菌渣二次出菇處理還田再利用路徑探析

周子焱 王 闖 徐 寧 曹 娜 李國(guó)良 趙冬梅 孫澤浩 劉國(guó)娟*

（1聊城職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東聊城 252000；2山東省茌平縣蔬菜技術(shù)推廣中心，山東聊城 252100；3聊城江北水城旅游度假區(qū)國(guó)良種植家庭農(nóng)場(chǎng)，山東聊城 252000）

隨著我國(guó)綜合國(guó)力的不斷提升，人民生活水平發(fā)生了顯著變化。食用菌以其高蛋白、高維生素、低脂、低熱深受廣大人民群眾的喜愛，已經(jīng)成為了家家戶戶不可或缺的美味佳肴[1]。根據(jù)中國(guó)食用菌協(xié)會(huì)最新數(shù)據(jù)，2019年我國(guó)食用菌年產(chǎn)值達(dá)400億元人民幣，占全球食用菌產(chǎn)值的80%以上[2]。食用菌栽培基質(zhì)通常由動(dòng)物糞便、木屑、棉籽殼及其他礦物質(zhì)組成，食用菌在生長(zhǎng)過(guò)程中所分泌的胞外酶，能很好地將纖維素等大分子物質(zhì)分解為小分子物質(zhì)并吸收利用[3]。但杜國(guó)防等認(rèn)為食用菌菌渣營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用率僅為60%～70%。在食用菌子實(shí)體被采收過(guò)后，菌渣中大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)由于無(wú)法得到合理利用，不僅會(huì)造成資源浪費(fèi)，還會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題[5]。因此，食用菌菌渣還田再利用，成為了當(dāng)前食用菌行業(yè)與農(nóng)業(yè)發(fā)展所面臨的共同難題。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于菌渣還田的研究，大多將食用菌菌渣與珍珠巖等無(wú)機(jī)物質(zhì)進(jìn)行混合使用[1]，胡留杰等[6]研究發(fā)現(xiàn)菌渣不經(jīng)過(guò)前期處理，直接進(jìn)行還田耕作，增大了土壤容重、提高了土壤pH、顯著提高了土壤EC值。錢爭(zhēng)等[7]認(rèn)為土壤EC值與土壤鹽堿化概率呈正相關(guān)，EC值的提升側(cè)面反映了土壤鹽堿化概率加劇。因此，菌渣直接還田再利用，并不能最大程度地發(fā)揮改良土壤理化性質(zhì)的預(yù)期效益。如何解決菌渣還田對(duì)EC值與土壤鹽堿化加劇問(wèn)題，是國(guó)內(nèi)研究菌渣還田再利用發(fā)展的一大難題。本文將杏鮑菇菌渣經(jīng)過(guò)二次出菇處理與簡(jiǎn)要水浸處理后的菌渣同時(shí)進(jìn)行還田復(fù)種，發(fā)現(xiàn)經(jīng)二次出菇處理的杏鮑菇菌渣能更好地降低土壤EC值，達(dá)到了試驗(yàn)預(yù)期目的，在一定程度上解決了菌渣還田種所面臨的部分問(wèn)題。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)點(diǎn)在聊城江北水城國(guó)良種植家庭農(nóng)場(chǎng)，該區(qū)位于山東省西北部，屬暖溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，有利于食用菌種植和試驗(yàn)開展。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)前期處理。對(duì)杏鮑菇培養(yǎng)基質(zhì)進(jìn)行不同方式的預(yù)處理：①使用水浸方式，用無(wú)菌蒸餾水對(duì)菌渣進(jìn)行洗滌，稀釋鹽離子濃度；②將杏鮑菇菌渣進(jìn)行堆肥處理：在1 m×1 m的畦床中均勻撒入濃度約為2.5%石灰水，將采收完畢的杏鮑菇菌渣進(jìn)行除袋處理，選用干濕度為50稻草與杏鮑菇菌渣進(jìn)行攪拌并堆入畦床，使用草席對(duì)混合培養(yǎng)料進(jìn)行遮蓋，當(dāng)料溫降至28℃且出現(xiàn)大量放線菌時(shí)重新裝袋[3]。

1.2.2 草菇種植。草菇種植試驗(yàn)過(guò)程中溫室氣溫嚴(yán)格保持在18～25℃，空氣濕度控制在75%～85%。在培養(yǎng)初期應(yīng)減少揭膜次數(shù)，保持溫室內(nèi)氣流和環(huán)境的穩(wěn)定性[4]。待菌絲大量扭結(jié)時(shí)，將溫度控制在30～34℃，料溫保持在33～34℃并適當(dāng)維持通風(fēng)環(huán)境。由于草菇生長(zhǎng)速度較快，在子實(shí)體伸長(zhǎng)前應(yīng)及時(shí)采收。

1.2.3 番茄種植。試驗(yàn)分2輪進(jìn)行：第1輪將水浸后的杏鮑菇菌渣均勻撒入1 m×1 m試驗(yàn)臺(tái)中，進(jìn)行旋地，旋地深度約15 cm。靜置1 d后，于試驗(yàn)田A中，種植番茄，番茄品種選用中蔬4號(hào)。第2輪將種植一茬草菇的杏鮑菇菌渣不做處理，直接還田。均勻地撒入位于1 m×1 m試驗(yàn)田B中，進(jìn)行和試驗(yàn)田A同樣的操作，并種植與試驗(yàn)田A中同種品質(zhì)番茄品種。菌渣還田使用量為14.00 kg/m2。

1.3 數(shù)據(jù)采集與處理

采集試驗(yàn)前和2輪試驗(yàn)中試驗(yàn)田A、B的土壤理化數(shù)據(jù)：EC值、pH、土壤容重。在2輪番茄采收前后，立刻采集相關(guān)數(shù)據(jù)。利用S型采樣法采集50 g的土壤樣品；土壤容重的測(cè)定使用環(huán)刀法采集50 g土壤樣品測(cè)定土壤容量；pH的測(cè)定使用梅特勒pH暨電導(dǎo)率測(cè)定儀。本次研究共設(shè)置3組數(shù)據(jù)處理：T1（對(duì)照組）、T2（水浸處理組）、T3（二次出菇處理），每組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照隨機(jī)取樣法隨機(jī)取3組數(shù)據(jù)并計(jì)算平均值，作為改組數(shù)據(jù)的參考值。將2組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并分別計(jì)算平均值、算數(shù)平方差、分析數(shù)據(jù)差異。本試驗(yàn)全部數(shù)據(jù)采用Matlab 2018進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌渣還田對(duì)土壤容重的影響

土壤緊實(shí)度是農(nóng)學(xué)和土壤科學(xué)共同關(guān)注的土壤重點(diǎn)問(wèn)題[12]。土壤緊實(shí)度過(guò)密可能會(huì)影響作物根系生長(zhǎng)，過(guò)松散則會(huì)影響土壤田間持水量[13]。土壤緊實(shí)度一般可以反應(yīng)土壤顆粒與土壤容重之間關(guān)系[14]。土壤容重是土壤最基本理化性質(zhì)之一，能直接反映土壤孔隙度和土壤松軟度[15]，側(cè)面反映出土壤中影響植物生長(zhǎng)可吸收的熱度、含肥量、含水量、含氧量等大致情況[16]。

通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)前后試驗(yàn)田土壤容重，我們可以發(fā)現(xiàn)菌渣經(jīng)二次出菇處理，再還田有利于改良土壤容重（圖1）。

圖1 菌渣還田對(duì)土壤容量的影響

T1、T2、T3組數(shù)據(jù)分別為：1.21、1.02、0.98 g/cm3（P＜0.05）。各試驗(yàn)田與其對(duì)照數(shù)據(jù)相比，土壤容重分別降低了15%、18%（P＜0.05），結(jié)果較為顯著。同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果反映出，經(jīng)水浸處理后的菌渣對(duì)于土壤容重的影響比經(jīng)二次出菇處理的菌渣效果小。可能是因?yàn)椴莨皆诙纬龉皆囼?yàn)時(shí)，將原杏鮑菇菌渣中的大分子成分分解再利用了，土壤容重的降低會(huì)造成土壤緊實(shí)度下降，能更好地為番茄根系生長(zhǎng)提供適宜生存空間。

2.2 菌渣還田對(duì)pH的影響

李思民等[17]認(rèn)為，土壤pH對(duì)土壤重金屬元素可利用性存在影響。現(xiàn)有試驗(yàn)表明，隨土壤pH升高，土壤對(duì)重金屬粒子吸附性增強(qiáng)，有效性重金屬粒子含量下降[18]。楊秀敏等[19]認(rèn)為，通過(guò)提升土壤pH，可將土壤重金屬粒子轉(zhuǎn)化為難利用交換態(tài)，使其不被作物根系吸收。

分析本試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，菌渣還田提高了土壤的pH。如圖2所示，T1、T2、T3組數(shù)據(jù)的pH分別為5.6、8.5、9.1。由于受地理因素影響，原試驗(yàn)田土壤較為酸化，經(jīng)菌渣還田處理后，pH分別顯著提高2.9和3.6個(gè)單位，土壤酸化程度得到了顯著改良。同時(shí)，隨著土壤pH的升高，菌渣中富含大量有機(jī)質(zhì)，可為土壤提供更多的吸附位點(diǎn)[20]，能更好地降低作物根系對(duì)重金屬粒子的吸收，減少作物根系毒害發(fā)生。并且菌渣有機(jī)質(zhì)多為溶解性有機(jī)質(zhì)，其可通過(guò)絡(luò)合作用和螯合作用，提高重金屬的生物可利用性[21]。減輕土壤重金屬壓力，延長(zhǎng)土壤使用期限。

圖2 菌渣還田對(duì)pH的影響

在2組試驗(yàn)田試驗(yàn)前數(shù)據(jù)相差不明顯的情況下，經(jīng)二次出菇處理的食用菌菌渣比經(jīng)水浸稀釋后的食用菌菌渣，改良酸化程度效果更為明顯。可能是因?yàn)樵诙纬龉皆囼?yàn)中，草菇釋放了某些堿性或中性物質(zhì)[22]。由此可說(shuō)明，食用菌菌渣經(jīng)二次出菇處理后對(duì)土壤酸化程度比經(jīng)水浸后的菌渣效果更為優(yōu)異。

2.3 菌渣還田對(duì)EC值的影響

土壤電導(dǎo)率（EC）作為土壤重要的電學(xué)特征能充分表現(xiàn)出土壤鹽分含量、養(yǎng)份儲(chǔ)備量、水分儲(chǔ)存量，可作為研究土壤理化性質(zhì)的綜合參考指標(biāo)[23]。通過(guò)分析控制土壤電導(dǎo)率，可以保證作物生產(chǎn)高品質(zhì)，同時(shí)便于控制土壤養(yǎng)分盈余，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。根據(jù)潘昭隆等[24]、郭文忠等[25]試驗(yàn)顯示，土壤EC值與植物株高、莖粗、葉片SPAD值呈二次曲線關(guān)系，一般番茄種植EC值應(yīng)控制在3 mS/cm左右。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)（圖3），T1、T1、T1組數(shù)據(jù)分別為498、632、501μS/cm杏鮑菇菌渣還田會(huì)在一定程度上提高土壤電導(dǎo)率EC值。

圖3 菌渣還田對(duì)EC值的影響

在2組數(shù)據(jù)相差不顯著的情況下，經(jīng)二次出菇處理后的杏鮑菇菌渣對(duì)電導(dǎo)率的影響明顯低于經(jīng)水浸后的菌渣。黃桂平等[26]認(rèn)為，在二次出菇過(guò)程中，草菇會(huì)吸收杏鮑菇菌渣中的銅、鉀、鎂、鈣、鋅、鐵等元素，該類元素是造成土壤電導(dǎo)率上升的主要原因。因此，二次出菇處理能更好地克服菌渣還田對(duì)土壤電導(dǎo)率帶來(lái)的負(fù)面影響，在一定程度上解決了土壤經(jīng)菌渣還田處理后鹽堿化概率加劇的問(wèn)題。

2.4 試驗(yàn)誤差分析

試驗(yàn)過(guò)程中，由于某些不可控因素如氣溫驟降、降雨導(dǎo)致土壤濕度增加等影響，可能會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成部分影響。同時(shí)，不同品種的杏鮑菇、番茄、草菇，也可能會(huì)帶來(lái)一定的誤差。

3 小結(jié)

試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)二次出菇處理的食用菌菌渣比傳統(tǒng)水浸處理的菌渣對(duì)于土壤理化性質(zhì)的影響更趨于有利。在土壤容重方面，經(jīng)二次出菇處理的食用菌菌渣所影響的試驗(yàn)田土壤孔隙度更低，土壤緊實(shí)度更疏松，對(duì)于作物根系生長(zhǎng)發(fā)育更有利，田間持水量更高；在pH方面，二次出菇后的食用菌菌渣，改良土壤酸堿度效果更為明顯，土壤可溶解有機(jī)質(zhì)含量更高，對(duì)土壤中重金屬粒子的吸附能力更強(qiáng)；在電導(dǎo)率變化方面，與傳統(tǒng)水浸處理不同，二次出菇處理的食用菌菌渣對(duì)于土壤EC值影響較小，對(duì)后期鹽堿化概率影響不大，但均高于番茄生長(zhǎng)發(fā)育臨界點(diǎn)，可能會(huì)對(duì)番茄品質(zhì)存在一定影響。

總體來(lái)說(shuō)，食用菌菌渣二次出菇處理，能很好地解決食用菌菌渣還田再利用問(wèn)題，為食用菌行業(yè)與循環(huán)農(nóng)業(yè)提供了較好的連接思路。與傳統(tǒng)處理方式不同，食用菌菌渣在二次出菇過(guò)程中，種植草菇可帶來(lái)一定經(jīng)濟(jì)效益，為從事食用菌行業(yè)的勞動(dòng)人民，帶來(lái)更多財(cái)富。同時(shí)，食用菌菌渣二次出菇并還田再利用，積極響應(yīng)了我國(guó)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中建設(shè)美麗鄉(xiāng)村的號(hào)召[27]。下一步，我們將繼續(xù)對(duì)食用菌菌渣還田再利用展開研究，探索食用菌菌渣在二次出菇前與出菇后對(duì)土壤其他方面造成的影響，并逐步克服二次出菇處理后土壤EC值對(duì)番茄品質(zhì)產(chǎn)生影響的問(wèn)題。