生物腐熟剂赋能黑木耳渣堆肥：吉林农大团队解密安全利用关键技术

在我国食用菌产业中，黑木耳（Auricularia heimuer）凭借年产量超700万吨的规模稳居第二，是助力乡村振兴的“扶贫菌”，但也催生了海量菌渣处理难题——栽培后的黑木耳渣若随意丢弃，既造成资源浪费，又可能污染环境。与此同时，农业生产中化学肥料的长期过量使用导致土壤退化，有机肥料替代成为绿色农业发展的必然趋势。在此背景下，吉林农业大学李玉院士团队与李长田教授团队联合开展研究，聚焦“不同浓度生物腐熟剂对黑木耳渣堆肥氮素及微生物多样性的影响”，旨在为黑木耳渣的安全堆肥利用提供科学依据。该研究成果发表于国际知名期刊Bioresource Technology（2023年，第388卷），为食用菌产业循环发展注入关键技术支撑。

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腐熟剂如何重塑堆肥进程？

1. 理化指标：高浓度腐熟剂加速堆肥“升温腐熟”

温度是堆肥的“晴雨表”，直接决定病原菌灭活与有机质降解效率。如图1所示，添加腐熟剂的处理组（B-E）全程温度均高于对照组A，且呈现“低浓度（B）与高浓度（E）双优”的特点；湿度变化呈现“先降后稳再降”的趋势；pH值则全程呈上升趋势，E组最终pH达8.92，这源于微生物活动导致的碱性阳离子积累与含氮复合物矿化；电导率（EC）则与pH呈反向变化，全程持续下降，最终所有处理组EC值均低于腐熟堆肥安全阈值（4 ms/cm），表明堆肥无盐分毒性，可安全用于作物种植。

图1 不同浓度生物腐熟剂对堆肥过程中温度、水分、pH及EC的影响。

a：8:30温度；b：14:30温度；c：20:30温度；d：水分变化；e：pH变化；f：EC变化。A：对照组，未添加生物腐熟剂；B：0.1%生物腐熟剂；C：0.2%生物腐熟剂；D：0.3%生物腐熟剂；E：0.4%生物腐熟剂。

2. 种子安全性：从“抑制”到“促进”，高浓度腐熟剂后期发力

种子萌发指数（GI）与活力指数（VI）是评判堆肥毒性与成熟度的核心指标（GI>80%即视为无毒）。研究发现，GI与VI随堆肥天数延长整体上升，但不同处理组存在阶段性差异：堆肥第5天，B组GI最高（110.76%），E组最低（92.68%），这可能是高浓度腐熟剂初期释放的代谢产物对种子产生轻微抑制；但第10天后，E组GI快速提升，与B组无显著差异；至第35天，E、C、D组GI均显著高于B组与对照组A（图2a）。

活力指数（VI）的变化趋势与GI相似，前期B组领先，后期C组表现最优（图2b），而B组最终VI最低。这一结果表明，低浓度腐熟剂可快速降低堆肥毒性，高浓度腐熟剂则在后期更利于提升种子活力——其本质是腐熟剂加速了氨、有机酸等有毒物质的降解，为种子萌发创造了安全环境。

3. 养分与腐殖化：平衡“保氮”与“提质”，腐熟剂守护肥效

堆肥的核心价值在于养分保留与腐殖质形成。氮素方面，总氮（TN）含量全程波动较大，并非堆肥时间越长含量越高：对照组A最终TN最高（11.76 g/kg），E组最低（7.10 g/kg），但铵态氮（NH₄⁺-N）的变化更具意义——所有处理组的NH₄⁺-N均在第25天达到峰值（图2d），这与此时堆肥温度升高、氨化作用增强密切相关，提示“25天左右是黑木耳渣堆肥的氮素转化关键期”。硝态氮（NO₃⁻-N）全程变化平缓，但最终含量均高于初始值，表明硝化作用稳步进行。

有机质（OM）与总有机碳（TOC）的变化则反映了腐殖化效率：第35天，B组OM含量最高（803.09 g/kg），E组最低（622.30 g/kg）（图2f），这是因为高浓度腐熟剂对有机质的降解更彻底，虽OM含量降低，但腐殖质品质提升——A、B、E三组的腐殖质碳含量及E4/E6比值（反映腐殖质成熟度）均显著高于初始处理（表1），其中B组腐殖酸碳达12.19 g/kg，E组富里酸碳降至44.15 g/kg，说明腐熟剂促进了“易降解有机质向稳定腐殖质”的转化。

图2 不同浓度生物腐熟剂对堆肥过程中发芽指数(GI)、挥发性指数(VI)、总氮(TN)、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、有机质(OM)和总有机碳(TOC)的影响

表1 堆肥前后腐殖质含量的变化

在速效养分方面，有效磷与有效钾的保留效果显著：对照组A的有效磷从初始2.80 g/kg降至1.86 g/kg，而E组则维持在2.75 g/kg；有效钾方面，A组从3.84 g/kg降至2.76 g/kg，E组为3.38 g/kg（表2），证明添加腐熟剂可有效减少速效养分流失，保障堆肥肥效。

表2 堆肥前后有效磷、钾含量的变化

4. 木质纤维素降解：腐熟剂破解“难降解”瓶颈

黑木耳渣富含木质素、纤维素、半纤维素，是堆肥降解的难点。研究发现，添加腐熟剂的B、E组木质素含量显著低于对照组A：初始木质素含量为299.34 mg/g，最终A组为286.41 mg/g，B、E组则降至274 mg/g左右（表3）；纤维素与半纤维素也呈现相似趋势，E组纤维素最终含量最低（375.16 mg/g），且所有添加腐熟剂的处理组均与初始值有显著差异。这一结果背后，是腐熟剂中的功能微生物（如绿色木霉）分泌的木质素酶、纤维素酶发挥作用，为腐殖质形成提供了前体物质，也提升了有机质的降解效率。

表3 堆肥前后木质纤维素含量的变化

5. 微生物群落：从“病原菌消减”到“功能菌富集”

宏基因组测序结果揭示了堆肥微生物的“演替密码”。细菌是堆肥中的优势类群，真菌仅以子囊菌门（Ascomycota）为优势门，属水平上则以木霉属（Trichoderma）为主（图3a、b）。堆肥过程中，初始优势菌门变形菌门（Proteobacteria）从60.41%降至A组51.18%、B组47.99%、E组51.23%，拟杆菌门（Bacteroidetes）降幅最大达15.24%，而厚壁菌门（Firmicutes）丰度上升，放线菌门（Actinobacteria）丰度稳定——放线菌作为有益菌，能分泌抗生素抑制病原菌，也是降温期木质素降解的关键力量。

属水平上，有害菌与有益菌的“此消彼长”尤为显著：典型植物病原菌假黄单胞菌属（Pseudoxanthomonas）从初始14.16%降至1.93%-3.48%，而有益菌luteimonas属从0.65%升至2.85%-4.45%，表明堆肥不仅降低了病原菌风险，还富集了功能有益菌。PCA与NMDS分析（图3e、f）显示，同一处理组的3次重复聚类良好，且除初始对照组（D0.CK）外，其他处理组均聚类在PC1的-2~10区间，证明堆肥与腐熟剂显著重塑了微生物群落结构。

图3 物种在门和属水平的分析图

6. 抗性基因：腐熟剂筑牢“安全防线”

抗生素抗性基因是堆肥安全的潜在风险。研究发现，初始对照组（D0.CK）的抗性基因种类最多、丰度最高，而随着堆肥推进，13种抗性基因的丰度均显著下降，且添加腐熟剂的处理组下降幅度更大（图4a）。其中，adeF基因（多药外排泵基因）丰度最高，从初始27.69%升至E组54.92%，但其功能是促进其他抗性基因的外排降解，因此整体抗性基因风险降低。第35天，B、E组的抗性基因种类与丰度最低，表明高浓度腐熟剂可激活堆肥的防御机制，减少抗性基因残留，保障堆肥安全。

图4 不同处理间样本中不同抗生素耐药性基因(ARO)的丰度分析图

研究意义：为食用菌产业循环发展画定“技术路线”

吉林农大团队的这项研究，不仅从科学层面揭示了生物腐熟剂调控黑木耳渣堆肥的机制，更从应用层面提供了实操方案：若追求快速升温与有机质保留，可选择0.1%的低浓度腐熟剂；若侧重后期腐熟度、养分品质与抗性基因消减，0.4%的高浓度腐熟剂更优；堆肥25天左右是氮素转化关键期，此时需注意翻堆通气，促进氨化与硝化平衡。

从产业视角看，该研究将“废弃黑木耳渣”转化为“优质有机肥”，既解决了食用菌产业的固废难题，又为绿色农业提供了替代化肥的新选择，实现了“资源循环-土壤改良-产业增收”的多重效益。正如研究中提到的，黑木耳产业曾助力陕西柞水3138户贫困户脱贫，而黑木耳渣的安全利用，将进一步为乡村振兴与农业绿色循环发展注入新动能。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129641