杏鲍菇菌糠发酵生物肥成分分析及其效果评价

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　　摘要：测定了杏鲍菇（Pleurotus eryngii Pholiotanameko）菌糠的重金属含量及发酵处理前后的营养成分，并分析和评价了其在盆栽试验中对作物生长的影响，为利用菌糠制作农用肥从而实现废物资源再利用提供相关理论依据。结果表明，杏鲍菇菌糠的重金属含量符合行业标准NY 525—2012的相关要求，菌糠发酵后粗蛋白质和粗纤维含量下降，氨基酸和有机质含量则大幅增加。与单施复合肥相比，杏鲍菇菌糠发酵后的有机肥和复合肥施用使得香姜（Alpinia coriandriodora D. Fang）、玉米（Zea mays L.）和小白菜（Brassica chinensis L.）的叶长、株高、茎粗、叶绿素含量、过氧化物酶活性和可溶性蛋白质含量均明显增加。
　　关键词：杏鲍菇（Pleurotus eryngii Pholiotanameko）菌糠;发酵;生物肥;肥效
　　中图分类号：S141.9 文献标识码：A
　　文章编号：0439-8114（2020）07-0064-04
　　DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.07.014
　　Abstract： To provide a theoretical basis for the utilization of bacterial chaff to make fertilizer for agricultural use and realize the reuse of waste resources，the nutrient composition and heavy metals content of spent mushroom substrate of Pleurotus eryngii Pholiotanameko fermented fertilizer was analyzed，and the influence of different fertilizers on the growth of cash crops was evaluated. The results showed that the heavy metal content of spent mushroom substrate conformed to the relevant requirements of industry standard NY 525—2012. The crude protein and crude fiber content decreased significantly after fermentation，while the content of amino acid and organic matter were increased greatly. Compared with the blank control，the mixed fertilizer were applied to cash crops ginger （Alpinia coriandriodora D. Fang），corn （Zea mays L.） and Chinese cabbage （Brassica chinensis L.） could increase the leaf length，plant height，stem diameter，chlorophyll content，POD activity and soluble protein conten.
　　Key words： spent mushroom substrate of Pleurotus eryngii Pholiotanameko; fermentation; biological fertilizer; fertilizer efficiency
　　菌糠是指以棉子壳、锯木屑、水稻秸秆、玉米芯、甘蔗渣等多种农作物秸秆和工业废料（如酒糟、醋糟、糖蜜、造纸厂废液等）为主要原料栽培食用菌后的废弃培养基[1]。杏鲍菇生长周期短、生物转化率低，培养料中的营养成分未被充分分解利用，因此有较高的后续利用价值[2]。据调查，在2014年中国每年产生的菌糠总量达到13 080万～16 350万t[3]，这些菌糠基本被燃烧和废弃处理，随意的堆积和废弃将造成资源的极大浪费，且会给环境带来严重污染，甚至可能成为各种病原微生物的滋生地和繁殖场[4，5]。因此，菌糠的处理已成为食用菌产业发展的关键问题之一。为加强废弃杏鲍菇（Pleurotus eryngii Pholiotanameko）菌糠的資源利用，本研究测定杏鲍菇菌糠发酵前后的营养组分和金属元素含量后，将杏鲍菇菌糠以蛋白质酶产生菌、纤维素酶产生菌等微生物降解发酵，通过堆肥腐熟以制备农业用肥。在盆栽试验条件下，探索以杏鲍菇菌糠制成的农业用肥对田间作物如香姜（Alpinia coriandriodora D. Fang）、玉米（Zea mays L.）、小白菜（Brassica chinensis L.）的生长影响，以期克服复合肥养分比例固定等缺点，减少化肥的使用，实现变废为宝，降低成本，节约资源，提高经济效益。
　　1 材料与方法
　　1.1 样品采集与处理
　　在湖南宇秀生物科技有限公司杏鲍菇培养基地采集无污染、无霉变的杏鲍菇菌糠（在一个车间多个培养瓶放置架分别采取等量的样本，均匀混合）。2015年3月采集编号为1、2两组样品，于4月采集编号为3的样品。营养成分和金属元素含量测定样品经自然干燥、粉碎、过60目筛，装瓶密封保存，备用。
　　1.2 材料与试剂
　　浓硫酸、盐酸、硝酸、溴甲酚绿、碘、碘化钾、吡啶、邻菲罗啉、蒽酮、抗坏血酸、甲基红、氢氧化钠、硼酸、氢氧化钾、重铬酸钾、硫酸铜、3，5-二硝基水杨酸、羧甲酯纤维素等，其中化学试剂均为分析纯。牛肉膏蛋白胨培养基、LB肉汤培养基购自青岛海博生物技术有限公司。 　　菌种购自中国工业微生物菌种保藏管理中心。枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），菌种编号为CICC 10089，该菌种的主要特点为产半纤维素酶。解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens），菌种编号为CICC 10063，该菌种的主要特点为产蛋白酶。
　　香姜发芽块根由永州市双牌县塘底乡香姜种植户提供，品种为本地香姜，玉米和小白菜种子购于永州市种子门市部。
　　1.3 试验方法
　　1.3.1 菌糠的发酵
　　1）堆置发酵。在开放通风室内，将25 kg杏鲍菇菌糠、3 000 mL去离子水、400 mL解淀粉芽孢杆菌菌悬液、400 mL枯草芽孢杆菌菌悬液混合拌匀，建堆，形状呈圆锥体，底部直径1 m、高0.5 m，并在堆料四周用塑料薄膜覆盖保温。另在顶端垂直插入一支温度计，当温度上升到65 ℃左右，维持2～3 d，待温度开始下降时，翻堆1次。建堆发酵过程中，进行了5次翻堆，直至温度不再上升。
　　2）翻堆。用铁铲将单堆发酵样品反复翻动，注意下面的料翻到上面，四周的料翻到中间，达到透气效果。每天8：00、13：00、18：00记录发酵堆温度;每次翻堆取样，测定pH 等。
　　3）含水量控制。整个发酵过程中使菌糠始终保持处于湿润状态，即单手抓取发酵中的样品菌糠时，用力握紧菌糠恰有极少量液体流出。每天定时观察含水量变化，适当并等量地对各个发酵样品补充水分。发酵45 d，结束发酵，取样，测定各营养成分含量。
　　1.3.2 菌糠营养成分的测定方法 水分采用烘箱干燥法，（105±2） ℃烘至恒重;粗灰分含量测定采用灼烧法;粗蛋白质含量测定采用凯氏定氮法，参照GB/T 5009.5—2010;粗纤维含量测定参照GB/T 5009.10—2003;有机质含量测定参照NY/T 1121.6—2006;全氮、全磷、全钾含量的测定均参照NY/T 2017—2011。
　　1.3.3 菌糠重金属含量的测定方法 镉、铅含量测定参照石墨炉原子吸收分光光度法（GB/T 17141—1997）;铬含量测定参照火焰原子吸收分光光度法（HJ/491—2009）;砷含量测定参照二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法（GB/T 17134—1997）;汞含量测定参照冷原子吸收分光光度法（GB/T 17136—1997）。
　　1.3.4 作物栽培和施肥方法 试验共设4个处理，分别为不施肥对照（A）、自制菌糠肥处理（B）、复合肥处理（C，氮肥+磷肥）和混合施肥处理（D，菌糠肥+复合肥）。每处理5盆，成活率为100%。除了肥料种类不同、所施肥料用量不同之外，试验所需其余条件皆相同。土壤为永州常见黄色土壤，每隔7 d定量施肥1次（不施肥对照除外），持续3周，第五周采样测定植物样本各指标。施肥量：处理B每盆施5.800 g菌糠肥（成分为菌糠发酵过后的有机肥）;处理C每盆施3.046 g复合肥（成分为氮肥+磷肥）;处理D每盆施菌糠肥2.900 g、复合肥1.523 g。
　　1.3.5 各作物生理生化指标测定方法 测定叶长、株高、茎粗等;叶绿素含量测定采用分光光度法[6];过氧化物酶测定采用愈创木酚法[7];可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝染色法[8]。
　　2 结果与分析
　　2.1 杏鲍菇发酵前重金属含量
　　发酵前杏鲍菇菌糠3组样品重金属含量均符合行业标准NY525—2012的相关要求（限量指标：汞≤2 mg/kg、砷≤15 mg/kg、镉≤3 mg/kg、铅≤50 mg/kg、铬≤150 mg/kg）（表1）。因此，将杏鲍菇菌糠用于作物肥料的发酵生产在重金属含量上符合要求，用其生产的肥料产品可以达到国标要求。
　　2.2 杏鲍菇菌糠发酵前后常规营养成分变化
　　发酵后杏鲍菇菌糠粗蛋白质含量下降，氨基酸和有机质含量均大幅增加，说明菌糠在加入产蛋白酶的解淀粉芽孢杆菌的发酵作用下，杏鲍菇残留的菌体蛋白质部分被降解成氨基酸，部分随着其他有机成分一起被转化成有机质。而加入产半纤维素酶的枯草芽孢杆菌使得发酵后杏鲍菇菌糠粗纤维含量大幅减少。发酵前后，杏鲍菇菌糠中全氮、全磷、全钾含量变化不明显（表2）。由此可知，发酵后的杏鲍菇菌糠更适合用于作物施肥，且营养丰富。
　　2.3 菌糠肥对试验作物生长的影响
　　2.3.1 不同肥料对香姜、玉米和小白菜生长量的影响 香姜、玉米在混合施肥后的叶长、株高和茎粗都比其他处理明显增加，小白菜的叶长和茎粗比其他处理明显增加（表3）。混合施用复合肥和菌糠肥除了能提供作物生长所需的主要营养氮、磷、钾外，还能提供复合肥所不能提供的氨基酸、有機质等营养成分，促进了作物植株的生长发育，增加了叶片表面积，有了更大的光合作用面积，改善了香姜等作物的农艺性状。
　　2.3.2 不同肥料对香姜、玉米和小白菜叶片叶绿素含量的影响 由图1可知，与不施肥对照（CK）相比，菌糠肥处理（B）、复合肥处理（C）和混合施肥处理（D）香姜叶片叶绿素含量分别增加18.75%、33.33%、64.06%;玉米幼苗叶片叶绿素含量分别增加17.19%、53.13%、75.00%;小白菜叶片叶绿素含量分别增加20.69%、31.03%、44.83%。叶绿素是重要的光合色素，其含量是衡量植物叶片对光能利用能力的指标。将复合肥与菌糠肥适当配合施用可显著提高香姜、玉米和小白菜叶片叶绿素含量，更好地促进叶片光合作用，维持光合能力，促进香姜、玉米和小白菜的生长。
　　2.3.3 不同肥料对香姜、玉米和小白菜叶片过氧化物酶含量的影响 过氧化物酶与呼吸作用、光合作用以及生长素的氧化等都有密切关系，而且过氧化物酶是植物体内负责清除H2O2的主要酶类之一，它能将H2O2催化分解成H2O和O2，因此测量这种酶，可以反映某一时期植物体内代谢的变化。过氧化物酶与植物抗逆性密切相关，活性越高抗逆性就越强，反之则越弱。由图2可知，各施肥处理植株叶片过氧化物酶活性明显高于CK。混合施肥处理的香姜、玉米和小白菜中过氧化物酶的活性明显高于其他2个施肥处理，其酶活性表现为D>C>B>CK。 　　2.3.4 不同肥料对香姜、玉米和小白菜可溶性蛋白质含量的影响 可溶性蛋白质含量是植物体内碳素营养状况及农产品品质性状的重要指标之一，它与产品采后保鲜期和植物抗冻能力有关。由图3可知，与CK相比，混合施肥（D）、复合肥（C）、菌糠肥（B）处理的香姜叶片可溶性蛋白质含量分别增加20.77%、8.49%、6.35%;玉米幼苗叶片可溶性蛋白质含量分别增加35.67%、12.45%、5.75%;小白菜叶片可溶性蛋白质含量分別增加80.00%、34.38%、21.25%。由此可知，菌糠肥和复合肥混合施用可以有效增加植株体内可溶性蛋白质含量。
　　3 结论
　　本试验结果表明，杏鲍菇菌糠原材料中重金属含量符合有机肥料行业标准NY 525—2012;杏鲍菇菌糠经过发酵，氨基酸、有机质含量均大幅增加，粗蛋白质和粗纤维含量大幅减少;将菌糠肥和复合肥两者混合施用于香姜、玉米和小白菜的栽培生长，发现混合施肥的肥效最好，表现为作物叶长、株高、茎粗、叶片叶绿素含量、叶片过氧化物酶活性、叶片可溶性蛋白质含量等比其他处理高。
　　叶长、株高、茎粗、叶绿素含量增加，意味着能够促进作物的光合作用[9]。过氧化物酶活性和可溶性蛋白质含量增加可使作物的抗逆性、产品采后保鲜期和植物抗冻能力提高，改善作物品质[10]。混合施肥不仅含有复合肥的营养元素，还具有菌糠肥的营养元素如氨基酸、有机质等，能更大程度地满足土壤和作物的需要，同时菌糠肥的发酵菌和功能菌还能对病菌起抑制作用[11]。此外，复合肥成分可以提供作物前期生长的营养需求，而菌糠肥在通过自身和土壤中微生物的进一步转化作用提供作物后期生长所需，从而表现出部分缓释肥的效果。
　　从作物的总体生长情况看，复合肥和菌糠肥混合施用在本次盆栽试验中表现出了对作物的最佳效果。这也进一步证明，菌糠发酵制成的生物肥通过与复合肥混合并将之应用于作物的生产，不仅使菌糠得以有效利用，降低了对单纯利用化肥的需求量，减少了化肥过量施用和菌糠废弃两方面造成的环境污染，而且能有效提高化肥利用率，提高作物的产量和品质，实现了变废为宝、节约资源、降低成本、提高经济收入的目标。
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