菌渣還田對設施瓜菜產量、品質和土壤肥力的影響

趙自超，趙時鋒，張宏啟，張海蘭，郭 兵，姚 利

（1山東省農業科學院農業資源與環境研究所，濟南 250100；2農業農村部廢棄物基質化利用重點實驗室，濟南 250100；3山東省莘縣農業農村局，山東莘縣 252423）

0 引言

地處華北平原的山東省莘縣，氣候適宜，資源豐富，是全國聞名的“菜籃子”，當地設施瓜菜種植從1988年開始，經過30多年的發展，形成以設施蔬菜、西甜瓜、食用菌為主導的規模經營體系，常年瓜菜種植面積多于6萬hm2，食用菌栽培面積大于600萬m2，瓜菜菌總產近500萬t，享有“中國蔬菜第一縣”的美譽[1-2]。但是在瓜菜產業快速發展的同時，也存在一些問題，由于常年使用未完全發酵或未發酵的畜禽糞便作為底肥以及過量施用化肥，造成土壤鹽漬化、板結、肥料利用率低等土壤質量退化，瓜菜產量下降、品質降低等一系列問題。在食用菌發展過程中，比較頭疼的問題是大量食用菌的副產物——菌渣無法得到有效處理，隨意丟棄會造成環境污染。這些問題嚴重制約著該地區瓜菜菌產業的安全和可持續發展。

菌渣的結構疏松多孔，含有植物生長所必需的氮、磷、鉀等大量元素、可直接吸收利用的有機質和微量元素，并且其菌絲體所分泌的相關酶可以促進作物對養分的吸收，可作為有機物直接還田利用[3-5]。研究表明菌渣還田可以提高作物產量，改善作物品質，增加土壤有機質，改善土壤理化性質[6-8]。馬征等[9]將菌渣用于大蔥和小麥種植中，可顯著增加大蔥和小麥產量，顯著提高大蔥的品質。田平平等[10]將菌渣用在生菜上，可提高生菜產量，降低生菜中的硝酸鹽、亞硝酸鹽含量，提高Vc含量，改善生菜品質，顯著提高有機質含量。胡留杰[11]將菌渣用于菜地上，可顯著提高土壤有機質、氮、磷、鉀含量，有利于土壤質量的改善。齊廣耀等[12]將菌渣用于濱海鹽堿土改良上，可增加土壤有機質，促進土壤酸性物質的增長，從而降低土壤pH，增加土壤孔隙度，促進鹽分淋失，從而降低土壤EC值與含鹽量，達到了改良鹽堿地的目的。

因此，本研究以黃瓜（秋冬茬）和甜瓜（早春茬）輪作為對象，研究草菇菌渣對產量、品質和土壤肥力的影響，以期為菌渣的循環利用以及菌渣還田在提升設施瓜菜產量和品質、提高土壤質量方面提供理論依據，為實現瓜菜菌產業的可持續發展提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年8月—2019年6月在莘縣(115°67′E，36°23′N)的日光溫室（長120 m，寬11 m）內進行，該地區四季分明，光照充裕，屬于典型的溫帶大陸性季風氣候，年日照時數2480 h，年平均氣溫和年平均降水量分別為13.4℃和502 mm。試驗土壤是潮土，0～30 cm土層基礎理化性狀為有機質15.5 g/kg、堿解氮52.2 mg/kg、速效磷 44.4 mg/kg、速效鉀 167.1 mg/kg。試驗用雞糞和菌渣為當地常見易取的肉雞雞糞草菇菌渣，雞糞購自當地養殖場，有機質含量25%～40%，全氮含量1.6%～2.7%，全磷含量1.2%～2.3%，全鉀含量1.1%～2.7%。草菇菌渣來自種植戶，有機質含量62.1%～77.6%，全氮含量1.0%～1.3%，全磷(P2O5)含量0.6%～1.2%，全鉀(K2O)含量0.6%～1.0%。輪作制度為秋冬茬黃瓜—冬春茬甜瓜，2017年8月16日試驗開始，2019年6月15日試驗結束，每種作物2個生長季。筆者選取2018年8月—2019年6月一年兩季的產量和品質數據，及菌渣還田2年后（2019年6月）的土壤數據進行分析。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設置 試驗共設置7個處理，分別為農民常規處理（雞糞+化肥）和6個不同量菌渣還田處理（菌渣+化肥），每個處理3次重復，隨機設計，共有21個小區，每個小區面積60 m2。常規處理(conventional，CON)每茬的雞糞施用量為45 t/hm2，菌渣(mushroom residue，FR)還田處理每茬的菌渣使用量分別為0(MR0)、15(MR1)、30(MR2)、45(MR3)、60(MR4)、75(MR5)t/hm2。菌渣和雞糞全部作為基肥使用，所有處理的化肥施用量一致，每季黃瓜施肥量N、P2O5、K2O為30、15、40 kg，其中基肥量為12、10、15 kg，追肥量為18、5、25 kg；每季甜瓜施肥量為20、15、30 kg，其中基肥量為4.5、2.5、4.5 kg，追肥量為15.5、12.5、25.5 kg。定植前按照比例將雞糞或菌渣和化肥（基肥）撒施到地面，然后旋耕與土壤混合均勻，起壟后定植。追肥時先將肥料按比例溶于水，然后通過施肥器進行灌溉施肥。試驗期間采取的其他田間管理措施，諸如鋪地膜、灌溉、防病等各試驗小區實施水平嚴格一致。

1.2.2 取樣與分析 黃瓜每隔1～2天采收一次，每次采收時測定各小區的果實產量，最后累計相加計算最終產量；甜瓜共采收2次，每次采收時測定各小區的果實產量，最后累計相加計算最終產量。

黃瓜在初果期、盛果期和末果期，甜瓜在每次采收時選取鮮樣進行Vc、硝酸鹽、可溶性糖和可滴定酸含量品質指標的檢測，分別采用2,6-二氯酚靛酚滴定法、3,5-二硝基水楊酸顯色法、蒽酮比色法、NaOH滴定法測定[13]。每次計算測定的平均值作為最后的結果。

土壤樣品于試驗結束后在各個小區0～30 cm土層多點采集，土壤樣品帶回實驗室通風陰干后測定用于測定相關指標，用pH計測定土壤pH，用電導率儀測定土壤電導率，用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質，用堿融-鉬銻抗比色法和火焰光度計法分別測定土壤全磷和全鉀，用堿解擴散法測定土壤速效氮，用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定土壤速效磷，用醋酸氨浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀[14]。

1.3 數據分析及計算方法

本試驗用Excel 2016進行數據整理和畫圖，采用SPSS 22.0軟件中的單因素AVNOVA進行方差分析，選擇Duncan法進行多重比較，顯著水平為0.05。

土壤氮素活化系數、磷素活化系數和鉀素活化系數計算如式(1)[15]所示，式中0.001為單位轉化系數。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對黃瓜和甜瓜產量的影響

如圖1所示，相比常規處理(CON)，菌渣還田(MR1～MR5)可以顯著增加黃瓜產量，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5的增幅分別為28.1%、35.7%、41.3%、45.3%和43.2%。與黃瓜產量不同的是，僅高量菌渣還田處理(MR3～MR5)的甜瓜產量比常規處理的高，相比CON，MR3、MR4和MR5分別增加了5.1%、10.4%和9.6%。低量菌渣還田處理（MR1和MR2）與CON處理間差異不顯著。由于MR0只施用了化肥，其甜瓜產量最低，與CON相比降低了19.4%。

圖1 不同施肥處理對黃瓜和甜瓜產量的影響

綜合黃瓜產量與甜瓜產量的變化趨勢來看，瓜產量與甜瓜產量都是呈現出隨著菌渣施用量的增加先增加后降低的趨勢高。菌渣還田量與土壤有機碳和土壤全氮含量均呈一元二次函數關系（圖2），菌渣還田量可以解釋98.3%的甜瓜產量變化和96.2%的甜瓜產量變化。綜上所述，菌渣代替雞糞還田會增加黃瓜和甜瓜產量，其中MR4處理表現的效果最好。

圖2 菌渣施用量與黃瓜和甜瓜產量的關系

2.2 不同施肥處理對黃瓜和甜瓜品質的影響

從表1可以看出，化肥配施有機物（雞糞或菌渣）會顯著提高黃瓜和甜瓜的Vc含量，與雞糞處理(CON)相比，菌渣處理(MR1～MR5)顯著提高黃瓜和甜瓜的Vc含量；從黃瓜Vc含量來看，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分別提高了3.3%、4.9%、13.6%、27.6%和331.0%，黃瓜Vc含量會隨著菌渣施用量的提高而升高；與黃瓜Vc含量變化趨勢不同的是，甜瓜Vc含量會隨著菌渣施用量的提高先升高再降低，相比CON，MR1、MR2、MR3、MR4和 MR5分別提高了27.5%、57.3%、67.1%、55.7%和36.3%。與Vc含量變化相同的是，化肥配施有機物（雞糞或菌渣）也會顯著提高黃瓜和甜瓜的硝酸鹽含量（表1），但是與雞糞相比，施用菌渣會顯著降低黃瓜的硝酸鹽含量，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分別降低了28.9%、25.3%、22.4%、10.1%和8.3%，黃瓜硝酸鹽含量也會隨著菌渣施用量的提高而升高；對于甜瓜硝酸鹽含量來說，菌渣處理與常規處理間無顯著差異。與作物Vc含量和硝酸鹽含量變化相同的是，化肥配施有機物（雞糞或菌渣）同樣會顯著提高黃瓜和甜瓜的可溶性糖含量（表1），高量菌渣還田處理(MR3～MR5)相比常規處理會增加黃瓜和甜瓜的可溶性糖含量，相比CON，MR3、MR4和MR5分別增加黃瓜可溶性糖含量為11.3%、7.8%和12.6%，分別增加甜瓜可溶性糖含量為4.2%、7.2%和5.5%。與作物Vc含量、硝酸鹽含量和可溶性糖含量不同的是，不管是有機物處理與化肥處理間，還是常規處理與菌渣還田處理間，黃瓜和甜瓜的酸度均顯著差異。綜上所述，菌渣還田可以顯著提高黃瓜和甜瓜品質，綜合來看MR3和MR4處理的提升效果較好。

表1 不同施肥處理對黃瓜和甜瓜品質的影響

2.3 不同施肥處理對土壤肥力的影響

從表2可以看出，與常規施肥相比，化肥處理和菌渣處理顯著降低了土壤pH，MR0、MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分別降低了2.1%、2.3%、2.4%、2.3%、2.4%和2.1%。化肥配施有機物（雞糞或菌渣）相比化肥會顯著提高土壤EC值，尤其是雞糞處理(CON)的土壤EC值達到了586.5 μS/cm，超過人們通常認為的作物生育障礙臨界點(EC＞500 μS/cm)[16]。但是菌渣還田處理相比常規處理會顯著降低土壤EC 值 (＜500 μS/cm)，相比 CON，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5分別降低了48.1%、34.9%、29.8%、33.5%和31.3%。與土壤EC值變化不同的是，化肥配施有機物（雞糞或菌渣）相比僅使用化肥會顯著提高土壤有機質含量，并且施用菌渣相比雞糞也顯著提高了土壤有機質含量，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分別降低了12.0%、11.2%、21.6%、33.1%和31.7%。同樣的，化肥配施有機物（雞糞或菌渣）相比僅使用化肥顯著提高了土全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀含量（表2），高量菌渣(MR3～MR5)還田處理相比常規處理增加了全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷含量；相比CON，MR3、MR4和MR5的全氮含量分別增加了19.9%、29.4%和26.5%，全磷含量分別增加了4.5%、7.5%和10.8%，全鉀含量分別增加了0.7%、0.4%和9.5%，速效氮含量分別增加了66.5%、68.9%和72.4%，速效磷含量分別增加了2.9%、29.2%和47.3%。

表2 不同施肥處理對土壤理化性狀的影響（0～30 cm土層）

土壤養分活化系數是表征養分有效性的重要指標，是指土壤有效養分含量除以養分全量含量得到的數值，系數越高表明土壤養分的有效性越高。不同施肥處理氮、磷和鉀養分的活化系數分別為6.16%～9.88%、3.27%～5.80%和 0.94%～1.18%（圖3）。與僅使用化肥相比，化肥配施有機物（雞糞或菌渣）顯著增加了土壤氮、磷和鉀養分的活化系數；而施用菌渣相比雞糞也顯著提高了土壤氮活化系數，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分別增加了9.0%、46.0%、38.8%、30.4%和36.2%；只有高量菌渣還田處理（MR4和MR5）相比常規處理增加了土壤磷活化系數，分別提高了20.0%和32.9%，除了MR1相比CON顯著降低土壤磷活化系數以外，MR2和MR3與CON處理間的土壤磷活化系數無顯著差異；5個菌渣還田處理與常規施肥間的土壤鉀活化系數無顯著差異。

圖3 不同施肥處理土壤養分活化系數的影響

綜上所述，化肥配施有機物可以增加土壤養分和土壤養分活化系數，菌渣代替雞糞還田可以降低土壤pH和EC值，增加土壤養分和土壤養分活化系數，說明菌渣還田可以提高土壤肥力，改善土壤質量，其中MR4表現的效果最好。

3 討論

3.1 菌渣還田對作物產量和品質的影響

菌渣作為有機肥施用到土壤中，因具有疏松多孔的特點，有利于土壤團粒結構的形成，可以增加土壤透氣性和提高土壤的保水能力，促進植物對土壤養分吸收，從而提高作物的產量[17-19]。陳雯雯等[20]研究結果表明菌渣配施60%的化肥，相比100%的化肥可顯著提高花生產量，這是因為菌渣可以促進花生對土壤養分的固持和吸收，從而提高產量。劉中良等[21]的結果表明，不管是早春茬還是秋冬茬，菌渣栽培相比常規栽培菌能顯著增加番茄產量，這與本研究的結果類似，菌渣還田不僅可以增加黃瓜（秋冬茬）產量還可以增加甜瓜的產量（早春茬），并且黃瓜和甜瓜的產量會隨著菌渣還田量(0～60 t/hm2)的增加而增加（圖1和圖2）。研究表明菌渣配施化肥施既能補充速效養分，又可以持續供應作物所需，可以達到作物養分的平衡供應，實現作物增產的目的[22-23]；同時菌渣在分解過程中，會大量產生CO2，在一定的濃度范圍內，作物光合作用強度會隨著CO2濃度的升高而增加，從而增加作物產量[24]。這可能是本次研究中黃瓜和甜瓜的產量會隨著菌渣還田量的增加而增加的原因。本研究中常規施肥（雞糞+化肥）的黃瓜產量要顯著低于其他處理，這是因為在本次試驗中，使用的雞糞沒有充分腐熟，黃瓜定植后種苗死亡1/3，后補苗影響了產量。未完全腐熟的雞糞施用到地里，會繼續發酵（本次試驗黃瓜定植在8月，棚內氣溫偏高，會促進雞糞的發酵），在發酵過程中會產生大量熱量和氨氣，從而引發黃瓜燒苗燒根。因而在設施栽培中一定要避免使用未完全腐熟的畜禽糞便。

菌渣不僅可以增加作物產量，還會改善作物品質[25]。張穎等結果表明，菌渣可以改善黃瓜的品質[26]，劉中良等結果表明菌渣可以提高青椒的品質[27]。這與本研究的結果類似。本研究的結果表明，菌渣還田可以提高設施黃瓜和甜瓜的Vc含量和可溶性糖含量，這可能是因為菌渣中含有較多的酶類、糖類和生長促進劑[28]。有的研究表明，菌渣還田增加了土壤有機質的含量從而促進土壤反硝化進程，進而有效地降低了土壤中硝態氮濃度，減少了蔬菜對硝態氮的吸收[10]，這可能是本研究中菌渣還田可以降低黃瓜和甜瓜硝酸鹽含量的原因。

3.2 菌渣還田對土壤肥力的影響

土壤pH和EC值是反映土壤健康狀況的重要指標，設施菜地由于常年施用雞糞，鹽漬化現象嚴重，本研究中常規施肥的EC值已經超過了作物生育障礙臨界點，pH＞8，屬于堿性土壤，不利于黃瓜和甜瓜的生長。菌渣還田可以顯著降低土壤pH，這可能是菌渣中含有有機酸引起的，也可能是菌渣還田增加土壤有機質，促進土壤酸性物質的增長，從而降低土壤pH[7,12]；菌渣因為經過了發酵和轉化，可能活性物質較多，因而可以降低土壤EC值，也可能是因為菌渣還田可以增加土壤孔隙度，從而促進鹽分淋失，進而降低土壤EC值；但是土壤EC值會隨著菌渣還田量的增加而增大，會增加土壤鹽漬化風險[12]。

本研究中菌渣還田可以顯著增加土壤有機質，這與前人研究一致[10,15,20]。這主要是由于菌渣本身富含有機質，而菌渣中含有分解有機質的酶，最終轉化為能夠改良土壤、易被作物吸收利用的有機質[11,25]。同時本研就還發現菌渣還田可以增加土壤全氮、全磷和全鉀含量，這可能是因為一是本身菌渣含有大量氮磷鉀，施入到土壤中，增加了土壤氮磷鉀含量，二是增加了土壤有機質含量，土壤有機質分解轉化為了氮磷鉀[8-9,11]。

研究表明菌渣中含有大量菌絲蛋白土壤酶，是土壤物質循環重要參與者，同時菌渣還田處理降低了土壤pH，為微生物群落提供了良好的生存生境，增強土壤微生物活性，提高土壤養分的分解及有效性，這可能是本研究中菌渣還田可以提高速效養分含量及土壤養分活化系數的原因[16,29-30]。

4 結論

菌渣還田會增加設施黃瓜和甜瓜產量，黃瓜和甜瓜產量在一定范圍內會隨著菌渣還田量的增加而增加，其中菌渣還田量為60 t/hm2的效果最好。菌渣還田可以顯著提高黃瓜和甜瓜Vc含量和可溶性糖含量，降低硝酸鹽含量，從而改善黃瓜和甜瓜品質，其中菌渣還田量為45、60 t/hm2的效果最好。菌渣還田可以降低土壤pH和EC值，增加土壤養分和土壤養分活化系數，從而提高土壤肥力和土壤質量，其中菌渣還田量為60 t/hm2的效果最好。菌渣代替雞糞作為底肥還田可以提高設施瓜菜產量、品質和土壤肥力，建議在瓜菜菌主產區因地制宜地進行推廣和應用。