响应面法优化双孢蘑菇泥炭覆土技术

王 倩，朱燕华，李正鹏，汪 虹，宋晓霞，李 晶，黄建春，陈 辉

（1上海市农业科学院食用菌研究所，农业部南方食用菌资源利用重点实验室，国家食用菌工程技术研究中心，国家食用菌加工技术研发分中心，上海市农业遗传育种重点开放实验室，上海 201403；2国家菌草工程技术研究中心，福州 350002）

响应面法优化双孢蘑菇泥炭覆土技术

王 倩1，朱燕华1，李正鹏1，汪 虹1，宋晓霞1，李 晶2，黄建春1，陈 辉1

（1上海市农业科学院食用菌研究所，农业部南方食用菌资源利用重点实验室，国家食用菌工程技术研究中心，国家食用菌加工技术研发分中心，上海市农业遗传育种重点开放实验室，上海 201403；2国家菌草工程技术研究中心，福州 350002）

以双孢蘑菇产量为响应值，采用响应面D-最优设计对双孢蘑菇A15泥炭覆土制作时的含水量（A）、搅拌时间（B）以及泥炭覆土厚度（C）进行优化。结果表明：在3个因素中，B对双孢蘑菇产量的影响最为显著，其次为A和C。AB之间的交互作用强于AC之间的交互作用以及BC之间的交互作用。双孢蘑菇泥炭覆土制作时最佳条件为含水量62.4%、搅拌时间11 m in、覆土厚度5 cm。在该条件下，双孢蘑菇两潮菇产量为1 584 g/筐。

双孢蘑菇；泥炭覆土；响应面分析法

双孢蘑菇（Agaricus bisporus）又称白蘑菇、蘑菇、洋蘑菇，是世界性栽培和消费的菇类。双孢蘑菇与其他多数食用菌不同，其子实体的形成不但需要适宜的温度、湿度、通风等环境条件，还需要土壤中某些化学和生物因子的刺激，因此，出菇前需要覆土。覆土具有特殊的物理、化学及微生物特性，可以刺激双孢蘑菇原基的形成，原基进一步分化形成子实体［1-3］。

长期以来，发达国家采用泥炭和石灰或者石膏的混合物作为覆土［1］。泥炭覆土的制作过程是采用特殊结构的搅拌机械，将泥炭和一定比例的碳酸钙、石灰等经过混合搅拌，使泥炭成为具有适宜含水量、孔隙度、pH等特性的泥团，成为双孢蘑菇子实体生长发育的特殊载体。

我国双孢蘑菇工厂化生产使用的泥炭是东北泥炭，在物理特性上与国外泥炭有很大不同，并且由于国内缺少利用泥炭进行商品开发的企业，对泥炭覆土技术的研究至今仍是空白。本课题组之前的研究表明：泥炭覆土时的含水量对双孢蘑菇产量和质量有重要影响［4］，泥炭的搅拌时间影响覆土的物理结构，而覆土的物理结构一直以来都被认为是影响双孢蘑菇生长发育的重要因素［5-6］。另外，Kalberer［7-8］研究表明，覆土的厚度影响双孢蘑菇子实体对水分的吸收以及双孢蘑菇的产量和子实体的干物质量。本研究以东北泥炭为试验材料，采用响应面D-最优设计法，以双孢蘑菇产量为响应值，优化泥炭覆土制作时的含水量、搅拌时间以及覆土厚度，研究三者之间的交互作用以及对双孢蘑菇产量的影响，旨在为优化泥炭覆土的生产加工及应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 菌种

双孢蘑菇（A.bisporus）A15麦粒种购于美国Sylvan公司。

1.2 试验设计

以泥炭覆土制作时的含水量（A）、搅拌时间（B）、泥炭覆土厚度（C）三因素为自变量，覆土后双孢蘑菇产量为响应值进行三因素三水平响应面试验。通过Desigh Expert 8.0.5软件对试验数据进行回归分析，得到泥炭覆土技术最优工艺参数。

1.3 覆土准备

泥炭购于吉林省，使用前取适量泥炭放置在烘箱中（105℃）烘干至恒重，测定其初始含水量并用pH计测定其初始pH值。由于泥炭偏酸性，泥炭覆土制作时需要添加石灰将pH调至7.5左右。将泥炭与石灰混合搅拌1 min，结合泥炭初始含水量，根据不同的含水量要求加入定量的水继续搅拌不同时间，得到不同含水量及搅拌时间的泥炭覆土。

1.4 出菇试验

出菇试验在上海市农业科学院食用菌研究所国家食用菌工程技术中心草腐菌生产基地进行。试验塑料栽培筐的内径长宽高为42.5 cm×30.5 cm×22 cm。将以麦草和鸡粪为主原料的培养料进行常规的一次发酵和二次发酵，二次发酵结束后，按照7‰的播种量将双孢蘑菇麦粒种与二次料混合均匀，填料至栽培筐，装料量为10 kg/筐，发菌16—17 d，待菌丝长满二次发酵料后，根据不同处理的覆土厚度要求进行覆土。每处理5个重复，在床架上随机排列，覆土后调节空气温度和循环风风量，控制料温在25—27℃，相对湿度在95%—98%。覆土后4—7 d喷水，使覆土含水量接近饱和含水量。

待菌丝长至覆土表面，将菇房空气温度逐渐降至16℃，增加通风，使CO2质量浓度降至1 200 mg/L以下，保持菇房相对湿度在90%左右，诱导子实体形成。监测并维持上述条件直至采收结束。每潮菇采收后及时清理床架上的菇根，适当补水，采收2潮，共14 d，记录各处理每潮菇产量并按照相关方法计算商品菇率［4］。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 覆土时泥炭含水量对双孢蘑菇产量的影响

覆土时泥炭含水量为70%时，双孢蘑菇每潮菇产量及两潮菇总产量均最低；含水量为55%、60%和65%时，两潮菇总产量无显著差异，约为1 400 g/筐，比覆土时泥炭含水量为70%的处理高58%。商品菇率随覆土时泥炭含水量的增加而增加，分别为61.8%、83.9%、87.3%和89.6%。结合商品菇率进行分析，泥炭覆土时的最优含水量为60%—65%，可以获得最高双孢蘑菇总产量及商品菇产量（图1）。

2.1.2 泥炭覆土搅拌时间对双孢蘑菇产量的影响

由图2可见，搅拌时间较短的处理（5—10 min），两潮菇总产量最高，约1 400 g/筐，且两潮菇产量比较均匀；搅拌时间超过20 min的覆土，两潮菇产量明显降低，约1 000—1 200 g/筐，且各潮菇产量分布不均匀，不利于双孢蘑菇工厂化生产。商品菇率随泥炭覆土搅拌时间的延长而增加。考虑到双孢蘑菇工厂化的实际需求，选择产量最高且两潮菇产量更为均匀的处理（10 min）为泥炭覆土最优搅拌时间。

图1 泥炭覆土时含水量对双孢蘑菇产量的影响Fig.1 Effects of water content of casing soil on A.bisporus yields

图2 泥炭覆土搅拌时间对双孢蘑菇产量的影响Fig.2 Effects of stirring tim e of casing soil on A.bisporus yields

2.1.3 泥炭覆土厚度对双孢蘑菇产量的影响

由图3可以看出，覆土厚度为5 cm时，双孢蘑菇两潮菇产量最高，比覆土厚度为3 cm、4 cm、6 cm的处理分别高23.3%、10.8%、24.4%。

2.2 响应面试验

2.2.1 参数优化

以泥炭覆土时含水量63%、搅拌时间10 min和覆土厚度5 cm为中心点，用响应面D-最优设计法进行三因素三水平优化，试验设计及结果见表1。

以双孢蘑菇产量Y为响应值，利用Design Expert

8.0.5软件进行回归拟合，得到预测值Y对编码自变量的回归方程：Y＝1 502.4－6.23A＋38.14B－ 0912C－68.2AB－4.43AC＋0.689BC－54.09A2－1249B2－121.5C2。

图3 泥炭覆土厚度对双孢蘑菇产量的影响Fig.3 Effects of casing soil thickness on A.bisporus yields

表1 响应面试验设计及结果Table 1 Design and results of response surface test

对所得结果进行方差分析，结果如表2所示。回归模型在P＜0.01水平上显著，回归模型中一次项B、二次项AB、B2、C2对Y值的影响显著。决定系数R2为0.9563，说明响应值的变化有95.63%来源于所选变量，模型拟合度好。变异系数为3.3%，说明试验操作可行。综上分析说明可以利用该模型对试验数据进行分析和预测。

以双孢蘑菇产量为响应值，利用软件及回归模型进行优化预测，得到泥炭覆土制作最优工艺参数为泥炭覆土含水量62.4%、搅拌时间11 min、覆土厚度5 cm。在最优工艺条件下，双孢蘑菇两潮菇预测产量最高值为1 507 g/筐。

表2 回归方程方差分析Table2 Variance analysis of regression equation

2.2.2 响应曲面分析

根据回归方程作出的等高线图及响应面分析见图4—6。可以看出，A（泥炭覆土含水量）、B（搅拌时间）之间的交互作用强于A（泥炭覆土含水量）、C（覆土厚度）之间的交互作用；A、C之间的交互作用强于B（搅拌时间）、C（覆土厚度）之间的交互作用。B（搅拌时间）对双孢蘑菇产量的影响最为显著，表现为曲面最陡、等高线最密集；其次是A（泥炭覆土含水量）和C（覆土厚度）。从响应面和等高线图可以看出，在所选范围内存在极值，即响应面的最高点。

当覆土厚度为5 cm时，搅拌时间和覆土含水量交互作用明显（图4）。含水量一定时，双孢蘑菇产量随搅拌时间呈先增加后下降的趋势；搅拌时间一定时，含水量对双孢蘑菇产量的影响不显著。由此可见，泥炭覆土搅拌时间是影响双孢蘑菇产量的重要因素。

图4 泥炭覆土含水量及搅拌时间对双孢蘑菇产量影响的响应面和等高线图Fig.4 Contour p lots and response surface of the effects of water content and stirring time of casing soil on A.bisporus yields

搅拌时间为10 min，覆土厚度为4.5—5.5 cm对双孢蘑菇产量影响不显著，覆土厚度大于5.5 cm或者小于4.5 cm，双孢蘑菇产量下降明显；覆土厚度一定时，含水量接近63%，双孢蘑菇产量最高（图5）。

图5 泥炭覆土含水量及覆土厚度对双孢蘑菇产量影响的响应面和等高线图Fig.5 Contour plots and response surface of the effects of water content and thickness of casing soil on A.bisporus yields

覆土含水量为63%时，覆土厚度及覆土搅拌时间对双孢蘑菇产量的影响见图6。等高线接近圆形，说明二者之间交互作用不明显。覆土厚度为4.5—5.5 cm、搅拌时间7—12.5 min，双孢蘑菇产量大于1 400 g/筐。

图6 泥炭覆土搅拌时间及覆土厚度对双孢蘑菇产量影响的响应面和等高线图Fig.6 Contour p lots and response surface of the effects of stirring tim e and thickness of casing soil on A.bisporus yield

2.2.3 验证试验

将优化后的泥炭覆土条件进行3次平行试验，得到双孢蘑菇两潮菇的平均产量为1 584 g/筐，与理论值相比，相对误差为5.1%，与预测的理论值相接近，验证了模型的有效性。因此，响应面法优化泥炭覆土制作工艺是可行的，回归方程能够比较真实地反映各筛选因素对双孢蘑菇产量的影响，具有实际应用价值。使用制作工艺优化后的泥炭覆土，在栽培面积为650 m2的现代化菇房中，双孢蘑菇三潮菇总产量为31.6 kg/m2，较优化前总产量增加8%，商品菇率增加30%，商品菇产量增加42.3%。

3 讨论

覆土是双孢蘑菇由营养生长转向生殖生长的必要条件，也是决定双孢蘑菇产量和质量的重要因素［9］。发达国家普遍采用泥炭和甜菜渣石灰的混合物作为覆土材料，是保证双孢蘑菇高产的条件之一。我国双孢蘑菇工厂使用的泥炭和石灰在原料来源上与发达国家有很大不同，对覆土原料特性及生产应用的研究鲜有报道。本研究表明，双孢蘑菇工厂化栽培中，泥炭覆土制作时合适的含水量、搅拌时间以及覆土厚度对双孢蘑菇产量及质量均有重要影响，其中覆土搅拌时间对双孢蘑菇产量影响最大。本课题组对此进行了相关研究，发现随搅拌时间的延长，覆土的通气孔隙度下降，容重增加。同时，发现通气孔隙度与双孢蘑菇产量高度正相关，与双孢蘑菇一潮菇子实体大小及商品菇率负相关；覆土容重与双孢蘑菇产量负相关，与双孢蘑菇一潮菇子实体大小及商品菇率正相关［10］，这可能与菌丝及子实体的呼吸生理以及覆土中微生物的作用有关。可以推断，在实际生产中，除搅拌时间之外，不同搅拌机械及搅拌方式也会影响覆土的物理结构进而影响双孢蘑菇的产量和质量。本研究为泥炭覆土技术的优化提供一种参考方法，对双孢蘑菇工厂化生产具有一定指导意义。

［1］BEWLEYW F.The cultivation ofmushrooms［M］.Rustington：Darlington Mushroom Laboratories Ltd.，1988：73-90.

［2］KALBERER P P.Water relations of themushroom culture Agaricus bisporus：Study of a single break［J］.Scientia horticulturae，1990，41（4）：277-283.

［3］HAYESW A，RANDLE P E，LAST F T.The nature of themicrobial stimulus affecting sporophore formation in Agaricus bisporus（Lange）Sing［J］.Annals of Applied Biology，1969，64（1）：177-187.

［4］王倩，田益华，朱燕华，等.泥炭覆土时的含水量对双孢蘑菇产量及质量的影响［J］.食用菌学报，2015，22（4）：44-48.

［5］VISSCHER H R.Structure ofmushroom casing soil and its influence on yield andmicroflora［J］.Netherlands JAgric Sci，1975，23（1）：36-47.

［6］RAINEY PB.A study of physical，chemical and biological properties of themushroom casing layer［D］.New Zealand：University of Canterbury，1985.

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［8］KALBERER P P.Influence of the depth of the casing layer on thewater extraction from casing soiland substrate by the sporophores，on the yield and on the dry matter content of the fruit bodies of the first three flushes of the cultivated mushroom，Agaricus bisporus［J］.Scientia Horticulturae，1985，27（1/2）：33-43.

［9］NOBLE R，GAZE R H.Properties of peat types and additives and their influence on mushroom yield and quality［J］.Mushroom Sci，1995，14：305-312.

［10］王倩，朱燕华，陈辉，等.泥炭覆土搅拌时间对覆土物理结构及双孢蘑菇产量和质量的影响［J］.中国农学通报，2017，33（10）：72-77.

（责任编辑：闫其涛）

Optim ization of peat casing soil preparation for Agaricus bisporus by response surfacemethodology

WANG Qian1，ZHU Yan-hua1，LIZheng-peng1，WANG Hong1，SONG Xiao-xia1，LI Jing2，HUANG Jian-chun1，CHEN Hui1
（1Institute of Edible Fungi，Shanghai Academy of Agricultural Sciences；Key Laboratory of Edible Fungi Resources and Utilization（South），Ministry of Agriculture，P.R.China；National Engineering Research Center of Edible Fungi，National R＆D Center for Edible Fungi Processing；Key Laboratory of Agricultural Genetics and Breeding of Shanghai，Shanghai201403，China；2China National Engineering Research Center Of JUNCAO Technology，Fuzhou 350002，China）

Taking the yield of Agaricus bisporus as the response value，response surface D-optimal design was used to optimize the water content（A），stirring time（B）and thickness（C）of peat casing soil for Agaricus bisporus（A15）.The results showed that among the 3 factors，B had themost significant effect on the yield of Agaricus bisporus，followed by A and C.The interaction between ABwas stronger than the interaction between AC and BC.The optimum conditions of peat casing soil for Agaricus bisporus were water content62.4%，mixing time 11 min，and covering thickness 5 cm.Under this condition，the total yield of Agaricus bisporus was1 584 g/tray.

Agaricus bisporus；Peat casing soil；Response surfacemethodology

S

：A

1000-3924（2017）02-071-06

10.15955j.issn1000-3924.2017.02.13

2016-03-23

上海市科技兴农推广项目［沪农科推字（2014）第2-2号］；福建省2011计划“福建省菌草生态产业协同创新中心”（K80DN8002）

王倩（1982—），女，硕士，助理研究员，主要从事双孢蘑菇工厂化栽培和生理生化研究。E-mail：wq-15309＠163.com