不同處理菌糠對油菜生長及土壤理化性質的影響

張然　程紅艷　吳夢欣　田野　董卿

摘要：通過采用盆栽試驗，研究靈芝、猴頭菇、平菇菌糠經過晾曬、腐熟和裂解為生物炭施入土壤后對油菜生長狀況及土壤理化性質的影響，結果表明：（1）不同處理菌糠都能夠促進作物的生長發育，且生物炭的促進作用大于經過晾曬和腐熟的菌糠，各個處理土壤酶活性均高于空白處理，且菌糠處理的酶活性均高于生物炭處理的酶活性。不同處理菌糠對葉綠素的提高不明顯。（2）施入菌糠的處理會降低土壤的pH，而施入生物炭的處理則會使pH升高。施入靈芝菌糠生物炭后的pH最大，比空白處理增加了1.59%，直接的靈芝菌糠處理后的pH最小，比空白處理減小了5.05%。不同處理菌糠均提高了土壤中的有機質含量，直接的靈芝菌糠比空白處理增加了12.90%。陽離子交換量的含量也呈現相同的變化趨勢。（3）不同處理菌糠均促進了土壤速效氮含量的提高，其中直接的靈芝菌糠處理對速N的增加作用最高，增加了62.8毫克/公斤。速效磷都比空白處理增加，除腐熟的平菇菌糠處理外，其余各個處理間差異不顯著。不同處理菌糠對土壤速效K的含量相對CK來說，均有促進作用，促進作用最明顯的是靈芝菌糠，其次是猴頭菇菌糠，促進作用較小的是平菇菌糠。

關鍵詞：菌糠；生物炭；作物生長狀況；土壤理化性質；酶活性

基金項目：山西省黃土高原食用菌提質增效協同創新平臺項目；山西省煤基重大科技攻關項目（FT2014-03）；山西省水利科技推廣項目（201412）

中圖分類號： S664.2 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.04.016

食用菌是營養價值較豐富的可食用的大型真菌的總稱。伴隨著經濟的發展以及人們對食品的種類和品質要求的不斷提高，食用菌的需求量也日漸增加，產量也隨之不斷提高。然而， 隨著食用菌產業的不斷完善與發展，采收食用菌子實體后廢棄的固體培養基（即菌糠的數量也越來越多）。菌糠裂解生物炭的技術也在逐步地完善，合理開發與利用食用菌菌糠使其資源化，高效利用化不僅可以解決一些環境的問題，還能由廢變寶生產出其它有用的物質，從而進一步促進食用菌產業的可持續發展。作為土壤改良劑與修復劑，菌糠特有的理化特性與豐富的營養元素可以有效地改善土壤的理化性質和土壤微生物的生態環境，從而能夠促進作物的生長，改良作物的生長狀況。

菌糠主要是以棉籽殼、木屑、稻草、玉米芯或者是多種農作物的秸稈、工業廢棄料為原料，生產食用菌后廢棄的固體培養基[1]。研究發現，菌糠中所含有的食用菌菌體蛋白、微量元素等多種水溶性養分以及豐富的有機物質，不僅能作為食用菌的栽培料再次利用，而且還有利于保持和培養土壤的團粒結構和理化性質，是一種可以改良土壤功能的優質肥料[2]。菌糠中含有農作物生長所必需的氮、磷、鉀等大量營養元素，鈣、鎂、硫等中量營養元素，銅、鋅、鐵、硼、鉬、錳等微量元素。這些微量元素是酶、維生素的重要組成部分，直接參與機體代謝的過程，能夠提高植物酶的活性，在作物的正常生長中是不可缺少的，而在土壤中的含量又極其的低微，一旦缺少，生長發育就會受到一定的抑制，導致產量和品質的下降[3]。

生物炭是一種以生物質（如木屑、作物秸稈、菌糠等）為原材料，在無氧或者是缺氧的條件下，經過高溫熱解生成的物化性質的且含有大量碳元素的固態物質[5]。生物炭具有以下這些性質[4-11]：第一、生物炭富含有大量的碳元素，碳元素占70%左右，生物炭中的氮、磷、鉀的含量也很高。第二、生物炭一般情況呈堿性，且在一定的溫度范圍內，制備生物炭時隨著熱解溫度的逐漸增高，生物炭的pH值也逐漸增高，一般在8以上。第三、在一定的溫度范圍內，隨著熱解時溫度的不斷增大，生物炭的比表面積呈增大的趨勢，這將有助于生物炭對土壤中重金屬的吸附。第四、生物炭有著較強的吸附能力以及陽離子交換量（CEC）。因為制備生物炭的工藝、原材料等各方面的差異，生物炭的pH值、持水性能、比表面積等性質存在很大的差異。在目前看來，全球范圍內的生物炭主要包括秸木炭、稈炭、稻殼炭、菌糠裂解形成的生物炭、竹炭等[12]。

作物生長狀況指的是作物經過一個生長周期的生長，在收獲時，通過對作物的產量，株高，根長，鮮重，干重等進行測量來反應出作物的基本生長狀況。

土壤的理化性質指的是反應土壤肥力的一些基本的物理化學的性質，包括土壤的pH，電導率，全量N，有效態N，有效態P，有效態K，有機質，陽離子交換量等。

土壤酶主要指的是指土壤中具有一定的催化作用，在溫和的條件下，酶不能加速生物化學反應，而且具有顯著的專一性[13]的由微生物、動植物及其殘體產生的有機活性物質。土壤中的生物化學反應絕大多數都與土壤酶有關，這些生物化學反應與土壤中養分的貯存與釋放、腐殖質的形成、土壤結構和物理性狀都是緊密關聯的。如：脲酶是對尿素轉化起關鍵作用的一種酶，它的酶促反應產物是可供植物利用的氮素來源，其活性可以反應土壤氮素供應的強度。土壤磷酸酶是植物根系與微生物的分泌產物。磷酸酶與土壤P素轉化密切相關，可以加快有機磷化合物分解，是土壤P素肥力的指標。過氧化氫酶是可以表示土壤腐殖化強度的指標，土壤酶的活性與土壤的一些養分指標（除速效磷外）相結合能夠作為綜合評價土壤肥力的指標[14]。生物炭對土壤酶及土壤微生物的活性都有促進的作用，而且能夠促進植物的生長和發育，也可以防治和減輕病蟲的危害，增加作物的產量[15-16]。

1材料與方法

1.1供試材料

供試土壤采自山西省晉中市某農田，土壤類型為石灰性褐土，基本理化性質為：pH：7.87，全N：1.96g/kg，速效N：71.9mg/kg，速效P：156.2mg/kg，速效K：140mg/kg，EC25：0.314ds/m，CEC：24.7cmol/kg，有機質：20.8g/kg。

供試菌糠來源于食用菌中心培養靈芝，平菇，猴頭菇后的廢棄培養料。將這三種菌糠分別進行三種處理，第一種為直接晾曬后的菌糠，第二種為腐熟后的菌糠，第三種為進行高溫裂解后的，即生物炭。

供試作物為油菜，品種為上海青。

1.2試驗方法

2016年的4月1日～5月23日進行盆栽培養試驗。試驗采用完全隨機設計，試驗設置10個處理（見表1），包括CK、LZ（靈芝菌糠未腐熟）、HZ（猴頭菇菌糠未腐熟）、PZ（平菇菌糠未腐熟）、LF（靈芝菌糠腐熟）、HF（猴頭菇菌糠腐熟）、PF（平菇菌糠腐熟）、LC（靈芝菌糠裂解的生物炭）、HC（猴頭菇菌糠裂解的生物炭）、PC（平菇菌糠裂解的生物炭），每個處理均重復三次，共30盆。具體處理情況見表2。將土壤裝入高為0.35米，直徑為0.3米的PVC桶，桶底鋪碎石透氣，每桶裝土為5公斤，每盆施加尿素（含N46.3%）0.35克。

在進行試驗過程中，每隔兩天澆一次水，每盆油菜均澆相同量的水。收獲后采集、清洗、烘干油菜，進行各項生長指標的測定，同時采集土樣，對土樣進行風干，過篩等處理后，進行測定。

1.3測定項目與方法

水分測定為烘干法，pH測定為玻璃電極法，電導率測定為電導法，全N測定為半微量開氏法，速效氮（速N）測定為堿解擴散法，速效磷（速P）測定為鉬銻抗比色法，速效鉀（速K）測定為火焰光度法[17]，有機質測定為重鉻酸鉀容量法—外加熱法，陽離子交換量（CEC）乙酸鈉——火焰光度法，葉綠素測定為丙酮浸提法，脲酶測定采用靛酚藍比色法，磷酸酶測定采用磷酸苯二鈉比色法，過氧化氫酶測定為高錳酸鉀滴定法。油菜的生長狀況指標中株高，根長的測定為測量法，產量，鮮重，干重的測量為稱重法。

數據表格均是在Microsoft Excel（2003）中制作得到的，方差分析是應用dps數據處理軟件（a=0.05）進行分析所得。

2結果分析

2.1不同處理菌糠對油菜生長狀況的影響

由表3可知：（1）HZ和HF的生長狀況都不如CK，說明在污灌區土壤條件下，HZ和HF對其重金屬離子的抑制作用不明顯，導致其生長狀況和CK的生長狀況相差不是很大，甚至不如CK。而其他各個處理的生長狀況均好于CK，尤其是LC，PC和HC，說明生物炭對作物的生長狀況有明顯的促進作用，且促進作用高于菌糠（包括直接晾曬的菌糠和腐熟的菌糠）。而不同類型菌糠間的促進作用也有差異，靈芝菌糠對油菜生長的促進作用最強，其次是平菇菌糠，最后是猴頭菇菌糠。（2）對于產量來說，除了處理HZ和HF外，其余各個處理的產量較CK相比，均有明顯的增加，其中LC的增加作用最明顯，達到123克/盆。不同類型的菌糠相比，菌糠裂解成生物炭處理的產量均高于晾曬和腐熟的菌糠。（3）干重和產量的變化趨勢大致相同，具體為：除處理HZ和HF外，其余各個處理的干重均高于CK。綜合而言，不同處理菌糠在一定程度上促進了作物的生長，增加了作物的產量和干重。

2.2不同處理菌糠對土壤酶活性的影響

一般情況下用土壤脲酶活性來表示土壤氮素情況[18]，土壤過氧化氫酶能夠有效地防止土壤及其生物體在新陳代謝的過程中產生的過氧化氫對生物體的毒害[19]，用來表示土壤凈化能力的強弱[20]。

由表4可知：各個處理土壤的過氧化氫酶活性均高于CK，其中菌糠處理的土壤過氧化氫酶活性都高于對應菌糠生物炭處理的土壤過氧化氫酶活性，且不同菌糠處理間（LZ和LF，PZ和PF，HZ和HF）的差異不明顯，不同菌糠生物炭處理間（LC、PC和HC）的差異也不明顯。不同處理菌糠對土壤中脲酶活性的影響變化趨勢與過氧化氫酶活性大致相同，表現在各個處理土壤脲酶活性均高于CK，其中菌糠處理的土壤脲酶活性都高于對應菌糠生物炭處理的土壤脲酶活性，且不同菌糠處理間（LZ和LF，PZ和PF，HZ和HF）的差異不明顯，不同菌糠生物炭處理間（LC、PC和HC）的差異也不明顯。（3）絕大多數處理的土壤磷酸酶活性均高于CK，其中菌糠處理的土壤磷酸酶活性都高于菌糠生物炭處理的土壤磷酸酶活性。菌糠裂解的各個生物炭處理土壤中磷酸酶活性最低，且處理間的差異不顯著。

2.3不同處理菌糠對油菜葉綠素含量的影響

由表5可知，各個處理葉片的葉綠素b的含量均小于葉綠素a的含量。對于葉綠素a而言：除了PF、HC處理葉片葉綠素a的含量增加了，其余各處理的葉片葉綠素a的含量均降低。其中處理HZ降低最多，約為65.6%，且與CK間差異顯著。LZ、LF、PF、PC、HF、HC均與CK處理間差異不顯著。（2）對于葉綠素b而言：LF處理的葉綠素b含量增加最多，約為20%，且與CK間差異不顯著，HZ處理的葉綠素b含量降低最多，約為64%。（3）對于總葉綠素含量而言：除了處理PF增加外，其余處理均降低，且CK與LZ、LF、PF、PC、HF各處理間差異不顯著，與其他處理間均差異顯著。尤其是HZ，與CK相比，減少了68.1%。

2.4不同處理菌糠對土壤pH值和電導率的影響

由表6可知：土壤中施入菌糠會使pH值降低，而施入生物炭會使pH值升高。施入靈芝菌糠生物炭后的pH值最大，比CK增加了1.59%，且LC，PZ，PC，CK，HZ，HF，HC各處理間差異不顯著，直接晾曬的靈芝菌糠處理后的pH最小，比CK減小了5.05%，且LZ和LF處理間差異不顯著；電導率的大小取決于溶液中帶電粒子濃度的高低，含鹽量越高，其中的離子數越多，電導率也就越高。一般而言，電導率越高，作物的長勢越差，而表中電導率的范圍是0.6～1.51，普遍偏高，導致油菜的整體長勢不良，這與試驗過程中最終油菜的生長狀況相吻合。由試驗得出，菌糠生物炭可以降低土壤的電導率。

表6 不同處理菌糠對土壤PH值和電導率的影響

2.5不同處理菌糠對土壤有機質和陽離子交換量的影響

一般而言，有機質含量越高，陽離子交換量也就越大。

由表7可知，不同處理菌糠土壤有機質的含量均高于CK，且PF、HF、HC與CK間的差異不顯著，其他處理與CK處理間的差異顯著，說明不同處理菌糠對土壤有機質含量的增加作用比較明顯。靈芝菌糠處理對土壤有機質的增加作用最明顯，尤其是LZ比CK增加了12.90%。猴頭菇菌糠處理對土壤有機質的增加作用最不明顯。尤其是HC，相比CK僅增加了3.47%。

CEC的變化趨勢為：不同處理菌糠的CEC含量均高于CK，這與有機質的變化趨勢相同，與未種植油菜之前的基礎土樣相比，施用菌糠后，土壤中CEC呈降低趨勢；施用生物炭后，土壤中CEC呈上升趨勢。

2.6不同處理菌糠對土壤速效N、P、K含量的影響

由表8可知，（1）不同處理菌糠對土壤速效N的含量均有促進作用，但不同的菌糠促進作用不同，其中，促進作用從大到小依次為：靈芝菌糠>平菇菌糠>猴頭菇菌糠。其中處理LZ對速N的增加作用最高，增加了約62.8mg/kg。不同生物炭處理與CK間的差異則不是很顯著。（2）不同處理菌糠土壤速效P的含量與CK比較，相差不大，除處理PF外，其余各個處理間差異不顯著，說明不同處理菌糠對土壤速效P的影響不大。（3）不同處理菌糠對土壤速效K的含量相對CK來說，均有促進作用，促進作用最明顯的是靈芝菌糠，三種處理的靈芝菌糠都顯著增加了土壤速效鉀的含量，且LC>LZ>LF。其次是猴頭菇菌糠，處理HZ和HC間差異不顯著。促進作用較小的是平菇菌糠，處理PZ和PC都與CK差異不顯著。

3結論

不同處理菌糠都能夠促進作物的生長及發育，且生物炭的促進作用大于經過晾曬和腐熟的菌糠，各個處理土壤酶活性均高于空白處理，且菌糠處理的土壤酶活性均高于生物炭處理的土壤酶活性。不同處理菌糠對葉綠素a，葉綠素b和葉綠素總量的提高作用不明顯。

施入菌糠的處理會降低土壤的pH值，而施入生物炭的處理則會升高土壤的pH值。施入靈芝菌糠生物炭后的pH值最大，比空白處理增加了1.59%，直接的靈芝菌糠處理后的pH值最小，比空白處理減小了5.05%。不同處理菌糠均提高了土壤中的有機質含量，直接的靈芝菌糠比空白處理增加了12.90%。一般而言，有機質含量越高，陽離子交換量的含量也越高。因而陽離子交換量的含量也呈現出于有機質含量相同的變化趨勢。不同處理菌糠均促進了土壤速效氮的含量的提高，其中直接的靈芝菌糠處理對速N的增加作用最高，增加了62.8mg/kg。其促進作用從大到小依次為：靈芝菌糠>平菇菌糠>猴頭菇菌糠。除了腐熟的平菇菌糠處理外，其余各處理菌糠土壤速效磷的含量與空白處理相比差異不顯著。不同處理菌糠對土壤速效K的含量相對CK來說，均有促進作用，促進作用最明顯的是靈芝菌糠，其次是猴頭菇菌糠，促進作用較小的是平菇菌糠。

參考文獻

[1]晏家友，張純，張錦秀，鄺聲耀，等.菌糠的營養價值及其應用概況（四川省畜牧科學 院動物營養研究所，四川省飼料科技研發中心，成都 610066）1001-0084（2010）11-0041-02

[2]侯立娟，代祖艷，韓丹丹，王曉娥，姚方杰，等.菌糠的營養價值及在栽培上的應用[J].北方園藝，2008（07）：91-93

[3]關春彥.種微量元素與作物[J].吉林農業，2007（08）：28-29.

[4]Baldock J A， Smernik R J. Chemical composition and bioavailability of thermally altered Pinus resinosa （Red Pine）wood[J]. Organic Geochemistry. 2002， 33（09）： 1093-1109.

[5]戴靜，劉陽生.生物炭的性質及其在土壤環境中應用的研究進展[J].土壤通報，2013，44（06）：1520-1525.

[6]武玉，徐剛，呂迎春，等.生物炭對土壤理化性質影響的研究進展[J].地球科學進展，2014，29（01）：68-79.

[7]袁金華，徐仁扣.生物質炭的性質及其對土壤環境功能影響的研究進展[J].生態環境學報，2011，20（04）：779-785.

[8]謝祖彬，劉琦，許燕萍，等.生物炭研究進展及其研究方向[J].土壤，2011，43（06）：857-861.

[9]勾芒芒，屈忠義.生物炭對改善土壤理化性質及作物產量影響的研究進展[J].中國土壤與肥料，2013（05）：1-5.

[10]曾愛，廖允成，張俊麗，等.生物炭對土土壤含水量、有機碳及速效養分含量的影響[J].農業環境科學學報，2013，32（05）：1009-1015.

[11]何緒生，張樹清，佘雕，等.生物炭對土壤肥料的作用及未來研究[J].中國農學報.2011，27（15）：16-25.

[12]LehmannJ，Joseph S.Biochar for environmental management：science and techno[M]..London： Earthscan，2009.1-29，107-157.

[13]馬曉霞，王蓮蓮，黎青慧，等.長期施肥對玉米生育期土壤微生物量碳氮及酶活性的影響[J].生態學報，2012，32（17）：5502-5511.

[14]王燦，王德建，孫瑞娟，等.長期不同施肥方式下土壤酶活性與肥力因素的相關性[J].生態環境，2008，17（02）：688

-692.

[15]龍健，黃昌勇，滕應，等.礦區廢棄地土壤微生物及其生化活性[J].生態學報，2003，23（03）：496-504.

[16]陳建設，鮑宏波.采煤礦區土地復墾工藝探究[J].資源產業，2002，4（05）：25-27.

[17]鮑士旦.土壤農化分析[M].2013.

[18]張立恒，李坤，胡熙禧，等.施入有機物料對葡萄連作土壤有機質含量及酶活性的影響[J].北方園藝，2015（03）：160-162.

[19]蘇立濤，沈向，郝云紅，等.有機物料對連坐平邑甜茶幼苗生長及微生態環境的影響[J].中國農學通報，2010，26（20）：187-192.

[20]樊紅科，杜志輝，吳岱彥，等.渭北高原不同施肥方案土壤效應及對再植蘋果生長發育的影響[J].干旱地區農業研究，2009，27（01）：56-61.

作者簡介：張然，在讀本科生，研究方向：植物營養與土壤環境。

通訊作者：程紅艷，碩士，教授，研究方向：植物營養與土壤環境。