施用不同菌渣肥對小麥/玉米輪作系統土壤養分的影響

聶勝委，張巧萍，李向東，張玉亭，王二耀，康源春

（1.河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，河南鄭州 450002；2.河南省農業科學院小麥研究所，河南鄭州 450002；3.河南省農業科學院畜牧獸醫研究所，河南鄭州 450002）

廢棄的菌渣主要是木屑、棉籽殼、玉米芯及作物秸稈等食用菌分解吸收后殘留的粗物質、食用菌代謝產物以及部分菌絲體[1-2]。據統計，我國平均每年產生的菌渣量超過400萬t[3-5]，而利用率約為33%。這不僅造成了資源的極大浪費，而且容易滋生霉菌和害蟲，增加空氣中霉菌孢子和害蟲數量，造成環境污染[6]。許多研究表明，廢棄菌渣通過一定途徑還田能提高土壤有機質、全氮、有效磷、有效鉀含量，改善土壤團粒結構，降低土壤容重[7-9]，同時能夠調節土壤酸堿性[8-9]，增加土壤微生物多樣性[10]。此外，菌渣還可以作為礦井水污染土壤改良劑，改善土壤理化性質和提高小麥產量[11]。水稻田施用菌渣肥后，能有效提高土壤堿解氮、速效鉀和有機質含量，改善水稻旗葉光合性能[12]，增加水稻有效分蘗數、穗數和產量[13-14]。也有研究表明，施用菌渣肥后對作物品質有一定改善效果[15-17]。說明菌渣作為栽培食用菌后的副產物，還有很多價值可以利用、研究和開發。菌渣廢棄物還田能夠提高土壤有效養分含量，這些研究多是集中在作物生長的單季或者某一個生育階段，而菌渣肥還田對土壤養分的影響是長期的，同時依據農業生產需要研究不同配比的菌渣肥對土壤養分的影響鮮有報道。

本研究從不同配比的菌渣有機肥及施用量方面著手，探討和分析施用菌渣肥后對小麥、玉米輪作系統土壤養分影響，旨在為拓展食用菌廢棄菌渣利用的方法、途徑和思路，制定合理的施肥技術，減輕對環境的危害提供借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河南省農業科學院現代農業科技（原陽）試驗示范基地（34°47′N，113°40′E），氣候類型為暖溫帶季風氣候，四季分明，年平均氣溫為14.4℃，＞10℃積溫約5169℃。7月最熱，平均為27.3℃；1月最冷，平均0.2℃；年平均降雨量645mm，無霜期224d，年平均蒸發量1450mm，年日照時間約2400h。土壤類型為潮土，pH值為8.3，土壤有機質（SOM）78.2 mg/kg，全氮 0.74 g/kg，有效磷（Olsen-P）25.6mg/kg，有效鉀（K）98.2 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，4種由不同體積比配制的菌渣肥，分別為JZA（純菌渣）、JZB（菌渣∶牛糞＝1∶2）、JZC（菌渣∶牛糞＝1∶1）、JZD（菌渣∶牛糞＝2∶1）；3 個施用量水平，分別為 JZ1（3 000 kg/hm2），JZ2（6 000 kg/hm2），JZ3（9 000 kg/hm2）；同時以不施菌渣肥處理（CK-JZ0）作為對照，共13個處理，重復3次，共計39個小區，小區面積為5 m×8 m。小麥種植季田間作業順序為：將上季玉米的秸稈全部粉碎還田，各小區施入對應量的菌渣肥，然后進行犁翻耕，犁深度為20 cm左右，旋耕2遍，最后打埂播種。分別于2012，2013年的10月中旬播種，次年的6月上旬收獲；小麥季各個處理除菌渣肥施用量不同外，其他品種、化肥使用以及田間管理等均保持一致。

小麥機械收獲后，貼茬種植夏玉米。試驗選用的玉米品種為鄭單958，分別于2013，2014年6月中旬播種，機播耬播種，寬窄行種植，寬行距80 cm，窄行距40 cm，株距29 cm，密度為6.3萬株/hm2；氮肥為尿素（CO（NH2）2），施純氮 188 kg/hm2，基肥、追肥比為 3∶7；磷肥為磷酸二氫鈣（Ca（H2PO4）2），施磷肥（P2O5）94 kg/hm2；鉀肥為硫酸鉀（K2SO4），施鉀肥（K2O）94 kg/hm2，磷、鉀肥作底肥一次性施入。于當年9月下旬收獲，各個小區實收測產，玉米生育期內各個小區田間管理一致。

1.3 測定項目及方法

2012—2014年，分別在菌渣肥施用后當季小麥成熟期（2013年6月）、菌渣肥施用后下季玉米成熟期（2013年10月）、連續施用菌渣肥后當季小麥成熟期（2014年6月）、連續施用菌渣肥用后下季玉米成熟期（2014年10月）采集耕層0～20 cm土壤樣品，分析測定土壤全氮、速效氮、速效磷、速效鉀、有機質等養分含量，小麥小區實收4 m2計算產量，玉米小區實收2行計算產量。

1.4 數據分析

數據采用Excel 2003，DPS 7.05等軟件進行整理分析。

2 結果與分析

2.1 施用不同菌渣有機肥后小麥/玉米輪作系統耕層土壤氮含量的變化

菌渣肥施用后當季小麥成熟期（2013年6月），所有處理之間耕層土壤全氮含量差異不顯著（P≥0.05）；僅JZA-JZ3處理全氮含量高于CK-JZ0處理。在玉米成熟期（2013年10月），所有菌渣肥處理耕層土壤全氮含量與CK-JZ0相比均存在一定差異，但是未達到顯著水平；與CK-JZ0（0.58 g/kg）相比，JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZC-JZ2 處理的全氮含量較低，其他處理則較高；菌渣肥處理之間，JZA-JZ1，JZB-JZ3，JZD-JZ3，JZB-JZ2 處理的耕層土壤全氮含量較高，其中，JZA-JZ1 處理最高（0.69 g/kg），顯著高于 JZB-JZ1（0.53 g/kg）和 JZC-JZ2（0.56 g/kg）處理；菌渣肥用量為9 000 kg/hm2時，玉米成熟期土壤全氮含量較高（表1）。

由表1可知，菌渣肥連續施用后第2年小麥成熟期（2014年6月），所有菌渣肥處理的土壤速效氮含量均高于 CK-JZ0（69.58 mg/kg），其中，JZD-JZ1（107.16 mg/kg），JZD-JZ2（101.59 mg/kg）處理顯著高于CK-JZ0；施用菌渣肥的各處理之間土壤速效氮含量差異不顯著。在玉米成熟期（2014年10月），除JZD-JZ2（57.06 mg/kg）處理外，其他菌渣肥處理的土壤速效氮含量均高于CK-JZ0（64.02 mg/kg），其中，JZC-JZ2（93.24 mg/kg），JZA-JZ3（111.33 mg/kg），JZB-JZ3（89.07 mg/kg），JZC-JZ3（94.63 mg/kg）處理顯著高于CK-JZ0。

表1 施用不同菌渣肥后土壤氮含量的變化

2.2 施用不同菌渣有機肥后小麥/玉米輪作系統耕 層土壤磷含量的變化

表2 施用不同菌渣肥后土壤速效磷含量的變化 mg/kg

從表2可以看出，菌渣肥施用后當季小麥成熟期，JZD-JZ1（32.99 mg/kg），JZC-JZ2（30.05 mg/kg），JZD-JZ2（33.58 mg/kg）處理的速效磷含量高于CK-JZ0（26.64 mg/kg），其他處理則低于 CK-JZ0；施用菌渣肥的各處理之間，JZB-JZ1（14.47 mg/kg），JZB-JZ2（17.78 mg/kg），JZC-JZ3（16.17 mg/kg）處理較低，顯著低于JZD-JZ1，JZD-JZ2處理。在玉米成熟期，JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZC-JZ2 處理的土壤速效磷含量低于CK-JZ0（20.43 mg/kg），但是差異不顯著；其他處理的含量則高于CK-JZ0，其中，JZC-JZ3（44.51 mg/kg）處理最高，顯著高于對照；菌渣肥各處理之間，JZC-JZ3處理顯著高于 JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZC-JZ2處理。

菌渣肥連續施用后第2年小麥成熟期，僅JZA-JZ1（12.03 mg/kg）處理土壤速效磷含量低于CK-JZ0（16.73 mg/kg），其他處理則高于 CK-JZ0，其中，JZB-JZ3，JZD-JZ3 處理顯著高于 CK-JZ0，分別為46.10，53.93 mg/kg；菌渣肥各處理間，JZB-JZ3，JZD-JZ3處理土壤速效磷含量顯著高于JZA-JZ1，JZB-JZ1，JZC-JZ1，JZD-JZ1，JZA-JZ3。在玉米成熟期，施用菌渣肥處理的土壤速效磷含量均高于CK-JZ0 處理（13.43mg/kg），其中，JZC-JZ2，JZB-JZ3，JZC-JZ3顯著高于 CK-JZ0，分別為 39.40，33.80，63.93 mg/kg；菌渣肥處理之間，JZC-JZ3最高，顯著高于其他菌渣肥處理，JZC-JZ2次之，顯著高于JZAJZ1，JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZD-JZ2，JZD-JZ3 處理。

2.3 施用不同菌渣有機肥后小麥/玉米輪作系統耕層土壤鉀含量的變化

由表3可知，菌渣肥施用后當季小麥成熟期，菌渣肥處理的耕層土壤速效鉀含量均低于CK-JZ0（234.53 mg/kg），其中，JZB-JZ1（118.69 mg/kg），JZBJZ2（130.47mg/kg）達到顯著水平；菌渣肥處理間，JZAJZ1，JZD-JZ1，JZC-JZ3處理的土壤速效鉀含量較高，JZD-JZ1（224.71mg/kg）處理顯著高于 JZB-JZ1處理。玉米成熟期，與 CK-JZ0（116.29 mg/kg）相比，僅JZB-JZ1，JZD-JZ1處理的土壤速效鉀含量較低，其他處理則高于 CK-JZ0，JZB-JZ3 （177.32 mg/kg），JZD-JZ3（186.57 mg/kg）處理顯著高于 CK-JZ0。菌渣肥各處理之間，JZB-JZ3，JZC-JZ3，JZD-JZ3 處理的速效鉀含量較高，顯著高于JZB-JZ1處理，JZB-JZ3，JZD-JZ3處理顯著高于JZD-JZ1。

菌渣肥連續施用后第2年小麥成熟期，與CKJZ0（200.13 mg/kg）相比，JZA-JZ1，JZA-JZ2，JZAJZ3，JZC-JZ3處理的土壤速效鉀含量較低，其他處理較高；菌渣肥各處理中，JZD-JZ3（279.25 mg/kg）處理的最高，JZA-JZ3（153.59 mg/kg）處理最低；JZC-JZ3 處理顯著高于 JZA-JZ1，JZB-JZ1，JZC-JZ1，JZA-JZ2，JZD-JZ2，JZA-JZ3，JZC-JZ3 處理。在玉米成熟期，JZC-JZ1，JZA-JZ2，JZA-JZ3，JZB-JZ3，JZCJZ3，JZD-JZ3處理的土壤速效鉀含量高于CK-JZ0（186.72 mg/kg），分別為 223.46，186.79，225.42，225.17，217.34，201.73 mg/kg；而 JZA-JZ1，JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZB-JZ2，JZC-JZ2，JZD-JZ2 處理低于 CKJZ0，分別為 168.61，175.00，158.07，175.87，185.42，124.38 mg/kg，其中，JZD-JZ2顯著低于JZC-JZ1，JZA-JZ3，JZB-JZ3，JZC-JZ3 處理。

表3 施用不同菌渣肥后土壤速效鉀含量的變化 mg/kg

2.4 施用不同菌渣有機肥后小麥/玉米輪作系統耕層土壤有機質含量的變化

從表4可以看出，菌渣肥施用后當季小麥成熟期，所有菌渣肥處理的土壤有機質含量均低于CK-JZ0（1.19%），其中，JZB-JZ1，JZA-JZ2，JZB-JZ2，JZC-JZ2，JZC-JZ3顯著低于CK-JZ0，分別為0.80%，0.81%，0.83%，0.85%，0.85%；菌渣肥各處理間，JZB-JZ1處理最低，顯著低于JZD-JZ1，JZA-JZ3，JZB-JZ3處理。在玉米成熟期，與CK-JZ0（0.83%）相比，除JZB-JZ1，JZB-JZ3處理外，其他處理土壤有機質含量則高于 CK-JZ0，其中，JZD-JZ2（0.99%），JZD-JZ3（1.13%）處理顯著高于 CK-JZ0；菌渣肥各處理間，JZD-JZ3處理顯著高于JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZA-JZ2，JZB-JZ2，JZC-JZ2，JZB-JZ3 處理，JZD-JZ2處理顯著高于JZB-JZ3處理。

菌渣肥連續施用后第2年小麥成熟期，施菌渣肥處理的土壤有機質含量均高于CK-JZ0（0.88%），其中，JZD-JZ2（1.36%），JZD-JZ3（1.43%）處理顯著高于對照、JZB-JZ1和JZC-JZ1處理。在玉米成熟期，除 JZC-JZ1，JZD-JZ1，JZC-JZ3 處理的有機質含量低于CK-JZ0（1.01%）外，其他處理均高于CK-JZ0；菌渣肥處理間中，JZC-JZ2（1.27%）處理有機質含量最高，顯著高于JZC-JZ1，JZD-JZ1，JZC-JZ3處理。

2.5 施用不同菌渣有機肥后小麥/玉米輪作系統產量及養分的相關性分析

討論不同菌渣肥對小麥、玉米輪作系統土壤養分的影響，首先要考慮菌渣肥施用后輪作系統生產力的變化。由表5可知，2013年，小麥季，與CKJZ0（4 922.5 kg/hm2）相比，JZA-JZ2，JZA-JZ3，JZBJZ3，JZC-JZ3，JZD-JZ3 處理小麥產量均較高，其中，JZC-JZ3（6116.4 kg/hm2）處理顯著高于 CK-JZ0。玉米季，JZA-JZ3，JZB-JZ3，JZC-JZ3，JZB-JZ2 處理的玉米產量高于CK-JZ0（10 176.8 kg/hm2），而其他處理的玉米產量則低于CK-JZ0，其中，JZB-JZ3（11 613.5 kg/hm2）處理的玉米產量最高，JZD-JZ2處理的最低（7 312.3 kg/hm2）。綜合全年輪作系統的產量來看，JZB-JZ2，JZA-JZ3，JZB-JZ3，JZC-JZ3 生產力較高，均超過了CK-JZ0（15 099.21 kg/hm2）。2014年，小麥季，與 CK-JZ0相比，JZA-JZ1，JZAJZ2，JZB-JZ2，JZC-JZ2，JZB-JZ3，JZC-JZ3 處理產量較高，分別達到 9 734.9，10 021.7，9 838.3，9 811.6，10 628.6，10 206.8 kg/hm2，其他處理的小麥產量比較低。玉米季，JZA-JZ1，JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZA-JZ2，JZA-JZ3，JZB-JZ3，JZC-JZ3，JZD-JZ3 處理的產量則高于 CK-JZ0（8 739.4 kg/hm2），其中，JZA-JZ1（10 348.2 kg/hm2），JZA-JZ3（10 485.2 kg/hm2）處 理的產量顯著高于CK-JZ0。綜合輪作系統全年的生產 力 分 析 ，JZA-JZ1，JZA-JZ2，JZB-JZ2，JZC-JZ2，JZA-JZ3，JZB-JZ3，JZC-JZ3 處理的總生產能力超過了 CK-JZ0（18 235.8 kg/hm2）。

前人研究表明，菌渣還田能夠提高作物（小麥、玉米）產量[10-12]，從本研究2 a的結果來看，不同配比的菌渣肥和施用量以及施用年限對作物的產量影響不同，首先是施用量，施用量為9 000 kg/hm2時，作物生產力以及輪作系統生產力可持續性最強。其次是配比的問題，JZB（菌渣∶牛糞＝1∶2）、JZC（菌渣∶牛糞＝1∶1）配比的菌渣肥施用效果最好，2年4季均優于對照。此外，隨著施用年限的增加，菌渣肥施用量為 6 000 kg/hm2時，JZA（純菌渣）、JZB（菌渣∶牛糞＝1∶2）、JZC（菌渣∶牛糞＝1∶1）配比的菌渣肥對整個輪作系統的增產趨勢開始顯現。這與單個研究施用菌渣肥及后效對當季小麥[17]和下茬玉米產量[18]的影響來比較，所得結論更為客觀和全面。因此，本研究中土壤養分變化的結論應考慮作物生產力情況整體。

土壤養分對作物產量起著決定性作用，以往的研究認為，小麥、玉米的籽粒產量與土壤有機質、全氮、速效氮、速效鉀、有效磷均呈極顯著的正相關[19]。本研究發現，不同配比的菌渣肥施用后，改變了土壤的養分狀況，小麥籽粒產量與土壤中磷、鉀、有機質含量呈顯著或極顯著的正相關，相關系數分別為0.40，0.55，0.59；與土壤氮（r＝0.33）則呈正相關性。玉米籽粒產量則與土壤磷（r＝0.26）、鉀（r＝0.07）呈正相關，與土壤氮（r＝－0.14）、有機質（r＝－0.17）則呈一定的負相關（圖1）。說明在本研究的條件下，菌渣肥施用的當季，土壤養分狀況對小麥產量的影響依然起著重要作用，但是與土壤氮（r＝0.33）的正相關性在減弱；到玉米季，經過長達9個月土壤生理生化過程后，對玉米產量的影響相對越來越弱，僅有土壤磷、鉀保持正相關性，而土壤氮、有機質則呈負的相關性，說明施用菌渣肥后對土壤氮和有機質影響較大。土壤各養分之間的協同互作效應，小麥季耕層土壤各養分之間均呈正相關，而且N-K，N-SOM，P-K，P-SOM，K-SOM養分之間呈顯著或極顯著水平。玉米季，除P-SOM外，其他各養分之間均呈現出正的相關性，多數達到顯著或極顯著水平（圖2）；而耕層土壤磷與有機質沒有相關性，這可能是由于菌渣肥施入后，大大提高了土壤有機質的含量，打破了土壤“庫”中原有的磷與有機質的某種平衡關系。

3 結論

本研究初步得出，與不施菌渣肥相比，在菌渣肥施用量為3 000 kg/hm2或6 000 kg/hm2時，施用JZA（純菌渣）、JZB（菌渣∶牛糞＝1∶2）、JZC（菌渣∶牛糞＝1∶1）、JZD（菌渣∶牛糞＝2∶1）配比的菌渣肥對小麥/玉米輪作系統中當季小麥成熟期耕層土壤全氮、速效氮、速效磷、速效鉀、有機質含量影響均較小；隨著施用次數和時間的增加，對耕層土壤養分均有一定影響，但是沒有明顯的規律性。

菌渣肥施用量為9 000 kg/hm2時，JZB（菌渣∶牛糞＝1∶2）、JZC（菌渣∶牛糞＝1∶1）菌渣肥均對小麥/玉米輪作系統中當季小麥成熟期土壤全氮含量影響較小，能提高玉米季成熟期土壤全氮含量；降低當季小麥成熟期耕層土壤速效磷、速效鉀含量，提高下茬玉米成熟期土壤速效磷速效鉀含量；降低對小麥成熟期耕層土壤有機質含量，改善或提高玉米成熟期耕層土壤有機質含量；隨著施用次數和時間的增加，施用菌渣肥能顯著提高小麥、玉米成熟期土壤速效氮含量（P≤0.05），土壤速效鉀含量增加趨勢變強，能夠大幅度提高小麥、玉米成熟期土壤速效磷含量（P≤0.05）；能夠明顯提高或改善小麥成熟期耕層土壤有機質含量。同時均能獲得較高的籽粒產量和系統總生產力，可持續性效果最好。

本研究初步得出，施用菌渣肥后減弱了小麥產量與土壤氮的相關性；玉米產量則與土壤磷（r＝0.26）、鉀（r＝0.07）呈正相關，與土壤氮（r＝-0.14）、有機質（r＝-0.17）則呈一定的負相關性。小麥季，土壤各養分之間呈現正的相關性，N-K，N-SOM，P-K，P-SOM，K-SOM養分之間呈顯著或極顯著的正相關。玉米季，除P-SOM沒有相關性外，其他各養分之間呈正的相關性，其中，N-P，N-K，N-SOM，K-SOM養分之間呈顯著或極顯著的正相關性，相關系數（r）分別為 0.38，0.81，0.54，0.50。

參考文獻：

［1］ AMRAOUI H，LAZROK H B，SCADRA M H，et al.Chromatographic characterization and phytotoxic activity of Fusarium oxysporum f.sp.albedinis and saprophytic strain toxins[J].Journal of Phytopathology，2005，153（4）：203-208.

［2］ROBERT H P，MARK B，JEONG S，et al.A fumonisin biosynthetic gene cluster in Fusarium oxysporum strain O-1890 and the genetic basis for B versus C fumonisin production[J].Fungal Genet Bio，2008，45（6）：1016-1026.

［3］衛智濤，周國英，胡清秀.食用菌菌渣利用研究現狀[J].中國食用菌，2010，29（5）：3-6，11.

［4］萬水霞，朱宏斌，李帆，等.食用菌菌渣的綜合利用研究[J].園藝與種苗，2011（6）：12-14，89.

［5］溫廣蟬，葉正錢，王旭東，等.菌渣還田對稻田土壤養分動態變化的影響[J].水土保持學報，2012，26（3）：82-86.

［6］王世強，楊敏，葉長林.食用菌廢料快速發酵轉化有機肥條件的探討[J].中國食用菌，2008，27（6）：21-23.

［7］陳慶榆，黃守程，姚政.蚯蚓和食用菌廢渣對土壤的綜合改良作用[J].中國林副特產，2008，8（4）：24-25.

［8］楊彥，裴宇，洪堅平.菌肥沼渣配施對采煤塌陷復墾土壤養分與油菜品質的影響[J].山西農業科學，2010，38（1）：68-72.

［9］趙志白，劉美菊，季光孟，等.單季稻施用食用菌廢菌棒的效果[J].浙江農業科學，2010（4）：801-802.

［10］張澤，謝放，李建宏.香菇菌渣對土壤微生態的影響[J].環境污染與防治，2013，35（4）：75-80.

［11］馬守臣，呂鵬，邵云，等.粉煤灰和菌渣配施對礦井水污染土壤微生物學特性和小麥生長的影響 [J].煤炭學報，2012，37（1）：207-211.

［12］鄭寧，馬嘉偉，王旭東，等.菌渣化肥配施對水稻劍葉光合性能和產量的影響[J].浙江農業學報，2013，25（3）：603-608.

［13］馮德慶，黃勤樓，黃秀聲，等.菌渣對水稻生長性狀、產量及土壤肥力的影響[J].中國土壤與肥料，2012（1）：74-77.

［14］馬嘉偉，黃其穎，程禮澤，等.菌渣化肥配施對紅壤養分動態變化及水稻生長的影響 [J].浙江農業學報，2013，25（1）：147-151.

［15］吳油鋒.施用菌渣對臍橙產量與品質的影響 [J].現代農業科技，2011（19）：152-153.

［16］廖汝玉，徐慶賢，林斌，等.沼渣、食用菌菌渣對香蕉生長和結果的影響[J].福建農業學報，2009，24（4）：333-337.

［17］聶勝委，李向東，張玉亭，等.不同菌渣肥施用量對小麥產量及其構成因素的影響[J].河南農業科學，2015，44（6）：76-80.

［18］聶勝委，李向東，張玉亭，等.小麥季施用不同菌渣肥對玉米季產量的影響[J].山西農業科學，2017，45（8）：1301-1305，1340.

［19］NIE S W，HUANG S M，ZHANG S Q，et al.Effects of various fertilizations on soil organic carbon and total nitrogen in winter wheat-summer corn rotation in the Huang-Huai-Hai Plain of China[J].Journal of Food，Agriculture&Environment，2012，10（1）：567-572.