Состав и способы приготовления субстрата

Состав и способы приготовления субстрата

Субстрат (компост) служит средой обитания шампиньона в течение всего периода выращивания гриба. От состава, структуры, влажности, воздухопроницаемости субстрата, кислотности его среды, содержания в нем элементов питания зависит возможность создания необходимых условий для развития гриба. Из субстрата мицелий шампиньона получает воду, кислород, питательные вещества. В то же время мицелий гриба и обитающие в субстрате микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности выделяют в субстрат конечные продукты обмена веществ (метаболиты), которые постоянно должны нейтрализоваться из-за их негативного влияния на мицелий шампиньона. Следовательно, субстрат выполняет целый комплекс функций, обеспечивая оптимизацию факторов роста и развития гриба.

В процессе ферментации материалов, пастеризации субстрата и кондиционирования, а также в период выращивания культуры постоянно происходят потери воды и органических веществ из субстрата. Й. П. Г. Герритс провел расчеты средних потерь массы субстрата, воды и органических веществ в основные периоды выращивания шампиньона (табл. 5).

5. Изменение массы и состава субстрата в периоды его подготовки и выращивания культуры, кг (усредненные данные)

Существует зависимость между массой субстрата, точнее, между количеством сухого вещества на единице площади и урожаем гриба. На основании обобщения многочисленных данных подсчитано, что на формирование 1 кг плодовых тел расход сухого вещества составляет 220 г, из них 90 г приходится на вынос с урожаем и 130 г расходуется на энергетические процессы.

Выход урожая с единицы площади растет пропорционально увеличению количества субстрата, а максимальный выход урожая на единицу массы субстрата наблюдается при использовании 80 кг свежего (непастеризованного) субстрата на 1 м². При дальнейшем увеличении расхода субстрата на единицу площади урожай с единицы массы субстрата уменьшается.

Однако при выращивании шампиньона получение самого высокого урожая с единицы массы субстрата или с единицы площади при увеличении расхода субстрата не имеет такого важного значения, как оптимальное сочетание всех факторов, обеспечивающих возможность практического управления процессом выращивания. Наиболее важный фактор, ограничивающий увеличение расхода субстрата на единицу площади, - температура в слое субстрата. Увеличение расхода субстрата на единицу площади также затрудняет пастеризацию и кондиционирование в связи с необходимостью создания большой разницы температуры слоя субстрата и окружающего воздуха для обеспечения конвекционного притока воздуха в слой субстрата. На основании расчетов и практики выращивания установлено, что оптимальный расход субстрата составляет 100-120 кг на 1 м².

При пастеризации субстрата в массе проблема создания условий, обеспечивающих приток воздуха в слой субстрата, не возникает, так как воздух подается с помощью принудительной вентиляции. Поэтому расход субстрата на единицу площади при выращивании культуры может быть увеличен на 30-50%.

Материалы для приготовления субстрата. Долголетняя практика выращивания шампиньона показала, что наилучшая питательная среда для него - ферментированный соломистый конский навоз, получаемый при стойловом содержании животных. Однако не любой конский навоз пригоден для приготовления шампиньонного субстрата. Доказано, что качество навоза зависит от различных причин, в том числе от времени года, рациона кормления лошадей, что, в свою очередь, связано с целями использования животных. Наибольшую ценность представляет соломистый навоз от скаковых лошадей, когда в рационе их кормления было достаточное количество комбикорма. Применение в качестве подстилки древесных опилок позволяет получать навоз, качество которого для приготовления субстрата уступает навозу на соломенной подстилке. Навоз лошадей, используемых на сельскохозяйственных работах, как правило, "тяжелый", так как животные получают в рационе больше зеленых кормов и мало концентрированных.

Для подстилки предпочтительнее использовать солому ржи или пшеницы, солома ячменя и овса быстро впитывает в себя жидкость, легко размягчается и теряет необходимую структуру.

Готовить субстрат для выращивания шампиньонов лучше из свежего навоза или, по крайней мере, хранившегося не более двух недель, так как в процессе длительного хранения навоз разлагается и его качество снижается в связи с потерей структуры.

Химический состав конского навоза значительно колеблется в зависимости от качества и вида кормов, а также рациона кормления. По данным ВИУА, содержание питательных веществ в свежем конском навозе может колебаться в следующих пределах (%): азот общий - 0,32-0,84; фосфор (Р₂О₅) - 0,18-0,68; калий (К₂О) - 0,23-0,8.

При недостатке конского навоза в качестве его заменителей может быть использован навоз других сельскохозяйственных животных на соломенной подстилке, однако структура других видов навоза уступает конскому, хотя по содержанию основных элементов питания различия незначительны (табл. 6). Кроме того, конский навоз содержит микроорганизмы, которые способствуют активизации процесса ферментации.

6. Состав разных видов свежего навоза на соломенной подстилке, % (данные НИУИФ, ВИУА и других учреждений)

Навоз крупного рогатого скота и свиней содержит больше воды и некоторых других питательных веществ по сравнению с конским, но оба вида навоза очень вязки, почти не пропускают воздух, поэтому разогреваются слишком медленно и плохо ферментируются. В связи с этим они менее пригодны для приготовления шампиньонного субстрата. Однако навоз крупного рогатого скота и свиней можно использовать для приготовления субстрата в качестве компонентов с соломой и другими материалами.

Определенный интерес для приготовления шампиньонного субстрата представляет навоз овец. Он имеет структуру, близкую к конскому, содержит больше азотистых веществ, легкий и быстро разогревается при ферментации.

Использование того или другого вида навоза для приготовления субстрата связано с разработкой определенной технологии его ферментации.

Хороший материал для шампиньонного субстрата - солома злаковых культур. По химическому составу солома различных злаков отличается незначительно, но существенно - по скорости разложения и сохранению структуры.

Солома злаков содержит большое количество углеводов, калия, кальция и других зольных элементов, необходимых для шампиньона. Обладая хорошей воздухопроницаемостью, солома ферментируется довольно медленно из-за низкого содержания азотистых веществ и отсутствия в ней необходимой микрофлоры, поэтому субстрат, приготовленный из соломы, не может обеспечить удовлетворительные урожаи шампиньона.

Установлено, что в качестве основного компонента для приготовления субстрата лучше использовать солому пшеницы (озимой, несколько хуже - яровой), затем солому ржи, можно применять также смесь соломы этих двух культур. В некоторых странах разработана технология приготовления субстрата на основе рисовой соломы. В США, например, в качестве компонента к соломе злаков добавляют сено бобовых культур. Можно использовать стержни початков и стебли кукурузы, подсолнечника, а также хлопчатника. Химический состав воздушно-сухой соломы и частей растений различных культур приведен в таблице 7.

7. Химический состав соломы, пригодной для приготовления шампиньонного субстрата, % к общей массе

Добавление к соломе определенного количества навоза и других органических материалов и минеральных удобрений обеспечивает улучшение качества субстрата и получение высоких и стабильных урожаев культуры шампиньона. На этом основано приготовление полусинтетического и синтетического типов субстрата.

Поскольку солома и навоз содержат недостаточное количество азотистых веществ, необходимых для выращивания шампиньона, к этим основным материалам для приготовления субстрата добавляют органические материалы с высоким содержанием азота, а также минеральные азотные удобрения.

В качестве азотсодержащих органических материалов могут быть использованы отходы различных производств (табл. 8).

8. Химический состав некоторых промышленных отходов, используемых для приготовления шампиньонного субстрата, %

Из азотных минеральных удобрений в шампиньонный субстрат добавляют карбамид (мочевину), сульфат аммония, аммиачную селитру. При использовании сульфата аммония необходимо вносить равное количество известняка для нейтрализации подкисляющего воздействия удобрения. При недостатке в субстрате фосфора и калия добавляют суперфосфат и калийные удобрения.

Важную роль в создании и поддержании буферности среды субстрата играет кальций. В качестве известкового удобрения используют мелко дробленный или молотый известняк, доломит или мергель, можно с успехом применять дефекат - отход свеклосахарного производства, содержащий 40-50% СаО, а также отходы целлюлозного производства, в составе которых до 56% СаО. Установлено, что на 1 т навоза достаточно добавить 25 кг известняка, а к полусинтетическому и синтетическому субстрату - 60-65 кг на 1 т воздушно-сухой соломы.

Для нормального роста и развития гриба, получения высоких урожаев плодовых тел важное значение имеет соотношение основных элементов питания в субстрате. Оптимальное отношение N : Р : К, как правило, должно быть 3 - 3,5 : 1 : 2 - 2,5. Содержание общего азота в сухом веществе готового субстрата колеблется от 1,8 до 2,3%. Количество кальция может составлять от 4 до 7-7,5%.

Содержание общего азота в смеси исходных материалов для ферментации должно находиться на уровне 1,6-2% на сухое вещество. На основе многолетних исследований Ц. Ранчевой (НРБ) предложена методика расчета материалов для приготовления субстрата с учетом содержания азота в его составных частях и добавления азотсодержащих веществ до 2% общего азота (табл. 9).

9. Пример расчета компонентов для приготовления субстрата

Цели ферментации. Материалы, подобранные для приготовления питательного субстрата, перед закладкой в помещение для выращивания шампиньона подвергают специальной обработке. Основной метод обработки - спонтанная ферментация. Цели ее следующие:

подвергнуть материалы разложению, чтобы изменить состав органических веществ в них и создать необходимые условия для роста и развития шампиньона;

получить гомогенный по структуре и качеству субстрат определенной влажности, селективный для шампиньона;

обогатить субстрат в процессе обработки материалов недостающими питательными веществами;

по возможности устранить болезнетворные и конкурирующие с шампиньоном организмы.

Субстрат должен содержать 70-73% воды, причем вода должна находиться в поглощенном тканями материалов состоянии. Для обогащения материалов водой до начала ферментации проводят их увлажнение. В период увлажнения солома поверхностно способна удерживать около 80-84% воды по отношению к своей массе, а в период ферментации ткани ее, постепенно разлагаясь, впитывают необходимое количество воды.

Материалы в процессе ферментации должны быть равномерно распределены и в достаточной степени перемешаны, масса субстрата к концу процесса ферментации должна приобрести определенную структуру. Это достигается неоднократным перемешиванием ферментируемой массы, а при необходимости и дополнительным увлажнением.

В свежем навозе и других материалах питательные вещества находятся в составе соединений, которые не усваиваются мицелием шампиньона. Основная часть азота присутствует в форме аммонийных соединений в такой концентрации, которую шампиньон не в состоянии переносить. За счет жизнедеятельности развивающихся в субстрате микроорганизмов за период ферментации аммонийные формы азотистых соединений превращаются в белковые соединения с образованием в конечном итоге лигнин-гумусового комплекса, богатого азотом, из которого шампиньон способен усваивать азот. Установлено, что усвоение азота из этого сложного комплекса доступно только для базидиальных грибов, в частности для шампиньона, так как у них имеются высокоактивные ферменты, например фенолоксидаза.

В процессе ферментации определенным изменениям подвергается и комплекс углеродсодержащих соединений. При развитии микроорганизмов в компостируемой массе прежде всего расходуются простые, легко расщепляемые углеводы, которые способны усваивать микроорганизмы, в то время как шампиньон может усваивать не только простые, но и сложные углеродсодержащие соединения.

Реакция среды свежего навоза и других материалов находится на уровне рН 8,5-9, то есть щелочная, и не соответствует требованиям культуры шампиньона. В течение процесса ферментации происходит подкисление среды, рН уменьшается примерно до 7,5, прежде всего за счет превращения аммиака в белковые соединения. Общие изменения, происходящие в составе материалов в процессе приготовления субстрата, показаны на рисунке 25.

Рис. 25. Изменения в составе массы в период приготовления субстрата

Приготовленный методом спонтанной ферментации субстрат при наполнении помещения для выращивания культуры должен иметь следующие показатели качества:

однородную структуру, кусочки соломы довольно короткие, темного цвета, жгут соломы при скручивании рвется с небольшим сопротивлением;

содержание воды около 70-73%;

реакция среды слабощелочная - рН водной суспензии около 8;

содержание общего азота в пересчете на сухое вещество 1,6-2%;

ощутимый запах аммиака.

Классический способ приготовления субстрата, или спонтанная ферментация. Это наиболее старый способ приготовления субстрата, до настоящего времени широко применявшийся в практике грибоводства, как правило, для ферментации конского соломистого навоза. Его сущность заключается в следующем. Конский навоз слегка увлажняют, укладывают в рыхлый бурт и подвергают спонтанной ферментации. Температура в нем быстро растет, затем через 5-7 дней снижается, при этом субстрат уплотняется, доступ кислорода внутрь бурта затрудняется. Для возобновления процесса самосогревания навоза бурт перетряхивают с одновременным доувлажнением массы и укладкой навоза из зон холодных в зону активного согревания (первая перебивка).

В зависимости от структуры навоза и количества соломы в его составе размеры бурта могут варьировать от 1,5 до 2,5 м в ширину и от 1,5 до 2 м в высоту. Длина бурта зависит от требуемого количества субстрата. Формируют бурт слоями 30-40 см каждый, слегка трамбуют и увлажняют. Степень уплотнения бурта зависит от структуры навоза. Длинносоломистый навоз, имеющий рыхлое строение, трамбуют сильнее, чем короткосоломистый тяжелый.

В процессе ферментации в бурте образуются четыре зоны. Первая - наружный слой, находящийся в постоянном контакте с окружающим холодным воздухом, в нем имеется избыточный приток воздуха, навоз остается холодным и быстро подсыхает, образуя зону избыточной аэрации. Навоз в этой зоне практически не ферментируется. Вторая зона имеет среднюю температуру. В ней в основном развиваются актикомицеты, ее аэрация также избыточна, поэтому навоз довольно быстро подсыхает. Наиболее активное самосогревание навоза наблюдается в третьей зоне, где происходит активная ферментация. Четвертая зона расположена в основании центральной части бурта. Условия для ферментации в этой зоне неблагоприятны из-за недостаточного поступления в нее кислорода. Она носит название анаэробного ядра.

Во время перебивки бурта снимают верх и боковые части (рис. 26, зона а), центральную зону (б) укладывают в основание нового бурта, верх и боковые части старого бурта - в центре нового бурта, а основание старого бурта (зона в) - на верх нового. В процессе перебивки увлажняют сухие места, а если масса имеет недостаточную влажность, то поливают весь бурт.

Рис. 26. Схема перебивки бурта при классическом способе ферментации: 1 - старый бурт; 2-4 - последовательные этапы формирования нового бурта

Вторую перебивку проводят через 3-5 дней, когда навоз в бурте вновь хорошо разогреется и верх бурта начнет оседать.

Последовательность перебивки по зонам бурта та же, что и при первой перебивке. В процессе перебивки проверяют влажность массы субстрата и, если есть необходимость, увлажняют сухие места или всю массу.

Последующие перебивки проводят через 3-5 дней в таком же порядке, как и предыдущие. Число перебивок зависит от активности ферментации и, как правило, составляет 3-4.

Классический способ ферментации навоза предполагает выполнение работ при перебивках вручную и сейчас, когда имеются специальные машины для перебивки субстрата, в практике грибоводства не используется. Этот способ очень трудоемок, его можно рекомендовать только для приготовления небольшого объема субстрата.

Способ короткого компостирования позволяет сократить сроки ферментации навоза. Навоз предварительно выдерживают в течение 2-6 дней в рыхлом состоянии при 1-2 перемешиваниях фронтальным тракторным погрузчиком. В зависимости от содержания влаги навоз выдерживают без увлажнения или с увлажнением.

Для ферментации формируют бурт шириной 1,7- 1,8 м зимой и 1,6-1,7 м летом, высота бурта соответственно 1,9 и 1,8 м. Через день после формирования бурта проводят первую перебивку с уменьшением ширины бурта на 5 см. При формировании бурта к конскому навозу добавляют 9-12 т куриного помета из расчета на 100 т навоза, а при первой перебивке - 1 т соевого шрота или муки из семян хлопчатника и 1,2 т гипса. На 4-5-й день проводят вторую перебивку и на 6-7-й день перед наполнением помещения - третью. В зависимости от влажности в период перебивок компостируемую массу дополнительно увлажняют.

Е. Б. Ламберт (США) установил, что пастеризация субстрата, приготовленного из навоза способом короткого компостирования, при температуре около 70°С и дальнейшее восстановление активности полезной микрофлоры в субстрате в течение 6-7 суток при температуре 40-41°С значительно улучшают качество субстрата и обеспечивают высокие и устойчивые урожаи шампиньона.

В результате исследований, проведенных в разных странах, технология приготовления субстрата из конского навоза способом короткого компостирования уточнена и метод стал широко применяться в практике грибоводства.

П. Феддер рекомендует способ приготовления субстрата при продолжительности ферментации конского навоза 8-9 дней. Сущность обработки навоза по этой технологии заключается в следующем. При заготовке свежий конский навоз, содержащий 60-65% влаги и от 1 до 1,5% общего азота (в пересчете на сухое вещество), укладывают в кучу и разные партии его перемешивают. Если необходимо, в навоз добавляют воду. После 2-3 дней выдержки в навоз добавляют азотсодержащие материалы, например 40 кг муки семян хлопчатника или 100-125 кг помета бройлеров на 1 т навоза. В зависимости от содержания влаги и азота навоз увлажняют с добавлением в поливную воду 2-3 кг карбамида или 5-7 кг сульфата аммония на 1 т навоза. Продолжительность увлажнения, как правило, составляет три дня, расход воды при этом варьирует от 500 до 1000 л на 1 т навоза. Подготовленный таким образом навоз может быть смешан с предварительно увлажненной и измельченной соломой.

Затем навоз формируют в рыхлый бурт шириной 1,8 и высотой 1,7-1,8 м. На 4-5-й день вносят гипс из расчета 25 кг на 1 т навоза и перебивают бурт с укладкой по ширине 1,6 м. Если необходимо, проводят увлажнение сухих мест или всей массы.

На 7-8-й день делают вторую перебивку и на 9-10-й день субстрат укладывают в помещение для термической обработки. При погрузке в транспортное средство и наполнении помещения субстрат дополнительно перетряхивают и смешивают. В момент закладки в помещение субстрат при необходимости увлажняют.

Таким образом, в настоящее время в практике грибоводства применяют несколько технологий короткого компостирования. Выбор технологии зависит от условий в конкретном хозяйстве.

Способ компостирования средней продолжительности разработан Р. Расмуссеном (Дания). По этому способу приготовления субстрата свежий конский навоз складывают в кучу, вносят необходимые добавки и увлажняют. На следующий день навоз формируют в бурт обычного размера и, если необходимо, проводят его доувлажнение. Через пять дней вносят гипс из расчета 20-25 кг на 1 т навоза и бурт перебивают. На десятый день выполняют вторую перебивку, на 13-й - третью. На 15-й день субстрат укладывают в помещение для термической обработки, продолжительность которой обычно составляет 5-6 дней, Этот способ приготовления субстрата из конского навоза широко используют в практике выращивания шампиньона.

Приготовление полусинтетического и синтетического субстратов. Основным исходным материалом для приготовления полусинтетического и синтетического субстратов служит солома пшеницы или ржи, а в некоторых странах - солома риса. Для приготовления таких субстратов успешно можно применять также растительные остатки других культур, например стержни початков кукурузы, солому сорго, стебли сахарного тростника и семенников злаковых трав. Можно использовать и смесь этих материалов. К основному материалу добавляют органические азотсодержащие вещества - солодовые ростки, рисовую шелуху, хлопчатниковую муку, помет бройлеров. Один из наиболее доступных материалов - помет бройлеров. Помет кур-несушек без подстилки, а также помет другой птицы менее пригоден для использования в качестве компонента (табл. 10).

10. Состав птичьего помета

Содержание азота и других элементов в птичьем помете может значительно варьировать в зависимости от рациона кормления и содержания птицы.

Для получения субстрата требуемого качества содержание общего азота в смеси исходных материалов должно быть около 2% (на сухое вещество). Методика определения соотношения компонентов в субстрате приведена в таблице 9. Если при расчете содержание общего азота оказывается ниже требуемого, то в смесь можно добавить минеральные удобрения - карбамид, аммиачную селитру или сульфат аммония. Однако использовать азотные добавки в минеральной форме можно в ограниченном количестве - не более 10 кг на 1 т соломы. Если в массу добавляют сульфат аммония, то для его нейтрализации следует прибавить 15-20 кг извести на 1 т сырой массы (1 кг СаСО₃ на 1 кг сульфата аммония).

Термины "полусинтетический" и "синтетический" в практике грибоводства применяют в зависимости от доли конского навоза в субстрате. Если в качестве компонента субстрата входит незначительное количество конского навоза (примерно до 20-25% общей массы ферментируемого материала), то такой субстрат считают полусинтетическим. В синтетическом субстрате конский навоз не используют.

На рисунке 27 показана схема приготовления полусинтетического субстрата. Важную роль в получении качественного субстрата играет предварительное увлажнение основного компонента - соломы. В период увлажнения солома постепенно впитывает воду и размягчается. Наши исследования показали, что при увлажнении солома впитывает достаточное количество воды за три дня полива.

Рис. 27. Схема приготовления полусинтетического субстрата: I - увлажнение соломы; II - размягчение материалов; III - ферментация; 1-22 - дни

После добавления к соломе азотсодержащего компонента (помета бройлеров) происходит ее самосогревание, восковой налет растворяется и вода проникает внутрь ткани соломин. В период увлажнения вода впитывается соломой сначала медленно, затем по мере увлажнения поглощение ее усиливается. За весь период увлажнения 1 т соломы впитывает около 3-3,5 м³ воды до влажности 75-82%. В современных шампиньонных комплексах увлажнение соломы проводят в цехе приготовления субстрата на специальной площадке с помощью стационарной системы полива.

После внесения на слой соломы конского навоза и азотсодержащих добавок или только азотсодержащих добавок массу перемешивают и, если необходимо, доувлажняют. Увлажненную массу формируют в бурт стандартных размеров и ферментируют в течение 9-12 дней. Через 2-3 дня проводят перебивки бурта, перед первой перебивкой вносят гипс из расчета 20-25 кг на 1 т массы.

Сейчас в шампиньонных комплексах нашей страны для выращивания грибов применяют синтетический субстрат, который готовят на основе пшеничной или ржаной соломы и помета бройлеров с опилочной подстилкой при добавлении в массу 60 кг гипса на 1 т воздушно-сухой соломы. Расход помета зависит от его влажности и содержания в нем общего азота. При влажности около 35% и содержании общего азота 3,5% на 1 т соломы требуется 800-900 кг помета бройлеров. При общем расходе воды около 4,5 м³ из этой массы можно приготовить примерно 3,2 т субстрата.

Технология приготовления синтетического субстрата из смеси соломы с пометом бройлеров включает три периода (табл. 11): увлажнение соломы, внесение помета с перемешиванием; размягчение соломы - выдерживание смеси увлажненных материалов в большой рыхлой куче и ферментация (компостирование).

11. Схема приготовления синтетического субстрата из смеси соломы с пометом бройлеров

Синтетический субстрат на основе рисовой соломы. В настоящее время для приготовления синтетического субстрата в качестве основного компонента наряду с соломой ржи и пшеницы используют рисовую солому. Это особенно важно, если выращивание шампиньонов будет организовано в районах возделывания риса.

Структурными добавками к рисовой соломе могут быть стержни початков и стебли кукурузы, отходы сахарного тростника или сахарной свеклы. Для обогащения соломы азотом применяют помет бройлеров, молотые семена хлопчатника и другие азотсодержащие материалы. По сообщению П. Феддера, хорошие результаты получают, приготавливая субстрат по технологии, приведенной в таблице 12.

12. Схема приготовления синтетического субстрата на основе рисовой соломы

Готовый для пастеризации субстрат должен иметь рН 8,2-8,3, содержание влаги 70-72%, общего азота 1,6-1,8% на сухое вещество.

Потребность в исходных материалах для приготовления субстрата. При организации выращивания шампиньонов важно правильно рассчитать потребность в исходных материалах для приготовления субстрата. Основные показатели для такого расчета - потери массы и сухого вещества за период спонтанной ферментации, которые зависят от продолжительности ферментации и состава субстрата. Потери массы варьируют от 30 до 50%. При старом традиционном способе компостирования в течение 25-28 дней потери сухого вещества достигают 45-50%; при коротком компостировании с предварительным увлажнением соломы за период ферментации в течение 9-12 дней - 30-35, а при ферментации в течение 16-17 дней - 35-40%.

Общие потери массы и сухого вещества за период ферментации и термической обработки субстрата составляют 50-55%.

Установлено, что из 1 т соломистого конского навоза можно получить 0,9-1 т непастеризованного субстрата. Если приготавливают полусинтетический субстрат, то из 1 т соломы с добавками получают около 2,5 т готового субстрата, а когда готовят синтетический субстрат, выход составляет, как правило, 2,8-3 т.