毛木耳菌渣與工業(yè)鑄造廢粉制作有機(jī)肥肥效初探

丘獻(xiàn)娟 盧玉文 王 寧 韋錦福 陳國龍 秦延春* 劉 斌

（1玉林市微生物研究所，廣西玉林 537000；2廣西蘭科資源再生利用有限公司，廣西玉林 537000；3廣西大學(xué)，廣西南寧 655000）

毛木耳口感柔滑可口、清香脆嫩、味鮮香濃、品質(zhì)上乘，食藥兩用價(jià)值極高，具有補(bǔ)血活血、滋養(yǎng)潤燥、養(yǎng)胃潤腸等功效，是廣西地方特色小吃柳州螺螄粉的重要原料之一。隨著柳州螺螄粉產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，毛木耳的市場需求量快速增加，廣西栽培毛木耳規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年廣西毛木耳產(chǎn)量達(dá)8.96萬t，根據(jù)毛木耳生物學(xué)利用率90%計(jì)算，產(chǎn)生菌渣30.23萬t。目前毛木耳菌渣除了少部分作為畜禽飼料使用外，大部分被丟棄，易滋生病菌等有害物質(zhì)，對土壤、水源以及植物生長產(chǎn)生嚴(yán)重危害[1]。

鑄造業(yè)是發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈中的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和核心產(chǎn)業(yè)，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。工業(yè)鑄造廢粉指金屬在鑄件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的鑄造廢砂再次利用后產(chǎn)生的粉末，資源化利用差[2]，目前主要用于生產(chǎn)燒結(jié)磚。但隨著“雙碳”政策的大力實(shí)施，燒結(jié)磚有被隨時(shí)叫停的風(fēng)險(xiǎn)。因此，研究鑄造廢粉再利用技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)綠色鑄造的關(guān)鍵所在。

有機(jī)質(zhì)是肥力的物質(zhì)基礎(chǔ)，是影響肥力的決定性因素，而腐殖質(zhì)是有機(jī)質(zhì)的主體[3]。鑄造廢粉主要包含60%膨潤土、30%煤炭粉、5%硅微粉、3%碳化物等物質(zhì)[4]，膨潤土具有較強(qiáng)的吸水性、遇水分散性、膨脹性和保水性，能夠降低有機(jī)物料的分解速率，緩釋肥料，提高腐殖化系數(shù)，增加有機(jī)質(zhì)的含量和質(zhì)量，提高酶活性，促進(jìn)微生物蛋白合成及代謝活動等作用[5]。煤炭粉可以有效地提高土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)的含量，提高土壤酶活性，降低土壤pH值[6]。硅微粉是硅砂的粉化產(chǎn)物，可作為土壤有效硅的來源[7]。碳化物的微孔結(jié)構(gòu)，可有效減緩肥料釋放速度[4]。因此，鑄造廢粉與食用菌菌渣制作新型有機(jī)肥，是實(shí)現(xiàn)工農(nóng)業(yè)固廢無害化、資源化利用的重要途徑，可達(dá)到變廢為寶的效果，現(xiàn)將其肥效試驗(yàn)總結(jié)如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

鑄造廢粉來自廣西蘭科資源再生利用有限公司；毛木耳菌渣（栽培配方：雜木屑80%，玉米芯17%，碳酸鈣1%，石灰2%），廣西北流市健勇木耳栽培專業(yè)合作社，用粉碎機(jī)粉碎后過篩（孔徑為0.25 mm），并暴曬殺菌；有機(jī)物料腐熟劑：粗降寶，廣州微立旺生物科技有限公司生產(chǎn)；紅糖、尿素、硫酸鉀、磷酸二銨、石灰，市售。

經(jīng)檢測，毛木耳菌渣理化性質(zhì)為全氮0.44%、全磷0.32%、全鉀0.25%、有機(jī)碳38.43%、有機(jī)質(zhì)64.52%、含水率32.27%、pH6.81、碳氮比為65.66；鑄造廢粉重金屬含量為砷2.30 mg/kg、汞0.01 mg/kg、鉛6.50 mg/kg、鎘0.12 mg/kg、鉻34.40 mg/kg，原料均符合要求。

1.2 試驗(yàn)配方

試驗(yàn)于2023年9—10月在廣西蘭科資源再生利用有限公司肥料工廠化生產(chǎn)基地進(jìn)行，采用單因素隨機(jī)區(qū)組方法，按鑄造廢粉添加質(zhì)量比為0%、15%、30%、60%設(shè)4個(gè)供試配方制作有機(jī)肥，其中添加鑄造廢粉為0%的配方為對照（CK），供試配方成分組成如表1。

表1 供試配方成分組成 單位：kg

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 有機(jī)物腐熟劑活化

配制營養(yǎng)液：紅糖2%，硫酸銨0.5%，磷酸二銨0.1%；有機(jī)物料腐熟劑∶營養(yǎng)液=1∶20（質(zhì)量比），混合后活化1～2 h。

1.3.2 堆肥發(fā)酵

堆制前，用粉碎機(jī)將菌渣粉碎，并暴曬殺菌。將菌渣與鑄造廢粉按表1均勻混合，得到發(fā)酵料。按質(zhì)量比添加0.01%的有機(jī)物腐熟劑。為了使腐熟劑充分混勻到原料中，先取10 kg發(fā)酵料與活化的有機(jī)物腐熟劑混合，然后均勻噴灑到發(fā)酵料中[8]。所有料用翻拋機(jī)充分拌勻，調(diào)節(jié)碳氮比為20∶1～30∶1，調(diào)節(jié)料含水量為45%～60%。混合好的發(fā)酵料堆成條垛發(fā)酵，條垛堆寬2 m，高1.5 m，長度視堆量而定，用塑料膜覆蓋堆頂。堆制期間每隔1 d測定堆體溫度。采取人工翻堆的形式補(bǔ)充氧氣。55～65 ℃時(shí)2 d翻堆一次，65～70 ℃時(shí)1 d翻堆一次，超過70 ℃立即翻堆，高溫發(fā)酵周期維持10 d左右，至堆體溫度小于35 ℃且趨于穩(wěn)定的時(shí)候，發(fā)酵結(jié)束。過度腐熟會導(dǎo)致有機(jī)碳與氮素?fù)p失大從而降低肥效[9]。此時(shí)，發(fā)酵料顏色呈褐色，團(tuán)粒疏松無結(jié)塊、無臭味。

1.3.3 有機(jī)肥的制備

參照有機(jī)肥國家標(biāo)準(zhǔn)（NY/T 525－2021），先將腐熟后的發(fā)酵料烘干、粉碎、過篩（孔徑0.85 mm）。最后干燥、造粒。

1.3.4 肥效試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試土壤為黑土，每盆（長50 cm×寬40 cm×高30 cm）裝土 30 kg，在距土表10 cm處施入底肥（土壤與有機(jī)肥體積比為3∶1），調(diào)節(jié)土壤含水量為20%。每盆均勻播種80粒小白菜種子，覆蓋0.5 cm細(xì)土，在播種后3 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，5 d統(tǒng)計(jì)真葉率，出苗第7天定苗，每盆留30株，生長一個(gè)月后收獲[8]。每個(gè)配方及對照（CK）重復(fù)3次。

1.3.5 指標(biāo)測定

在發(fā)酵過程中，每隔1 d定時(shí)將溫度傳感器插入堆體深度約40 cm，測量記錄堆體溫度（每次取均勻分布的3個(gè)樣點(diǎn)，每點(diǎn)間隔為1 m）；統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽率和真葉率；小白菜收獲時(shí)測量根長、株高、平均單棵質(zhì)量；委托玉林市檢驗(yàn)檢測研究院測定有機(jī)肥成品的有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、pH，委托廣西壯族自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究所檢測有機(jī)肥成品的汞、砷、鎘、鉛、鉻含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。采用SPSS 18軟件分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，評估不同配方間差異顯著性（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試配方發(fā)酵料發(fā)酵溫度的變化

由圖1可知，配方1、配方2、配方3及對照（CK）在第1天的變化并不明顯，發(fā)酵堆的內(nèi)部溫度與外部空氣溫度接近，在第3天均上升到50 ℃以上。配方1、配方2、配方3快速升溫，在第11天均到達(dá)最高溫度，分別為68.63 ℃、70.17 ℃、67.8 ℃，對照（CK）在第13天到達(dá)最高溫（66.57 ℃），最高溫排序?yàn)榕浞?＞配方1＞配方3＞對照（CK）。之后發(fā)酵料降溫經(jīng)歷快速降溫和緩慢降溫的階段，配方1、配方2、配方3在第15天下降至50 ℃左右，保持50 ℃以上高溫時(shí)間為13 d，在第25天溫度降為30 ℃左右并趨于穩(wěn)定，連續(xù)2 d溫差不超過2 ℃時(shí)發(fā)酵完成。對照（CK）在第17天下降至50 ℃左右，保持50 ℃以上高溫時(shí)間為15 d，在第29天溫度降為30 ℃左右并趨于穩(wěn)定，連續(xù)2 d溫差不超過2 ℃時(shí)發(fā)酵完成。

圖1 供試配方發(fā)酵料發(fā)酵溫度的變化

從結(jié)果可知，添加鑄造廢粉后，與對照（CK）相比，3個(gè)配方均在同等時(shí)間快速上升到最高溫，到達(dá)最高溫時(shí)間提前2 d，其中配方2＞配方1＞配方3，保持50 ℃以上高溫時(shí)間縮短2 d，50 ℃下降至30 ℃時(shí)間縮短2 d，總發(fā)酵時(shí)間縮短4 d。說明添加適量鑄造廢粉有利于發(fā)酵，提高發(fā)酵速度和溫度，縮短發(fā)酵時(shí)間，改善發(fā)酵進(jìn)程，但與添加量并不呈正相關(guān)，過量添加鑄造廢粉反而抑制發(fā)酵。這是因?yàn)殍T造廢粉含有60%膨潤土和30%煤炭粉，膨潤土、煤炭粉都具有提高有機(jī)物腐殖化系數(shù)、提高酶活性、促進(jìn)微生物繁殖代謝等作用，發(fā)酵期間補(bǔ)水、補(bǔ)氧，也會增強(qiáng)微生物活性，都會造成溫度的急劇上升；過量添加鑄造廢粉，發(fā)酵料通氣孔隙減少，濕度降低，抑制微生物分解代謝活動，減緩溫度上升速度[9]。

2.2 供試配方發(fā)酵料種植小白菜種子發(fā)芽生長情況

由表2可知，小白菜種子3 d發(fā)芽率，3個(gè)配方均優(yōu)于對照（CK），其結(jié)果為配方2＞配方1＞配方3＞對照（CK）＞80%，說明3個(gè)配方和對照（CK）均已腐熟，且配方2的腐熟程度最佳；5 d真葉率，3個(gè)配方均優(yōu)于對照（CK），其結(jié)果為配方2＞配方1＞配方3＞對照（CK），說明施用配方2的小白菜長勢最佳。這是因?yàn)?，添加適量鑄造廢粉后，促進(jìn)堆肥腐熟，配方2的腐熟程度最好，發(fā)酵料的營養(yǎng)成分得到充分的釋放，有機(jī)質(zhì)的含量和質(zhì)量最優(yōu)，而配方3過度添加鑄造廢粉，減弱微生物分解活動，影響發(fā)酵料腐熟，導(dǎo)致有機(jī)碳與氮素?fù)p失，抑制肥效[10]。

表2 供試配方發(fā)酵料種植小白菜種子的發(fā)芽率和真葉率

2.3 供試配方發(fā)酵料種植小白菜生長情況

由表3可知，與對照（CK）相比，3個(gè)配方均能促進(jìn)小白菜根長、株高及單棵質(zhì)量。小白菜的平均根長、株高、平均單棵質(zhì)量分別為10.87 cm、22.87 cm、119.42 g，比對照（CK）提高68.97%、37.77%、83.35%，且排序均為配方2＞配方1＞配方3＞對照（CK），這與種子萌發(fā)指標(biāo)結(jié)果一致。

表3 供試配方發(fā)酵料種植小白菜生長情況

2.4 供試配方發(fā)酵料的營養(yǎng)成分

根據(jù)國家有機(jī)肥NY/T 525－2021檢測標(biāo)準(zhǔn)：總養(yǎng)分含量≥4%，有機(jī)質(zhì)含量≥30%，pH為5.5～8.5。由表4可知，3個(gè)配方和對照（CK）的總養(yǎng)分均符合標(biāo)準(zhǔn)，排序?yàn)榕浞?＞配方2＞配方3＞對照（CK），這是因?yàn)槊径牡?、磷、鉀含量較低，添加比例越高，總養(yǎng)分越低。有機(jī)質(zhì)的含量排序?yàn)閷φ眨–K）＞配方1＞配方2＞配方3，這是因?yàn)榫挠袡C(jī)質(zhì)含量高，鑄造廢粉的有機(jī)質(zhì)含量低，鑄造廢粉的占比越高，肥料的有機(jī)質(zhì)含量越低。3個(gè)配方及對照（CK）的pH均符合標(biāo)準(zhǔn)，其排序?yàn)閷φ眨–K）＞配方1＞配方2＞配方3，煤炭粉的有機(jī)碳礦化分解，降低pH值，鑄造廢粉添加越多，pH越低。

表4 供試配方發(fā)酵料營養(yǎng)成分（以烘干料計(jì)）

2.5 供試配方發(fā)酵料重金屬含量

根據(jù)國家有機(jī)肥NY/T 525—2021檢測標(biāo)準(zhǔn)：汞≤2 mg/kg、砷≤15 mg/kg、鎘≤3 mg/kg、鉛≤50 mg/kg、鉻≤150 mg/kg。由表5可知，汞、鎘含量排序?yàn)閷φ眨–K）＞配方1＞配方2＞配方3，這是因?yàn)殍T造廢粉中汞、鎘的含量極低，鑄造廢粉的占比越高，汞、鎘的含量越少；砷、鉻、鉛含量結(jié)果排序均為配方3＞配方2＞配方1＞對照（CK），這是鑄造廢粉中砷、鉻、鉛的含量相對菌渣高，鑄造廢粉的占比越高，砷、鉻、鉛的含量越多。所有有機(jī)肥成品的汞、砷、鎘、鉛、鉻含量均符合要求。

表5 不同配方的重金屬含量（以烘干基計(jì)） 單位：mg/kg

3 小結(jié)

利用毛木耳菌渣與鑄造廢粉制作有機(jī)肥，能加快發(fā)酵料升溫，縮短發(fā)酵時(shí)間，改善發(fā)酵進(jìn)程，還能明顯提高小白菜的種子萌發(fā)率、真葉率、根長、株高、產(chǎn)量。配方2的發(fā)酵料升溫最快，溫度最高；小白菜種子發(fā)芽率、真葉率最高，分別比對照（CK）提高11.46%、22.8%，配方2的發(fā)酵料腐熟程度最佳；配方2的小白菜生長指標(biāo)最優(yōu)，其根長、株高、單棵質(zhì)量分別比對照（CK）提高68.97%、37.77%、83.35%，說明配方2促進(jìn)農(nóng)作物生長作用最強(qiáng)，肥效最佳。不同配方的有機(jī)質(zhì)、總養(yǎng)分、重金屬含量、pH均符合要求。

利用毛木耳菌渣與鑄造廢粉制作有機(jī)肥除了能優(yōu)化發(fā)酵進(jìn)程，加快啟動升溫，打破傳統(tǒng)發(fā)酵升溫啟動慢的難題，長時(shí)間保持高溫，縮短發(fā)酵時(shí)間外，還能快速分解有機(jī)質(zhì)，改土養(yǎng)地，顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、磷、鉀含量，延長肥效，對農(nóng)作物發(fā)芽生根壯苗，植株生長，抗病蟲害，增產(chǎn)豐收具有重要作用。結(jié)果為毛木耳菌渣加工業(yè)鑄造廢粉制作有機(jī)肥提供參考依據(jù)，且推薦使用配方2。