不同林下栽培方式对灵芝生长和培养料碳素转化的影响

林怡 叶菁 陈华 刘明香 王义祥

摘  要  通过设置露天（T1）和遮阴（T2）两种林下栽培灵芝试验，研究分析不同林下栽培方式对灵芝子实体产量、绝对生物学效率、主要活性成分以及培养料碳素转化的影响，并监测子实体发育阶段CO2排放通量的变化。结果表明：与T1栽培方式相比，T2栽培方式灵芝的子实体产量和绝对生物学效率平均高出36.76%，总三萜酸含量平均高出17.67%，而多糖含量平均低25.30%，并且其间的差异达显著性水平。同时，T2处理的灵芝子实体碳素转化率平均高出48.56%，碳素损失率平均高出28.96%，菌渣残留率平均低25.62%。在子实体发育阶段T2栽培方式下CO2平均排放通量平均高出46.23%，与环境空气湿度呈显著负相关，其相关系数为0.24。

关键词  灵芝;露天/遮阴;产量;碳素转化;CO2排放通量

中图分类号  R282.2      文献标识码  A

灵芝[Ganoderma lucidum （Lesyss ex Fr.） Karst]属担子菌亚门多孔菌目灵芝菌科灵芝属真菌，素有“林中灵”“仙草”之称[1]，在中国作为传统中药有悠久的历史，是中国食（药）用菌研究领域的热点之一[2]。据统计，2015年我国灵芝栽培面积约达到1万hm2灵芝及孢子粉产值达到16亿美元，成为世界上灵芝的主要生产和出口国[3]，并且市场对其产量和质量的需求逐年提高，现有的人工栽培规模和传统的灵芝栽培模式亟需加强提升，模拟天然菌类的生活习性和生长发育条件等的仿野生栽培技术在近年来得到了大力研究和推广[4]。据王灿琴等[5]、张舒峰等[6]、覃晓娟等[7]对野生、大棚与仿野生栽培灵芝的研究结果表明，在同一栽培原料及管理模式下，林下仿野生栽培的生长环境更贴近于灵芝生长条件，各阶段生长周期长于大棚栽培，在产量、生物学转化率、子实体大小及多糖、总灵芝酸含量等方面均优于野生灵芝和大棚栽培灵芝。同时，可以提高林下空間利用率，增强土壤肥力，提高林木速生，促进林业发展，真正实现了“以林养菌，以菌促林”[8-9]。

由于灵芝生长对光、温、水、气的要求较为苛刻，出芝要有相对稳定的阴凉、潮湿、通风环境[10]。常规大棚栽培掌控容易出现矛盾，在南方多雨高湿高热林下地区，林下仿野生栽培受自然气候影响较大[11]，容易出现产量不稳定、子实体品质难以控制、灵芝物质转化效率低、栽培效益降低，从而引起高品质的灵芝货源不足等问题，严重阻碍我国灵芝产业的绿色发展[12-14]。此外，同大多数食用菌一样，林下仿野生栽培灵芝存在物质转化率较低、CO2排放量大等问题[15]。碳素物质是食用菌生长代谢的营养物质，同时通过微生物的呼吸作用产生损失。在食用菌生长过程中，目前关于光照、温度、湿度等环境因素对食用菌生长发育的影响研究较多[16]，而对食用菌生长过程中碳素物质转化规律的研究少见报道。本研究通过对灵芝林下仿野生栽培过程中CO2排放状况、碳素转化效率、培养料物质转换等方面的研究，为林下灵芝仿野生栽培高产量、高物质转化效率研究提供科学依据，对促进灵芝乃至食用菌产业的可持续发展和节能减排，实现林区生态、经济和社会的可持续发展具有重要的意义。

1  材料与方法

1.1  材料

1.1.1  供试菌种   供试菌种为赤芝，来源于福建省建阳崇雒乡美地食用菌专业合作社。

1.1.2  灵芝栽培基质配方  茶梗35%、杂木屑45%、五节芒粉10%、麦麸8%、红糖1%、石膏粉0.9%、过磷酸钙0.1%，含水率60.15%，pH 6.10，有机碳含量49.50%。

1.2  方法

1.2.1  试验设计  试验于2015年4—8月在福建省农业科学院福州试验基地，选取的林分类型为杂木林。试验共设置林下露天（T1）和林下遮阴（T2）2种栽培方式，其中林下遮阴方式采用高度1 m拱形棚，上面覆盖遮阴网，每个处理重复3个小区，小区面积2 m×10 m，每个小区100筒。2015年4月15日分别在每个小区内放置发满丝的灵芝菌棒，菌棒大小为18 cm×26 cm，菌棒平均干重为654.00 g/袋。栽培时每个菌棒间隔约5 cm，覆土2～3 cm。灵芝出菇阶段温度25.59～31.45 ℃，空气湿度72.10%～96.06%。日常根据湿度情况对灵芝进行喷水保湿，不采取其他管理措施。

1.2.2  样品采集  在试验初期和灵芝采收后（第107 d）分别采集栽培基质样品，每个处理小区随机采集3个菌袋，分别称重测定菌渣重量。采用四分法采集样品65 ℃烘干测定含水量，烘干样粉碎后用于有机碳含量的测定。灵芝菌棒覆土后第28天菇蕾形成，待灵芝菌盖边缘浅白色消失，表面色泽一致，大量褐色孢子粉飞散，于第107天灵芝成熟后一次性采收。采收后的灵芝即刻测量其鲜重，后切片放置于烘箱在65 ℃下烘至恒重，测量其干重。

1.2.3  测定内容与方法  灵芝子实体多糖含量采用蒽酮-硫酸比色法测定，总三萜酸含量采用香草醛-高氯酸比色法测定[17]。总有机碳含量采用重铬酸钾外加热法测定[18]。

CO2排放通量利用Li-8100土壤碳通量测定系统测定。分别于在每个小区内随机选取3个样点测定CO2排放通量，同时以没有种植灵芝的林下土壤作为空白对照（CK）。测定前5 d利用PVC材料插入栽培基质畦床并将圈压实，然后每隔5 d测定培养料CO2排放通量。

1.3  数据处理

实验数据使用SPSS 18.0和Microsoft Excel 2007软件进行分析和图表制作。

2  结果与分析

2.1  不同栽培方式对灵芝生长的影响

2.1.1  子实体产量和绝对生物学效率  由图1和图2可知， T1和T2栽培方式的灵芝产量（鲜重）平均分别为81.35、112.62 g/袋，差异达到显著性水平（p<0.05）;T2栽培方式的绝对生物学效率比T1栽培方式平均高出36.76%，二者的差异达显著性水平（p<0.05）。

2.1.2  子实体活性成分  灵芝多糖和灵芝总三萜酸是灵芝的次生代谢产物，是灵芝重要的化学和药效成分[19]。根据2015年版《中国药典》规定，灵芝多糖含量不得低于0.9%，灵芝总三萜酸含量不得低于0.5%。图3显示，T1和T2两种栽培方式下，灵芝多糖含量平均分别超出药典标准52.22%和13.33%，其中T1栽培方式与药典规定间的差异达到显著水平（p<0.05）;2种栽培方式的灵芝总三萜酸含量平均分别超出药典标准78.00%和108.00%，差异均达到显著水平（p<0.05）。T2栽培方式的灵芝多糖含量平均比T1栽培方式低25.30%，灵芝总三萜酸则平均比T1栽培方式高出17.67%，差异均达到显著水平（p<0.05）。

2.2  不同栽培方式对培养料物质转化的影响

2.2.1  干物质转化  由表1和图2可知，T1、T2栽培方式的干物质转化率平均分别为5.20%、7.11%;T2栽培方式的基物失重、呼吸消耗较T1栽培方式平均分别高30.13%、29.26%，二者栽培方式间差异达到显著水平（p<0.05）。

2.2.2  碳素转化  经测定，每袋灵芝培养基质平均含碳量为323.73 g，培养基质碳消耗主要有转移到子实体、残留在菌渣中以及因呼吸作用而损耗等3个途径[20]。由表2可知，经过107 d的生长过程，T1栽培方式下，碳素降解率平均为45.32%，其中4.51%的有机碳转化到子实体中，54.68%残留在菌渣中，40.81%以呼吸的形式逃逸到大气中;T2栽培方式下，碳素降解率平均为59.32%，其中6.70%的有机碳转化到子实体中，40.67%残留在菌渣中，52.63%以呼吸的形式逃逸到大气中。较之T1栽培方式，T2栽培方式的子实体碳素转化率、碳素损失率平均分别高出48.56%、28.96%，菌渣碳素残留率平均低25.62%，各项指标的差异均达到显著水平（p<0.05）。

2.3  不同栽培方式对CO2排放通量的影响

通过在子实体发育过程中对CO2排放通量的定位监测，由图4可知，不含灵芝的情况下，同一时期2种栽培方式和CK处理CO2排放通量间的差异均达到显著性水平（p<0.05）。整个观测期间T1栽培方式的CO2排放通量介于4.21～9.48 μmol/ （m2?s），平均排放通量为7.75 μmol/（m2?s），在第74天和第84天下降，第94天又上升，其随时间的变化规律与CK处理基本一致。T2栽培方式的CO2排放通量介于6.65～12.30 μmol/（m2?s），平均排放通量为9.58 μmol/（m2?s），其随时间变化总体呈上升的趋势。

图5显示，与无芝条件下相比，在包含灵芝的测定条件下T1、T2处理各阶段的CO2排放通量趋势呈现不同的变化趋势。T1、T2处理CO2排放通量变化趋势与生产系统内的灵芝CO2排放通量变化趋势基本一致，但T1生产系统的CO2排放通量阶段性变化趋势较T2处理平缓。T1生产系统的CO2排放通量介于12.34～18.66 μmol/ （m2?s），平均排放通量为15.90 μmol/（m2?s），T2生产系统的排放通量介于15.50～30.91 μmol/（m2?s），平均排放通量为23.25 μmol/（m2?s），T2栽培方式比T1栽培方式平均高46.23%，两者间的差异达显著性水平（p<0.05）。就灵芝的CO2排放通量而言，除第84天外，T1处理灵芝的CO2排放通量均低于T2处理，其间的差异达到显著性水平（p<0.05）。

2.4  CO2排放通量、环境因子间的相关分析

由图6可见，T1处理空气湿度与CK处理变化规律基本一致。相对T1处理，T2处理空气湿度呈现出较大波动。由表3可知，空气温度与空气湿度呈极显著负相关关系（p<0.01），与土壤温度呈极显著正相关关系（p<0.01）;空气湿度与土壤温度呈显著负相关关系（p<0.05）。CO2排放通量变化与空气湿度呈显著负相关关系（p<0.05），而其与空气温度、土壤温度无显著相关性（p>0.05）。

3  讨论

3.1  不同栽培方式对子实体产量和品质的影响

在灵芝生长过程中，光、温、水、气等环境因子对其产量、生物学效率和品质的影响至关重要[21]。菇蕾生长阶段（温度：25 ℃左右，湿度：85%～90%）和子实体生长期间（温度：24～28 ℃，湿度：90%～95%）要求的适宜温度和湿度不同[22]。

本研究结果表明，在林下仿野生栽培灵芝种植过程中，T2栽培方式下灵芝的子实体产量、绝对生物学效率显著高于未遮阴处理。分析可能在灵芝子实体发育阶段，通过遮阴设施，更有利于形成适宜于灵芝生长的环境。已有研究认为，在灵芝子实体发育过程中，中等强度的光照有利于促进子实体的生长发育和总三萜酸、多糖成分的合成，半阴条件下灵芝的总三萜酸、多糖含量皆高于全

阴条件[23-25]。而黄璐琪[26]的研究结果则表明较弱光照条件下更有利于灵芝三萜类物质的积累。因此，遮阴栽培方式下灵芝的总三萜酸含量显著高于未遮阴处理。在林下仿野生栽培灵芝过程中需要兼顾其生长和次生长物积累的平衡，本研究认为在林下灵芝仿野生栽培生产过程中，采取合理的遮阴密度对灵芝生长的环境因子能够起到一定的调控作用，使之更有利于灵芝的生长和品质的提升。灵芝的产量和品质是决定灵芝产业效益的两个主要因素。灵芝各阶段的生长期延长，有利于子实体产量的提高，品质的提升以及有效成分含量的增加[5]，因此，林下灵芝仿野生栽培研究中，对光照、温度、湿度等环境因素的调控以及遮陰设施的合理改造的深入探讨，有益于提高林下灵芝仿野生栽培行业的经济和生态效益。

3.2  不同栽培方式对碳素转化效率的影响

碳素物质是食用菌生长过程中不可缺少的营养源和关键能量[27]。在灵芝生长过程中，灵芝菌体、微生物的呼吸消耗是培养料碳损失的主要途径[28]。已有研究认为培养料中仅有5%～7%的碳素会转移到子实体当中，大部分的碳素是以呼吸消耗的形式损失[29]，特别是碳素物质，主要以CO2的形式排放到环境中。本研究结果表明，T1、T2两种栽培方式碳素转化率分别平均为4.51%、6.67%，碳素损失率分别平均达40.81%、52.63%。杨佩玉等[30]研究认为，温度的高低可能是影响碳素转化分解的原因之一，短时间内温度的快速提高有利于培养料中有机碳、粗纤维的分解转化。本研究结果也显示，在灵芝子实体发育阶段，T2栽培方式下空气温度和土壤温度平均高于T1处理，T2栽培方式下的灵芝子實体碳素转化率较T1栽培方式高47.23%，其碳损失率也提高29.01%。实际上，在灵芝栽培过程中，碳源、氮源、碳氮比等营养条件和光照、温度、湿度、CO2浓度等环境条件是影响碳素转化的各种因素，控制碳素转化和降低碳损失率需要通过各因子之间的相互作用来实现[31]。

3.3  不同栽培方式对CO2排放通量的影响

食用菌栽培过程中产生的CO2主要来源于菌体的呼吸作用和培养料的分解，前者占较大比例[20]。本研究结果表明，来自灵芝菌体呼吸作用的CO2排放量平均占总CO2排放量的48.97%～ 58.41%，来自培养料分解的平均为41.59%～ 51.03%，其中T1处理CO2排放以来源于菌体的呼吸作用占较大比例，而T2处理以来源于培养料的分解占较大比例。通常，CO2排放通量提高，碳损失率也相应增加。T2处理平均CO2排放通量高于T1处理46.23%，这与T2处理碳损失率高于T1处理的结果相一致。温度和湿度是影响食用菌生长发育的主要环境因素。相关分析表明，灵芝子实体生长发育过程中CO2排放通量与空气湿度呈显著负相关关系，说明遮阴改变了空气湿度，是导致其CO2排放通量增加的重要因素之一。此外，光照也是食用菌生长发育过程中一个不可忽略的因素，光照不仅在食用菌菌丝体由营养生长转入生殖生长的阶段起作用，对子实体的生长也有明显的作用[32]。吴惧等[33]研究表明，灵芝子实体生长虽然需要光强，但强光对其生长不利。袁学军等[34]研究也表明，相对全阳和全荫，半荫条件下灵芝中三萜类活性物质含量最高。本研究表明，T2处理源自灵芝菌体呼吸作用的CO2排放通量亦显著高于T1处理，遮阴减弱了强光直射，也是影响灵芝生长过程中CO2排放的重用因素。

4  结论

不同林下栽培方式下，受光照、温度、湿度等环境因子的影响，T2栽培方式下灵芝子实体产量（干重）、生物学效率比T1栽培方式平均分别高36.76%、36.73%，其主要活性成分灵芝总三萜酸含量比T1栽培方式平均高16.85%，灵芝多糖比T1栽培方式平均低25.55%。

在灵芝子实体生长发育过程中，碳素主要以呼吸消耗的形式损失。遮阴条件下灵芝生长过程中平均CO2排放通量比未遮阴处理提高46.23%，碳损失增加29.01%，CO2排放通量与空气湿度呈显著的负相关关系，遮阴改变了空气湿度，是导致CO2排放通量增加的重要因素。

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