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   杏鲍菇栽培用木屑堆积制程中添加有益微生物及废弃木屑基质之影响研究





    摘 要
    
    本研究拟探讨在杏鲍菇栽培用木屑堆积制作过程中,添加有益微生物或杏鲍菇栽培后废弃木屑基质对杏鲍菇栽培用木屑若干化学特性之影响,以期做为日后制作杏鲍菇栽培用木屑的支援技术参考。本研究包括使用新鲜木屑100%处理(FS)、使用新鲜木屑100%+有益微生物处理(FS+M)、使用新鲜木屑75%+废弃木屑基质25%处理(FS+GMW)及使用新鲜木屑75%+废弃木屑基质25%+有益微生物处理(FS+GMW+M)等4种处理,有益微生物包括木霉菌(Trichoderma sp.)分离菌株TCFO9409及枯草杆菌(Bacillus sp.)分离菌株TCB9722等。由试验结果显示,在堆积过程中各处理木屑材料的pH值、氮、磷、钾、钙及镁等含量呈现逐渐增加,木屑材料的电导度(EC值)及有机碳含量呈现逐渐减少。FS+GMW及FS+GMW+M处理的堆积材料温度在堆积15日内可达到60℃以上,在堆积第60日后,温度降低至50℃以下;此时FS+GMW及FS+GMW+M处理的堆积材料碳氮比(C/N)变化亦逐渐缓和,分别为74.8及72.1。 FS+M处理的堆积材料温度则在堆积第30日才达到60℃以上,FS处理的堆积材料温度则在堆积第45日才能够达到60℃以上,上述FS+M及FS两处理在堆积第75日后,温度才会分别降低至50℃以下;此时FS及FS+M处理的堆积材料碳氮比变化逐渐缓和,分别为81.3及80.1。显然经过适当堆积制作后,适用杏鲍菇栽培用木屑材料的碳氮比将趋近约72~82范围。
    
    关键字:木霉菌、枯草杆菌、杏鲍菇、木屑基质。
    
    前 言杏鲍菇是属于亚热带及草原地带之典型菇类,其学名为Pleurotus eryngiig (DC.: Fr.)Que1.,其真菌分类学上之地位属于真菌门(Eumycota),担子菌亚门(Basidiomycotina),真正担子菌纲(Eubasidiomycetes),帽菌亚纲(Hymenomycetidae),伞菌目(Agaricales),侧耳菌科(Pleurotaceae),蚝菇属(Pleurotus)(2 )。杏鲍菇菌柄及菌伞质地、风味及烹调特性比其它蚝菇类为佳,自引进台湾地区栽培后,一直颇受消费者喜爱。台湾早期养菇多以段木法进行栽培,段木法是以截断约100 cm的原木作为培养基,使用打孔器或电钻在段木上打孔并接入菌种,经过一段时间之后,蕈菇子实体就会由接种孔周围长出来。但近二十年来,台湾蕈菇业已采用塑胶袋(俗称太空包)或塑胶瓶装的方式来进行培养,其主要是将木屑、米糠和碳酸钙混合均匀,装入PP塑胶袋或塑胶瓶中作为培养基质,其中木屑约占太空包总重量的75%,辅料除了米糠和碳酸钙之外,还可能包含麦麸、粉头、黄豆粉、玉米粉等,辅料约占太空包的总重量25%(2 ),太空包的标准重量为1.2 kg,因此,可推定每个太空包的中约含有0.9 kg的木屑。太空包木屑基质经高压蒸气灭菌之后再植入特定的蕈菇类菌丝,完成之后即可进行培养,杏鲍菇培养过程包括走菌以及出菇等过程需时约1.5个月左右(2 )。由于台湾每年栽培蕈菇用木屑量颇大,因此,近年来许多研究单位也致力于开发替代新材质,其中包括以牧草(如狼尾草)、玉米秆、青割玉米及稻草等作为替代木屑使用(1,3)。另外,蕈菇类栽种后废弃木屑量亦颇多,目前在栽种蕈菇类较大宗的地区,皆有多家进行废弃太空包处理场,其产出的废弃木屑主要提供厂商或农民做为堆肥材料之一,或当做花卉或蔬果的栽培介质(5,10)。将新木屑混合旧木屑直接重新添加于太空包介质中再使用技术亦有研究发表(4),惟从实用面探讨,杏鲍菇栽培用木屑仍必须经过适的堆积发酵过程,以产出理化特性稳定之木屑基质,才利于杏鲍菇生长及生产品质优良之产品。惟目前新鲜木屑须经1~3个月堆积期程,如能适当的缩短木屑堆积发酵期程,以及加强废弃木屑再生利用技术,将更有利于蕈菇类产业永续发展。有鉴于微生物在有机材料堆积发酵过程中,担任有机物分解与稳定化之重要角色,不同的有机材料如能接种适当的微生物菌种,可以加速有机物酦酵分解(12,21,22)。因此,为达到最有效率的堆肥化作用,在有机物堆积过程中,维持微生物最适宜生长条件,使微生物充分的活动与繁殖,将能加强有机材料的酦酵与分解。其中有关利用微生物菌种的关键机制,应包括有筛选出适当的微生物菌种、建立有效率的菌种培养繁殖方法与应用于有机材料中的接种方法等(6)。本研究目的为探讨于杏鲍菇栽培用木屑堆积制程中,添加有益微生物及栽培后废弃木屑基质对杏鲍菇栽培用木屑特性之影响及其相关制作技术,以供日后研究及应用之参考。
    
    材料与方法
    
    
    一、试验项目与方法
    
    本试验于龙岩区农业改良场内之堆肥场进行,主要试验材料为新鲜木屑(以相思木、楠木等阔叶树种为主),次要材料为栽种杏鲍菇后废弃木屑基质,并利用本场微生物实验室由中部地区有机农场土壤及自制堆肥中筛选及纯化获得之有益微生物,包括木霉菌(Trichoderma sp.)分离菌株TCFO9409,枯草杆菌(Bacillus sp.)分离菌株TCB9722等,组合成4种处理(表一)。堆积制作前依照表一准备各处理材料用量,先将各处理材料混合均匀后,再取用适量上述有益微生物菌种(109cfu/g),先加水稀释200倍成菌悬液,以菌悬液与堆肥材料为1:10 (V/W)比例,将菌悬液加入堆肥材料中,最后将堆肥材料总水份含量调整至60%,堆积高度维持约1.5~2.0 m,尔后立即进行堆积制作,堆积期间约每7~10日利用铲装机翻堆乙次,观察堆积体温度由60℃以上高温期,逐渐降低为60℃以下,当堆积材料的温度持续降低至50℃以下,即杏鲍菇栽培用木屑堆积制程中添加有益微生物及废弃木屑基质之影响研究49代表接近稳定阶段。本研究堆积制作期间为75日,在堆积制作期间,定期测量温度,并于堆积第30、45、60、75日采取堆积材料样品,进行化学特性分析工作。温度测量及采样位置距木屑堆积体表面深入约30~60 cm之间,以木屑堆积体中心为圆周分成东南西北四等分,每一等分分别测量温度及采样三重复。
    
    二、化学分析项目及方法
    
    木屑等有机材料样品采样后,经70℃烘箱烘干磨粉,再以湿灰法(硫酸)分解后测定氮、磷、钾、钙及镁含量,其中以微量扩散法测定全氮量(8),利用钼黄法呈色及分光光度计(于420nm下)比色法测定其全磷量(20),利用焰光分析仪测定其全钾量(17),利用原子吸收分析仪测定其钙及镁含量(18)。有机碳含量采用Walkley-Black法测定(19),pH、EC值以有机材料(木屑):1=1:10 (V/V)萃取后,利用电极测定。结果与讨论一般堆肥化过程中,主要是利用具分解有机质能力之微生物将有机材料加以分解酦酵(9,14),当微生物进行分解作用时,需要碳当作能源,同时也需氮维持生命及建造体细胞(12)。当堆肥材料的碳氮比太高时,会因氮缺乏,致使微生物无法迅速大量繁殖,堆肥化过程进行相当缓慢。如果堆肥材料的碳氮比太低,微生物分解释出过多之氨,而易从堆肥中逸散,导致氮损失(13,16)。一般杏鲍菇栽培木屑多数以相思木、楠木等阔叶树种为主要材料,本研究FS处理及FS+M处理均使用新鲜木屑,其全氮及有机碳含量分别为3.10 g/kg及421 g/kg (表一),计算出堆积制作前有机材料碳氮比约为135.8。许多研究结果指出,堆肥制作前添加适量含氮材料,以调整堆积材料之碳氮比,则能在堆肥化过程中,加速微生物的分解作用与缩短堆积时程等效率(5,7,15)。因此,本研究选用杏鲍菇栽培后废弃木屑基质做为添加副材料,依据表一中材料用量及表二主要试验材料的全氮及有机碳含量等资料,本研究FS+GMW处理及FS+GMW+M处理之堆积材料包括新鲜木屑75%及废弃木屑基质25%,总用量干重约10,000kg,其总碳量约4,152 kg、总氮量约40.5 kg,可计算出堆积制作前材料碳氮比约为102.5。温度是反应堆积材料中某一层次之微生物活动情形,当堆积过程分解作用进行正常时,初期堆积材料温度逐渐升高达55~60℃以上,然后逐渐下降至周围环境温度。温度之升与降,反映出不同有机物之分解阶段,尔后随堆积材料逐渐分解与稳定,温度呈下降乃至恒温(11)。
    
    由本研究杏鲍菇栽培用木屑制作试验过程之堆积材料温度调查结果显示(表三),有接种分离菌株TCFO9409及TCB9722等复合菌株并添加废弃木屑基质25%之FS+GMW+M处理及仅添加废弃木屑25%之FS+GMW处理的温度可以在短期(15日内)达到60℃以上高温,且在堆积第30日内,温度可以达到70℃以上,尔后上述两处理在堆积第60日后,温度降低至50 ℃以下,逐渐达到稳定阶段;其次为接种分离菌株TCFO9409及TCB9722等复合菌株之FS+M处理的温度则在堆积第30日才达到60℃以上高温;FS (对照)处理的温度则在堆积第45日才能够达到60℃以上。上述FS+M及FS两处理在堆积第75日后,温度才会降低至50 ℃以下,而到达稳定阶段。显然添加废弃木屑基质25%与否,对于堆积温度变化之影响差异颇大,其中有添加废弃木屑基质25%处理具有快速增加堆积温度至60℃以上,且高温期均温相对较高之现象。
    
    由表三显示FS (对照)处理的温度在堆积第45日达到64.7 ℃高温期,而相对于使用相同新鲜木屑材料配方且有接种分离菌株TCFO9409及TCB9722等复合菌株之FS+M处理的温度在堆积第30日可达到65.9 ℃高温期。又比较同样使用新鲜木屑75%并添加废弃木屑基质25%之FS+GMW处理与FS+GMW+M处理的温度变化,两处理间温度变化相近似,惟后者处理在堆积第15及30日相对均温较高。显然接种分离菌株TCFO9409及TCB9722等复合菌株处理具有增杏鲍菇栽培用木屑堆积制程中添加有益微生物及废弃木屑基质之影响研究51加木屑材料堆积温度之功能。综合表三结果,杏鲍菇栽培用木屑于堆积制作时,于新鲜木屑中添加适量的废弃木屑基质或添加适宜的有益微生物菌种处理,均有促进木屑堆积发酵、快速增高堆积温度及缩短堆积所需时程之效应。
    
    
    一般而言,在堆积发酵初期,有机材料中之组成分会被微生物分解,其中碳含量会因碳化挥失而呈现下降情形,氮、磷、钾含量则因浓缩效应而呈现增加趋势,当堆积材料逐渐稳定熟成时,各组成分含量应呈现稳定状态(7,15)。由杏鲍菇栽培用木屑堆积过程中各处理之主要化学特性分析结果显示(表四),在堆积第30、45及60日之木屑材料的pH值、EC值、钾、钙及有机碳等含量在不同处理间差异不显著,木屑材料的氮、磷及镁等含量在不同处理间则略有差异,其中FS+GMW处理与FS+GMW+M处理木屑材料的氮、磷及镁等含量较高于FS (对照)处理及FS+M处理。在堆积第75日之木屑材料的pH值、EC值、氮、钾、钙及有机碳等含量在不同处理间差异不显著,木屑材料的磷及镁等含量在不同处理间则略有差异,亦以FS+GMW处理与FS+GMW+M处理木屑材料的磷及镁等含量较高于FS (对照)处理及FS+M处理。显然添加废弃木屑基质25%处理会增加木屑材料的养分含量,尤其对增加木屑材料的氮、磷及镁等含量更明显。综合表四结果,杏鲍菇栽培用木屑堆积过程中,木屑材料的pH值、氮、磷、钾、钙及镁等含量呈现逐渐增加情形,木屑材料的EC值及有机碳含量呈现逐渐减少情形。
    
    在有机物堆积分解过程中,有机材料的碳水化合物、纤维素及部份木质素等,会被微生物逐渐分解生成二氧化碳及水,致使堆肥材料的有机碳量及干物量减少(7,15),另外,堆积材料部份区域会呈现还原态及pH值升高,前者易使硝酸态氮还原产脱氮作用,后者易造成铵态氮转化成氨气而挥失(21,22)。堆肥材料中磷、钾、钙及镁等成分在理论上仅有型态之转化而不易损失,少数可能损失的途径是经由肥水流失(7)。本研究使用相思木、楠木等阔叶树种木屑为主要堆积材料之FS处理及FS+M处理,堆积制作前材料碳氮比约为135.8。另FS+GMW处理及FS+GMW+M处理之堆积材料包括新鲜木屑75%及废弃木屑基质25%,堆积制作前材料碳氮比约为102.5。由本研究堆积材料碳氮比之变化显示(图一),各处理堆积材料碳氮比于堆积制作过程呈现持续降低情形,以堆积第60日及75日之碳氮比而言,FS处理分别为88.6及81.3,FS+M处理分别为86.5及80.1;FS+GMW处理分别为74.8及72.1;FS+GMW+M处理分别为72.1及70.2。其中FS+GMW处理及FS+GMW+M处理的堆积材料碳氮比在堆积第60日及75日之间的变化差异已逐渐缓和,在表三中上述两处理在堆积第60日后,堆积材料温度已降低至50 ℃以下,显示FS+GMW处理及FS+GMW+M处理在堆积第60日已趋近稳定的阶段。而FS处理及FS+M处理的堆积材料碳氮比变化差异则在堆积第75日才逐渐缓和,且表三中上述两处理在堆积第75日后,堆积材料温度才会降低至50 ℃以下,显示FS处理及FS+M处理在堆积第75日才能够渐趋近稳定的阶段。
    
    一般堆肥化过程中有机碳量及干物量的损失会因堆肥材料不同而有差异,如以栽培菇类废弃木屑为主要堆肥材料时,碳损失率约为56.2~57.5%;干物量损失率约为47.9~55.8%(7),如以禽畜粪为主要堆肥材料时,干物量损失率约为50%左右(15)。以施用于农田增进土壤肥力之堆肥而言,在堆积分解过程进行时,有机材料中之碳氮比会逐渐降低至20以下,此时堆肥也接近腐熟阶段(7,15)。综合本研究图一结果显示,利用相思木、楠木等阔叶树种木屑或添加部分废弃木屑基质等处理,经过适当堆积发酵后,适用杏鲍菇栽培之木屑材料的碳氮比会趋近于约72~82范围,本研究结果将可做为日后杏鲍菇栽培用木屑材料堆积制作技术研究及应用之参考。


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