食用菌年产量较大，每年会产生大量的食用菌菌渣废弃物，由于其高效利用体系尚不完善，不仅造成一定的资源浪费，还给生态环境带来较大压力[1]。因菌渣中富含氮、磷、有机质和微量元素，将菌渣堆肥制作优质有机肥料是其资源化利用的重要途径[2-3]。杨松等[4]研究了食用菌菌渣制作包膜型缓释肥效果，结果表明，膜液和菌渣包膜均有一定的缓释效果，同时菌渣包膜层和乙基纤维素包膜层可以起到相似的缓释效果。干莹莹等[5]研究了菌渣发酵有机肥养分含量变化与碳氮损失，结果表明，初始碳氮比（C/N）、初始pH与堆肥过程中的碳氮损失率显著相关。好养堆肥过程中，通过改善堆体环境、提高微生物活性、调控堆体氮循环反应，添加生物炭、磷镁添加剂、微生物菌剂等外源物质，可显著降低堆肥过程氮损失[6-7]。
磷酸铵镁晶体，也称鸟粪石，化学式为MgNH4PO4·6H2O。当体系中氮（N）、磷（P）和镁（Mg）3种元素同时存在时，会触发鸟粪石结晶反应生成磷酸铵镁晶体[8]。鸟粪石作为缓释肥施用时，会通过表面溶蚀作用缓慢释放氮素、磷素和镁素，从而提高农作物的肥料利用率。张西兴等[9]研究磷酸铵镁肥施用对玉米生长的影响及土壤改良效果，结果表明，施用磷酸铵镁肥可以提高土壤中交换性镁离子含量和pH，增加土壤肥力，进而促进玉米生长，玉米株高、茎粗和植株鲜重均有所增加。李丹阳等[10]采用盆栽试验研究磷酸铵镁堆肥产品对油菜生长的影响，与对照相比，施用磷酸铵镁肥可以显著提高油菜株高、生物量和氮磷养分含量。
利用鸟粪石结晶原理，在菌渣好氧发酵堆肥体系中添加磷素和镁素，与菌渣中的氮素发生反应形成磷酸铵镁结晶，从而生产优质肥料，可有效减少堆肥过程中氮素的流失[8]。为此，本研究通过在食用菌菌渣堆肥体系中添加氯化镁和磷酸二氢钾，与堆体中的氮素发生鸟粪石结晶反应，探讨菌渣堆肥过程中鸟粪石结晶反应的效果，为食用菌菌渣资源化利用提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
堆肥桶为高40 cm花盆（购自本地市场）；发酵菌剂为EM堆肥菌（山东君德科技有限公司），堆肥过程中使用的药剂及调节剂为磷酸二氢钾、氯化镁和尿素。食用菌菌渣为金针菇与杏鲍菇的混合菌渣，将菌渣过筛去除异物，铺开放置，自然风干至含水率60%～70%，干燥菌渣经机械粉碎至长度2 cm以下备用。预处理后的菌渣含水率为60.82%，总氮、全磷和总钾含量分别为1.81%、1.12%和0.89%。
1.2 试验设计
设置2个处理，处理1为空白组，加入食用菌菌渣、EM菌和尿素；处理2为试验组，加入食用菌菌渣、EM菌、尿素、氯化镁和磷酸二氢钾。具体方法：称取一定量的预处理食用菌菌渣用于空白组和试验组，空白组加入尿素和EM菌，混合均匀后装桶发酵；试验组加入尿素和EM菌，并加入氯化镁和磷酸二氢钾的水溶液，混合均匀后装桶发酵。发酵体系中，EM菌的添加量为食用菌菌渣重量的4%，氯化镁和磷酸二氢钾的添加量均为食用菌菌渣干物质N摩尔比的0.15倍，尿素调节碳氮比（C/N）约20∶1。每个处理设3个平行处理，堆肥周期约60 d。
1.3 样品采集与分析
在堆肥过程中，温度采用直接测量法，将电子温度计探头直接插入堆肥菌渣中进行测定。每次翻堆过程中进行样品采集，从堆肥开始1、9、16、23、33、47和56 d翻堆一次，将每个花盆的菌渣倒入大盆进行翻堆混合，从上到下分别采样，采集的样品量一般在30 ～50 g。样品分为2份，一份用于测定样品的pH和电导率，pH采用pH计测定，电导率采用水浸提法结合电导率仪测定。另一份样品放置在干净的A4纸上自然风干，样品风干后破碎过筛测定碱解氮、全磷、有效磷和柠檬酸溶性磷，测定方法参考《土壤调查实验室分析方法》[11]。试验数据采用Excel 2010软件进行处理。
2 结果与分析
2.1 堆肥过程中温度的变化
2.2 堆肥过程中pH的变化
2.3 堆肥过程中电导率的变化
2.4 堆肥过程中全磷、有效磷和碱解氮含量的变化
表1 堆肥过程中全磷、有效磷和碱解氮含量的变化 |
| 指标 | 堆肥天数 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 d | 9 d | 16 d | 23 d | 33 d | 47 d | 56 d | ||
| 全磷/（g/kg） | 试验组 | 16.50 | 20.96 | 19.41 | 21.07 | 32.36 | 24.95 | 25.83 |
| 空白组 | 7.02 | 8.46 | 9.01 | 8.12 | 9.67 | 10.78 | 10.00 | |
| 有效磷/（mg/kg） | 试验组 | 1 113.70 | 1 001.59 | 1 101.26 | 1 873.63 | 901.93 | 1 437.61 | 2 010.66 |
| 空白组 | 4.98 | 17.44 | 29.90 | 154.47 | 142.02 | 104.64 | 154.47 | |
| 碱解氮/（mg/kg） | 试验组 | 1 333.21 | 1 562.43 | 1 332.85 | 1 383.42 | 1 614.40 | 1 356.41 | 1 480.02 |
| 空白组 | 644.00 | 800.80 | 747.60 | 792.40 | 798.00 | 641.20 | 809.20 | |
堆体中有效磷的含量总体呈升高—降低—升高的趋势。这可能是堆肥过程中随着堆体温度升高，微生物活动和有机质分解加剧，有效磷含量增加；降温阶段，可能由于微生物的同化作用，有效磷含量出现下降；腐熟阶段，肥料不断浓缩，有效磷含量又有所上升且趋于稳定[16]。堆肥初始，空白组和试验组的有效磷含量分别为4.98和1 113.70 mg/kg，堆肥结束时上升为154.47和2 010.66 mg/kg。堆肥结束时，试验组的有效磷含量明显增加，是空白组的13.02倍。
碱解氮主要包括无机态氮及易水解的有机态氮，对作物的生长和发育起着重要作用[17]。堆肥结束后，空白组与试验组的碱解氮含量均有所提高；整个堆肥过程中，试验组的碱解氮含量均明显高于空白组，堆肥结束时，试验组的碱解氮含量为1 480.02 mg/kg，是空白组（809.20 mg/kg）的1.83倍。综合来看，试验组的全磷、有效磷和碱解氮含量均较空白组明显增加，表明食用菌菌渣堆肥体系中添加的氯化镁和磷酸二氢钾，与堆体中的氮结合发生了鸟粪石结晶反应，明显减少菌渣堆肥过程中氮磷的流失，提升了堆肥产品质量。
3 结论与讨论
本试验探究了食用菌菌渣中添加氯化镁和磷酸二氢钾触发鸟粪石结晶反应对堆肥效果的影响。结果表明，试验组和空白组的堆体温度变化差异不大；堆肥初期，空白组的pH高于试验组，后期趋于一致；试验组的电导率在整个堆肥周期中均高于空白组，但均在安全范围内。试验组的全磷、有效磷和碱解氮含量均高于空白组，堆肥结束时试验组的全磷、有效磷和碱解氮含量分别为空白组的2.58倍、13.02倍和1.83倍。这是因为在堆肥过程中添加的氯化镁和磷酸二氢钾与堆体中的氮结合发生了鸟粪石结晶反应。因此，在菌渣好氧堆肥过程中添加磷素和镁素，可有效减少堆肥过程中氮素的流失，实现食用菌菌渣的资源化利用。在本试验中，采用的堆肥桶为花盆，体积小且桶壁较薄，发酵温度易受外界环境影响；此外，堆肥试验在室外露台进行，受天气影响，堆肥过程中未达到理想的高温，堆肥时间也有所延长，后续相关试验可采用商品堆肥桶进行。从堆肥产品来看，试验组的养分含量均高于空白组，后续可进一步优化堆肥配比与发酵参数，提升堆肥产品的质量与稳定性。