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食用菌菌糠在农业种植中的再利用现状

所属栏目:作物生产科学论文 发布日期:2021-09-24 09:13 热度:

   我国是世界上食用菌生产大国,2018年我国食用菌产量已经突破4 000万t, 占食用菌全球总产量的80%以上,稳居世界第一[1]。一般食用菌生产需要大量栽培基质,主要有木屑、棉籽壳、玉米芯、秸秆、糖类及多种矿物质。然而食用菌子实体采收完成后,大量栽培基质成为废弃物,这些食用菌栽培基质经微生物分解后剩余的有机固体废弃物即菌糠,菌糠也称菇渣。食用菌栽培每年产生大量菌糠,据估计,仅2018年产生的菌糠总量就达1亿t以上[2]。大量的菌糠,作为有机废弃物,如果得不到较好的再利用将会造成巨大的资源浪费和环境污染问题[3]。菌糠营养物质丰富,除了纤维素、半纤维素、木质素等,菌糠中含有食用菌的代谢产物,包括粗蛋白、粗脂肪、多种酶类等有机物质,还含有Ca、P、N、K等矿物质,以及数量庞大的微生物菌群,在农业生产中具有很广阔的应用前景[4]。

食用菌菌糠在农业种植中的再利用现状

  菌糠的再利用得到广泛的关注和研究,在农业种植、动物饲料、工业原材料、能源利用等方面都要研究报道,但研究和应用较多集中在农业种植方面。菌糠在农业生产中的应用途径较多,主要用作食用菌或园艺作物的栽培基质、微生物肥料载体、土壤改良剂及直接用作有机肥等。但目前在农业种植中菌糠的应用现状介绍较为简略,缺乏系统性概述。该研究主要从菌糠用作食用菌或园艺作物的栽培基质、生物肥料载体、土壤改良剂及直接用作有机肥4个方面介绍食用菌菌糠在农业种植中的应用情况。

  1 菌糠用作栽培基质

  菌糠中蛋白质、糖类、矿物质等含量丰富,含有大量氮、磷、钾等营养元素。并且木质素、纤维素、半纤维素是很好的固着物,所以菌糠是很好的栽培基质。目前主要用于食用菌栽培基质或园艺作物栽培基质。

  1.1 园艺作物栽培基质

  近年来园艺作物无土栽培生产模式发展迅速,目前用于无土栽培的基质主要是草炭,草炭是由沼泽地苔藓和其它水生植物分解的残留体,属于不可再生资源,不能过度开采。因此,寻找新型栽培基质成为首要问题,而菌糠刚好能够代替草炭作为无土栽培基质。

  菌糠用于无土育苗。用菌糠无土栽培的幼苗生长快、苗龄短、根系发育好、健壮整齐,定植后缓苗时间短、易成活。还可避免土壤育苗带来的土传病害和虫害,同时还便于科学、规范管理。刘斌等[5]通过试验得出由木耳菌糠作为栽培基质已经满足理想作物栽培基质的指标范围,尤其是和猪粪混合发酵后可完全预防立枯病的发生,在水稻株高、茎粗、叶绿素含量SPAD值、叶龄、根冠比和干鲜质量方面都有较好效果。薄璇等[6]通过试验发现用香菇菌糠作为育苗基质用于油松育苗生长性状良好,地上部位通直,顶芽健壮,色泽正常,无病虫害,苗木主根、侧根、主干和枝干长势均好,相比传统育苗基质,培育效果显着。

  不同粒径菌糠能够对育苗产生影响,陈菲等[7]研究发现菌糠粒径≤5 mm时,基质理化性质稳定、一致,适合黄瓜穴盘育苗。不同植物的所需菌糠粒径也不太一致,以发酵菌糠为基质培育辣椒穴盘苗的适宜粒径范围为1.01~3.40 mm, 不进行粉碎分级的0.00~6.00 mm混合粒径基质不适合辣椒幼苗生长[8]。

  菌糠用于果蔬栽培基质。将菌糠与其它基质混合成复合基质培养果蔬,如用菌糠与蛭石、珍珠岩、草炭以不同比例混合栽培不同果蔬。在海鲜菇菌糠∶珍珠岩∶草炭=2∶1∶1(体积比)中种植的茄子植株最为健壮,光合作用最强,还能够提早开花结果,果实商品性最好,产量最高[9]。草炭∶菌糠∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1∶1的基质配比壮苗指数最高,番茄株高、茎粗、地上部和地下部生物量等生长指标高于对照[10]。海鲜菌糠∶珍珠岩∶蛭石=1∶1∶1时是最佳黄瓜栽培基质配方[11]。总的来说,不论是菌糠粒径不同和复合基质混合比例不同,菌糠对于育苗、栽培都能起到很好的效果,能够替代草炭,解决草炭资源紧张的问题,同时也使菌糠变废为宝。

  1.2 食用菌栽培基质

  食用菌对培养料营养成分的利用率约为70%,因此菌糠内还残留大量的营养物质[12],菌糠中含有食用菌菌体蛋白质、丰富的碳源、氮源以及可以被食用菌利用的木质素、纤维素等营养成分。利用菌糠栽培食用菌是一种可持续循环发展的食用菌产业模式[13]。

  平菇属于担子菌门伞菌目侧耳科,是营养价值较高的常见食用菇。魏雅冬等[14]发现以木屑48%、真姬菇菌糠30%、麦麸20%、石膏1%、葡萄糖1%为配方培养平菇,菌丝生长情况、子实体外观及产量和生物学效率较好,其平均生物学效率为115.4%,并且发现木屑比例减少和真姬菇菌糠比例增加,子实体产量和生物学效率呈现下降趋势,说明一定比例的真姬菇菌糠和木屑可以达到较理想的收效。杜国防等[12]发现以菌糠52%、棉籽壳24%、麦麸20%、石膏1.5%、蔗糖1%、过磷酸钙1.5%为配方,栽培的平菇产量、生物学效率和投入产出比均最高,分别为963.50 g·袋-1、87.59%和11.50,是最佳配方。

  元蘑,别名黄蘑、冻蘑,是我国东北地区着名野生食用菌之一[15]。郭兴等[16]通过试验探索发现以黑木耳菌糠25%、木屑55%、麸皮15%、玉米粉2%等用作元蘑培养基,添加黑木耳菌糠栽培元蘑,其菌丝生长、产量、生物学效率略优于不添加组,并且元蘑子实体营养成分含量与对照相当。元蘑培养料中黑木耳菌糠添加量并不是越多越好,超过一定比例会造成元蘑产量及生物学效率下降,由此可见菌糠不能全部取代木屑,适当添加有利于元蘑生长。

  2 菌糠用作有机肥料

  菌糠中不仅含有大量的有机质、氮、磷、钾等营养成分,同时还含有丰富的纤维素、木质素、维生素、抗生素和其它生物活性物质,对改良土壤、提高土壤肥力有重要作用,是一种良好的有机肥料。吉清妹等[17]发现在化肥氮量减少20%~40%的情况下,适量施用菌糠有利于促进蔬菜生长。蒋琼凤等[18]发现,菌糠作为有机肥除了具有氮、磷、钾外,还能提供氨基酸、有机质等营养成分,能够促进植株的生长发育。

  2.1 堆肥的研究与应用

  菌糠富含有机成分,很适合与其它有机物混合后堆肥,堆肥发酵有利于提高有机成分利用效率,减少病虫害。焦娟等[19]发现,在菌糠发酵过程中,平菇EC值显着高于金针菇,在速效养分中含量K>P>N,均达到国家有机肥标准,亦可作为有机肥。颜彩燕等[20]以文心兰为试验植株,通过试验得出混合菌渣(金针菇菌渣、动物粪便、米糠和PDA液体培养基)pH 5.6,有机质含量60%对文心兰生长发育等指标影响最为明显,由此说明该类菌渣肥料更有利于文心兰的培育。王美琴[21]发现施用食用菌渣能使水稻增产6.2%~8.3%,经济效益明显。用菌糠进行堆肥不仅可以处理菌糠,也可以处理污泥等有机垃圾,吴珍珍等[22]将菌糠和污水、猪粪混合堆肥,能在较短时间内达到减量化、无害化,该堆肥能够提高种子发芽率和发芽指数。说明添加菌糠堆肥效果很好,有利于作物种子发芽及生长。

  2.2 用作有机肥对作物生长的影响

  李锋[23]发现以菌糠作为有机肥料对玉米生长有促进作用,尤其是玉米株高、干质量等增加明显。黄枭等[24]发现适量配比的黑木耳菌糠堆肥基质浸提液对大豆的发芽指数、活力及根长、根鲜质量增加有促进作用,可在生产上用于大豆种植基肥,说明菌糠对作物生长有很好的促进作用。菌糠作为有机肥对马铃薯的生长有明显影响,结薯数、单株块茎质量有显着提高,增加菌糠生物有机肥用量,可提高淀粉含量和维生素C含量,降低还原糖含量,从而改善加工品质[25]。赵振等[26]发现,施用未灭菌双孢蘑菇菌糠可显着促进小白菜植株的生长,提高产量,有很好的促生效果。

  3 菌糠用于生物肥料载体

  目前市场上的微生物肥料载体有蛭石、珍珠岩、泥炭及一些腐熟的有机肥等,其中以泥炭最为普遍。但是泥炭为不可再生资源,不能过度开采。刘雯雯等[27]发现菌糠是比较好的可代替泥炭的微生物肥料载体。李凌凌等[28]发现固氮菌与溶磷菌混合发酵,以菌糠为载体发酵后的菌糠有机肥对辣椒的促生效果最明显。

  研究表明将干燥粉碎粒径大小均为5~10 mm的菌糠、玉米秸秆、甘蔗渣,加入一定的营养液并混合,均匀接入木质层孔菌发酵制得菌糠复合材料,是一种具有市场价值的环保肥料[29]。一种复合益生菌发酵菌糠工艺显示,预先将木霉与平菇菌糠混合发酵72 h后,加入质量比1∶1∶3的枯草芽孢杆菌、酵母和乳酸菌,再与木霉处理过的平菇菌糠进行混合发酵,有利于菌糠中粗蛋白质含量提高及粗纤维成分的利用[30]。一种冬小麦用复合微生物肥料,其中复合芽孢菌菌粉8份、草炭20份、菌糠60份,再加入一定比例的微量元素。由以上物质混合复合微生物肥料,能提高小麦抗逆能力,增产增收效果明显[31]。一种生物肥料以菌糠为基质接种驯化后的河底污泥进行缺氧发酵,有利于增加根际微生物定植数量,提高作物产量[32]。菌糠、牛粪、落叶等可用于蚯蚓堆肥,菌糠的添加有助于提高易于降解有机质含量及N、P、K含量[33]。

  4 用作土壤改良剂

  4.1 生物修复

  土壤微生物修复技术是一种利用土着微生物或人工驯化的具有特定功能的微生物,在适宜环境条件下,通过自身的代谢作用,降低有害污染物活性或降解成无害物质的土壤修复技术[34]。随着工业化进程的不断加快,矿产资源的不合理开采及其冶炼排放、长期对土壤进行污水灌溉和污泥施用、人为活动引起的大气沉降、化肥和农药的施用等原因,造成土壤污染严重[35]。中国现有耕地近1/5受到不同程度的污染,污染土壤将导致农作物减产,甚至有可能引起农产品中污染物超标,进而危害人体健康。

  生物修复的前景广阔,菌糠中含有丰富的营养成分,能够为生物修复提供充足的营养来源。菌糠和土壤混合后,能够改变土壤的理化性质以及降解有机污染物等[36]。土壤无机污染物中以重金属比较突出,主要由于重金属不能为土壤微生物所分解,而易于积累。转化为毒性更大的甲基化合物,甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积,严重危害人体健康。菌糠可以结合复合物改良土壤中重金属。复合碳化物-菌糠-过磷酸钙改良剂对铅、铜、锌、镉重金属的移除有明显效果[37]。张国胜等[38]将双孢菇菌糠作为原料制备生物炭应用于去除重金属污染物,研究热解温度对生物炭的影响,结果表明,低温热解下适合用于水体铅污染修复,而高温热解下则更适合用于土壤铅污染的修复,且在酸性土壤上的修复有更大潜力。

  石油污染土壤现象在油田周围经常发生,张博凡等[39]采用菌糠协同高效石油烃降解菌进行石油污染土壤修复试验表明,菌糠固定化微生物处理能提高土壤呼吸强度、微生物数量及酶活性,石油烃去除率较高,菌糠固定化微生物对石油污染土壤修复具有生物强化和生物刺激协同作用。宋雪英等[40]采用菌糠和降解菌以老化的柴油污染土壤为对象进行试验,发现经过90 d的堆肥处理,总石油烃的去除率最高达73%。菌糠投入比例也对总石油烃去除率有明显的影响,随着菌糠施加量的增多,柴油污染土壤中总石油烃的去除率随之升高。菌糠中多种酶类对环境中多环芳烃、酚类化合物和农用药剂的降解,废水染料的脱色及其它环境污染物的治理与修复具有较好效果。所以菌糠中酶类物质的提取纯化也是重要的研究与应用方向[41]。

  4.2 土壤改良剂

  菌糠可以调节土壤pH以及盐分含量,改善土壤的结构,起到改良土壤的作用。王玥等[42]将木耳菌糠和鸡粪混合添加到盐碱土壤中栽培大蒜,结果表明其能够提高土壤团聚体稳性,改善土壤理化性质,对盐碱土地有修复作用。石堃等[43]利用猴头菇菌糠作为土壤的改良剂,添加菌糠的改良后的土壤pH、全盐量均比纯盐碱土明显降低,有机质含量明显增加。在侵蚀劣地施加菌糠能一定程度地提高土壤的理化性质,并对土壤质量有所改善。施用菌糠的土壤样品中微生物丰度增加,土壤孔隙度、pH、有机质、全磷、全钾、碱解氮以及有效磷的含量与菌糠施用量呈显着相关[44]。

  5 菌糠在其它方面的应用

  5.1 动物饲料

  菌糠含有丰富的营养物质,如未分解利用的纤维素、无机盐、蛋白质和脂肪等[45]。在动物应用方面主要是作为饲料,不仅能够充分利用资源,还能够降低饲料成本。陈盛絮等[46]通过试验得出在饲料中添加金针菇菌渣可以提高蛋鸡血清抗氧化性能、免疫滴度和钙代谢,而对蛋鸡的产蛋率、蛋质量和料蛋比无显着影响。闫昭明等[45]通过试验得出在饲料中添加金针菇菌渣可改善黄羽肉鸡肌肉营养成分和肉品质,显着提高鸡肉风味氨基酸和必需氨基酸含量,但对黄羽肉鸡的生长性能影响不显着。从而可以看出,在饲料中添加菌糠能够提高鸡肉的品质、免疫力,而对鸡的生长、产蛋率无显着影响。

  5.2 生物能源

  菌糠作为农业废弃物,常用的处理方法是焚烧,但会产生有害气体对环境造成污染。菌糠是重要的生物能源,正确的处理方法可使其废物利用、变废为宝。沼气化处理是一种既经济又环保的农业废弃物处理方式[47]。LUO等[48]通过杏鲍菇或金针菇菌糠混合牛粪来生产沼气(甲烷),发现产量要高于菌糠或者牛粪单独处理,此外菌糠还能够生产乙醇。平菇基质中因含有玉米芯、棉籽壳、麦秆等物质,出菇后菌糠中还含有40%的纤维素和20%的半纤维素,因此可以水解用于生产生物乙醇[2]。

  5.3 化工原料

  菌糠中残留食用菌菌丝及其分泌物,由于食用菌菌丝降解纤维素及半纤维素能力较强,所以菌糠中纤维素酶、漆酶、木聚糖酶等含量和活性均较高,RAJAVAT等[49]利用菌糠为基质,加入木霉和曲霉进行发酵,然后提取漆酶、木聚糖酶、葡聚糖酶等,这些酶的含量和活性都较高,具有较好的工业利用价值。苏龙等[50]以木耳菌糠为原料制备生物炭,结果表明其对阳离子染料具有一定的吸附潜力,是一种经济高效的吸附材料。

  贾乐等[51]利用榆黄蘑菌糠提取多糖并用于治疗急性肝损伤。张瑞华[52]利用多种工艺方法提取白灵菇、真姬菇、杏鲍菇、鸡腿菇菌糠多糖,并研制成复合真菌多糖片。

  6 存在问题及前景展望

  菌糠作为食用菌种植产生的废弃物,目前其再利用并没得到足够的重视,再利用率很低,即使再利用也只是简单的作为有机肥直接撒施地中,效果不显着。主要原因是人们没有认识到菌糠的再利用价值,且方式较少,为植物提供养分和改良土壤等方面,研发与应用还停留在初级阶段。

  农村小规模种植食用菌较常见,产生的菌糠一般废弃在田间地头,造成环境污染。菌糠中的纤维素、半纤维素及木质素含量较高,植物不能直接利用,微生物降解较慢,这导致菌糠的营养成分较难被植物利用或没有明显的效果,这也是菌糠的再利用不被重视的原因。菌糠可以用于堆肥,但是堆肥过程中由于微生物菌群种类结构复杂、理化参数多[53],较难相对准确操作,所以食用菌种植户采用该种方法处理菌糠较少。食用菌相关农业技术人员要加大菌糠再利用的宣传和指导工作,同时研发其它菌糠再利用方式以及提高利用效率。

  参考文献

  [1]杨和川,谭一罗,苏文英,等.食用菌菌糠资源化利用研究进展[J].农业工程,2018,8(10):54-58.

  [2]张莹,田龙,徐敏慧,等.食用菌菌糠综合利用研究进展[J]微生物学通报, 2020,47(11):3658-3670.

  《食用菌菌糠在农业种植中的再利用现状》来源:《北方园艺》,作者:朱晓琴;孙涛;张庆琛;裴冬丽;张钦富;王家才

文章标题:食用菌菌糠在农业种植中的再利用现状

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