基于食用菌生产的农业废弃物基质化利用研究进展

王明友，宋卫东，王教领，吴今姬，丁天航，李锋
(农业部南京农业机械化研究所)
《山东农业科学》2017年第1期

　　食用菌是指可供人们食用的一类大型真菌，在物质循环的过程中，除了充当物质的还原者以外，同时又是对人类有贡献的次级生产者。其主要是以农作物秸秆、畜禽粪便等农业废弃物中的大分子物质，如纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、多糖等为主要原料，通过菌丝体分泌的水解酶及氧化酶将栽培原料高效降解，最终形成可供人们食(药)用的高蛋白食品。我国是世界食用菌生产第一大国，2014年农业经济中产值仅次于粮、菜、果、油之后的第五大类作物。目前，中国的香菇、平菇、金针菇、草菇、黑木耳、银耳、滑菇、灵芝等产品的产量均居世界第一位。中国食用菌的产量从1978年占全球总产量的5.7%发展到2009年的80%以上。随着食用菌在药用领域的深入研究，其具有的免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、保护神经系统、降血脂、护肝等功能，日益受到广泛关注，这就促使其需求量越来越大，生产所需的原材料也逐渐增加。
　　农业废弃物(agricultural residue)是指人类在组织农业生产过程中所丢弃的有机类物质的总称，其主要包括植物性废弃物(如农作物秸秆、林木枝条、杂草、落叶、果实外壳等)、动物畜禽粪便、农副产品加工废弃物和农村居民生活废弃物。随着国家农业和农产品数量的增加，这些被称作“放错位置的资料”也将逐年增加，其如何被合理有效地利用将成为我国面临的一个重要农业和环境问题。近年来，随着我国经济的快速发展、农村能源消费结构改善和替代原料的应用，不少农村地区出现了地区性、季节性、结构性的秸秆过剩，特别是在粮食主产区和沿海经济发达的部分地区，农业废弃物随意堆弃与焚烧现象严重，不仅浪费资源、污染环境，还严重威胁交通运输安全。随着食用菌传统栽培基质棉籽壳价格的快速上涨与新型栽培基质的开发应用，农业废弃物栽培食用菌技术在我国已越发成熟，其推广应用后将大幅降低现阶段的食用菌生产成本，并可实现农业废弃物在生产中的高效循环利用，真正实现农业废弃物的变废为宝。
　　本文就我国农业废弃物的特点、农业废弃物在食用菌生产上的应用现状、现阶段农业废弃物生产食用菌存在的主要问题以及农业废弃物栽培食用菌的发展方向等内容进行了综述，旨在为推进农业废弃物在食用菌生产上的循环利用提供借鉴与参考。
　　1 我国农业废弃物的特点
　　1.1 资源分布广、产量大
　　我国是一个农业生产大国，也是农业废弃物产出量最大的国家，农作物秸秆、畜禽粪便等废弃物随处看见，且绝大多数被随意抛弃。据统计，我国仅农作物秸秆就有近20种，年产量约7.0×108t，其中稻草2.0×108t，玉米秸秆2.0×108t，小麦秸秆1.0×108t，豆类和杂粮作物秸秆1.0×108t，花生、薯类和甜菜等秸秆藤蔓1.0×108t;畜禽粪便年产量约为26.0×108t，其中牛粪10.7×108t，猪粪2.7×108t，羊粪3.4×108t，家禽粪1.8×108t，其它畜禽粪便合计7.4×108t;林业废弃物(不包括薪炭林)0.5×108t;其他类的有机废弃物约有0.5×108t，并且随着社会经济迅速发展和人口的增加，废弃物总量将以年5%～10%的速度递增，预计到2020年我国总的废弃物年产量将超过50.0×108t。
　　1.2 营养丰富、有机质含量高
　　由于农业废弃物的品种和产地的不同，其理化性质也存在较大差异，其除含有主要元素C、H、O外，还含有N、P、K、Ca、Mg、S等多种元素。农作物秸秆与食用菌传统栽培基料木屑和棉籽皮的化学组成基本相似，主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成。畜禽粪便含有大量未消化的蛋白质、矿物质、维生素、粗脂肪和碳水化合物等。因此，农业废弃物可完全满足食用菌的生长需要，产出的食用菌产品在质量和产量上都不亚于棉籽壳。如利用农业废弃物玉米芯、木屑、棉籽壳、甘蔗渣、稻草粉等为原料，再辅加有机氮源(如豆饼、麸皮、米糠、玉米面、棉籽饼等)、矿物质元素等进行平菇生产，其生物转化效率可达到100%～150%。
　　2 国内外农业废弃物在食用菌生产上的应用
　　食用菌生产是现代农业的重要组成部分，在农业生产中起到了承载与传递的作用，并可实现物质与能量的循环转化。其产品不仅是人类重要的蛋白供应，而且是医疗保健品和功能食品的重要来源，对完善人类饮食结构，提高免疫功能有着重要的促进作用。此外，在食用菌生产过程中，培养料物质结构发生质的变化，可使原料纤维素含量降低50%、木质素含量降低30%、粗蛋白含量增加6%～7%、粗脂肪含量增加1倍左右，并利用这些分解产物产生大量可以利用的菌体蛋白(子实体)。因此，食用菌生产可提高农业废弃物的利用价值和再生效率，改善农业生态环境，降低农业生产成本。
　　我国利用农业废弃物生产食用菌的规模与效益水平还远远落后于欧美等发达国家，荷兰、德国、美国、日韩等国家都有专业的生产机构进行农业废弃物的食用菌工厂化生产。双孢蘑菇的生产在欧美一直是一个变废为宝的环保产业，其产量与质量均处于领先水平。近几年，我国在农业废弃物生产食用菌方面做了大量工作，尤其在栽培基质方面进行了多方位的试验，开发了多种农业废弃物栽培食用菌的配方，并研发了一系列与栽培相关的技术装备。
　　2.1 国内农业废弃物在食用菌生产上的应用　我国是世界上人工驯化与栽培食用菌最早的国家，人工驯化栽培的食用菌品种已达40余种。早期的香菇、木耳等食用菌主栽品种都是在段木上进行接种生产，在20世纪50年代我国以木屑为主料的食用菌代料栽培技术试验取得成功，并在全世界范围内进行推广应用。随着食用菌产业扩大与科技发展，食用菌新型栽培基质不断被开发，利用农林废弃物制备乐动体育热门赛事 原料已成为研究热点。范凌云等利用稻草秸秆进行了蘑菇大棚栽培试验，效果非常显著。袁建生进行了玉米秸秆、小麦秸秆与猪、牛、羊粪便混合发酵后栽培姬松茸的试验，并总结出一套农业废弃物栽培姬松茸的新技术，该技术得到了菇农的极大认可。齐志广等进行了玉米秸秆培养料栽培草菇的试验，结果表明该试验方案可行，且可降低生产成本。夏敏等利用棉秆和玉米秸秆、玉米芯等为主原料与用纯栎木屑为主原料进行了栽培香菇后的蛋白质营养对比试验，结果表明采用作物节本代料和纯木屑代料栽培的香菇子实体蛋白质均有较高营养价值，且二者之间无显著差异。赵秀芳等采用大蒜秆为主料进行香菇栽培试验，生物转化率可达98%，且可减少生产过程中的杂菌污染，提高产量。孔祥辉等研究表明，在木屑中添加30%玉米芯、50%玉米芯或30%豆秆的混合代料栽培黑木耳，菌丝生长及木耳产量均较好。苗人云等采用花生壳、木屑、玉米芯、油菜秆、黄豆秆、猕猴桃枝、高粱壳等资源部分替代棉籽壳栽培金针菇，结果表明30%的花生壳替代棉籽壳栽培金针菇，其产量比用棉籽壳栽培提高33.11%，栽培效益明显提高，并可显著降低原料成本。周帅、陈丽新、陈君琛、胡燕等在进行食用菌新型基质栽培的研究中，分别测试出了玉米皮、花生壳、葡萄枝、谷秆以及花椒子中的粗蛋白含量和粗纤维含量，并通过合理组合与营养强化，完成了在秀珍菇、姬菇、茶树菇等食用菌品种上的栽培试验，结果表明农业废弃物与传统栽培料相比，生物转化率均有较大的提高。近十年来，我国食用菌生产研究人员和广大栽培工作者为乐动体育热门赛事 技术的完善和发展做出了重要贡献，食用菌的栽培规模和产量有了很大的提高。但是，随着人民生活水平的提高，国内外市场对食用菌的需求量逐年增加，现有的原料资源难以满足不断扩大的栽培需要。因此，新型培养料的研究与开发刻不容缓，农业废弃物作为食用菌生产的主要原材料将越来越得到重视。
　　2.2 国外农业废弃物在食用菌生产上的应用　欧美食用菌的生产和消费主要以双孢蘑菇为主，以农作物秸秆与畜禽粪便为栽培原料进行工厂化、专业化生产。亚洲食用菌生产主要以木腐菌为主，日本和韩国的木腐菌工厂化生产技术走到了世界前列，栽培料以木屑为主;东南亚国家近年食用菌发展较快，其食用菌生产也以木腐菌为主，品种主要为香菇等常见木腐菌食用菌品种，培养料主要以木屑为主。近年来非洲的纳米比亚、赞比亚、坦桑尼亚、肯尼亚、埃及等都陆续开始了食用菌的生产，其高端市场需要的双孢蘑菇工厂化的成套栽培技术引自欧美，而农业式的栽培多数是糙皮侧耳，引自我国。
　　现阶段，欧美双孢蘑菇栽培呈现了工业化生产，均已形成专业化、集约化、规模化、工厂化、机械化直至自动化的生产。美国专业从事双孢蘑菇菌种生产的Sylvan公司已在全球建立了十多家连锁企业。而从事培养料业务的荷兰Heveco培养料公司，建有大型发酵隧道，将发酵的优质培养料直接或播种后供应给农户，年栽培次数可达6次，1m2平均产菇26～32kg，极大地提高了工效与菇房设施的利用率。
　　3 我国农业废弃物生产食用菌存在的主要问题
　　3.1 资源性状差异尚不明确
　　当前，我国食用菌生产主要以木腐菌生产为主，栽培原料虽已向草腐化转移，但都处于试验阶段或小批栽培，尚未进行大规模推广应用。其主要原因在于农业废弃物虽具备作为食用菌生产的栽培原料的潜质，但由于来源不同，其理化性状差距较大，各批量间质量存在一定的差异，作为食用菌生产栽培原料，还存在经验性甚至不确定性。
　　3.2 缺乏安全推广的栽培配方
　　目前，尚无针对不同农业废弃物的统一标准栽培配方，同类秸秆在同一地区栽培相同品种的食用菌，所采用的栽培配方尚不统一，与大面积推广应用相距甚远。同时，以农业废弃物为主料的乐动体育热门赛事 料含有大量杂菌及金属物质，生长过程中很容易引起感染和金属聚集，给企业带来较大的经济风险与行业负面影响。
　　3.3 缺乏高效的综合利用技术装备
　　作为乐动体育热门赛事 主料的农业废弃物主要在田间地头，分布广且体量大，收集、储存、运输、加工等工作基本上为人工完成，因缺乏高效的技术装备，导致现阶段农业废弃物的利用成本上升。同时，全程综合利用没有形成完整成熟的技术体系，生产工艺与装备技术得不到升级，利用废弃物生产食用菌的成本将会越来越高。
　　4 展望
　　4.1 进一步明确不同地区农业废弃物理化特性，避免造成重金属污染
　　为了高效地推动我国农业废弃物在食用菌生产上的利用，需进一步明确不同地区废弃物的理化特性，包括不同地区、不同品种、不同饲喂方式下的废弃物物理、化学、热工程等特性，重点明确重金属在废弃物中的差别分布与含量。通过区域性栽培试验，明确各项指标参数，建立废弃物生产食用菌的规范化技术规程。
　　4.2 加强农业废弃物在食用菌生产中的新配方应用研究
　　以科学配方为指导，在遵循食用菌生长特性的基础上，利用已有的废弃物栽培技术，以示范点带动，升级现有的传统生产方式，提高废弃物生产食用菌的生物学转化效率。同时，加强栽培配方的基础性工作，明确食用菌生长机理，揭示出废弃物在食用菌生产过程的理化及生物学特性的变化，形成一套完整的理论体系，并加以推广应用。
　　4.3 提升农业废弃物在食用菌生产中的关键技术装备的研发
　　农业废弃物生产食用菌过程中，废弃物的收集、储存、运输、加工以及培养料的制备等技术装备需进一步加大研发力度，建立废弃物标准化生产示范基地，引导废弃物生产食用菌企业向标准化、专业化方向转变，加快废弃物在食用菌转移过程的变废为宝，实现废弃物资源利用的最大化。
　　4.4 完善农业废弃物生产食用菌的标准化技术体系
　　鉴于目前农业废弃物生产食用菌的标准化技术体系缺乏的现状，需加快废弃物栽培食用菌过程的全面研究，包括最佳的配比、适宜的添加量、最优的转化效率以及微生物种群特性变化等系统研究，建立废弃物标准化参数体系，对培养料配方的改进与推广应用都至关重要。