響到好氧微生物的快速繁殖[24]，而后期降溫慢可能是因為菌糠中殘留有較多可利用有機質(zhì)。

水分含量54%、59%的平菇菌糠堆肥過程中pH先增加后降低，最后趨于穩(wěn)定，與王佳麗等[25]和詹亞斌等[26]的研究結(jié)果相似。發(fā)酵前期pH升高可能是原料的含氮化合物在微生物作用下氨化產(chǎn)生的大量氨氣不能及時揮發(fā)[27]，后期pH 降低則可能是由于氨化作用強度降低和硝化作用強度增強，加之有機物分解產(chǎn)生的有機酸逐漸增加[28]。堆肥32 d后，水分含量65%的菌糠pH仍不穩(wěn)定，可能是由于殘留的可降解有機質(zhì)仍較多，有機質(zhì)降解過程中不斷產(chǎn)生有機酸的緣故。

EC揭示物料浸提液的含鹽量，可反映堆肥的質(zhì)量。由于有機物在堆肥發(fā)酵過程中的分解和物料損失，會導(dǎo)致鹽的濃縮[29]，同時有機物的分解還可以導(dǎo)致鹽更容易被溶出，因此隨著堆肥發(fā)酵進行EC會增加，EC也可以在一定程度上表征發(fā)酵腐熟的程度。本研究中，水分含量45%、54% 和59%的菌糠發(fā)酵過程中EC較為接近，而水分含量65%的菌糠EC始終低于前3組，可能與水分含量65%的菌糠發(fā)酵進行較慢有關(guān)，該現(xiàn)象與其升溫慢，pH變化規(guī)律相吻合。

有機固體廢棄物堆肥過程中，堆體含水率會隨著堆肥時間逐漸減少。水分的遷移轉(zhuǎn)化主要過程是：通風輸水、微生物作用脫水、產(chǎn)水及堆體表觀脫水[30]。本研究堆肥完成后的平菇菌糠含水量與發(fā)酵初始水分含量呈正相關(guān)，即平菇菌糠初始水分含量高，堆肥完成后水分含量仍然高。初始水分含量45%和52%的平菇菌糠堆肥39 d后，其水分含量≤30%，符合有機肥料的要求[20]，初始水分含量60%和65%的平菇菌糠發(fā)酵堆肥39 d后，含水量仍然不低于30%，仍需要進一步干燥。

GI 是重要的腐熟度評價指標之一。當GIgt; 50% 時可以認為堆肥對植物基本沒有毒害，當GIgt; 80% 時，認為達到腐熟標準[31]。平菇菌糠由于前期已經(jīng)被平菇菌充分分解，因此各處理的初始GI均大于100%，說明菌糠中有促進植物生長的物質(zhì)[9]；經(jīng)過堆肥發(fā)酵后各處理GI仍然均大于100%，但較初始時略有下降，可能是由于濃縮效應(yīng)，使堆肥后菌糠中部分物質(zhì)（如鹽）的含量增加，從而影響了種子萌發(fā)。

堆肥17 d后，不同水分含量的平菇菌糠總養(yǎng)分均大于4%，符合有機肥料標準[20]中對養(yǎng)分的要求，此時平菇菌糠其他基礎(chǔ)理化指標除水分含量外如GI、pH、EC以及有機質(zhì)含量等也都符合有機肥的標準；堆肥完成后，不同水分含量的平菇菌糠總養(yǎng)分含量沒有顯著差異，并且N、P、K元素含量也沒有顯著差異。Seeking[32]認為，高水分含量將引起營養(yǎng)物質(zhì)的損失，該結(jié)論在本研究中未得到驗證；關(guān)于水分含量是否對氮素損失產(chǎn)生影響存在較大分歧，Cabrera等 [33]認為，當堆肥含水量接近其持水能力時，容易導(dǎo)致 NH3 的揮發(fā)，且濕度越高NH+4-N 損失越大；Barrington 等[34]則認為，濕度對N素損失幾乎沒有影響。本研究中，P元素含量沒有受到水分含量變化的影響，該結(jié)果與Tiquia等[35]的觀點一致。水分含量對平菇菌糠中養(yǎng)分影響的具體機制還有待進一步研究。

水分含量和有機物降解速率存在密切關(guān)系。Miller等[36]認為，堆肥過程中水分含量的連續(xù)下降是有機質(zhì)降解的標志。 但是，如果堆肥過程中水分含量下降過快，水分的損失將會導(dǎo)致有機物降解速率明顯降低[37]。本研究中，堆肥39 d后初始含水量54%的菌糠有機質(zhì)下降最明顯，而初始水分含量46%的菌糠與初始水分含量59%、65%的菌糠之間差異不顯著，說明水分含量過高或過低都將影響有機質(zhì)降解。Higgins等[38]研究表明，當濕度小于45%或大于60%時，有機物降解速率會明顯降低。

綜上所述，平菇菌糠含有能促進種子萌發(fā)的有益物質(zhì)，是一種較好的有機肥發(fā)酵原料。在發(fā)酵過程中，當水分含量≥65% 時，會影響菌糠堆肥發(fā)酵的進程，并且堆肥完成后的菌糠含水量較高，需要進一步干燥，增加堆肥成本。鑒于平菇生產(chǎn)中的鮮菌糠水分含量大都在50%～60%之間，因此在生產(chǎn)實踐中，可將鮮菌糠稍加控干水分，調(diào)節(jié)好C/N比，便能發(fā)酵為合格有機肥。