菌渣在煙草育苗中的應用效果分析

吳松展 劉景坤 程漢亭 李光義 李葉 王進闖 李勤奮

摘 ?要??本文以廢棄菌渣為基礎基質，配以草炭和蚯蚓糞等，探索適合煙草育苗的基質配方，并分析菌渣在煙草育苗中的應用效果。結果表明T4處理組（蚯蚓糞∶菌渣∶蛭石∶珍珠巖=1∶1∶1∶1）在株高、根系發育等表觀生長指標和可溶性糖、根系活力等生理活性指標方面相較于市售基質處理組（草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1）均有明顯的優勢。通過SPSS軟件對基質物理、化學性狀和煙草生長生理指標進行多元線性回歸分析，結果表明，基質較高的總孔隙度、有效鐵含量和全鉀含量能有利于煙草幼苗的生長，而較高的電導率、有機碳含量和全氮含量則不利于煙草幼苗的生長。菌渣具有高總孔隙度、高有效鐵、適宜營養結構和低成本的優勢，但也有高電導率、低容重和高有機碳的劣勢，不宜單獨作為基質，應用適當配方，可充分發揮菌渣的作用，是一種好的基質材料，具有廣闊的基質化應用前景。

關鍵詞 ?菌渣;煙草;基質化;SPSS;多元線性回歸中圖分類號??S572??????文獻標識碼??A

Application Effect Analysis of Spent Mushroom Substrate?in the Seedling of Tobacco

WU Songzhan^1，2，3， LIU Jingkun^2，3， CHENG Hanting^2，3， LI Guangyi^2，3， LI Ye²， WANG Jinchuang^2，3，LI Qinfen^2，3*

1. Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 2. Environment and Plant Protection Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Haikou， Hainan 571101， China; 3. Danzhou Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment， Ministry of Agriculture & Rural Affairs， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract ?The suitable substrate formulation for tobacco seedling cultivation was explored based on spent mushroom substrate?（SMS）， peat and wormcast， and the application effect of SMS in tobacco seedling cultivation was analyzed. The results showed that T4 treatment group?（wormcast∶SMS∶vermiculite∶perlite = 1∶1∶1∶1） had obvious advantages in plant height， root development， soluble sugar， root activity and other growth and physiological indicators compared with market substrate treatment group?（peat∶vermiculite∶perlite=2∶1∶1）. Multivariate linear regression analysis of physical and chemical indexes of substrate and growth and physiological indexes of tobacco was carried out by SPSS software. The results showed that higher total porosity， available iron content and total potassium content of substrate were beneficial to the growth of tobacco seedlings， while higher electrical conductivity， organic carbon and total nitrogen content were not conducive to the growth of tobacco seedlings. SMS had the advantages of high total porosity， high effective iron， suitable nutrient structure and low cost， but it also had the disadvantages of high conductivity， low bulk density and high organic carbon. It was not suitable to be used as a matrix alone. The proper formulation could give full play to the role of SMS. It is a good substrate material and has broad application prospects.

Keywords ?spent mushroom substrate; tobacco; substrate for cultivation; SPSS; multiple linear regression

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2019.09.024

我國是食用菌的主要生產國，年產量約5000萬t，目前已占世界產量的70%以上^[1]。與此同時，菌渣作為食用菌栽培后菌包的殘余料，其平均產生量大約是相應食用菌5倍，隨著食用菌產量的不斷提高，菌渣廢料的量也水漲船高，卻缺乏與之匹配的處理技術，每年產生的上億噸菌渣往往被隨意丟棄或焚燒，如此巨大體量的菌渣不僅對農村和農業環境構成了壓力，同時也是對資源的極大浪費^[2]。如果能夠將其合理地加以利用，不僅能解除其對農業環境污染的威脅，而且能夠促進資源的充分利用，是延長農業產業鏈，實現循環農業的有效途徑，對于農業環境保護和農村生態文明建設具有重要意義。

菌渣材料自身具備優良的物理性狀，容重輕、孔隙度大，這些性狀決定了其具有持水性能優良、透氣性好等優點，是一種無土栽培的好材料。菌渣還含有豐富的有機物和多種礦質元素。據測定，菌渣中粗蛋白平均含量6.74%、粗脂肪平均含量0.27%、粗纖維平均含量14.02%、有機碳26.70%、全磷0.12%、全鉀1.63%、鈣4.85%、鎂0.64%、灰分34.38%^[3]。同時，在食用菌種植時，菌絲會對其中的纖維素、半纖維素、木質素和抗營養因子如棉酚等均進行不同程度的降解;而且，菌絲在生長過程中會向菌渣中分泌次生代謝產物、菌體蛋白、微量元素等多種養分，增加其可利用有機物質含量，對植物生長具有很大的促進作用^[4-5]。因此，菌渣具有非常大的潛在開發和利用價值。國內外學者針對菌渣的這些性質進行了大量理論研究和應用探索，不僅對菌渣基礎性質進行了研究，而且探索了菌渣基質化的多種利用方式。

本文采用穴盤試驗，研究菌渣在煙草育苗中的應用效果，以菌渣、草炭和蚯蚓糞為基質主要材料，用不同的配比進行煙草育苗，并進行可溶性糖、根系活力等生理活性和株高、根系形態特征等生長指標評價比較篩選出最適宜配方，通過SPSS軟件對基質各項物理化學形式和煙草各項生長生理指標進行多元線性回歸分析，研究基質各項理化性質在煙草育苗中的作用，評價菌渣在煙草育苗中的應用效果。不僅能為菌渣資源化的提供研究實證，也為后續工作的開展提供一定的基礎。

1 ?材料與方法

1.1材料

供試煙草種子為海南省煙草專賣局雪茄研究所提供的云煙87煙草種子。供試蚓糞：海南定安龍湖南科蘑菇基地提供，樣品經過自然風干并過5 mm篩;供試菌渣：海南定安龍湖南科蘑菇基地提供，樣品經過自然風干并過5 mm篩;供試草炭：供試草炭為市場上購買的長白山泥炭土，樣品經過自然風干并過5 mm篩。三者基本理化性質如表1所示。供試蛭石為市場上購買的蛭石，粒徑為3～6 mm。供試珍珠巖為市場上購買的珍珠巖，粒徑為3～6 mm。

1.2 方法

1.2.1 ?試驗設計??試驗于2018年3月下旬—5月下旬在海南大學城西校區大棚內進行。有研究表明^[6-9]，單獨的菌渣不適于作為育苗基質，故添加廣泛用于基質的草炭和育苗表現良好的蚯蚓糞作為配方材料，輔以蛭石和珍珠巖調節基質的孔隙度。基于此，試驗共設8個處理，如表2所示。CK組為草炭、蛭石、珍珠巖以2∶1∶1體積比混合的標準基質對照組;T1～T3為草炭處理組，由草炭、菌渣、珍珠巖、蛭石混合，體積比分別為2∶1∶1∶1、1∶1∶1∶1、1∶2∶1∶1;T4～T6為蚯蚓糞處理組，由蚯蚓糞、菌渣、珍珠巖、蛭石混合，體積比分別為2∶1∶1∶1、1∶1∶1∶1、1∶2∶1∶1;T7組基質配方與T4組一致，但以添加硫酸亞鐵的方式使其鐵離子含量增加2000?mg/kg，考察高濃度的鐵元素對種子萌發及幼苗生長的影響^[10]。

煙草以標準32孔穴盤（54 cm×28 cm）培育，選擇飽滿一致的煙草種子，每盤為1個處理，將種子45?℃水浴6 h，并于培養皿中培養2 d催芽，每穴播種5～10粒露白一致的種子（1?cm深），播種10 d后進行間苗，每穴保留1株煙草幼苗，除澆水外不再進行其余處理，60 d后收獲，測定植株生長指標和生理指標。

1.2.2 ?測定方法???基質pH值測定用pH計電位法（5∶1水土比）;EC值測定用EC計電位法（5∶1水土比）;總有機碳采用總有機碳分析儀測定;使用環刀測定基質的總孔隙度、透氣孔隙度、持水空隙度及容重。

基質烘干后采用H₂SO₄-H₂O₂法消煮，全氮采用凱氏定氮法測定;全磷采用釩鉬黃比色法測定;全鉀采用火焰光度法測定;有效鐵采用乙炔-空氣火焰原子吸收分光光度法測定;有機碳采用有機碳測定儀測定。

植物樣可溶性糖采用蒽酮比色法測定;可溶性蛋白采用考馬斯亮藍法;根系活力采用1-萘胺法測定;逆境指標采用丙二醛含量代表^[11-13]。

1.3 數據處理

采用?Excel 2013軟件處理數據并制圖，采用SPSS軟件對不同處理進行多重比較，顯著性水平α=0.05。以電導率、容重、總孔隙度等基質的物理化學性質為自變量，株高、地上地下鮮重、可溶性糖含量、可溶性蛋白等煙草的生長指標和生理指標作為因變量分別進行多元線性回歸分析，建立回歸模型，評價各自變量對因變量的影響程度。

2??結果與分析

2.1 煙草生長指標

株高、地上部鮮重、地下部鮮重都是植物形態學調查工作中最基本的指標之一，能夠最直觀地表現植物的生長狀況和生長趨勢，分析圖1A、圖1B、圖1C的數據可知T4和T5組煙草的生長狀況和長勢最好，而T3處理組出現了煙草生長狀況被明顯抑制的情況。值得一提的是，T7處理組煙草的株高明顯低于T4處理組，而煙草的地上地下部鮮重卻與T4組沒有顯著差異，可見基質過高的有效鐵水平會促進煙草葉片生長，但對株高提高不利，相關的研究中也提到了類似現象^[14]。

根系形態特征是反應煙草根系發育狀況的一部分重要指標，是苗生命力旺盛和提高移栽成活率的基礎^[15]。其中，根系長度反映了植物根系與土壤接觸的范圍，體現了根系在土壤中的伸展空間，由圖1D可知，T4、T5、T7的平均總根長分別為44.46、45.33和46.40 cm，這3組處理的煙草根系最為發達，明顯高于CK組的37.97 cm;T3處理組總根長僅為6.04 cm，發育程度最低。根表面積直接反映了根系有效吸收面積，由圖1E可知，T4和T5處理組根系表面積最大，分別為9.34、9.41?cm²，超過了CK組的8.96 cm²，除了T2組5.95 cm²和T3組0.86 cm²明顯偏低外，其余組別均與CK組差別不大，可見草炭和菌渣混合的處理組中，隨著菌渣含量的增加，基質逐漸不利于煙草根部的延伸和擴展，但是蚯蚓糞和菌渣混合的處理組基質中，這種影響就要小的多。總根數同樣反映了根系的分蘗情況和發育狀況，體現了根系細胞增殖的能力，圖1F中不難看出T4和T5處理總根數分別為2916和2891，明顯高于CK組2377，而T6與T7組則根CK組處于同一水平，菌渣的含量提高使煙草總根數減少。

通過圖1中CK、T1、T2和T3組的對比表明，在草炭和菌渣混合的處理中，隨著菌渣含量占比的增加，煙草的各項生長指標均呈逐級遞減趨勢;而通過T4、T5和T6處理組對比表明，在蚯蚓糞和菌渣的混合處理中，隨著菌渣含量占比的增加，煙草的各項生長指標均呈先上升后下降的趨勢，且總體的生長狀況明顯優于草炭和菌渣混合的處理組。由此可見，菌渣和草炭的基質組合并不適宜作為煙草的育苗基質，且隨著菌渣占比的增加，其對煙草的負面影響逐步增大;而菌渣和蚯蚓糞的組合則在煙草育苗方面更為適宜，兩者具有一定的互補作用，尤其是T5處理菌渣和蚯蚓糞1∶1時，煙草生長最為旺盛，各項指標均優于CK組基質，適合作為新的煙草育苗基質。

2.2 煙草生理指標

植物體中可溶性糖如葡萄糖、蔗糖等，在植物的生命周期中具有重要作用，不僅為植物的生長發育提供能量和代謝中間產物，而且具有信號功能^[16-18]。它也是植物生長發育和基因表達的重要調節因子。可溶性糖含量的高低代表了植物吸收和合成能量物質的能力。圖2A中，CK組的可溶性糖含量最高，達8.82 mg/g，其次為T5組6.06?mg/g，T2和T6組的可溶性糖水平最低，分別為3.25和3.30 mg/g。可見試驗組的基質對煙草合成儲存能量物質的能力都有不同程度的抑制。

可溶性蛋白是重要的滲透調節物質和營養物質，其增加和積累能提高細胞的保水能力，對細胞的生命物質及生物膜起到保護作用，同時，植物體內的可溶性蛋白質大多數是參與各種代謝的酶類，可溶性蛋白質含量是了解植物體總代謝的一個重要指標^[19-20]。圖2B中，CK、T1、T5、T6和T7處理組的可溶性蛋白含量均處于同一水平，其中又以CK組和T6組偏高，分別為9.30和9.27?mg/g，T2組和T4組略低，分別為8.01和7.78?mg/g。CK組和T1、T5、T6、T7組均無明顯差異，而T2和T4組與CK的差距也不大，可見基質對煙草蛋白質含量的影響很小。

根系活力指根系新陳代謝的活動能力，是反映根系吸收功能的一項重要指標，根系特性與發育狀況直接關系到煙草對土壤養分和水分的吸收能力^[21]。T7處理組1-萘胺含量最高（圖2C），達到216.77 μg/（g·h），相較于CK組的164.78 μg/（g·h）和T4組的163.39 μg/（g·h）有明顯的提高，可見高含量的有效鐵能顯著提高煙草根系活力，此外，T1組和T5組的1-萘胺含量分別為193.2和201.70 μg/（g·h），處于較高水平。菌渣具有較高的有效鐵含量，在基質中適當的添加菌渣有利于提升煙草的根系活力，但是菌渣的電導率偏高，過量的菌渣含量會導致煙草根系活力降低。

丙二醛含量是植物細胞膜質過氧化程度的體現，丙二醛含量高，說明植物細胞膜質過氧化程度高，細胞膜受到的傷害嚴重，是重要的植物逆境指標^[22]。圖2D中，CK組和T2組丙二醛含量偏高，分別為1.45和1.63 μmol/g，表明煙草生長處于相對逆境條件下，其余組別則處于1.00 μmol/g左右。可見除了T2組的基質使植物細胞膜氧化程度較高，其余試驗組的煙草都處于較為適宜的生長環境中，細胞膜過氧化程度明顯低于CK組。

綜上所述，T5處理（蚯蚓糞∶菌渣∶蛭石∶珍珠巖=1∶1∶1∶1）的煙草具有最好的生長狀況，各項生理指標的數據也比其他處理組的煙草更為優秀，該組的基質配比是較為適宜煙草育苗的基質配比。

2.3多元線性回歸分析

為了更系統科學的對數據進行分析并得到進一步的結論，探究基質各項理化指標對煙草各項生長生理指標的影響，本研究采用多元線性回歸分析方法對煙草基質特性與生長、生理指標進行相關性分析，探討影響煙草幼苗生長的基質特性指標。

將可溶性糖、可溶性蛋白、1-萘胺、丙二醛、株高、地上鮮重、地下鮮重、根冠比、總根長、根表面積、總根數數據作為因變量導入SPSS軟件，以pH、電導率、容重、總孔隙度、持水孔隙度、透氣孔隙度、有效鐵、全氮、全磷、全鉀、有機碳為自變量（表3），分別進行多元線性回歸分析。

各項煙草生長生理指標對應基質的各項理化性質進行多元回歸所得的偏回歸系數見表4。最后1列為決定系數R²，即因變量的變異比例，也是模型擬合程度的標準，一定程度上體現了偏回歸系數的可靠程度。

由表4可知，對于煙草的育苗階段而言，可溶性糖含量與電導率呈負相關，與容重、總孔隙度、有效鐵、有機碳和透氣孔隙度呈正相關，其中總孔隙度是最主要的影響因素，模型擬合程度極高。可溶性蛋白含量與電導率和有機碳呈負相關，與容重、總孔隙度、有效鐵和透氣孔隙度呈正相關，其中總孔隙度是最主要的影響因素，模型擬合程度較高。根系活力與電導率、透氣孔隙度、有機碳呈負相關，與有效鐵呈正相關，其中電導率是最主要的影響因素，模型擬合程度極高。丙二醛含量與容重和有效鐵呈負相關，與電導率、有機碳和透氣孔隙度呈正相關，其中有機碳是最主要的影響因素，模型擬合程度極高。株高與電導率和有機碳呈負相關，與容重、有效鐵和全鉀呈正相關，其中容重是最主要的影響因素，模型擬合程度較高。地上部鮮重與電導率和全氮呈負相關，與容重、有效鐵和全鉀呈正相關，其中總孔隙度是最主要的影響因素，模型擬合程度極高。地下部鮮重與電導率和全氮呈負相關，與容重、有效鐵和全鉀呈正相關，其中容重是最主要的影響因素，模型擬合程度一般。壯苗指數與電導率和全氮呈負相關，與容重、有效鐵和全鉀呈正相關，其中有效鐵是最主要的影響因素，模型擬合程度一般。總根長與電導率、全氮和全鉀呈負相關，與容重、pH和有效鐵呈正相關，其中總pH是最主要的影響因素，模型擬合程度一般。根表面積和總根數的模型擬合程度較低，這可能是原數據標準差過大導致的。

3??討論

本研究結果顯示，基質較高的pH有利于煙草地上部的生長，但不利于煙草根系發育。而相關研究表明，土壤pH在小于5.6或大于8.5時，會明顯降低土壤養分的有效性，從而影響植物生長^[23]。菌渣較高的pH在煙草育苗方面的劣勢并不明顯，但是純菌渣的pH高達8.75，不宜單獨作為基質使用。

電導率可以直接反映出混合鹽的含量，表現了肥力的同時也是表現基質環境狀況的重要指標。本研究結果表明，除逆境指標丙二醛含量外，電導率跟其他煙草生長生理指標均呈負相關，過高的基質電導率對煙草各方面都較為不利。大量的研究也佐證了過高的電導率容易導致燒苗，不能用于鹽敏感度高的植物^[24-25]。較高的電導率是菌渣基質化利用的最大難題，如何降低電導率是基質化的重點和難點。

容重是綜合表現基質狀況的重要指標。有研究顯示^[26]，單獨的容重屬性對植物幾乎沒有影響，但容重過大，表明基質過于緊實，各孔隙度小，不利于植物根系生長，從而影響植物對水分和養分的吸收;容重過小，又會使有土壤機質分解過快，并且不利于植物扎根，但容重對植物的總體影響較小。而本研究結果表明，容重幾乎跟所有指標呈正相關，高容重對煙草的生長起促進作用。這可能是基質材料蚯蚓糞的容重較高，而添加蚯蚓糞的基質有較好的營養結構，因此顯示出正面影響。也可能在較低容重的處理組基質中，有機碳往往分解較快，進一步提升了基質的電導率，抑制煙草的生長導致的。菌渣的容重屬性較低，僅從容重看，符合基質材料低容重的要求。

土壤孔隙是水分和空氣運動、儲存的場所。研究結果表明，在參與試驗的菌渣基質孔隙度范圍內，總孔隙度和透氣孔隙度均跟可溶性糖和可溶性蛋白呈較強正相關，總孔隙度跟丙二醛含量呈明顯負相關，而透氣孔隙度跟丙二醛含量呈正相關，跟根系活力呈負相關，胡勇有等^[27]的研究也發現，較高的孔隙度有提升植物根系活力，促進植物脯氨酸合成的作用。菌渣總孔隙度較高，而透氣孔隙度較低，非常有利于煙草合成糖類和蛋白質，提高根系活力，是菌渣基質化利用的一大優勢。

鐵在植物生理代謝中發揮重要作用，是植物生理代謝中某些氧化酶以及光合作用系統中鐵氧還原蛋白的組成成份^[28]。試驗結果表明，有效鐵含量跟除丙二醛以外的所有指標呈明顯正相關，可見高濃度水平的有效鐵能促進煙草各個方面的生長發育。李曄等^[29]研究也發現，一定濃度范圍內，較高的有效鐵含量有利于提高煙草株高、根系活力等各項生長生理指標。菌渣中含有高水平的有效鐵，且含量并未達到抑制煙草生長的水平，作為基質材料培育煙草具有一定優勢。

參與試驗菌渣基質的氮磷鉀范圍內，全氮含量跟株高、地上部鮮重等生長指標均表現出較明顯的負相關，高氮含量的基質可能阻礙煙草的生長;全鉀含量跟總根長呈負相關，與其他生長指標均呈明顯正相關，可見高總鉀含量的基質總體有利于煙草的生長。偏低的總氮含量和偏高的總鉀含量也是其基質化利用的一大優勢。

有機碳與可溶性糖和丙二醛含量呈正相關，而與其他煙草生長生理指標呈負相關，說明高有機碳雖然能一定程度上促進煙草可溶性糖的合成，但對總體的煙草生長發育是較為不利的。有機碳的各項偏回歸系數與電導率近似，這可能是有機質的降解過程中會進一步提高基質電導率導致的。菌渣中有機碳含量過高，不利于育苗，應當設法降低其含量。

因此，在煙草育苗方面，菌渣有高總孔隙度、高有效鐵、適宜營養結構和低成本的優勢，但也有高電導率、低容重和高有機碳的劣勢，不宜單獨作為基質。通過腐熟或淋洗等前處理，或配合其他基質材料使用可有效規避電導率和有機碳含量偏高的劣勢，充分發揮菌渣的優勢。不少學者在這方面取得了研究成果^[30-31]。菌渣是一種好的基質材料，具有廣闊的基質化應用前景。

此外，菌渣除理化性質對煙草育苗有影響，在其他方面，如對土壤微生物和酶的改變，也可能在育苗或栽培中起到重要作用。有研究表明，香菇菌渣能顯著增加土壤中細菌、放線菌、真菌的數量，提高土壤中磷酸酶和幾丁質酶的活性，進而提高土壤肥力^[32]。郭宏敏等^[33]研究也發現，菌渣能有效提升土壤中可培養細菌、放線菌、真菌數量和土壤中總有機質、活性有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀的含量，改良土壤環境，進而顯著提升夏玉米的產量。而石思博等^[34]的研究指出，菌渣能夠顯著提高土壤微生物量碳、氮和可溶性碳、氮含量，但不是隨著用量的增加一直呈增加趨勢，高量菌渣下會有降低趨勢，且添加菌渣還會降低土壤微生物量碳氮比和可溶性碳氮比。

可見菌渣對微生物和酶方面的作用也是影響作物生長狀況的重要因素，進一步深化研究應當充分考慮土壤微生物及土壤環境變化這個重要變量，總結其規律并進行更完善的分析。

4 ?結論

本文采用穴盤試驗研究菌渣在煙草育苗中的應用，以菌渣、草炭和蚯蚓糞為基質主要材料，用不同的配比進行煙草育苗，并進行可溶性糖、根系活力等生理活性和株高、根系形態特征等生長指標評價比較篩選出了最適宜配方，通過SPSS軟件對基質各項物理化學形式和煙草各項生長生理指標進行多元線性回歸分析，對菌渣在煙草育苗中的應用效果和前景進行評價，得到以下結論：

（1）配方T5蚯蚓糞∶菌渣∶蛭石∶珍珠巖=?1∶1∶1∶1，是較為優秀的煙草育苗基質配方。

（2）菌渣有高總孔隙度、高有效鐵、適宜營養結構和低成本的優勢，也有高電導率、低容重和高有機碳的劣勢，不宜單獨作為基質，卻不失為一種好的基質材料，具有廣闊的基質化前景。

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