添加蘑菇渣堆肥对油松容器苗种子萌发和生长的影响

胡嘉伟，刘 勇，李国雷，马履一，贾忠奎，娄军山，王 琰，万芳芳

（北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室, 北京 100083）

添加蘑菇渣堆肥对油松容器苗种子萌发和生长的影响

胡嘉伟，刘 勇，李国雷，马履一，贾忠奎，娄军山，王 琰，万芳芳

（北京林业大学 省部共建森林培育与保护教育部重点实验室, 北京 100083）

为探究蘑菇渣堆肥作为油松Pinus tabulaeformis容器苗培养基质材料的可行性，通过维持混合基质中珍珠岩比例不变，逐渐增加蘑菇渣堆肥的比例以替代草炭。试验设置堆肥添加比例0 ～ 75%组成8种基质配方，研究不同基质处理理化性质及其对油松容器苗种子萌发和生长的影响。结果表明：当蘑菇渣堆肥在基质配方中添加比例达到30%时，油松在种子发芽率、平均萌发时间、萌发整齐性指数以及苗木苗高、地径、高径比、主根长、一级侧根数、茎叶生物量等指标上均与常用草炭处理无显著差异，而种子发芽势显著高于常用草炭处理。8种基质配方物理指标及EC值均处于育苗适宜范围内，但只有当堆肥添加比例≤30%的基质处理pH值呈微酸性，处于适宜油松苗木生长的范围内。而蘑菇渣堆肥添加比例≥40%时，基质pH值的升高可能是导致苗木质量下降的主要因素。因此，结合对育苗基质成本及环保因素的考虑，本试验培育油松最佳基质配方为草炭45%，珍珠岩25%，蘑菇渣堆肥30%。

油松；容器苗；培养基质；蘑菇渣堆肥；种子萌发；苗木质量

育苗基质材料的选择是影响容器苗培育非常关键的一个环节[1]，国内外研究者探索多年，认为泥炭和珍珠岩（或蛭石）按一定的比例混合能得到较为理想的育苗基质，这种基质不仅重量轻，且有良好的通气透水能力[2]。然而草炭作为一种短期内不可再生资源，价格较高，对其的开采及应用受到诸多的制约[3]，随着容器育苗发展对优良基质需求的不断增大，筛选出一种替代性基质材料显得尤为紧迫。蘑菇渣是食用菌生产后经微生物分解的有机固体废料，我国作为一个食用菌生产大国每年会产生大量的蘑菇渣废料，这些废料如不进行及时的处理不仅会造成极大的浪费，更加会出现环境污染等诸多问题[4]。Wever等认为菇渣是一种潜在的很好的草炭替代物[5]，其容重较轻，结构疏松多孔[4]，营养物质丰富[6]，含有大量且多样的降解型微生物群落[7]，是一种很好的有机肥料和土壤调节剂[8]。国内外有不少研究将蘑菇渣经堆肥化处理后，将其部分甚至全部代替草炭进行植物无土栽培试验，并取得一定进展。刘方春等利用腐熟后的蘑菇渣与草炭混合基质培育侧柏Platycladus orientalis和黑松Pinus thunbergii在出苗率，形态指标上均与草炭主处理的相应指标无显著差异[9]。而将蘑菇渣堆肥与草炭混合培育园艺植物，当蘑菇渣堆肥成分比例高达70%时，对于蔬菜种子萌发与生长都被认为是合适的栽培基质[10]。

种子萌发连接着苗木的种子阶段和生长阶段，是高等植物生活史的一个关键环节[11]，其虽主要由遗传因素所决定[12]，但同时也受到环境因素（如：水分[13]，光照[14]，温度[12]以及栽培基质[15]等）的影响。其中适宜的基质是保证种子顺利萌发的基本条件之一[16]，而种子萌发是植物生活史中抗胁迫能力最弱的阶段[17]，具体基质环境中苗木在种子发芽阶段能否显现出良好的长势是保证苗木往后健康生长的关键。因此，研究不同基质类型，特别是检验一种新型基质材料添加量对苗木种子萌发及生长的影响显得尤为重要。

油松Pinus tabulaeformis是我国华北、西北地区重要的山地造林和园林绿化树种。国内外已有部分利用蘑菇渣堆肥作为容器苗基质添加材料的研究，并取得一定进展[9-10]。而将蘑菇渣堆肥作为油松容器苗替代性基质材料的研究还未曾有过报道。为探究蘑菇渣堆肥材料的可行性，以草炭∶珍珠岩=3∶1（体积比）的基质为对照，并在其中添加0 ～ 75%的蘑菇渣堆肥形成8个处理，研究蘑菇渣堆肥添加基质对油松容器苗种子萌发及苗木生长的影响，以期为蘑菇渣堆肥在苗木培育中的合理利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在河北平泉县北京林业大学北方基地塑料大棚内（118°70′ E，41°22′ N）进行。供试种子于2013年秋采收于河北平泉县，千粒重43 g, 发芽率87%。试验采用上口径为3.8 cm，高度为21 cm的育苗容器（型号：SC10 Super，材料：ABS），底部含4个小孔便于排水与空气修根。肥料为包裹型缓释复合肥（北京大汉农业科技有限公司），氮磷钾比例为14∶13∶13，肥效为5～6个月。基质材料有丹麦进口草炭土（纤维结构长度0～10 mm)，珍珠岩以及蘑菇渣堆肥。蘑菇渣堆肥为自行堆制而成，于2013年7月采用平泉当地蘑菇厂产生的蘑菇渣废料与绿色杂草粉碎过筛后按3∶1的体积比均匀混合进行堆肥，堆肥历时6个月，堆体呈长堆形。堆肥完成后晾干过10 mm筛网，然后将上述三种材料以不同的比例组成8种配方（表1）。配方中珍珠岩比例不变，从处理Ⅰ到处理Ⅷ逐步增加蘑菇渣堆肥比例以替代草炭。

表1 油松基质配方Table 1 Medium components of P. tabulaeformis container seedlings (volume ratio %)

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

试验采用完全随机设计，8种基质配方处理，4次重复，其中处理Ⅰ是通常采用的基质配方（泥炭∶珍珠岩=3∶1）作为对照。每个处理的每个重复，即每小区育49株苗。

1.2.2 种子处理

2014年4月10日，对油松种子进行除杂和0.5%高锰酸钾溶液消毒处理，之后将其洗净放入温水中浸泡24 h。第二天将种子捞出，将其放置于饱和含水率约60%的细沙中进行层积催芽。待种子裂嘴率达1/3以上时播种。

1.2.3 基质处理

8种基质配方均匀配制完成后，用四分法对其进行第一次取样。取样完毕后，每个配方用质量分数为3%的硫酸亚铁溶液对基质进行喷洒消毒，盖膜放置两天后按比例均匀拌入计算好的颗粒状缓释肥料（N∶P∶K=14∶13∶13），统一等体积装入育苗容器，确保每容器基质中施氮量为100 mg。考虑硫酸亚铁及缓释肥对基质性质造成的影响，此后再一次取各配方基质样。

1.2.4 发芽试验及苗期管理

播种前一天灌足底水，2014年4月17日将催芽完毕的油松种子播入育苗容器中，每容器播2粒。播种后采用日光灯（65 W）补光，每天日落后补光3 h。每隔3天统计一次发芽数量，种子基部高出基质表层即为萌芽。发芽试验完毕后，计算种子发芽率（germination percentage，GP），发芽势（germinaion energy，GE），平均萌发时间（mean germination time，）[18]和萌发整齐性指数（synchronization index，Z）[18]。上述指标计算公式如下：

其中，2,ΣinC=ni(ni-1)/2，M=Σni(Σni-1)/2。

式中，ni为第i天种子萌发的粒数，N为供试种子总数，ti为试验开始到第i天的时间，k为种子萌发的总天数。

5月25日进行间苗，每容器保留1株幼苗。苗木长齐后即开始喷浓度为0.1%多菌灵溶液杀菌。育苗期间，采用称重法[19]判断基质水分缺失状况，据此进行适当的灌溉。每周定期移动苗床上容器，减小边际效应影响。8月下旬开始减少灌水量并停止补光以促进苗木木质化，9月17日将苗木移置室外进行锻炼。

1.2.5 取样及测定

基质配方取样后带回实验室进行指标测定，重复三次。容重、总孔隙度、通气孔隙、持水孔隙、大小孔隙比等物理指标用环刀法测定[20]。pH值、EC值分别用pH计（雷磁pHS-2F型）及DDS—307雷磁电导率仪测定。

10月26日对苗木进行破坏取样。每个小区随机选取8株苗，小心取出其根系后用清水洗净，再用蒸馏水润洗。测量苗木苗高，地径，主根长，＞1 cm一级侧根数等形态指标。每小区再另外随机抽取22株苗木，与破坏取样苗总计共30株，计算苗高、地径变异系数。形态指标测定后,将每株苗的根、茎、叶分别剪下，每个小区苗木样品按根、茎、叶分别混合，装入信封，放入68℃的烘箱中烘48 h后称量，分别测定其生物量。

1.3 数据分析

数据采用SSPS18.0软件进行单因素方差分析，种子萌发指标以每小区每次所观测出苗总数为调查基础；基质指标以每个处理的每个重复为基础；苗高，地径，主根长，＞1 cm一级侧根数均以各小区随机选取的单株苗木为基础，每处理32个样本；生物量以小区取样的8株苗木为单位基础，每基质处理4个重复。如处理间差异显著，则用Turkey法在0.05水平上进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同基质处理对油松容器苗生长的影响

2.1.1 不同基质配方对油松萌芽的影响

各基质处理下油松种子出苗率在第39天后基本处于稳定，不同基质处理对种子最终出苗率有显著影响（图1）。处理Ⅰ（对照）到处理Ⅳ最终出苗率差异不显著，分别达到98.2%，86.5%，83.9%及91.8%，而均显著大于蘑菇渣堆肥添加比例≥40%的出苗率。处理Ⅴ到处理Ⅷ最终出苗率均小于80%。处理Ⅶ和处理Ⅷ在播种后第6天才开始萌芽，比对照推迟约6天，说明添加蘑菇渣堆肥比例过高时种子会出现发芽率降低，延迟萌发等现象。

图1 不同基质处理对油松种子萌发的影响Fig.1 Effects of different medium treatments on germinating of P. tabulaeformis seedlings

2.1.2 不同基质处理对种子发芽势，平均萌发时间，萌发整齐性指数的影响

处理Ⅳ种子发芽势显著高于对照（图2），处理Ⅱ，处理Ⅲ及处理Ⅴ都与对照差异不显著，其他基质处理下发芽势均显著低于对照。处理Ⅰ到处理Ⅳ在平均萌发时间上差异不显著，而添加≥40%蘑菇渣堆肥的基质会造成种子萌发时间的延长，其平均萌发时间显著高于对照。而在萌发整齐性方面，蘑菇渣堆肥添加比例≥40%时，种子萌发整齐性显著降低，而添加比例≤30%时，相对于对照而言并未造成出芽的不齐。

2.1.3 不同基质处理下油松容器苗的形态特征

当蘑菇渣堆肥添加比例≥50%时，苗高出现显著降低，而其他处理与对照无显著差异。随着蘑菇渣堆肥添加比例的增加，苗木地径有递减的趋势，而处理Ⅰ到处理Ⅳ差异不显著，其中处理Ⅰ地径最大，达到3.50 mm。对苗高、地径调查变异情况发现，蘑菇渣堆肥添加比例≤30%的变异系数呈现减小趋势，而当添加比例≥40%时，变异系数显著增大。而高径比除Ⅷ号基质外，其他处理均与对照无显著差异。根系生长方面，主根长不存在显著差异性，而侧根数只有处理Ⅷ显著低于对照。

2.1.4 不同基质处理对油松苗生物量的影响

对照的根茎叶及单株生物量均为最大，分别达到1.07 g，0.54 g，2.13 g，3.75 g，其他处理均出现不同程度的降低（图3）。但处理Ⅱ、Ⅲ根生物量与对照差异不显著，茎生物量中处理Ⅰ到Ⅳ无显著差异，处理Ⅱ、Ⅳ的叶生物量亦与对照差异不显著；以上除外其他处理在根茎叶上均显著小于对照。就单株生物量而言，不同基质处理下大小顺序依次为处理Ⅰ≥Ⅱ≥Ⅳ≥Ⅲ≥Ⅴ≥Ⅵ≥Ⅶ≥Ⅷ，其中处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ差异不显著。

图2 不同基质处理下种子发芽势，平均萌发时间及萌发整齐性指数Fig.2 Seed germination energy, mean germination time and synchronization index with different medium treatments

表2 不同基质对苗高、地径、高径比、主根长及侧根数的影响†Table 2 Effects of different mediums on seedling height, root-collar diameter, H/D ratio, tap root length and number of root

2.2 不同基质理化性质分析

随着蘑菇渣堆肥添加比例的增加，各处理基质容重显著增大，最大为Ⅷ号基质，达到0.27 g·cm-3。总孔隙度是持水孔隙和通气孔隙的总和，经过多重比较发现，各处理间通气孔隙，持水孔隙以及大小孔隙比均未出现显著差异。pH值和EC值均随蘑菇渣堆肥添加比例增大而显著增高，其中对照pH值最小，为6.02，而处理Ⅷ最大，达9.08；利用FeSO4喷洒基质后，各基质pH均出现不同程度下降，可见FeSO4对蘑菇渣堆肥有调低pH作用。加入缓释肥后，各基质EC值均呈现明显的增高，最高Ⅷ号基质为2.16 mS·cm-1，最低为对照，为 1.76 mS·cm-1。

图3 不同基质处理下根，茎，叶及单株生物量Fig.3 Single tree biomass in response to different medium treatments

3 结论与讨论

一般认为，判断基质是否合适的首要生产指标是种子出苗率在80%以上[21]。本试验中油松种子出苗率只有处理Ⅰ到处理Ⅳ出苗率达标，且差异不显著，而其他处理均低于80%的出苗率指标。发芽势、平均萌发时间、萌发整齐性指数分别是用于表征种子活力，发芽速度快慢，种子萌发整齐度的重要指标[22-23]，其中平均萌发时间越短，说明种子发芽快，而整齐性指数越高说明种子萌发越整齐。主要以草炭组成的对照是我们认为较为理想的栽培基质[24]，当蘑菇渣堆肥添加比例≤30%时，各处理平均萌发时间，整齐性与对照无显著差异，处理Ⅳ下发芽势显著高于对照；而当堆肥添加比例≥40%时，出现发芽率下降，延迟萌发，整齐性降低等现象。

表3 不同基质的理化性质Table 3 Physical and chemical properties of different mediums

可见，添加比例≤30%的蘑菇渣堆肥所形成的基质环境对油松种子萌发是适宜的。Giertych等认为，生产上容器苗培育需要苗木种子能够快速，整齐的萌发，种子之间萌发时间相距过长，最先长出的苗木叶子等会遮蔽附近的幼苗，并限制水分运输。此种出苗差异研究在多种栎属等阔叶树种研究较多[25]，而在油松等针叶树种研究较少。苗木生长不整齐，会导致其变异系数的增大。而生长季末对苗高、地径变异系数调查统计发现，变异系数基本呈现先减小后增大的趋势。处理Ⅰ到Ⅳ，变异系数逐渐减小，而在此之前出芽期间种子萌发整齐性差异是不显著的。究其原因可能是本试验中油松容器苗栽植较为密集，基质中堆肥添加比例越低，苗木生长越为茂盛，从而遮蔽了较晚萌发的幼苗，影响其采光及水分汲取进而导致苗木长势变弱，此推论可以从试验观测中发现堆肥添加比例小的基质中常出现若干较早封顶或比较纤细的幼苗等现象得以验证。而处理Ⅴ到Ⅷ变异系数增大则可能是延续种子萌发时期整齐性逐渐增大的趋势所致。

种子萌发时期的生长状况会直接反映苗木后期的生长[22]。有很多研究得出当在草炭中添加替代性堆肥后培育出的苗木在形态、生物量等指标上与对照（添加堆肥之前）会产生显著差异，且这些差异性通常是不利的[26-27]。对照基质能培育出相对高质量的苗木，而逐渐增大混合基质中蘑菇渣堆肥到30%比例，所育苗木在苗高，地径，高径比，主根长，侧根数，叶生物量，茎生物量等指标均与对照无显著差异，苗木质量相对较高。这说明，替代性蘑菇渣堆肥添加比例在30%以内，对油松苗木生长是适宜的。

苗木的生长与栽培基质息息相关[1]。分析不同基质的理化性质，随着蘑菇渣堆肥添加比例的逐渐增大，各基质容重显著增大，从0.13～0.27 g·cm-3，总体质量仍较轻，在育苗的合理范围内；而通气持水孔隙以及大小孔隙比均未呈现显著差异，可见添加堆肥后物理性质环境与对照差异不大，适宜育苗。EC值是反映基质可溶性盐溶液溶度的一项重要指标，过高容易烧苗，低则造成养分不足[28]。有研究表明理想基质的EC值应小于2.5 mS·cm-1[29]。本试验中基质EC值随堆肥添加比例增大而增大，说明蘑菇渣堆肥中含充足的养分，即使均匀混入缓释肥后EC值最高为处理Ⅷ，达到2.16 mS·cm-1，但仍在适合苗木生长的合理范围。基质pH值也是影响根系生长及吸收养分能力的重要因素[30]，FeSO4对基质具有消毒作用，而在一定程度上也有降低基质pH的作用[31]。蘑菇渣堆肥比例的增加导致各基质pH显著增大，这与Medina等的研究结果一致[10]，均匀洒入3%的硫酸亚铁溶液后，各基质pH值均有所降低，但显著增高趋势不变，最高处理Ⅷ中pH值达到7.98，呈碱性。处理Ⅴ中堆肥添加量达到40%时，pH达到6.97已接近中性，油松种子萌发及苗木地径，生物量等指标特性开始显著低于对照，苗木质量显著降低。郭培国认为苗木根系处于呈弱碱性环境时，根系细胞膜的性质和状态会发生变化进而影响对外界溶液中离子的吸收；并且当环境pH较高时，基质溶液中 P、Mn、Cu、Zn等矿质元素易产生沉淀 , 这样将影响到苗木根系吸收矿质元素以及基质中的离子平衡[32]。可见，各基质中pH值的变化可能是影响苗木质量主要因素。当蘑菇渣堆肥添加比例≤30%时，苗木处于适宜的油松生长的微酸性基质内[33]，生长质量较好。

本试验表明：在草炭，珍珠岩和蘑菇渣堆肥3种材料组成的基质配方中，保持珍珠岩比例为25%不变，当蘑菇渣堆肥添加比例达到30%时，所培育的油松在种子萌发特性，苗木生长指标上均与常用草炭处理差异不显著，基质理化性质适宜，苗木质量较高，是一种可行的育苗基质。加之从节约成本及环保的角度考虑，本试验培育油松最佳基质配方为草炭45%，珍珠岩25%，蘑菇渣堆肥30%。

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Effects of adding mushroom slag compost on emergence and growth ofPinus tabulaeformiscontainer seedlings

HU Jia-wei, LIU Yong, LI Guo-lei, MA Lv-yi, JIA Zhong-kui, LOU Jun-shan, WANG Yan, WAN Fang-fang
(Key Lab. for Silviculture and Conservation Co-constructed by China Education Ministry and Beijing, Beijing Forestry University,Beijing 100083, China)

The feasibility of using mushroom slag compost as the culture matrix ofPinus tabulaeformiscontainer seedlings was studied.Through keeping the proportion of perlite powder unchanged, and gradually increasing the proportion of mushroom compost, replacing grass carbon by mushroom compost in the mixed mediums can be realized. By setting the addition proportion of compost in 0% ～ 75%,eight kinds of media formula were designed to study the effects of different physical and chemical properties of the mixed mediums on emergence and growth ofPinus tabulaeformiscontainer seedlings. The results show that when the adding proportion of mushroom compost in the mediums reached 30%, the germination percentage, mean germination time, synchronization index, height, diameter,height to diameter ratio, tap root length, number of root, shoot biomass and foliar biomass all exhibited no changes compared with the common peat processing (containing perlite powder) , while the germination energy was signif i cantly higher than that with common peat processing; The physical properties and EC of all eight treatments were suitable to nurse the seedlings, only when adding compost proportion ≤30%, the pH value showed slightly acidic subacidity, the mixed mediums were suitable to the growth ofP. tabulaeformisseedlings; When the adding proportion of mushroom slag compost was greater than or equal to 40%, the elevated matrix pH values may be the main factor leading to decline in the quality of seedlings. Therefore, taking into consideration of the substrates materials cost and environmental factors, the best medium prescription is 45% peat, 25% perlite and 30% spent mushroom compost.

Pinus tabulaeformis; container seedlings; culture substrate; mushroom slag compost; seed germination; seedling quality

S791.254

A

1673-923X(2015)06-0028-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.06.006

2014-04-11

国家林业局“948”计划项目（2012-4-66）；林业公益性行业科研专项经费项目（201004021）

胡嘉伟，硕士研究生 通讯作者：刘 勇，教授，博士生导师；E-mail: lyong@bjfu.edu.cn

胡嘉伟,刘 勇,李国雷,等. 添加蘑菇渣堆肥对油松容器苗种子萌发和生长的影响[J].中南林业科技大学学报, 2015,35(6):28-33,39.

[本文编校：吴 彬]