響應面法優化雙孢蘑菇泥炭覆土技術

王 倩，朱燕華，李正鵬，汪 虹，宋曉霞，李 晶，黃建春，陳 輝

（1上海市農業科學院食用菌研究所，農業部南方食用菌資源利用重點實驗室，國家食用菌工程技術研究中心，國家食用菌加工技術研發分中心，上海市農業遺傳育種重點開放實驗室，上海 201403；2國家菌草工程技術研究中心，福州 350002）

響應面法優化雙孢蘑菇泥炭覆土技術

王 倩1，朱燕華1，李正鵬1，汪 虹1，宋曉霞1，李 晶2，黃建春1，陳 輝1

（1上海市農業科學院食用菌研究所，農業部南方食用菌資源利用重點實驗室，國家食用菌工程技術研究中心，國家食用菌加工技術研發分中心，上海市農業遺傳育種重點開放實驗室，上海 201403；2國家菌草工程技術研究中心，福州 350002）

以雙孢蘑菇產量為響應值，采用響應面D-最優設計對雙孢蘑菇A15泥炭覆土制作時的含水量（A）、攪拌時間（B）以及泥炭覆土厚度（C）進行優化。結果表明：在3個因素中，B對雙孢蘑菇產量的影響最為顯著，其次為A和C。AB之間的交互作用強于AC之間的交互作用以及BC之間的交互作用。雙孢蘑菇泥炭覆土制作時最佳條件為含水量62.4%、攪拌時間11 m in、覆土厚度5 cm。在該條件下，雙孢蘑菇兩潮菇產量為1 584 g/筐。

雙孢蘑菇；泥炭覆土；響應面分析法

雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）又稱白蘑菇、蘑菇、洋蘑菇，是世界性栽培和消費的菇類。雙孢蘑菇與其他多數食用菌不同，其子實體的形成不但需要適宜的溫度、濕度、通風等環境條件，還需要土壤中某些化學和生物因子的刺激，因此，出菇前需要覆土。覆土具有特殊的物理、化學及微生物特性，可以刺激雙孢蘑菇原基的形成，原基進一步分化形成子實體［1-3］。

長期以來，發達國家采用泥炭和石灰或者石膏的混合物作為覆土［1］。泥炭覆土的制作過程是采用特殊結構的攪拌機械，將泥炭和一定比例的碳酸鈣、石灰等經過混合攪拌，使泥炭成為具有適宜含水量、孔隙度、pH等特性的泥團，成為雙孢蘑菇子實體生長發育的特殊載體。

我國雙孢蘑菇工廠化生產使用的泥炭是東北泥炭，在物理特性上與國外泥炭有很大不同，并且由于國內缺少利用泥炭進行商品開發的企業，對泥炭覆土技術的研究至今仍是空白。本課題組之前的研究表明：泥炭覆土時的含水量對雙孢蘑菇產量和質量有重要影響［4］，泥炭的攪拌時間影響覆土的物理結構，而覆土的物理結構一直以來都被認為是影響雙孢蘑菇生長發育的重要因素［5-6］。另外，Kalberer［7-8］研究表明，覆土的厚度影響雙孢蘑菇子實體對水分的吸收以及雙孢蘑菇的產量和子實體的干物質量。本研究以東北泥炭為試驗材料，采用響應面D-最優設計法，以雙孢蘑菇產量為響應值，優化泥炭覆土制作時的含水量、攪拌時間以及覆土厚度，研究三者之間的交互作用以及對雙孢蘑菇產量的影響，旨在為優化泥炭覆土的生產加工及應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 菌種

雙孢蘑菇（A.bisporus）A15麥粒種購于美國Sylvan公司。

1.2 試驗設計

以泥炭覆土制作時的含水量（A）、攪拌時間（B）、泥炭覆土厚度（C）三因素為自變量，覆土后雙孢蘑菇產量為響應值進行三因素三水平響應面試驗。通過Desigh Expert 8.0.5軟件對試驗數據進行回歸分析，得到泥炭覆土技術最優工藝參數。

1.3 覆土準備

泥炭購于吉林省，使用前取適量泥炭放置在烘箱中（105℃）烘干至恒重，測定其初始含水量并用pH計測定其初始pH值。由于泥炭偏酸性，泥炭覆土制作時需要添加石灰將pH調至7.5左右。將泥炭與石灰混合攪拌1 min，結合泥炭初始含水量，根據不同的含水量要求加入定量的水繼續攪拌不同時間，得到不同含水量及攪拌時間的泥炭覆土。

1.4 出菇試驗

出菇試驗在上海市農業科學院食用菌研究所國家食用菌工程技術中心草腐菌生產基地進行。試驗塑料栽培筐的內徑長寬高為42.5 cm×30.5 cm×22 cm。將以麥草和雞糞為主原料的培養料進行常規的一次發酵和二次發酵，二次發酵結束后，按照7‰的播種量將雙孢蘑菇麥粒種與二次料混合均勻，填料至栽培筐，裝料量為10 kg/筐，發菌16—17 d，待菌絲長滿二次發酵料后，根據不同處理的覆土厚度要求進行覆土。每處理5個重復，在床架上隨機排列，覆土后調節空氣溫度和循環風風量，控制料溫在25—27℃，相對濕度在95%—98%。覆土后4—7 d噴水，使覆土含水量接近飽和含水量。

待菌絲長至覆土表面，將菇房空氣溫度逐漸降至16℃，增加通風，使CO2質量濃度降至1 200 mg/L以下，保持菇房相對濕度在90%左右，誘導子實體形成。監測并維持上述條件直至采收結束。每潮菇采收后及時清理床架上的菇根，適當補水，采收2潮，共14 d，記錄各處理每潮菇產量并按照相關方法計算商品菇率［4］。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 覆土時泥炭含水量對雙孢蘑菇產量的影響

覆土時泥炭含水量為70%時，雙孢蘑菇每潮菇產量及兩潮菇總產量均最低；含水量為55%、60%和65%時，兩潮菇總產量無顯著差異，約為1 400 g/筐，比覆土時泥炭含水量為70%的處理高58%。商品菇率隨覆土時泥炭含水量的增加而增加，分別為61.8%、83.9%、87.3%和89.6%。結合商品菇率進行分析，泥炭覆土時的最優含水量為60%—65%，可以獲得最高雙孢蘑菇總產量及商品菇產量（圖1）。

2.1.2 泥炭覆土攪拌時間對雙孢蘑菇產量的影響

由圖2可見，攪拌時間較短的處理（5—10 min），兩潮菇總產量最高，約1 400 g/筐，且兩潮菇產量比較均勻；攪拌時間超過20 min的覆土，兩潮菇產量明顯降低，約1 000—1 200 g/筐，且各潮菇產量分布不均勻，不利于雙孢蘑菇工廠化生產。商品菇率隨泥炭覆土攪拌時間的延長而增加。考慮到雙孢蘑菇工廠化的實際需求，選擇產量最高且兩潮菇產量更為均勻的處理（10 min）為泥炭覆土最優攪拌時間。

圖1 泥炭覆土時含水量對雙孢蘑菇產量的影響Fig.1 Effects of water content of casing soil on A.bisporus yields

圖2 泥炭覆土攪拌時間對雙孢蘑菇產量的影響Fig.2 Effects of stirring tim e of casing soil on A.bisporus yields

2.1.3 泥炭覆土厚度對雙孢蘑菇產量的影響

由圖3可以看出，覆土厚度為5 cm時，雙孢蘑菇兩潮菇產量最高，比覆土厚度為3 cm、4 cm、6 cm的處理分別高23.3%、10.8%、24.4%。

2.2 響應面試驗

2.2.1 參數優化

以泥炭覆土時含水量63%、攪拌時間10 min和覆土厚度5 cm為中心點，用響應面D-最優設計法進行三因素三水平優化，試驗設計及結果見表1。

以雙孢蘑菇產量Y為響應值，利用Design Expert

8.0.5軟件進行回歸擬合，得到預測值Y對編碼自變量的回歸方程：Y＝1 502.4－6.23A＋38.14B－ 0912C－68.2AB－4.43AC＋0.689BC－54.09A2－1249B2－121.5C2。

圖3 泥炭覆土厚度對雙孢蘑菇產量的影響Fig.3 Effects of casing soil thickness on A.bisporus yields

表1 響應面試驗設計及結果Table 1 Design and results of response surface test

對所得結果進行方差分析，結果如表2所示?；貧w模型在P＜0.01水平上顯著，回歸模型中一次項B、二次項AB、B2、C2對Y值的影響顯著。決定系數R2為0.9563，說明響應值的變化有95.63%來源于所選變量，模型擬合度好。變異系數為3.3%，說明試驗操作可行。綜上分析說明可以利用該模型對試驗數據進行分析和預測。

以雙孢蘑菇產量為響應值，利用軟件及回歸模型進行優化預測，得到泥炭覆土制作最優工藝參數為泥炭覆土含水量62.4%、攪拌時間11 min、覆土厚度5 cm。在最優工藝條件下，雙孢蘑菇兩潮菇預測產量最高值為1 507 g/筐。

表2 回歸方程方差分析Table2 Variance analysis of regression equation

2.2.2 響應曲面分析

根據回歸方程作出的等高線圖及響應面分析見圖4—6?？梢钥闯觯珹（泥炭覆土含水量）、B（攪拌時間）之間的交互作用強于A（泥炭覆土含水量）、C（覆土厚度）之間的交互作用；A、C之間的交互作用強于B（攪拌時間）、C（覆土厚度）之間的交互作用。B（攪拌時間）對雙孢蘑菇產量的影響最為顯著，表現為曲面最陡、等高線最密集；其次是A（泥炭覆土含水量）和C（覆土厚度）。從響應面和等高線圖可以看出，在所選范圍內存在極值，即響應面的最高點。

當覆土厚度為5 cm時，攪拌時間和覆土含水量交互作用明顯（圖4）。含水量一定時，雙孢蘑菇產量隨攪拌時間呈先增加后下降的趨勢；攪拌時間一定時，含水量對雙孢蘑菇產量的影響不顯著。由此可見，泥炭覆土攪拌時間是影響雙孢蘑菇產量的重要因素。

圖4 泥炭覆土含水量及攪拌時間對雙孢蘑菇產量影響的響應面和等高線圖Fig.4 Contour p lots and response surface of the effects of water content and stirring time of casing soil on A.bisporus yields

攪拌時間為10 min，覆土厚度為4.5—5.5 cm對雙孢蘑菇產量影響不顯著，覆土厚度大于5.5 cm或者小于4.5 cm，雙孢蘑菇產量下降明顯；覆土厚度一定時，含水量接近63%，雙孢蘑菇產量最高（圖5）。

圖5 泥炭覆土含水量及覆土厚度對雙孢蘑菇產量影響的響應面和等高線圖Fig.5 Contour plots and response surface of the effects of water content and thickness of casing soil on A.bisporus yields

覆土含水量為63%時，覆土厚度及覆土攪拌時間對雙孢蘑菇產量的影響見圖6。等高線接近圓形，說明二者之間交互作用不明顯。覆土厚度為4.5—5.5 cm、攪拌時間7—12.5 min，雙孢蘑菇產量大于1 400 g/筐。

圖6 泥炭覆土攪拌時間及覆土厚度對雙孢蘑菇產量影響的響應面和等高線圖Fig.6 Contour p lots and response surface of the effects of stirring tim e and thickness of casing soil on A.bisporus yield

2.2.3 驗證試驗

將優化后的泥炭覆土條件進行3次平行試驗，得到雙孢蘑菇兩潮菇的平均產量為1 584 g/筐，與理論值相比，相對誤差為5.1%，與預測的理論值相接近，驗證了模型的有效性。因此，響應面法優化泥炭覆土制作工藝是可行的，回歸方程能夠比較真實地反映各篩選因素對雙孢蘑菇產量的影響，具有實際應用價值。使用制作工藝優化后的泥炭覆土，在栽培面積為650 m2的現代化菇房中，雙孢蘑菇三潮菇總產量為31.6 kg/m2，較優化前總產量增加8%，商品菇率增加30%，商品菇產量增加42.3%。

3 討論

覆土是雙孢蘑菇由營養生長轉向生殖生長的必要條件，也是決定雙孢蘑菇產量和質量的重要因素［9］。發達國家普遍采用泥炭和甜菜渣石灰的混合物作為覆土材料，是保證雙孢蘑菇高產的條件之一。我國雙孢蘑菇工廠使用的泥炭和石灰在原料來源上與發達國家有很大不同，對覆土原料特性及生產應用的研究鮮有報道。本研究表明，雙孢蘑菇工廠化栽培中，泥炭覆土制作時合適的含水量、攪拌時間以及覆土厚度對雙孢蘑菇產量及質量均有重要影響，其中覆土攪拌時間對雙孢蘑菇產量影響最大。本課題組對此進行了相關研究，發現隨攪拌時間的延長，覆土的通氣孔隙度下降，容重增加。同時，發現通氣孔隙度與雙孢蘑菇產量高度正相關，與雙孢蘑菇一潮菇子實體大小及商品菇率負相關；覆土容重與雙孢蘑菇產量負相關，與雙孢蘑菇一潮菇子實體大小及商品菇率正相關［10］，這可能與菌絲及子實體的呼吸生理以及覆土中微生物的作用有關?？梢酝茢?，在實際生產中，除攪拌時間之外，不同攪拌機械及攪拌方式也會影響覆土的物理結構進而影響雙孢蘑菇的產量和質量。本研究為泥炭覆土技術的優化提供一種參考方法，對雙孢蘑菇工廠化生產具有一定指導意義。

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［4］王倩，田益華，朱燕華，等.泥炭覆土時的含水量對雙孢蘑菇產量及質量的影響［J］.食用菌學報，2015，22（4）：44-48.

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［6］RAINEY PB.A study of physical，chemical and biological properties of themushroom casing layer［D］.New Zealand：University of Canterbury，1985.

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［10］王倩，朱燕華，陳輝，等.泥炭覆土攪拌時間對覆土物理結構及雙孢蘑菇產量和質量的影響［J］.中國農學通報，2017，33（10）：72-77.

（責任編輯：閆其濤）

Optim ization of peat casing soil preparation for Agaricus bisporus by response surfacemethodology

WANG Qian1，ZHU Yan-hua1，LIZheng-peng1，WANG Hong1，SONG Xiao-xia1，LI Jing2，HUANG Jian-chun1，CHEN Hui1
（1Institute of Edible Fungi，Shanghai Academy of Agricultural Sciences；Key Laboratory of Edible Fungi Resources and Utilization（South），Ministry of Agriculture，P.R.China；National Engineering Research Center of Edible Fungi，National R＆D Center for Edible Fungi Processing；Key Laboratory of Agricultural Genetics and Breeding of Shanghai，Shanghai201403，China；2China National Engineering Research Center Of JUNCAO Technology，Fuzhou 350002，China）

Taking the yield of Agaricus bisporus as the response value，response surface D-optimal design was used to optimize the water content（A），stirring time（B）and thickness（C）of peat casing soil for Agaricus bisporus（A15）.The results showed that among the 3 factors，B had themost significant effect on the yield of Agaricus bisporus，followed by A and C.The interaction between ABwas stronger than the interaction between AC and BC.The optimum conditions of peat casing soil for Agaricus bisporus were water content62.4%，mixing time 11 min，and covering thickness 5 cm.Under this condition，the total yield of Agaricus bisporus was1 584 g/tray.

Agaricus bisporus；Peat casing soil；Response surfacemethodology

S

：A

1000-3924（2017）02-071-06

10.15955j.issn1000-3924.2017.02.13

2016-03-23

上海市科技興農推廣項目［滬農科推字（2014）第2-2號］；福建省2011計劃“福建省菌草生態產業協同創新中心”（K80DN8002）

王倩（1982—），女，碩士，助理研究員，主要從事雙孢蘑菇工廠化栽培和生理生化研究。E-mail：wq-15309＠163.com