不同处理菌糠对油菜生长及土壤理化性质的影响

2017-03-10张然程红艳吴梦欣田野董卿

吉林农业·下半月 2017年2期

张然　程红艳　吴梦欣　田野　董卿

摘要：通过采用盆栽试验，研究灵芝、猴头菇、平菇菌糠经过晾晒、腐熟和裂解为生物炭施入土壤后对油菜生长状况及土壤理化性质的影响，结果表明：（1）不同处理菌糠都能够促进作物的生长发育，且生物炭的促进作用大于经过晾晒和腐熟的菌糠，各个处理土壤酶活性均高于空白处理，且菌糠处理的酶活性均高于生物炭处理的酶活性。不同处理菌糠对叶绿素的提高不明显。（2）施入菌糠的处理会降低土壤的pH，而施入生物炭的处理则会使pH升高。施入灵芝菌糠生物炭后的pH最大，比空白处理增加了1.59%，直接的灵芝菌糠处理后的pH最小，比空白处理减小了5.05%。不同处理菌糠均提高了土壤中的有机质含量，直接的灵芝菌糠比空白处理增加了12.90%。阳离子交换量的含量也呈现相同的变化趋势。（3）不同处理菌糠均促进了土壤速效氮含量的提高，其中直接的灵芝菌糠处理对速N的增加作用最高，增加了62.8毫克/公斤。速效磷都比空白处理增加，除腐熟的平菇菌糠处理外，其余各个处理间差异不显著。不同处理菌糠对土壤速效K的含量相对CK来说，均有促进作用，促进作用最明显的是灵芝菌糠，其次是猴头菇菌糠，促进作用较小的是平菇菌糠。

关键词：菌糠；生物炭；作物生长状况；土壤理化性质；酶活性

基金项目：山西省黄土高原食用菌提质增效协同创新平台项目；山西省煤基重大科技攻关项目（FT2014-03）；山西省水利科技推广项目（201412）

中图分类号： S664.2 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.04.016

食用菌是营养价值较丰富的可食用的大型真菌的总称。伴随着经济的发展以及人们对食品的种类和品质要求的不断提高，食用菌的需求量也日渐增加，产量也随之不断提高。然而，随着食用菌产业的不断完善与发展，采收食用菌子实体后废弃的固体培养基（即菌糠的数量也越来越多）。菌糠裂解生物炭的技术也在逐步地完善，合理开发与利用食用菌菌糠使其资源化，高效利用化不仅可以解决一些环境的问题，还能由废变宝生产出其它有用的物质，从而进一步促进食用菌产业的可持续发展。作为土壤改良剂与修复剂，菌糠特有的理化特性与丰富的营养元素可以有效地改善土壤的理化性质和土壤微生物的生态环境，从而能够促进作物的生长，改良作物的生长状况。

菌糠主要是以棉籽壳、木屑、稻草、玉米芯或者是多种农作物的秸秆、工业废弃料为原料，生产食用菌后废弃的固体培养基[1]。研究发现，菌糠中所含有的食用菌菌体蛋白、微量元素等多种水溶性养分以及丰富的有机物质，不仅能作为食用菌的栽培料再次利用，而且还有利于保持和培养土壤的团粒结构和理化性质，是一种可以改良土壤功能的优质肥料[2]。菌糠中含有农作物生长所必需的氮、磷、钾等大量营养元素，钙、镁、硫等中量营养元素，铜、锌、铁、硼、钼、锰等微量元素。这些微量元素是酶、维生素的重要组成部分，直接参与机体代谢的过程，能够提高植物酶的活性，在作物的正常生长中是不可缺少的，而在土壤中的含量又极其的低微，一旦缺少，生长发育就会受到一定的抑制，导致产量和品质的下降[3]。

生物炭是一种以生物质（如木屑、作物秸秆、菌糠等）为原材料，在无氧或者是缺氧的条件下，经过高温热解生成的物化性质的且含有大量碳元素的固态物质[5]。生物炭具有以下这些性质[4-11]：第一、生物炭富含有大量的碳元素，碳元素占70%左右，生物炭中的氮、磷、钾的含量也很高。第二、生物炭一般情况呈碱性，且在一定的温度范围内，制备生物炭时随着热解温度的逐渐增高，生物炭的pH值也逐渐增高，一般在8以上。第三、在一定的温度范围内，随着热解时温度的不断增大，生物炭的比表面积呈增大的趋势，这将有助于生物炭对土壤中重金属的吸附。第四、生物炭有着较强的吸附能力以及阳离子交换量（CEC）。因为制备生物炭的工艺、原材料等各方面的差异，生物炭的pH值、持水性能、比表面积等性质存在很大的差异。在目前看来，全球范围内的生物炭主要包括秸木炭、秆炭、稻壳炭、菌糠裂解形成的生物炭、竹炭等[12]。

作物生长状况指的是作物经过一个生长周期的生长，在收获时，通过对作物的产量，株高，根长，鲜重，干重等进行测量来反应出作物的基本生长状况。

土壤的理化性质指的是反应土壤肥力的一些基本的物理化学的性质，包括土壤的pH，电导率，全量N，有效态N，有效态P，有效态K，有机质，阳离子交换量等。

土壤酶主要指的是指土壤中具有一定的催化作用，在温和的条件下，酶不能加速生物化学反应，而且具有显著的专一性[13]的由微生物、动植物及其残体产生的有机活性物质。土壤中的生物化学反应绝大多数都与土壤酶有关，这些生物化学反应与土壤中养分的贮存与释放、腐殖质的形成、土壤结构和物理性状都是紧密关联的。如：脲酶是对尿素转化起关键作用的一种酶，它的酶促反应产物是可供植物利用的氮素来源，其活性可以反应土壤氮素供应的强度。土壤磷酸酶是植物根系与微生物的分泌产物。磷酸酶与土壤P素转化密切相关，可以加快有机磷化合物分解，是土壤P素肥力的指标。过氧化氢酶是可以表示土壤腐殖化强度的指標，土壤酶的活性与土壤的一些养分指标（除速效磷外）相结合能够作为综合评价土壤肥力的指标[14]。生物炭对土壤酶及土壤微生物的活性都有促进的作用，而且能够促进植物的生长和发育，也可以防治和减轻病虫的危害，增加作物的产量[15-16]。

1材料与方法

1.1供试材料

供试土壤采自山西省晋中市某农田，土壤类型为石灰性褐土，基本理化性质为：pH：7.87，全N：1.96g/kg，速效N：71.9mg/kg，速效P：156.2mg/kg，速效K：140mg/kg，EC25：0.314ds/m，CEC：24.7cmol/kg，有机质：20.8g/kg。

供试菌糠来源于食用菌中心培养灵芝，平菇，猴头菇后的废弃培养料。将这三种菌糠分别进行三种处理，第一种为直接晾晒后的菌糠，第二种为腐熟后的菌糠，第三种为进行高温裂解后的，即生物炭。

供试作物为油菜，品种为上海青。

1.2试验方法

2016年的4月1日～5月23日进行盆栽培养试验。试验采用完全随机设计，试验设置10个处理（见表1），包括CK、LZ（灵芝菌糠未腐熟）、HZ（猴头菇菌糠未腐熟）、PZ（平菇菌糠未腐熟）、LF（灵芝菌糠腐熟）、HF（猴头菇菌糠腐熟）、PF（平菇菌糠腐熟）、LC（灵芝菌糠裂解的生物炭）、HC（猴头菇菌糠裂解的生物炭）、PC（平菇菌糠裂解的生物炭），每个处理均重复三次，共30盆。具体处理情况见表2。将土壤装入高为0.35米，直径为0.3米的PVC桶，桶底铺碎石透气，每桶装土为5公斤，每盆施加尿素（含N46.3%）0.35克。

在进行试验过程中，每隔两天浇一次水，每盆油菜均浇相同量的水。收获后采集、清洗、烘干油菜，进行各项生长指标的测定，同时采集土样，对土样进行风干，过筛等处理后，进行测定。

1.3测定项目与方法

水分测定为烘干法，pH测定为玻璃电极法，电导率测定为电导法，全N测定为半微量开氏法，速效氮（速N）测定为碱解扩散法，速效磷（速P）测定为钼锑抗比色法，速效钾（速K）测定为火焰光度法[17]，有机质测定为重铬酸钾容量法—外加熱法，阳离子交换量（CEC）乙酸钠——火焰光度法，叶绿素测定为丙酮浸提法，脲酶测定采用靛酚蓝比色法，磷酸酶测定采用磷酸苯二钠比色法，过氧化氢酶测定为高锰酸钾滴定法。油菜的生长状况指标中株高，根长的测定为测量法，产量，鲜重，干重的测量为称重法。

数据表格均是在Microsoft Excel（2003）中制作得到的，方差分析是应用dps数据处理软件（a=0.05）进行分析所得。

2结果分析

2.1不同处理菌糠对油菜生长状况的影响

由表3可知：（1）HZ和HF的生长状况都不如CK，说明在污灌区土壤条件下，HZ和HF对其重金属离子的抑制作用不明显，导致其生长状况和CK的生长状况相差不是很大，甚至不如CK。而其他各个处理的生长状况均好于CK，尤其是LC，PC和HC，说明生物炭对作物的生长状况有明显的促进作用，且促进作用高于菌糠（包括直接晾晒的菌糠和腐熟的菌糠）。而不同类型菌糠间的促进作用也有差异，灵芝菌糠对油菜生长的促进作用最强，其次是平菇菌糠，最后是猴头菇菌糠。（2）对于产量来说，除了处理HZ和HF外，其余各个处理的产量较CK相比，均有明显的增加，其中LC的增加作用最明显，达到123克/盆。不同类型的菌糠相比，菌糠裂解成生物炭处理的产量均高于晾晒和腐熟的菌糠。（3）干重和产量的变化趋势大致相同，具体为：除处理HZ和HF外，其余各个处理的干重均高于CK。综合而言，不同处理菌糠在一定程度上促进了作物的生长，增加了作物的产量和干重。

2.2不同处理菌糠对土壤酶活性的影响

一般情况下用土壤脲酶活性来表示土壤氮素情况[18]，土壤过氧化氢酶能够有效地防止土壤及其生物体在新陈代谢的过程中产生的过氧化氢对生物体的毒害[19]，用来表示土壤净化能力的强弱[20]。

由表4可知：各个处理土壤的过氧化氢酶活性均高于CK，其中菌糠处理的土壤过氧化氢酶活性都高于对应菌糠生物炭处理的土壤过氧化氢酶活性，且不同菌糠处理间（LZ和LF，PZ和PF，HZ和HF）的差异不明显，不同菌糠生物炭处理间（LC、PC和HC）的差异也不明显。不同处理菌糠对土壤中脲酶活性的影响变化趋势与过氧化氢酶活性大致相同，表现在各个处理土壤脲酶活性均高于CK，其中菌糠处理的土壤脲酶活性都高于对应菌糠生物炭处理的土壤脲酶活性，且不同菌糠处理间（LZ和LF，PZ和PF，HZ和HF）的差异不明显，不同菌糠生物炭处理间（LC、PC和HC）的差异也不明显。（3）绝大多数处理的土壤磷酸酶活性均高于CK，其中菌糠处理的土壤磷酸酶活性都高于菌糠生物炭处理的土壤磷酸酶活性。菌糠裂解的各个生物炭处理土壤中磷酸酶活性最低，且处理间的差异不显著。

2.3不同处理菌糠对油菜叶绿素含量的影响

由表5可知，各个处理叶片的叶绿素b的含量均小于叶绿素a的含量。对于叶绿素a而言：除了PF、HC处理叶片叶绿素a的含量增加了，其余各处理的叶片叶绿素a的含量均降低。其中处理HZ降低最多，约为65.6%，且与CK间差异显著。LZ、LF、PF、PC、HF、HC均与CK处理间差异不显著。（2）对于叶绿素b而言：LF处理的叶绿素b含量增加最多，约为20%，且与CK间差异不显著，HZ处理的叶绿素b含量降低最多，约为64%。（3）对于总叶绿素含量而言：除了处理PF增加外，其余处理均降低，且CK与LZ、LF、PF、PC、HF各处理间差异不显著，与其他处理间均差异显著。尤其是HZ，与CK相比，减少了68.1%。

2.4不同处理菌糠对土壤pH值和电导率的影响

由表6可知：土壤中施入菌糠会使pH值降低，而施入生物炭会使pH值升高。施入灵芝菌糠生物炭后的pH值最大，比CK增加了1.59%，且LC，PZ，PC，CK，HZ，HF，HC各处理间差异不显著，直接晾晒的灵芝菌糠处理后的pH最小，比CK减小了5.05%，且LZ和LF处理间差异不显著；电导率的大小取决于溶液中带电粒子浓度的高低，含盐量越高，其中的离子数越多，电导率也就越高。一般而言，电导率越高，作物的长势越差，而表中电导率的范围是0.6～1.51，普遍偏高，导致油菜的整体长势不良，这与试验过程中最终油菜的生长状况相吻合。由试验得出，菌糠生物炭可以降低土壤的电导率。

表6 不同处理菌糠对土壤PH值和电导率的影响

2.5不同处理菌糠对土壤有机质和阳离子交换量的影响

一般而言，有机质含量越高，阳离子交换量也就越大。

由表7可知，不同处理菌糠土壤有机质的含量均高于CK，且PF、HF、HC与CK间的差异不显著，其他处理与CK处理间的差异显著，说明不同处理菌糠对土壤有机质含量的增加作用比较明显。灵芝菌糠处理对土壤有机质的增加作用最明显，尤其是LZ比CK增加了12.90%。猴头菇菌糠处理对土壤有机质的增加作用最不明显。尤其是HC，相比CK仅增加了3.47%。

CEC的变化趋势为：不同处理菌糠的CEC含量均高于CK，这与有机质的变化趋势相同，与未种植油菜之前的基础土样相比，施用菌糠后，土壤中CEC呈降低趋势；施用生物炭后，土壤中CEC呈上升趋势。

2.6不同处理菌糠对土壤速效N、P、K含量的影响

由表8可知，（1）不同处理菌糠对土壤速效N的含量均有促进作用，但不同的菌糠促进作用不同，其中，促进作用从大到小依次为：灵芝菌糠>平菇菌糠>猴头菇菌糠。其中处理LZ对速N的增加作用最高，增加了约62.8mg/kg。不同生物炭处理与CK间的差异则不是很显著。（2）不同处理菌糠土壤速效P的含量与CK比较，相差不大，除处理PF外，其余各个处理间差异不显著，说明不同处理菌糠对土壤速效P的影响不大。（3）不同处理菌糠对土壤速效K的含量相对CK来说，均有促进作用，促进作用最明显的是灵芝菌糠，三种处理的灵芝菌糠都显著增加了土壤速效钾的含量，且LC>LZ>LF。其次是猴头菇菌糠，处理HZ和HC间差异不显著。促进作用较小的是平菇菌糠，处理PZ和PC都与CK差异不显著。

3结论

不同处理菌糠都能够促进作物的生长及发育，且生物炭的促进作用大于经过晾晒和腐熟的菌糠，各个处理土壤酶活性均高于空白处理，且菌糠處理的土壤酶活性均高于生物炭处理的土壤酶活性。不同处理菌糠对叶绿素a，叶绿素b和叶绿素总量的提高作用不明显。

施入菌糠的处理会降低土壤的pH值，而施入生物炭的处理则会升高土壤的pH值。施入灵芝菌糠生物炭后的pH值最大，比空白处理增加了1.59%，直接的灵芝菌糠处理后的pH值最小，比空白处理减小了5.05%。不同处理菌糠均提高了土壤中的有机质含量，直接的灵芝菌糠比空白处理增加了12.90%。一般而言，有机质含量越高，阳离子交换量的含量也越高。因而阳离子交换量的含量也呈现出于有机质含量相同的变化趋势。不同处理菌糠均促进了土壤速效氮的含量的提高，其中直接的灵芝菌糠处理对速N的增加作用最高，增加了62.8mg/kg。其促进作用从大到小依次为：灵芝菌糠>平菇菌糠>猴头菇菌糠。除了腐熟的平菇菌糠处理外，其余各处理菌糠土壤速效磷的含量与空白处理相比差异不显著。不同处理菌糠对土壤速效K的含量相对CK来说，均有促进作用，促进作用最明显的是灵芝菌糠，其次是猴头菇菌糠，促进作用较小的是平菇菌糠。

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