食用菌菌糠配施化肥改良濱海鹽堿耕地的效果研究

王春霞，許子潔，王 晶，鄭素月

（河北工程大學(xué)園林與生態(tài)工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038）

鹽堿地由鹽土和堿土組成［1］，氣候變化、地形地質(zhì)、水文條件和人為活動(dòng)都是鹽堿地形成的重要因素［2］。鹽堿土是我國重要的后備土地資源［3］，我國鹽堿地分布廣泛，鹽堿地總面積高達(dá)9.9×107hm2［4］，其中濱海鹽堿地約占40%［5］。鹽堿地土壤含有過高的土壤鹽分，不僅導(dǎo)致作物吸水困難，同時(shí)也會(huì)抑制作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，甚至抑制微生物對(duì)土壤中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化等，導(dǎo)致作物生長不良，直接嚴(yán)重影響作物的產(chǎn)量［6］。因此，對(duì)濱海鹽堿地土壤進(jìn)行改良和開發(fā)利用，不僅可以增加作物產(chǎn)量，緩解糧食危機(jī)，而且對(duì)保障我國耕地和糧食生產(chǎn)安全、嚴(yán)守國家耕地紅線及保障土地資源可持續(xù)利用具有重大意義［7］。

我國于20世紀(jì)50年代開始大規(guī)模地對(duì)鹽堿地進(jìn)行改良治理和開發(fā)，經(jīng)歷了農(nóng)改階段、水改階段和農(nóng)、林、水綜合治理階段［4］。對(duì)于鹽堿耕地的改良治理前人已經(jīng)作了大量的研究工作，如張曉賀等［8］研究了不同施肥處理對(duì)新墾鹽堿荒地鹽分轉(zhuǎn)移的影響，認(rèn)為增施有機(jī)肥可以抑制土壤返鹽；霍琳等［9］認(rèn)為有機(jī)無機(jī)肥配合施用能顯著改善新墾鹽堿荒地土壤的理化性質(zhì)；吳從穩(wěn)等［10］研究了棉稈還田對(duì)黃河三角洲濱海鹽堿土改良的效果，發(fā)現(xiàn)棉稈還田利用既可以改善鹽堿土的理化性質(zhì)，也可以減少資源的浪費(fèi)。濱海鹽堿地是我國鹽堿地類型的一種，其鹽漬化程度嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱［11］，目前對(duì)濱海鹽堿地改良進(jìn)行的廣泛探討，主要為物理、水利、化學(xué)和生物4種改良措施［12］。但是目前食用菌菌糠配施化肥對(duì)濱海鹽堿地改良的研究較少，食用菌菌糠是生產(chǎn)食用菌后廢棄的固體培養(yǎng)基，含有豐富的有機(jī)物、多種礦質(zhì)元素及活性物質(zhì)等［13］，大量菌糠如果不及時(shí)進(jìn)行處理利用，將會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，并且浪費(fèi)資源。

本試驗(yàn)以河北省滄州市濱海鹽堿耕地土壤為材料，通過菌糠配合化肥施用，設(shè)計(jì)不同的培肥措施，探究不同培肥措施對(duì)濱海鹽堿耕地土壤的改良效果，以期篩選出最佳的培肥措施，為濱海鹽堿耕地土壤改良、耕層培育集成技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐，從而促進(jìn)我國濱海鹽堿地資源化利用研究的方法創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于滄州職業(yè)技術(shù)學(xué)院試驗(yàn)基地（39°91′24.54″ E，116°41′12.54″ N），東臨渤海，屬暖溫帶大陸季風(fēng)氣候，年均降水量581 mm，年均蒸發(fā)量1918 mm，年均氣溫12.5 ℃，年均日照時(shí)數(shù)2451～2456 h，無霜期181 d左右，年積溫4785 ℃。試驗(yàn)地地勢平坦，試驗(yàn)前0～20 cm土壤基礎(chǔ)性狀見表1。

表1 供試土壤基礎(chǔ)性狀

1.2 試驗(yàn)材料

供試作物為冬小麥-夏玉米一年兩作，小麥品種為良星99，玉米品種為鄭單958。食用菌菌糠取自滄州市平菇種植基地，選用出菇后未被污染的菌棒，先粗粉碎，經(jīng)太陽暴曬10 d后，再進(jìn)一步粉碎成直徑為0.1～0.5 cm的顆粒，菌糠pH值為7.63，有機(jī)質(zhì)含量為58.3%，N、P2O5和K2O含量分別為3.14%、1.23%和2.89%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置6組處理：CK（不施肥）、T1（單施化肥）、T2（90%化肥+10%菌糠）、T3（70%化肥+30%菌糠）、T4（50%化肥+50%菌糠）、T5（30%化肥+70%菌糠），其中每組試驗(yàn)處理中菌糠及化肥的具體用量見表2，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積為15 m2。常規(guī)施肥氮、磷、鉀肥源分別為碳酸氫銨、普通過磷酸鈣和氯化鉀，其中氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）施用量分別為225、135、135 kg·hm-2。其中，磷和鉀肥全部基施，氮肥按基肥∶分蘗肥∶孕穗肥=3∶2∶1的比例進(jìn)行施用。

表2 不同施肥處理的肥料施用量 （kg·hm-2）

1.4 土壤樣品的采集

在試驗(yàn)未施肥時(shí)和小麥-玉米輪作完成后，分別用土鉆對(duì)耕層（0～20 cm）進(jìn)行土壤樣品采集，然后剔除石塊和動(dòng)植物殘?bào)w等雜質(zhì)，一部分風(fēng)干過篩，用于pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮及有效磷等養(yǎng)分測定；另一部分土壤鮮樣冷藏保存，用于酶活性測定。

1.5 土壤樣品測定方法

有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量-外加熱法測定，全氮采用半微量凱氏定氮法測定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度法測定［14］。土壤pH值采用pH計(jì)測定，土壤容重及孔隙度采用環(huán)刀法測定，陽離子交換量（CEC）采用乙酸銨-氫氧化銨交換-火焰光度法測定［15］，土壤脲酶和轉(zhuǎn)化酶活性分別采用靛酚顯色-比色法、3，5-二硝基水楊酸比色法測定［16］，堿化度（ESP）的計(jì)算公式為［17］：

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算及作圖、SPSS 20.0進(jìn)行方差分析，采用Duncan法進(jìn)行多重比較（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤物理性狀的影響

土壤容重和孔隙度是基礎(chǔ)物理指標(biāo)，直接影響土壤的通氣性和透水性，能直接反映土壤的板結(jié)程度和蓄水能力［18］。由表3可以看出，與CK相比，T1處理組的土壤容重增加1.40%。而菌糠與化肥配施后土壤容重有所下降，其中T2和T5處理組土壤容重分別下降5.59%和4.90%，但均未達(dá)到差異顯著水平；T3和T4處理組的土壤容重都顯著下降（P＜0.05），分別下降9.79%和17.48%。孔隙度可反映土壤孔隙狀況和松緊程度，從測定結(jié)果可以看出，單施化肥（T1）對(duì)土壤孔隙度幾乎無影響，土壤孔隙度以T5處理組最大，土壤孔隙度的變化依次為T5＞T4＞T3＞T2，與CK相比，孔隙度變化均表現(xiàn)出顯著性差異（P＜0.05），這是由于食用菌菌糠對(duì)土壤結(jié)構(gòu)具有支撐作用，增加了土壤的孔隙度。食用菌菌糠與化肥配施對(duì)濱海鹽堿耕地容重的降低和孔隙度的增加起到了良好的改良效果，土壤通透性得到明顯改善，有利于土壤鹽分的淋溶和作物生長，可作為改良濱海鹽堿耕地土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)選。

表3 不同施肥處理的土壤容重與孔隙度

2.2 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤化學(xué)性狀的影響

2.2.1 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤pH值的影響

鹽堿地土壤pH值偏高是抑制植物生產(chǎn)的主要因素之一，圖1為不同施肥處理對(duì)鹽堿耕地土壤pH值的影響。從圖中可以看出，與CK相比，單施化肥（T1）對(duì)pH值無影響，添加食用菌菌糠后土壤的pH值呈下降趨勢（T2＞T3＞T4＞T5），降幅為9.61%～20.56%，pH值的變化均表現(xiàn)出差異顯著性（P＜0.05），其中T5處理組的效果最好，使pH值降至7.44，更適合植物生長。菌糠能夠降低鹽堿耕地土壤pH值，可能與菌糠或其腐解產(chǎn)生的腐殖酸組成中含有多種功能團(tuán)有關(guān)［19］。

圖1 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤pH值的影響

2.2.2 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤陽離子交換量的影響

CEC是土壤的基本特性和重要肥力影響因素之一，反映土壤保蓄、供應(yīng)和緩沖陽離子的能力［20］。經(jīng)過不同施肥處理土壤CEC發(fā)生了顯著變化，如圖2所示，與CK相比，T1處理組使CEC增加了8.64%。食用菌菌糠配施化肥處理比T1處理效果好，隨著菌糠施用量的加大，土壤CEC呈增長趨勢，增加量分別為25.92%、34.56%、43.84%和53.12%，其中T5處理組的CEC最高。

圖2 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤CEC的影響

2.2.3 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤堿化度的影響

土壤的ESP對(duì)營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化與釋放有很大的影響［21］，是觀察土壤鹽堿化程度最直接的指標(biāo)。由圖3可以看出，CK屬于中重度的鹽堿化土壤（ESP＞15%），T1處理組的鹽堿耕地土壤的ESP只降低了12.4%，且差異不顯著（P＞0.05）；施用菌糠后，土壤的ESP相對(duì)于CK及T1都顯著下降（P＜0.05），降幅依次為T2＜T3＜T4＜T5，雖然土壤的ESP隨菌糠施用量的增加而降低，但當(dāng)菌糠施用量為50%與70%時(shí)，土壤的ESP分別下降27.26%、28.23%，且兩者之間差異不顯著（P＞0.05）。

圖3 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤ESP的影響

2.3 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤酶活性的影響

由圖4A可知，與CK相比，食用菌菌糠與化肥配施能夠明顯提高濱海鹽堿耕地土壤脲酶的活性，并且各平行處理間差異顯著（P＜0.05），隨著菌糠施入量的增加，土壤脲酶活性表現(xiàn)為先升后降的趨勢，以T4處理組的效果最佳，脲酶活性高達(dá)1.65 mg·g-1·d-1，T1處理組的土壤脲酶活性有所升高，但差異不顯著（P＞0.05）。土壤轉(zhuǎn)化酶是土壤酶中的重要酶類，直接參與土壤碳循環(huán)，反映土壤有機(jī)碳轉(zhuǎn)化能力［22］。由圖4B可知，T1處理組土壤轉(zhuǎn)化酶活性較CK提高了0.86%，但差異不顯著（P＞0.05）。施用菌糠顯著提高了轉(zhuǎn)化酶活性（P＜0.05），提高幅度為4.73%～18.19%，T4處理組的土壤轉(zhuǎn)化酶活性最高，較CK提高18.19%，但繼續(xù)增加菌糠施用量，土壤轉(zhuǎn)化酶活性不再升高。說明菌糠與化肥配施可以提高土壤轉(zhuǎn)化酶的活性，但菌糠的用量不是越多越好，當(dāng)菌糠施用量為3582.80 kg·hm-2時(shí)，效果最好。

圖4 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤酶活性的影響

2.4 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分的影響

2.4.1 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

提高有機(jī)質(zhì)含量是鹽堿耕地改良的重要目標(biāo)之一，對(duì)不同比例配施食用菌菌糠后鹽堿耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行分析，CK及各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量的變化如圖5所示，CK土壤有機(jī)質(zhì)的含量為8.39g·kg-1，各處理土壤有機(jī)質(zhì)含量為8.27～15.83 g·kg-1，其中T2、T3、T4及T5處理組土壤有機(jī)質(zhì)含量與CK相比顯著增加了12.75%～88.68%（P＜0.05），隨著菌糠施用量的增加，有機(jī)質(zhì)含量呈增長趨勢；而T1處理組和CK基本上沒有變化。該結(jié)果可能由于鹽堿耕地施用的菌糠中含豐富的有機(jī)質(zhì)（含量為58.3%），該有機(jī)質(zhì)經(jīng)過自然氧化和微生物分解的作用變成土壤中的小分子有機(jī)物質(zhì)，從而導(dǎo)致土壤中有機(jī)質(zhì)含量增高。

圖5 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

2.4.2 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

不同施肥處理下土壤養(yǎng)分含量的變化情況如圖6所示。CK土壤全氮含量為0.66 g·kg-1，與CK相比各施肥處理土壤全氮含量顯著增加了34.85%～159.09%（P＜0.05，圖6A）。其中T1與T2處理組間差異不顯著，即菌糠施用量較小時(shí)，增氮效果與單施化肥無明顯差異。隨著菌糠施用量的加大，土壤增氮效果逐漸顯著，T4處理組（50%化肥+50%菌糠）增氮效果最好。土壤有效磷含量的變化趨勢與全氮相似，菌糠施用量低時(shí)，與單施化肥相比無優(yōu)勢，施用量為3582.80 kg·hm-2時(shí)（T4），有效磷含量最高，為18.5 mg·kg-1，施用量繼續(xù)加大，有效磷含量不再增加（圖6B）。易被作物吸收利用的鉀稱作速效鉀，原鹽堿土壤（CK）的速效鉀含量為247.85 mg·kg-1，經(jīng)過不同施肥處理后，各組的速效鉀含量有不同的變化，如圖6C所示，與CK相比，T2處理組速效鉀含量無明顯變化，其他各處理土壤速效鉀含量顯著升高（P＜0.05），增幅大小依次為T4＞T3＞T5＞T1，T4處理組速效鉀含量升高最多，增加了17.74%；T5處理組速效鉀含量比T4處理組低，說明菌糠施用量不是越大越好，以50%菌糠添加量效果最佳。綜上所述，50%化肥+50%菌糠的施肥處理對(duì)提高鹽堿耕地土壤全氮、有效磷、速效鉀養(yǎng)分的效果最佳。

圖6 食用菌菌糠配施化肥對(duì)土壤全氮、有效磷、速效鉀的影響

3 討論

有機(jī)肥料與化肥配施是改良鹽堿耕地的重要措施，有機(jī)無機(jī)結(jié)合施肥可以顯著降低鹽堿地土壤容重、pH值，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤肥力等，有效改善鹽堿耕地的土壤生態(tài)環(huán)境。有研究發(fā)現(xiàn)每公頃添加1000 kg的生物炭作為有機(jī)肥料，可以顯著降低土壤容重［23］。徐娜娜等［24］研究發(fā)現(xiàn)，將秸稈粉作為有機(jī)肥料直接加入到鹽堿地中，并不能起到改良土壤的效果，反而不利于植物的生長，而發(fā)酵的秸稈粉能顯著提高土壤肥力。本研究中將食用菌菌糠作為有機(jī)肥料，同化肥以不同比例配施來探究對(duì)濱海鹽堿耕地的改良效果，其中食用菌菌糠是由食用菌菌絲殘?bào)w和經(jīng)食用菌酶解后產(chǎn)生的復(fù)合物，含有豐富的蛋白質(zhì)、微量元素及多糖等營養(yǎng)物質(zhì)。菌糠是很好的土壤改良劑，能夠活化土壤，為多種微生物提供適宜的生存環(huán)境，提高土壤肥力。利用菌糠進(jìn)行土壤改良的研究已有報(bào)道，王騰等［25］研究發(fā)現(xiàn)施用菌糠肥料后玉米干物質(zhì)量有所增加。王栩［26］以平菇菌糠為底肥，發(fā)現(xiàn)其可以降低土壤容重。食用菌菌糠不僅是良好的土壤改良劑，還可以作為一種新型肥料及能源材料。

本研究中食用菌菌糠與化肥配施能顯著提高鹽堿耕地土壤中脲酶及轉(zhuǎn)化酶的活性，其中T4處理組土壤的脲酶及轉(zhuǎn)化酶活性都最高，這可能由于菌糠中含有大量植物殘?bào)w及微生物，微生物數(shù)量的增加，導(dǎo)致產(chǎn)生更多的土壤酶。菌糠中含有豐富的有機(jī)質(zhì)，能更新土壤腐殖質(zhì)組成，另外還含有豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，提高土壤的保墑和保肥能力。在添加菌糠后，鹽堿耕地土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷及速效鉀含量都明顯提高，綜合測評(píng)顯示以50%的食用菌菌糠（T4）施用量效果最佳，可能由于微生物將這些營養(yǎng)進(jìn)行腐解，使?fàn)I養(yǎng)元素歸還到土壤中。在鹽堿地改良過程中增施有機(jī)肥料不僅可以提高土壤的肥力，還可以改善土壤的物理性狀，食用菌菌糠對(duì)鹽堿地土壤的容重和孔隙度起到良好的改良效果，土壤通透性明顯改善。另外添加菌糠后鹽堿耕地土壤的pH值及ESP顯著降低，CEC含量增加，更加有利于作物的生長。

食用菌具有很高的食用和藥用價(jià)值，近年來深受歡迎，我國是食用菌生產(chǎn)大國，產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的75%，每年產(chǎn)出超過7500萬t的菌糠［27］，菌糠如果不及時(shí)利用將會(huì)造成資源浪費(fèi)及環(huán)境污染。鹽堿耕地改良大量施用菌糠既可以提高土壤肥力、改善土壤生態(tài)環(huán)境，又能減少化肥施用、節(jié)約資源。因此食用菌菌糠與化肥配施改良鹽堿耕地是一種高效、綠色、行之有效的方法。

4 結(jié)論

食用菌菌糠與化肥配施能夠顯著改善濱海鹽堿耕地土壤的理化性狀，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，降低土壤pH值及ESP，提高土壤的CEC等。同時(shí)土壤肥力也明顯提高，土壤有機(jī)質(zhì)含量、全氮、有效磷及速效鉀養(yǎng)分含量增加，與單施化肥相比具有明顯的優(yōu)勢。綜合分析認(rèn)為50%食用菌菌糠與50%化肥配施是較為科學(xué)的施用模式。