香菇渣對土壤微生物和酶活性的影響

謝 放，魏孔麗，陳京津，張生香

（蘭州交通大學化學與生物工程學院，甘肅 蘭州 730070）

目前，我國已成為世界上第一大食用菌生產國[1]。2006 年全國食用菌產量（鮮量）達 1 474.1 萬 t，占全球總量70%以上；2007年出口創匯14.24億美元，比2006年增加3.23億美元，已經躍居我國繼糧、棉、油、果、菜之后的第六大農副產品和重要的創匯農產品[2]。食用菌的大規模生產，致使大量的香菇渣廢料（又名菌糠或菌渣）產生，菌渣被隨地丟棄或燃燒，不僅造成了資源的極大浪費，對水體生態、食用菌生產環境和大氣也造成嚴重的污染[1-3]。大量報道分析[1-4]，菌渣中富含有機物、多種礦質元素以及食用菌菌體蛋白、次生代謝產物等多種水溶性養分，對改良土壤、提高土壤肥力有重要意義。因此，如何充分利用菌渣，使其變廢為寶，已成為人們普遍關心的問題。

土壤微生物和土壤酶作為土壤的生物學標志在一定程度上能反映土壤肥力狀況，衡量土壤肥力的好壞[5]。目前國內外在土壤微生物和酶的研究方面已有很多報道，許景偉等[6]研究了不同類型黑松混交林中土壤微生物和酶與土壤養分的關系。王曉凌等[7]研究了不同耕作方式對土壤微生物量及酶活性的影響。邱莉萍等[8]研究了重金屬污染及EDTA對土壤酶活性的影響。肖嫩群等[9]也進行了稻草還田對土壤微生物和酶活性的研究。香菇渣富含有機質和生物活性物質，如果作為土壤改良劑直接還田，對土壤微生物和酶活性會產生怎樣的影響，這方面的研究目前還未見報道。因此，本研究通過室內模擬試驗，將不同比例的香菇渣（25%，50%，75%）加入土壤，通過測定主要土壤酶的活性和土壤微生物的動態變化規律，試圖從這些土壤生物學指標的變化方面來研究菌渣作為一種生物肥料對土壤肥力的影響，為解決食用菌渣對環境的污染和其有效利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自甘肅省皋蘭縣忠和鎮鹽池溝旱砂田西瓜地。采樣時，先除去上面的沙層，后采集0～20 cm土樣。供試菇渣為蘭州市安寧區一蘑菇種植戶廢棄的香菇渣。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗方法 2008年11月19日采用五點法取土樣，裝入封口袋帶回實驗室，自然風干，粉碎，過2 mm篩備用。供試菇渣也在實驗室自然風干，粉碎，過2mm篩，充分混勻備用。

模擬試驗設5個處理（25%香菇渣+75%土壤、50%香菇渣+50%土壤、75%香菇渣+25%土壤），0%香菇渣（CK 1）和100%香菇渣（CK2）分別作為對照。將備用的香菇渣和土壤按以上設計的比例充分混勻，裝進底部連有一塑料吸管（長8.5 cm，直徑1.1 cm）的塑料杯（高15 cm、直徑6 cm，底部中心小孔直徑為1.1 cm）中，塑料吸管中塞有脫脂棉。然后將塑料杯放在鉆有小孔（直徑1.1 cm）的木板上（長45 cm、寬35 cm），最后一起放在盛有蒸餾水的鐵盤（長40 cm、寬30 cm、深3.8 cm）中，讓塑料杯底部的吸管充分接觸水面，從而使土壤保持田間持水量，恒溫（27℃±0.5℃）培養室黑暗培養。試驗始于2008年5月19日，分別于培養20、40、60、80和100 d 5次取樣，每次每處理3個重復，每重復9點法取樣，混合為1個混合土樣。樣品混勻后，自然風干，分別過1mm篩和過2 mm篩。過1 mm篩用于測定微生物數量；過2mm篩的土樣，4℃保存，用來依次分析土壤磷酸酶、幾丁質酶和蔗糖酶活性。

1.2.2 測定方法 土壤微生物數量用稀釋平板法測定[10]，細菌計數用牛肉膏蛋白胨培養基；放線菌用高澤氏一號培養基；真菌用馬丁-孟加拉紅鏈霉素瓊脂培養基。

土壤酶活性的測定方法：磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法，用mg酚/(g·h)表示；蔗糖酶活性用3，5-二硝基水楊酸比色法，用 μg葡萄糖/(g·h)表示[11]；幾丁質酶活性用N-乙酰葡萄糖胺比色法，用μg N-乙酰葡萄糖胺/(g·h)表示[12]。

1.2.3 數據分析 數據的整理與統計采用Excel軟件完成。

2 結果與分析

2.1 香菇渣對土壤微生物的影響

2.1.1 香菇渣對土壤細菌的影響 在不同的培養時間，添加不同比例的香菇渣對土壤細菌數量的影響不同（圖1）。從圖中可以看出，未添加菇渣的土壤中（CK1）細菌數量相對較少，添加菇渣后各個處理土壤中的細菌數量明顯增加。從培養20 d開始，各處理細菌的數量就迅速增加，排列順序為75%香菇渣>CK2>50%香菇渣>25%香菇渣>CK1，至40 d時添加75%香菇渣土壤中的細菌數量最多，為114×104CFU/g DW，比CK1增加了20.5倍，且大于CK2中細菌的數量。其原因是75%香菇渣中含有豐富的有機物質，為土壤細菌的生長提供了充分的營養物質，因此細菌數量大幅增加。而CK2未加入土壤，測定的細菌數目只是菇渣中原有的細菌，因此細菌種類和數目相對較少。當培養60 d時，各處理土壤中的細菌數量迅速降低，這可能是微生物活動達到高峰后，可生物利用的基質逐漸減少，氧化還原電位降低及還原性有毒物質增加，抑制了微生物生長的原因。培養80 d后，添加25%和50%香菇渣土壤中的細菌數和CK1又出現了一個小高峰，這可能與微生物的二次生長有關。但不同的是，75%香菇渣土壤中細菌數量一直呈緩慢下降趨勢，而CK2（100%香菇渣）的細菌數則出現持續上升趨勢，這可能與香菇渣漸漸腐解為微生物活動提供持續能源和碳源有關。總體來看，添加香菇渣都能顯著影響土壤中細菌的數量，而且在一定范圍內與添加量成正比。

圖1 香菇渣對土壤細菌數量的影響

2.1.2 香菇渣對土壤放線菌的影響 香菇渣對土壤放線菌數量的影響見圖2。與CK1類似，25%和50%香菇渣處理的曲線變化較平緩，且增幅不大，說明香菇渣對土壤放線菌數量的影響不太明顯。而添加75%香菇渣后，土壤中放線菌的數量顯著增加，在培養20 d時就遠遠大于其他處理，為CK1（0%香菇渣）的25.2倍，為 CK2（100%香菇渣）的5.2倍；培養40 d時達到最大值，為72.3×104CFU/g DW。這與75%香菇渣為土壤放線菌提供豐富的纖維素、木質素、幾丁質等營養物質，極大的誘導了放線菌數量的增加有關。之后隨著時間的推移，75%香菇渣處理的放線菌數又開始緩慢下降，100 d時降到與其他處理相當的水平。而CK2的放線菌數量在培養80 d以前一直呈緩慢上升趨勢，在80 d時達到32.5×104CFU/g DW后又急劇下降。與其他處理不同的是，CK2在80 d時出現高峰，這與放線菌常在有機質腐解的后期出現把難分解的組分轉化為土壤的有機組分有關。由上可看出添加75%香菇渣對土壤放線菌數量的影響最大。

圖2 香菇渣對土壤放線菌數量的影響

2.1.3 香菇渣對土壤真菌的影響 從圖3看出，不添加香菇渣的土壤（CK1）中真菌數量非常少，在0.2×104～0.7×104CFU/g DW 之間。隨著香菇渣添加量的增大，土壤中真菌數量也隨之增加，排列順序為CK2>75%香菇渣>50%香菇渣>25%香菇渣>CK1。其中，添加25%和50%香菇渣后真菌數量較CK1變化不明顯，在60 d和100 d時數量最少；添加75%香菇渣后真菌數量出現顯著變化，分別在培養40 d和80 d時出現高峰，達到30.6×104CFU/g DW和48.6×104CFU/g DW。與細菌和放線菌變化不同的是，CK2（100%香菇渣）在整個培養期，真菌數量始終大于其他處理，且在40～80 d時基本呈水平趨勢，80 d后又迅速下降。這是因為純香菇渣中含有豐富的有機質，而土壤真菌參與土壤中有機質的分解、腐殖質和團聚體的形成及土壤中的氨化作用[9]，因此真菌數量大量增加，從而抑制了細菌和放線菌的生長，所以CK2的細菌和放線菌數量不是最多。之后由于大量微生物活動，使其可利用的營養物質迅速減少，因此培養80 d后微生物數量也急劇下降。

圖3 香菇渣對土壤真菌數量的影響

2.2 香菇渣對土壤酶活性的影響

2.2.1 土壤磷酸酶活性 土壤磷酸酶是植物根系與微生物的分泌產物，與土壤磷素轉化密切相關，其高低可以反映土壤速效磷的供應狀況。圖4反應了添加香菇渣對土壤磷酸酶活性的影響。從圖中可以看出，25%和50%香菇渣處理的磷酸酶活性變化不大；而75%香菇渣的磷酸酶活性顯著變化，在培養20 d時，較CK1大幅度提高了16.4倍，這說明香菇渣還田對土壤有機磷的礦化作用有影響。在整個培育期內，各處理的磷酸酶活性均呈現逐步下降的趨勢，到培養100 d時下降到最低。這可能是因為土壤磷酸酶能促進菇渣中的有機磷化合物分解。但隨著時間的推移，由于可供酶分解基質的減少和速效磷在土壤中的積累，磷酸酶活性受到一定的抑制作用，因此在整個培育期呈下降趨勢。

圖4 香菇渣對土壤磷酸酶活性的影響

2.2.2 土壤幾丁質酶活性 土壤幾丁質酶能酶促幾丁質生成幾丁二糖，再經過幾丁二糖酶作用，最后生成葡萄糖胺和乙酸。其酶促作用可使土壤增加礦化氮量，控制N循環速率的關鍵步驟[16]。從圖5可看出，純土壤（CK1）中幾丁質酶活性非常低，隨時間變化幾乎呈直線趨勢。添加香菇渣后幾丁質酶活性開始發生變化，且與添加量成正比關系。添加25%和50%香菇渣后幾丁質酶活性變化不太明顯，而添加75%香菇渣的土壤中酶活性變化則很顯著，在培養20 d時較CK1增加了3.3倍，培養60 d時達到最大，為 58.62 ug N-乙酰葡萄糖胺/(g·h)，隨后又開始下降。CK2（100%香菇渣）的幾丁質酶活性始終大于其他各個處理，說明添加香菇渣對土壤中幾丁質酶的活性有顯著影響。

圖5 香菇渣對土壤幾丁質酶活性的影響

2.2.3 土壤蔗糖酶活性 蔗糖酶又名轉化酶，是廣泛存在于土壤中的一個重要的酶，它對增加土壤中易溶性營養物質起著重要作用。不同添加比例的香菇渣在不同培養時期蔗糖酶活性的變化如圖6所示。從圖中可以看出，各處理樣的蔗糖酶在培養20 d時就顯示了極大的活性，酶活性大小為25%香菇渣>CK2>CK1>50%香菇渣>75%香菇渣，其中25%香菇渣的蔗糖酶活性最高可能與土壤的C/N有關。這是因為菌渣作為農肥，其中的纖維素和木質素已被大量降解,又含有大量的菌體蛋白，具有微生物生命活動中所需的C/N，因此用作肥料時可提高土壤中的微生物數量，從而導致了酶活性的增加[3]。隨著時間的推移，酶活性迅速下降，到培養40 d時各處理樣的酶活性幾乎降到最低，這與大量產物的抑制作用有關。之后酶活性又出現“先升后降”的趨勢，在培養100 d時酶活性大小為75%香菇渣>CK1>25%香菇渣>50%香菇渣>CK2。說明香菇渣對土壤蔗糖酶活性的影響時間較短，且添加75%的香菇渣有利于對土壤肥力的長期作用。

圖6 香菇渣對土壤蔗糖酶活性的影響

3 討論

3.1 添加香菇渣對土壤微生物數量的影響

土壤微生物是土壤中活的有機體，是最活躍的土壤肥力因子之一。細菌、放線菌和真菌是土壤微生物的三大類群，構成了土壤微生物的主要生物量，它們的區系組成和數量變化常能反映出土壤生物活性水平[17]。本研究中，添加不同比例的香菇渣均能促進土壤微生物活動，但對于不同種類的微生物其效應不同。添加香菇渣后細菌類群數量明顯增加，反映出添加香菇渣后的土壤具有良好的微生物生態學特性。據有關報道[19]，土壤細菌數量與土壤養分含量、速效氮和速效磷含量呈正相關，且基本達到顯著或極顯著水平，體現出細菌在土壤生物過程和土壤肥力形成中占據著重要或突出的地位，因此細菌數量的明顯增加表明添加香菇渣對土壤肥力的有利作用。添加香菇渣也能顯著增加土壤放線菌的數量。但是孫瑞蓮等[13]研究發現，土壤放線菌與土壤各養分因子之間的相關性不明顯，因此無法通過放線菌的數量來評價其土壤肥力的高低。熊英等[20]指出真菌數量的增加可能標志著土壤肥力的降低，但劉久俊等[21]證明生物覆蓋可以顯著提高楊樹人工林根際土壤真菌數量，與有機物在土壤中被分解后形成具有良好通氣、蓄水能力的腐殖質[3]，為真菌活動創造良好的環境條件有關。因此，添加香菇渣后真菌數量的增加可能也與土壤肥力的提高有關，需要進一步研究微生物種類之間的消長關系以及種群變化規律來更詳細的解釋。

3.2 添加香菇渣對土壤酶活性的影響

土壤酶活性是反映土壤生物化學過程的重要指標。土壤中物質的轉化、累積和分解是一個復雜的生物化學過程，這些過程幾乎都是在各種酶的作用下完成的。因此土壤酶活性常作為評價土壤生態環境質量的重要指標[22]。本研究中，隨香菇渣添加量的增大，磷酸酶和幾丁質酶活性都顯著增加，這與黃玉霞[18]研究施肥可以增加菜園土壤磷酸酶活性的結論一致。磷酸酶與土壤全氮、全磷、堿解氮、速效磷等含量有非常好的相關關系，因而可以作為土壤肥力的重要指標指示土壤肥力的變化。而對于土壤中幾丁質酶活性對土壤肥力指示作用的研究目前尚未見報道。本研究中幾丁質酶活性變化主要是因為香菇渣中含有的食用菌菌體殘渣可誘導土壤幾丁質酶活性的增加，從而對防治植物真菌病害起重要作用[23]。試驗結果表明添加香菇渣確實能極大提高土壤幾丁質酶活性，為以后利用香菇渣來防治土傳病害提供了理論基礎。另外，試驗發現，添加不同比例的香菇渣對蔗糖酶活性影響不大，且隨培養時間的延長，出現下降趨勢。這與王俊華等[24]施有機肥后可增加大量的有機碳，為蔗糖酶提供更多的酶促基質，最大程度的提高蔗糖酶活性的結果不一致。究其原因可能是因為蔗糖酶活性與植物的組成和年齡有密切的關系[15]，而本試驗所用的是瓜地土壤，在試驗中并未種植植物，因此植物的根系較少，土壤蔗糖酶的活性較低，這與周禮凱[15]的報道一致。另外隨培養時間的延長，酶活性下降，可能是因為土壤微生物消耗導致土壤C/N失衡，不利于土壤酶活性的提高[25]。

由于本試驗是在室內模擬條件下研究添加香菇渣對土壤生物活性的影響，為了縮短試驗時間，通過提高試驗溫度來加快土壤的變化進程，但這并不能反應大田中生物變化規律的真實情況，因為實際田間情況可能比試驗中發生緩慢。因此，本試驗結果只能為菇渣還田提供一個理論參考，對自然條件下土壤微生物數量和酶活性的影響還應考慮到溫度變化、日變化和季節變化等因素，需要進一步的田間試驗才能得出。

4 結論

（1）添加香菇渣能夠顯著提高土壤中細菌、放線菌和真菌數量。其中，細菌的數量增加最多，放線菌次之，真菌最少。添加25%香菇渣和50%香菇渣對細菌、放線菌和真菌的影響不大。添加75%香菇渣則能顯著增加土壤中微生物的數量。

（2）添加香菇渣雖然不能明顯增加土壤蔗糖酶活性，但能顯著提高土壤磷酸酶和幾丁質酶活性，且75%香菇渣的變化最明顯，說明菇渣還田能增加土壤中氮素營養和磷的含量。

（3）75%香菇渣還田量更有利于提高土壤生物活性，極大地增加土壤微生物數量和酶活性，從而改變土壤結構，增加土壤肥力。

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