施用不同菌渣肥对小麦/玉米轮作系统土壤养分的影响

聂胜委，张巧萍，李向东，张玉亭，王二耀，康源春

（1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州 450002；2.河南省农业科学院小麦研究所，河南郑州 450002；3.河南省农业科学院畜牧兽医研究所，河南郑州 450002）

废弃的菌渣主要是木屑、棉籽壳、玉米芯及作物秸秆等食用菌分解吸收后残留的粗物质、食用菌代谢产物以及部分菌丝体[1-2]。据统计，我国平均每年产生的菌渣量超过400万t[3-5]，而利用率约为33%。这不仅造成了资源的极大浪费，而且容易滋生霉菌和害虫，增加空气中霉菌孢子和害虫数量，造成环境污染[6]。许多研究表明，废弃菌渣通过一定途径还田能提高土壤有机质、全氮、有效磷、有效钾含量，改善土壤团粒结构，降低土壤容重[7-9]，同时能够调节土壤酸碱性[8-9]，增加土壤微生物多样性[10]。此外，菌渣还可以作为矿井水污染土壤改良剂，改善土壤理化性质和提高小麦产量[11]。水稻田施用菌渣肥后，能有效提高土壤碱解氮、速效钾和有机质含量，改善水稻旗叶光合性能[12]，增加水稻有效分蘖数、穗数和产量[13-14]。也有研究表明，施用菌渣肥后对作物品质有一定改善效果[15-17]。说明菌渣作为栽培食用菌后的副产物，还有很多价值可以利用、研究和开发。菌渣废弃物还田能够提高土壤有效养分含量，这些研究多是集中在作物生长的单季或者某一个生育阶段，而菌渣肥还田对土壤养分的影响是长期的，同时依据农业生产需要研究不同配比的菌渣肥对土壤养分的影响鲜有报道。

本研究从不同配比的菌渣有机肥及施用量方面着手，探讨和分析施用菌渣肥后对小麦、玉米轮作系统土壤养分影响，旨在为拓展食用菌废弃菌渣利用的方法、途径和思路，制定合理的施肥技术，减轻对环境的危害提供借鉴。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于河南省农业科学院现代农业科技（原阳）试验示范基地（34°47′N，113°40′E），气候类型为暖温带季风气候，四季分明，年平均气温为14.4℃，＞10℃积温约5169℃。7月最热，平均为27.3℃；1月最冷，平均0.2℃；年平均降雨量645mm，无霜期224d，年平均蒸发量1450mm，年日照时间约2400h。土壤类型为潮土，pH值为8.3，土壤有机质（SOM）78.2 mg/kg，全氮 0.74 g/kg，有效磷（Olsen-P）25.6mg/kg，有效钾（K）98.2 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，4种由不同体积比配制的菌渣肥，分别为JZA（纯菌渣）、JZB（菌渣∶牛粪＝1∶2）、JZC（菌渣∶牛粪＝1∶1）、JZD（菌渣∶牛粪＝2∶1）；3 个施用量水平，分别为 JZ1（3 000 kg/hm2），JZ2（6 000 kg/hm2），JZ3（9 000 kg/hm2）；同时以不施菌渣肥处理（CK-JZ0）作为对照，共13个处理，重复3次，共计39个小区，小区面积为5 m×8 m。小麦种植季田间作业顺序为：将上季玉米的秸秆全部粉碎还田，各小区施入对应量的菌渣肥，然后进行犁翻耕，犁深度为20 cm左右，旋耕2遍，最后打埂播种。分别于2012，2013年的10月中旬播种，次年的6月上旬收获；小麦季各个处理除菌渣肥施用量不同外，其他品种、化肥使用以及田间管理等均保持一致。

小麦机械收获后，贴茬种植夏玉米。试验选用的玉米品种为郑单958，分别于2013，2014年6月中旬播种，机播耧播种，宽窄行种植，宽行距80 cm，窄行距40 cm，株距29 cm，密度为6.3万株/hm2；氮肥为尿素（CO（NH2）2），施纯氮 188 kg/hm2，基肥、追肥比为 3∶7；磷肥为磷酸二氢钙（Ca（H2PO4）2），施磷肥（P2O5）94 kg/hm2；钾肥为硫酸钾（K2SO4），施钾肥（K2O）94 kg/hm2，磷、钾肥作底肥一次性施入。于当年9月下旬收获，各个小区实收测产，玉米生育期内各个小区田间管理一致。

1.3 测定项目及方法

2012—2014年，分别在菌渣肥施用后当季小麦成熟期（2013年6月）、菌渣肥施用后下季玉米成熟期（2013年10月）、连续施用菌渣肥后当季小麦成熟期（2014年6月）、连续施用菌渣肥用后下季玉米成熟期（2014年10月）采集耕层0～20 cm土壤样品，分析测定土壤全氮、速效氮、速效磷、速效钾、有机质等养分含量，小麦小区实收4 m2计算产量，玉米小区实收2行计算产量。

1.4 数据分析

数据采用Excel 2003，DPS 7.05等软件进行整理分析。

2 结果与分析

2.1 施用不同菌渣有机肥后小麦/玉米轮作系统耕层土壤氮含量的变化

菌渣肥施用后当季小麦成熟期（2013年6月），所有处理之间耕层土壤全氮含量差异不显著（P≥0.05）；仅JZA-JZ3处理全氮含量高于CK-JZ0处理。在玉米成熟期（2013年10月），所有菌渣肥处理耕层土壤全氮含量与CK-JZ0相比均存在一定差异，但是未达到显著水平；与CK-JZ0（0.58 g/kg）相比，JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZC-JZ2 处理的全氮含量较低，其他处理则较高；菌渣肥处理之间，JZA-JZ1，JZB-JZ3，JZD-JZ3，JZB-JZ2 处理的耕层土壤全氮含量较高，其中，JZA-JZ1 处理最高（0.69 g/kg），显著高于 JZB-JZ1（0.53 g/kg）和 JZC-JZ2（0.56 g/kg）处理；菌渣肥用量为9 000 kg/hm2时，玉米成熟期土壤全氮含量较高（表1）。

由表1可知，菌渣肥连续施用后第2年小麦成熟期（2014年6月），所有菌渣肥处理的土壤速效氮含量均高于 CK-JZ0（69.58 mg/kg），其中，JZD-JZ1（107.16 mg/kg），JZD-JZ2（101.59 mg/kg）处理显著高于CK-JZ0；施用菌渣肥的各处理之间土壤速效氮含量差异不显著。在玉米成熟期（2014年10月），除JZD-JZ2（57.06 mg/kg）处理外，其他菌渣肥处理的土壤速效氮含量均高于CK-JZ0（64.02 mg/kg），其中，JZC-JZ2（93.24 mg/kg），JZA-JZ3（111.33 mg/kg），JZB-JZ3（89.07 mg/kg），JZC-JZ3（94.63 mg/kg）处理显著高于CK-JZ0。

表1 施用不同菌渣肥后土壤氮含量的变化

2.2 施用不同菌渣有机肥后小麦/玉米轮作系统耕 层土壤磷含量的变化

表2 施用不同菌渣肥后土壤速效磷含量的变化 mg/kg

从表2可以看出，菌渣肥施用后当季小麦成熟期，JZD-JZ1（32.99 mg/kg），JZC-JZ2（30.05 mg/kg），JZD-JZ2（33.58 mg/kg）处理的速效磷含量高于CK-JZ0（26.64 mg/kg），其他处理则低于 CK-JZ0；施用菌渣肥的各处理之间，JZB-JZ1（14.47 mg/kg），JZB-JZ2（17.78 mg/kg），JZC-JZ3（16.17 mg/kg）处理较低，显著低于JZD-JZ1，JZD-JZ2处理。在玉米成熟期，JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZC-JZ2 处理的土壤速效磷含量低于CK-JZ0（20.43 mg/kg），但是差异不显著；其他处理的含量则高于CK-JZ0，其中，JZC-JZ3（44.51 mg/kg）处理最高，显著高于对照；菌渣肥各处理之间，JZC-JZ3处理显著高于 JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZC-JZ2处理。

菌渣肥连续施用后第2年小麦成熟期，仅JZA-JZ1（12.03 mg/kg）处理土壤速效磷含量低于CK-JZ0（16.73 mg/kg），其他处理则高于 CK-JZ0，其中，JZB-JZ3，JZD-JZ3 处理显著高于 CK-JZ0，分别为46.10，53.93 mg/kg；菌渣肥各处理间，JZB-JZ3，JZD-JZ3处理土壤速效磷含量显著高于JZA-JZ1，JZB-JZ1，JZC-JZ1，JZD-JZ1，JZA-JZ3。在玉米成熟期，施用菌渣肥处理的土壤速效磷含量均高于CK-JZ0 处理（13.43mg/kg），其中，JZC-JZ2，JZB-JZ3，JZC-JZ3显著高于 CK-JZ0，分别为 39.40，33.80，63.93 mg/kg；菌渣肥处理之间，JZC-JZ3最高，显著高于其他菌渣肥处理，JZC-JZ2次之，显著高于JZAJZ1，JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZD-JZ2，JZD-JZ3 处理。

2.3 施用不同菌渣有机肥后小麦/玉米轮作系统耕层土壤钾含量的变化

由表3可知，菌渣肥施用后当季小麦成熟期，菌渣肥处理的耕层土壤速效钾含量均低于CK-JZ0（234.53 mg/kg），其中，JZB-JZ1（118.69 mg/kg），JZBJZ2（130.47mg/kg）达到显著水平；菌渣肥处理间，JZAJZ1，JZD-JZ1，JZC-JZ3处理的土壤速效钾含量较高，JZD-JZ1（224.71mg/kg）处理显著高于 JZB-JZ1处理。玉米成熟期，与 CK-JZ0（116.29 mg/kg）相比，仅JZB-JZ1，JZD-JZ1处理的土壤速效钾含量较低，其他处理则高于 CK-JZ0，JZB-JZ3 （177.32 mg/kg），JZD-JZ3（186.57 mg/kg）处理显著高于 CK-JZ0。菌渣肥各处理之间，JZB-JZ3，JZC-JZ3，JZD-JZ3 处理的速效钾含量较高，显著高于JZB-JZ1处理，JZB-JZ3，JZD-JZ3处理显著高于JZD-JZ1。

菌渣肥连续施用后第2年小麦成熟期，与CKJZ0（200.13 mg/kg）相比，JZA-JZ1，JZA-JZ2，JZAJZ3，JZC-JZ3处理的土壤速效钾含量较低，其他处理较高；菌渣肥各处理中，JZD-JZ3（279.25 mg/kg）处理的最高，JZA-JZ3（153.59 mg/kg）处理最低；JZC-JZ3 处理显著高于 JZA-JZ1，JZB-JZ1，JZC-JZ1，JZA-JZ2，JZD-JZ2，JZA-JZ3，JZC-JZ3 处理。在玉米成熟期，JZC-JZ1，JZA-JZ2，JZA-JZ3，JZB-JZ3，JZCJZ3，JZD-JZ3处理的土壤速效钾含量高于CK-JZ0（186.72 mg/kg），分别为 223.46，186.79，225.42，225.17，217.34，201.73 mg/kg；而 JZA-JZ1，JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZB-JZ2，JZC-JZ2，JZD-JZ2 处理低于 CKJZ0，分别为 168.61，175.00，158.07，175.87，185.42，124.38 mg/kg，其中，JZD-JZ2显著低于JZC-JZ1，JZA-JZ3，JZB-JZ3，JZC-JZ3 处理。

表3 施用不同菌渣肥后土壤速效钾含量的变化 mg/kg

2.4 施用不同菌渣有机肥后小麦/玉米轮作系统耕层土壤有机质含量的变化

从表4可以看出，菌渣肥施用后当季小麦成熟期，所有菌渣肥处理的土壤有机质含量均低于CK-JZ0（1.19%），其中，JZB-JZ1，JZA-JZ2，JZB-JZ2，JZC-JZ2，JZC-JZ3显著低于CK-JZ0，分别为0.80%，0.81%，0.83%，0.85%，0.85%；菌渣肥各处理间，JZB-JZ1处理最低，显著低于JZD-JZ1，JZA-JZ3，JZB-JZ3处理。在玉米成熟期，与CK-JZ0（0.83%）相比，除JZB-JZ1，JZB-JZ3处理外，其他处理土壤有机质含量则高于 CK-JZ0，其中，JZD-JZ2（0.99%），JZD-JZ3（1.13%）处理显著高于 CK-JZ0；菌渣肥各处理间，JZD-JZ3处理显著高于JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZA-JZ2，JZB-JZ2，JZC-JZ2，JZB-JZ3 处理，JZD-JZ2处理显著高于JZB-JZ3处理。

菌渣肥连续施用后第2年小麦成熟期，施菌渣肥处理的土壤有机质含量均高于CK-JZ0（0.88%），其中，JZD-JZ2（1.36%），JZD-JZ3（1.43%）处理显著高于对照、JZB-JZ1和JZC-JZ1处理。在玉米成熟期，除 JZC-JZ1，JZD-JZ1，JZC-JZ3 处理的有机质含量低于CK-JZ0（1.01%）外，其他处理均高于CK-JZ0；菌渣肥处理间中，JZC-JZ2（1.27%）处理有机质含量最高，显著高于JZC-JZ1，JZD-JZ1，JZC-JZ3处理。

2.5 施用不同菌渣有机肥后小麦/玉米轮作系统产量及养分的相关性分析

讨论不同菌渣肥对小麦、玉米轮作系统土壤养分的影响，首先要考虑菌渣肥施用后轮作系统生产力的变化。由表5可知，2013年，小麦季，与CKJZ0（4 922.5 kg/hm2）相比，JZA-JZ2，JZA-JZ3，JZBJZ3，JZC-JZ3，JZD-JZ3 处理小麦产量均较高，其中，JZC-JZ3（6116.4 kg/hm2）处理显著高于 CK-JZ0。玉米季，JZA-JZ3，JZB-JZ3，JZC-JZ3，JZB-JZ2 处理的玉米产量高于CK-JZ0（10 176.8 kg/hm2），而其他处理的玉米产量则低于CK-JZ0，其中，JZB-JZ3（11 613.5 kg/hm2）处理的玉米产量最高，JZD-JZ2处理的最低（7 312.3 kg/hm2）。综合全年轮作系统的产量来看，JZB-JZ2，JZA-JZ3，JZB-JZ3，JZC-JZ3 生产力较高，均超过了CK-JZ0（15 099.21 kg/hm2）。2014年，小麦季，与 CK-JZ0相比，JZA-JZ1，JZAJZ2，JZB-JZ2，JZC-JZ2，JZB-JZ3，JZC-JZ3 处理产量较高，分别达到 9 734.9，10 021.7，9 838.3，9 811.6，10 628.6，10 206.8 kg/hm2，其他处理的小麦产量比较低。玉米季，JZA-JZ1，JZB-JZ1，JZD-JZ1，JZA-JZ2，JZA-JZ3，JZB-JZ3，JZC-JZ3，JZD-JZ3 处理的产量则高于 CK-JZ0（8 739.4 kg/hm2），其中，JZA-JZ1（10 348.2 kg/hm2），JZA-JZ3（10 485.2 kg/hm2）处 理的产量显著高于CK-JZ0。综合轮作系统全年的生产 力 分 析 ，JZA-JZ1，JZA-JZ2，JZB-JZ2，JZC-JZ2，JZA-JZ3，JZB-JZ3，JZC-JZ3 处理的总生产能力超过了 CK-JZ0（18 235.8 kg/hm2）。

前人研究表明，菌渣还田能够提高作物（小麦、玉米）产量[10-12]，从本研究2 a的结果来看，不同配比的菌渣肥和施用量以及施用年限对作物的产量影响不同，首先是施用量，施用量为9 000 kg/hm2时，作物生产力以及轮作系统生产力可持续性最强。其次是配比的问题，JZB（菌渣∶牛粪＝1∶2）、JZC（菌渣∶牛粪＝1∶1）配比的菌渣肥施用效果最好，2年4季均优于对照。此外，随着施用年限的增加，菌渣肥施用量为 6 000 kg/hm2时，JZA（纯菌渣）、JZB（菌渣∶牛粪＝1∶2）、JZC（菌渣∶牛粪＝1∶1）配比的菌渣肥对整个轮作系统的增产趋势开始显现。这与单个研究施用菌渣肥及后效对当季小麦[17]和下茬玉米产量[18]的影响来比较，所得结论更为客观和全面。因此，本研究中土壤养分变化的结论应考虑作物生产力情况整体。

土壤养分对作物产量起着决定性作用，以往的研究认为，小麦、玉米的籽粒产量与土壤有机质、全氮、速效氮、速效钾、有效磷均呈极显著的正相关[19]。本研究发现，不同配比的菌渣肥施用后，改变了土壤的养分状况，小麦籽粒产量与土壤中磷、钾、有机质含量呈显著或极显著的正相关，相关系数分别为0.40，0.55，0.59；与土壤氮（r＝0.33）则呈正相关性。玉米籽粒产量则与土壤磷（r＝0.26）、钾（r＝0.07）呈正相关，与土壤氮（r＝－0.14）、有机质（r＝－0.17）则呈一定的负相关（图1）。说明在本研究的条件下，菌渣肥施用的当季，土壤养分状况对小麦产量的影响依然起着重要作用，但是与土壤氮（r＝0.33）的正相关性在减弱；到玉米季，经过长达9个月土壤生理生化过程后，对玉米产量的影响相对越来越弱，仅有土壤磷、钾保持正相关性，而土壤氮、有机质则呈负的相关性，说明施用菌渣肥后对土壤氮和有机质影响较大。土壤各养分之间的协同互作效应，小麦季耕层土壤各养分之间均呈正相关，而且N-K，N-SOM，P-K，P-SOM，K-SOM养分之间呈显著或极显著水平。玉米季，除P-SOM外，其他各养分之间均呈现出正的相关性，多数达到显著或极显著水平（图2）；而耕层土壤磷与有机质没有相关性，这可能是由于菌渣肥施入后，大大提高了土壤有机质的含量，打破了土壤“库”中原有的磷与有机质的某种平衡关系。

3 结论

本研究初步得出，与不施菌渣肥相比，在菌渣肥施用量为3 000 kg/hm2或6 000 kg/hm2时，施用JZA（纯菌渣）、JZB（菌渣∶牛粪＝1∶2）、JZC（菌渣∶牛粪＝1∶1）、JZD（菌渣∶牛粪＝2∶1）配比的菌渣肥对小麦/玉米轮作系统中当季小麦成熟期耕层土壤全氮、速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量影响均较小；随着施用次数和时间的增加，对耕层土壤养分均有一定影响，但是没有明显的规律性。

菌渣肥施用量为9 000 kg/hm2时，JZB（菌渣∶牛粪＝1∶2）、JZC（菌渣∶牛粪＝1∶1）菌渣肥均对小麦/玉米轮作系统中当季小麦成熟期土壤全氮含量影响较小，能提高玉米季成熟期土壤全氮含量；降低当季小麦成熟期耕层土壤速效磷、速效钾含量，提高下茬玉米成熟期土壤速效磷速效钾含量；降低对小麦成熟期耕层土壤有机质含量，改善或提高玉米成熟期耕层土壤有机质含量；随着施用次数和时间的增加，施用菌渣肥能显著提高小麦、玉米成熟期土壤速效氮含量（P≤0.05），土壤速效钾含量增加趋势变强，能够大幅度提高小麦、玉米成熟期土壤速效磷含量（P≤0.05）；能够明显提高或改善小麦成熟期耕层土壤有机质含量。同时均能获得较高的籽粒产量和系统总生产力，可持续性效果最好。

本研究初步得出，施用菌渣肥后减弱了小麦产量与土壤氮的相关性；玉米产量则与土壤磷（r＝0.26）、钾（r＝0.07）呈正相关，与土壤氮（r＝-0.14）、有机质（r＝-0.17）则呈一定的负相关性。小麦季，土壤各养分之间呈现正的相关性，N-K，N-SOM，P-K，P-SOM，K-SOM养分之间呈显著或极显著的正相关。玉米季，除P-SOM没有相关性外，其他各养分之间呈正的相关性，其中，N-P，N-K，N-SOM，K-SOM养分之间呈显著或极显著的正相关性，相关系数（r）分别为 0.38，0.81，0.54，0.50。

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