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食用菌菌糠在農業種植中的應用研究

來源:北方園藝 作者:朱曉琴 孫濤 張慶琛
發布于:2021-09-23 共9229字

  關于食用菌的論文第三篇:食用菌菌糠在農業種植中的應用研究

  摘要:菌糠是食用菌子實體采收后的廢棄物,富含多種蛋白質和纖維、氨基酸、多糖、酶類等營養成分,具有較高的再利用價值。該文概述了食用菌菌糠在農業種植中的研究與應用現狀,菌糠在農業種植中主要用作食用菌或園藝作物的栽培基質、有機肥、生物肥料載體、土壤改良劑等。菌糠在種植業中廣泛應用,不僅使廢棄生物資源得到重新利用,對我國農業減少化肥用量,提高作物產量及對環境保護都有重大意義。菌糠的再利用在農業種植中具有極大的開發前景。

  關鍵詞:菌糠;再利用現狀;促生;環保;農業;

  Abstract:Spent mushroom substrates(SMS) as the byproduct or waste of edible fungi culture, which contain rich proteins, celluloses, amino acids, fungi polysaccharides, enzymes, et al.The reutilization of SMS is important in the healthy development of mushroom industry.This study summarized the research and utilization of SMS in agricultural cultivation.SMS were mainly used as substrate for edible fungi or horticultural crops culture, microbial fertilizer carrier, soil conditioner and organic fertilizer.The wide application of SMS in agriculture not only made the waste biological resources be reused, but also had great significance for reducing the amount of chemical fertilizer, improving crop growth and environmental protection in agriculture.The reutilization of SMS have great potential in future.

  我國是世界上食用菌生產大國,2018年我國食用菌產量已經突破4 000萬t, 占食用菌全球總產量的80%以上,穩居世界第一[1]。一般食用菌生產需要大量栽培基質,主要有木屑、棉籽殼、玉米芯、秸稈、糖類及多種礦物質。然而食用菌子實體采收完成后,大量栽培基質成為廢棄物,這些食用菌栽培基質經微生物分解后剩余的有機固體廢棄物即菌糠,菌糠也稱菇渣。食用菌栽培每年產生大量菌糠,據估計,僅2018年產生的菌糠總量就達1億t以上[2]。大量的菌糠,作為有機廢棄物,如果得不到較好的再利用將會造成巨大的資源浪費和環境污染問題[3]。菌糠營養物質豐富,除了纖維素、半纖維素、木質素等,菌糠中含有食用菌的代謝產物,包括粗蛋白、粗脂肪、多種酶類等有機物質,還含有Ca、P、N、K等礦物質,以及數量龐大的微生物菌群,在農業生產中具有很廣闊的應用前景[4]。

  菌糠的再利用得到廣泛的關注和研究,在農業種植、動物飼料、工業原材料、能源利用等方面都要研究報道,但研究和應用較多集中在農業種植方面。菌糠在農業生產中的應用途徑較多,主要用作食用菌或園藝作物的栽培基質、微生物肥料載體、土壤改良劑及直接用作有機肥等。但目前在農業種植中菌糠的應用現狀介紹較為簡略,缺乏系統性概述。該研究主要從菌糠用作食用菌或園藝作物的栽培基質、生物肥料載體、土壤改良劑及直接用作有機肥4個方面介紹食用菌菌糠在農業種植中的應用情況。

  1 菌糠用作栽培基質

  菌糠中蛋白質、糖類、礦物質等含量豐富,含有大量氮、磷、鉀等營養元素。并且木質素、纖維素、半纖維素是很好的固著物,所以菌糠是很好的栽培基質。目前主要用于食用菌栽培基質或園藝作物栽培基質。

  1.1 園藝作物栽培基質

  近年來園藝作物無土栽培生產模式發展迅速,目前用于無土栽培的基質主要是草炭,草炭是由沼澤地苔蘚和其它水生植物分解的殘留體,屬于不可再生資源,不能過度開采。因此,尋找新型栽培基質成為首要問題,而菌糠剛好能夠代替草炭作為無土栽培基質。

  菌糠用于無土育苗。用菌糠無土栽培的幼苗生長快、苗齡短、根系發育好、健壯整齊,定植后緩苗時間短、易成活。還可避免土壤育苗帶來的土傳病害和蟲害,同時還便于科學、規范管理。劉斌等[5]通過試驗得出由木耳菌糠作為栽培基質已經滿足理想作物栽培基質的指標范圍,尤其是和豬糞混合發酵后可完全預防立枯病的發生,在水稻株高、莖粗、葉綠素含量SPAD值、葉齡、根冠比和干鮮質量方面都有較好效果。薄璇等[6]通過試驗發現用香菇菌糠作為育苗基質用于油松育苗生長性狀良好,地上部位通直,頂芽健壯,色澤正常,無病蟲害,苗木主根、側根、主干和枝干長勢均好,相比傳統育苗基質,培育效果顯著。

  不同粒徑菌糠能夠對育苗產生影響,陳菲等[7]研究發現菌糠粒徑≤5 mm時,基質理化性質穩定、一致,適合黃瓜穴盤育苗。不同植物的所需菌糠粒徑也不太一致,以發酵菌糠為基質培育辣椒穴盤苗的適宜粒徑范圍為1.01~3.40 mm, 不進行粉碎分級的0.00~6.00 mm混合粒徑基質不適合辣椒幼苗生長[8]。

  菌糠用于果蔬栽培基質。將菌糠與其它基質混合成復合基質培養果蔬,如用菌糠與蛭石、珍珠巖、草炭以不同比例混合栽培不同果蔬。在海鮮菇菌糠∶珍珠巖∶草炭=2∶1∶1(體積比)中種植的茄子植株最為健壯,光合作用最強,還能夠提早開花結果,果實商品性最好,產量最高[9]。草炭∶菌糠∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1∶1的基質配比壯苗指數最高,番茄株高、莖粗、地上部和地下部生物量等生長指標高于對照[10]。海鮮菌糠∶珍珠巖∶蛭石=1∶1∶1時是最佳黃瓜栽培基質配方[11]。總的來說,不論是菌糠粒徑不同和復合基質混合比例不同,菌糠對于育苗、栽培都能起到很好的效果,能夠替代草炭,解決草炭資源緊張的問題,同時也使菌糠變廢為寶。

  1.2 食用菌栽培基質

  食用菌對培養料營養成分的利用率約為70%,因此菌糠內還殘留大量的營養物質[12],菌糠中含有食用菌菌體蛋白質、豐富的碳源、氮源以及可以被食用菌利用的木質素、纖維素等營養成分。利用菌糠栽培食用菌是一種可持續循環發展的食用菌產業模式[13]。

  平菇屬于擔子菌門傘菌目側耳科,是營養價值較高的常見食用菇。魏雅冬等[14]發現以木屑48%、真姬菇菌糠30%、麥麩20%、石膏1%、葡萄糖1%為配方培養平菇,菌絲生長情況、子實體外觀及產量和生物學效率較好,其平均生物學效率為115.4%,并且發現木屑比例減少和真姬菇菌糠比例增加,子實體產量和生物學效率呈現下降趨勢,說明一定比例的真姬菇菌糠和木屑可以達到較理想的收效。杜國防等[12]發現以菌糠52%、棉籽殼24%、麥麩20%、石膏1.5%、蔗糖1%、過磷酸鈣1.5%為配方,栽培的平菇產量、生物學效率和投入產出比均最高,分別為963.50 g·袋-1、87.59%和11.50,是最佳配方。

  元蘑,別名黃蘑、凍蘑,是我國東北地區著名野生食用菌之一[15]。郭興等[16]通過試驗探索發現以黑木耳菌糠25%、木屑55%、麩皮15%、玉米粉2%等用作元蘑培養基,添加黑木耳菌糠栽培元蘑,其菌絲生長、產量、生物學效率略優于不添加組,并且元蘑子實體營養成分含量與對照相當。元蘑培養料中黑木耳菌糠添加量并不是越多越好,超過一定比例會造成元蘑產量及生物學效率下降,由此可見菌糠不能全部取代木屑,適當添加有利于元蘑生長。

  2 菌糠用作有機肥料

  菌糠中不僅含有大量的有機質、氮、磷、鉀等營養成分,同時還含有豐富的纖維素、木質素、維生素、抗生素和其它生物活性物質,對改良土壤、提高土壤肥力有重要作用,是一種良好的有機肥料。吉清妹等[17]發現在化肥氮量減少20%~40%的情況下,適量施用菌糠有利于促進蔬菜生長。蔣瓊鳳等[18]發現,菌糠作為有機肥除了具有氮、磷、鉀外,還能提供氨基酸、有機質等營養成分,能夠促進植株的生長發育。

  2.1 堆肥的研究與應用

  菌糠富含有機成分,很適合與其它有機物混合后堆肥,堆肥發酵有利于提高有機成分利用效率,減少病蟲害。焦娟等[19]發現,在菌糠發酵過程中,平菇EC值顯著高于金針菇,在速效養分中含量K>P>N,均達到國家有機肥標準,亦可作為有機肥。顏彩燕等[20]以文心蘭為試驗植株,通過試驗得出混合菌渣(金針菇菌渣、動物糞便、米糠和PDA液體培養基)pH 5.6,有機質含量60%對文心蘭生長發育等指標影響最為明顯,由此說明該類菌渣肥料更有利于文心蘭的培育。王美琴[21]發現施用食用菌渣能使水稻增產6.2%~8.3%,經濟效益明顯。用菌糠進行堆肥不僅可以處理菌糠,也可以處理污泥等有機垃圾,吳珍珍等[22]將菌糠和污水、豬糞混合堆肥,能在較短時間內達到減量化、無害化,該堆肥能夠提高種子發芽率和發芽指數。說明添加菌糠堆肥效果很好,有利于作物種子發芽及生長。

  2.2 用作有機肥對作物生長的影響

  李鋒[23]發現以菌糠作為有機肥料對玉米生長有促進作用,尤其是玉米株高、干質量等增加明顯。黃梟等[24]發現適量配比的黑木耳菌糠堆肥基質浸提液對大豆的發芽指數、活力及根長、根鮮質量增加有促進作用,可在生產上用于大豆種植基肥,說明菌糠對作物生長有很好的促進作用。菌糠作為有機肥對馬鈴薯的生長有明顯影響,結薯數、單株塊莖質量有顯著提高,增加菌糠生物有機肥用量,可提高淀粉含量和維生素C含量,降低還原糖含量,從而改善加工品質[25]。趙振等[26]發現,施用未滅菌雙孢蘑菇菌糠可顯著促進小白菜植株的生長,提高產量,有很好的促生效果。

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  3 菌糠用于生物肥料載體

  目前市場上的微生物肥料載體有蛭石、珍珠巖、泥炭及一些腐熟的有機肥等,其中以泥炭最為普遍。但是泥炭為不可再生資源,不能過度開采。劉雯雯等[27]發現菌糠是比較好的可代替泥炭的微生物肥料載體。李凌凌等[28]發現固氮菌與溶磷菌混合發酵,以菌糠為載體發酵后的菌糠有機肥對辣椒的促生效果最明顯。

  研究表明將干燥粉碎粒徑大小均為5~10 mm的菌糠、玉米秸稈、甘蔗渣,加入一定的營養液并混合,均勻接入木質層孔菌發酵制得菌糠復合材料,是一種具有市場價值的環保肥料[29]。一種復合益生菌發酵菌糠工藝顯示,預先將木霉與平菇菌糠混合發酵72 h后,加入質量比1∶1∶3的枯草芽孢桿菌、酵母和乳酸菌,再與木霉處理過的平菇菌糠進行混合發酵,有利于菌糠中粗蛋白質含量提高及粗纖維成分的利用[30]。一種冬小麥用復合微生物肥料,其中復合芽孢菌菌粉8份、草炭20份、菌糠60份,再加入一定比例的微量元素。由以上物質混合復合微生物肥料,能提高小麥抗逆能力,增產增收效果明顯[31]。一種生物肥料以菌糠為基質接種馴化后的河底污泥進行缺氧發酵,有利于增加根際微生物定植數量,提高作物產量[32]。菌糠、牛糞、落葉等可用于蚯蚓堆肥,菌糠的添加有助于提高易于降解有機質含量及N、P、K含量[33]。

  4 用作土壤改良劑

  4.1 生物修復

  土壤微生物修復技術是一種利用土著微生物或人工馴化的具有特定功能的微生物,在適宜環境條件下,通過自身的代謝作用,降低有害污染物活性或降解成無害物質的土壤修復技術[34]。隨著工業化進程的不斷加快,礦產資源的不合理開采及其冶煉排放、長期對土壤進行污水灌溉和污泥施用、人為活動引起的大氣沉降、化肥和農藥的施用等原因,造成土壤污染嚴重[35]。中國現有耕地近1/5受到不同程度的污染,污染土壤將導致農作物減產,甚至有可能引起農產品中污染物超標,進而危害人體健康。

  生物修復的前景廣闊,菌糠中含有豐富的營養成分,能夠為生物修復提供充足的營養來源。菌糠和土壤混合后,能夠改變土壤的理化性質以及降解有機污染物等[36]。土壤無機污染物中以重金屬比較突出,主要由于重金屬不能為土壤微生物所分解,而易于積累。轉化為毒性更大的甲基化合物,甚至有的通過食物鏈以有害濃度在人體內蓄積,嚴重危害人體健康。菌糠可以結合復合物改良土壤中重金屬。復合碳化物-菌糠-過磷酸鈣改良劑對鉛、銅、鋅、鎘重金屬的移除有明顯效果[37]。張國勝等[38]將雙孢菇菌糠作為原料制備生物炭應用于去除重金屬污染物,研究熱解溫度對生物炭的影響,結果表明,低溫熱解下適合用于水體鉛污染修復,而高溫熱解下則更適合用于土壤鉛污染的修復,且在酸性土壤上的修復有更大潛力。

  石油污染土壤現象在油田周圍經常發生,張博凡等[39]采用菌糠協同高效石油烴降解菌進行石油污染土壤修復試驗表明,菌糠固定化微生物處理能提高土壤呼吸強度、微生物數量及酶活性,石油烴去除率較高,菌糠固定化微生物對石油污染土壤修復具有生物強化和生物刺激協同作用。宋雪英等[40]采用菌糠和降解菌以老化的柴油污染土壤為對象進行試驗,發現經過90 d的堆肥處理,總石油烴的去除率最高達73%。菌糠投入比例也對總石油烴去除率有明顯的影響,隨著菌糠施加量的增多,柴油污染土壤中總石油烴的去除率隨之升高。菌糠中多種酶類對環境中多環芳烴、酚類化合物和農用藥劑的降解,廢水染料的脫色及其它環境污染物的治理與修復具有較好效果。所以菌糠中酶類物質的提取純化也是重要的研究與應用方向[41]。

  4.2 土壤改良劑

  菌糠可以調節土壤pH以及鹽分含量,改善土壤的結構,起到改良土壤的作用。王玥等[42]將木耳菌糠和雞糞混合添加到鹽堿土壤中栽培大蒜,結果表明其能夠提高土壤團聚體穩性,改善土壤理化性質,對鹽堿土地有修復作用。石堃等[43]利用猴頭菇菌糠作為土壤的改良劑,添加菌糠的改良后的土壤pH、全鹽量均比純鹽堿土明顯降低,有機質含量明顯增加。在侵蝕劣地施加菌糠能一定程度地提高土壤的理化性質,并對土壤質量有所改善。施用菌糠的土壤樣品中微生物豐度增加,土壤孔隙度、pH、有機質、全磷、全鉀、堿解氮以及有效磷的含量與菌糠施用量呈顯著相關[44]。

  5 菌糠在其它方面的應用

  5.1 動物飼料

  菌糠含有豐富的營養物質,如未分解利用的纖維素、無機鹽、蛋白質和脂肪等[45]。在動物應用方面主要是作為飼料,不僅能夠充分利用資源,還能夠降低飼料成本。陳盛絮等[46]通過試驗得出在飼料中添加金針菇菌渣可以提高蛋雞血清抗氧化性能、免疫滴度和鈣代謝,而對蛋雞的產蛋率、蛋質量和料蛋比無顯著影響。閆昭明等[45]通過試驗得出在飼料中添加金針菇菌渣可改善黃羽肉雞肌肉營養成分和肉品質,顯著提高雞肉風味氨基酸和必需氨基酸含量,但對黃羽肉雞的生長性能影響不顯著。從而可以看出,在飼料中添加菌糠能夠提高雞肉的品質、免疫力,而對雞的生長、產蛋率無顯著影響。

  5.2 生物能源

  菌糠作為農業廢棄物,常用的處理方法是焚燒,但會產生有害氣體對環境造成污染。菌糠是重要的生物能源,正確的處理方法可使其廢物利用、變廢為寶。沼氣化處理是一種既經濟又環保的農業廢棄物處理方式[47]。LUO等[48]通過杏鮑菇或金針菇菌糠混合牛糞來生產沼氣(甲烷),發現產量要高于菌糠或者牛糞單獨處理,此外菌糠還能夠生產乙醇。平菇基質中因含有玉米芯、棉籽殼、麥稈等物質,出菇后菌糠中還含有40%的纖維素和20%的半纖維素,因此可以水解用于生產生物乙醇[2]。

  5.3 化工原料

  菌糠中殘留食用菌菌絲及其分泌物,由于食用菌菌絲降解纖維素及半纖維素能力較強,所以菌糠中纖維素酶、漆酶、木聚糖酶等含量和活性均較高,RAJAVAT等[49]利用菌糠為基質,加入木霉和曲霉進行發酵,然后提取漆酶、木聚糖酶、葡聚糖酶等,這些酶的含量和活性都較高,具有較好的工業利用價值。蘇龍等[50]以木耳菌糠為原料制備生物炭,結果表明其對陽離子染料具有一定的吸附潛力,是一種經濟高效的吸附材料。

  賈樂等[51]利用榆黃蘑菌糠提取多糖并用于治療急性肝損傷。張瑞華[52]利用多種工藝方法提取白靈菇、真姬菇、杏鮑菇、雞腿菇菌糠多糖,并研制成復合真菌多糖片。

  6 存在問題及前景展望

  菌糠作為食用菌種植產生的廢棄物,目前其再利用并沒得到足夠的重視,再利用率很低,即使再利用也只是簡單的作為有機肥直接撒施地中,效果不顯著。主要原因是人們沒有認識到菌糠的再利用價值,且方式較少,為植物提供養分和改良土壤等方面,研發與應用還停留在初級階段。

  農村小規模種植食用菌較常見,產生的菌糠一般廢棄在田間地頭,造成環境污染。菌糠中的纖維素、半纖維素及木質素含量較高,植物不能直接利用,微生物降解較慢,這導致菌糠的營養成分較難被植物利用或沒有明顯的效果,這也是菌糠的再利用不被重視的原因。菌糠可以用于堆肥,但是堆肥過程中由于微生物菌群種類結構復雜、理化參數多[53],較難相對準確操作,所以食用菌種植戶采用該種方法處理菌糠較少。食用菌相關農業技術人員要加大菌糠再利用的宣傳和指導工作,同時研發其它菌糠再利用方式以及提高利用效率。

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作者單位:商丘師范學院特色微生物資源開發與應用河南省工程研究中心河南省高校植物與微生物互作重點實驗室 商丘市農林科學院
原文出處:朱曉琴,孫濤,張慶琛,裴冬麗,張欽富,王家才.食用菌菌糠在農業種植中的再利用現狀[J].北方園藝,2021(16):170-175.
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