适合以水稻秸秆为栽培基质主要成分的平菇菌株筛选及配方优化

2020-12-10刘天海苗人云彭卫红黄忠乾甘炳成

西南农业学报 2020年8期

刘天海，苗人云，彭卫红，黄忠乾，甘炳成，谭昊,3*

(1.四川省农业科学院土壤肥料研究所/四川省农业科学院食用菌研究中心，四川成都 610066；2.农业部西南区域农业微生物资源利用科学观测实验站，四川成都 610066；3.江南大学生物工程学院，江苏无锡 214062)

【研究意义】水稻是四川主要栽培作物之一，常年栽培面积基本保持在20 000 km2，折合秸秆产量约12 636 kt，秸秆产量巨大。由于就地焚烧不仅污染环境，还造成农业资源浪费，农户普遍采用直接还田的方式处理秸秆。近年来，有研究表明长期将秸秆直接全量还田会导致大量未腐解的有机物质在土壤中积聚，给农田生态系统造成负担，甚至可能对农田生态平衡造成严重破坏[1]。因此，寻找高效利用秸秆基质的方式迫在眉睫。有研究显示，平菇对秸秆等有机质具有很强的分解和转化能力[2]，是我国栽培数量较大和食用人群广泛的食用菌之一，属于真菌门、担子菌亚门、层菌纲、伞菌目、侧耳科、侧耳属[3-4]，又称侧耳、糙皮侧耳。近年来，平菇主要栽培原料棉籽壳价格上涨幅度较大，最高可达2600元/t[5]，仅福建古田进口棉籽壳可达17.7 kt，境外备案加工企业有5家之多[6]，随着贸易战的打响，原材料进口压力增大，可能进一步加大栽培成本，影响平菇产业的发展。因此，研究使用产量巨大的水稻秸秆部分或全部替代棉籽壳栽培平菇相关技术，减少棉籽壳依赖，增加原料多样性和可行性，是提升水稻秸秆多途径利用方式和技术，实现作物秸秆基质化利用具有重要意义。【前人研究进展】有研究表明，相对常规棉籽壳基质，水稻秸秆基质熟料栽培平菇的产量和经济效益栽培有显著优势[7]；羊晨等(2019)研究表明，70 %的水稻秸秆可代替木屑基质生产平菇[8]；陈亮等(2019)也表明在木屑基质中适当提高添加水稻秸秆的比例，可增加平菇生物学效率，并缩短转潮时间[9]。【本研究切入点】在前人基础上，课题组以含有高比例水稻秸秆的栽培基质栽培平菇，综合菌丝长速、子实体产量和农艺性状以及经济效益等指标，筛选适合低棉籽壳、高秸秆用量的栽培基质配方的平菇菌株，并进一步优化秸秆颗粒度及碳、氮源配方。【拟解决的关键问题】探究不同平菇菌株、颗粒度以及碳氮源配方对水稻秸秆栽培平菇生长发育的影响，为实现高效利用水稻秸秆奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试平菇菌株为不同来源、性状优良的10株常规生产用糙皮侧耳，详细情况如表1。

1.2 试验设计

1.2.1 栽培原料营养成分检测采用NREL(美国国家可再生能源实验室)标准检测方法，对秸秆主料及氮源辅料的全碳、全氮、磷、钾、糖分等物质含量进行检测，并根据需要按配方干物质比例计算出碳氮比值等[10]。

1.2.2 适合水稻秸秆基质栽培的平菇菌株筛选于2016年9-12月在简阳市石盘镇试验基地开展试验。将新鲜干燥的水稻秸秆用锤片式粉碎机粉碎并过20 mm网孔筛成丝绒状。按高秸秆含量配方：80 %水稻秸秆、10 %棉籽壳、8 %麦麸、2 %石灰分别栽培10个供试菌株，每个菌株35袋，重复3次。

1.2.3 水稻秸秆基质栽培平菇的配方优化 (1)水稻秸秆基质颗粒度优化。2017年9-12月，在上述试验基地开展试验。通过铡草机及锤片式粉碎机分别对水稻秸秆进行铡段和粉碎过筛处理，铡30 mm段后粉碎过筛，分别过8、12、16、20 mm网孔筛和不粉碎过筛共计5个处理，分别编号F1、F2、F3、F4、F5，每个处理35袋，重复3次。并根据上述菌株筛选试验结果选取S1作为栽培菌株，栽培配方同1.2.1。

表1 供试菌株名称及来源

(2)氮源辅料筛选。2017年9-12月，在上述试验基地开展试验。试验以全水稻秸秆作为主料配方，在此基础上保持2 %石灰和1 %石膏，同时以无添加氮源辅料(编号N1)为对照，分别添加5 %、10 %、15 %、20 %的麦麸和玉米粉，以及3 %、6 %、9 %、12 %的菜籽饼和0.4 %、0.8 %、1.2 %、1.6 %的尿素(编号N2～N17)作为氮源。试验共计17个处理，每个处理35袋，3次重复。栽培菌株为S1。

(3)碳源主料配方优化。在82 %全棉籽壳配方基础上保持15 %的玉米粉辅料和3 %石灰量，分别以0 %、21 %、41 %、61 %、82 %的水稻秸秆按比例部分或全部替代全棉籽壳(配方编号C1～C5)，再以常规玉米芯配方(9 %棉籽壳、85 %玉米芯、3 %玉米粉、3 %石灰，配方编号CK)为对照栽培平菇，栽培菌株为S1。试验共计6个处理，每个处理35袋，重复3次。

1.3 试验方法

按比例称取主料后，加水拌料至含水量50 %，1m高度建堆，每12 h翻堆1次，堆置24 h后摊料并按比例均匀抛洒氮源等辅料，加水搅拌至含水量60 %～65 %后，用22 cm×45 cm×0.003 cm的聚乙烯袋装袋，常压灭菌，升温至105 ℃，保持压力0.01 MPa恒定16 h后转移料袋至发菌棚，充分冷却后按菌袋湿重2.5 %两端接种，墙式堆码发菌，菌丝满袋后转至出菇棚，常规管理出菇。

1.4 观察指标及数据分析

产量分析。观察并记录各处理栽培袋菌丝生长速度、菌丝污染比例和出菇产量等，根据鲜菇单袋产量除以单袋干料重计算生物学效率，并以当季市场价计算栽培原料、人工费用和子实体销售额，对单袋成本和效益进行计算分析。

1.5 数据统计

试验数据使用Microsoft Excel 2016软件进行统计处理，方差分析使用SPSS 17.0软件进行，P<0.05表示差异显著，P<0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 3种秸秆主料与3种常规辅料营养成分结果

如表2所示，水稻秸秆、棉籽壳和玉米芯3种秸秆主料，在大量元素含量与组成方面，水稻秸秆的全氮、铵态氮、硝态氮和全磷含量最高，且与棉籽壳、玉米芯差异明显；还原糖含量棉籽壳最高，水稻秸秆可溶性糖含量最高，纤维素含量相差不大但棉籽壳较高，水稻秸秆和玉米芯的半纤维素含量是棉籽壳的2倍，玉米芯木质素含量最高，且是水稻秸秆和棉籽壳的2倍；棉籽壳和水稻秸秆总蛋白含量较高，游离氨基酸含量以水稻秸秆最高，且显著高于棉籽壳与玉米芯。

麦麸、玉米粉和菜籽饼是当地常见的3种栽培辅料。菜籽饼全氮、硝态氮含量最高，且远高于麦麸和玉米粉；麦麸的铵态氮和磷、钾元素含量最高，其次为菜籽饼和玉米粉；菜籽饼还原糖含量最高，麦麸和玉米粉次之；麦麸的可溶性糖最高，菜籽饼、玉米粉依次降低；菜籽饼和麦麸的总蛋白质含量较高且差异不大，玉米粉最少，而在游离氨基酸含量方面，麦麸含量最高且远超过菜籽饼和玉米粉，玉米粉稍低于菜籽饼。

表2 秸秆原材料营养物质含量检测结果

2.2 不同平菇菌株在高水稻秸秆含量基质上的生长结果

如图1所示，10个菌株在栽培袋上菌丝日均生长速度在5.17～7.70 mm·d-1，S1菌株日均长速最快且显著快于S9，极显著快于S5、S7。

如表3所示，10个菌株产量和生物学效率差异显著，单袋产量范围为0.35～0.62 kg，生物学效率为51.58 %～88.35 %，S3、S5和S1菌株在生物学效率上无显著性差异，3个菌株生物学效率较高，与其它菌株具有显著或极显著差异。从农艺性状上看，S1、S6、S7、S8、S9、S10菌株表现较好，菌盖肥大或适中，且颜色主要灰色或灰黑色；S2、S3、S4、S5菌株子实体菌盖厚度偏薄且质地脆。

2.3 水稻秸秆基质配方优化试验结果

2.3.1 不同颗粒度水稻秸秆基质上平菇生长结果如图2所示，在不同颗粒度处理的水稻秸秆基质上，平菇菌丝日均长速差异明显，F5处理生长最快，与F1、F2处理差异极显著；随基质水稻秸秆颗粒度增大，装袋量不断减少，单袋基质干重最高可达0.76 kg，最低0.68 kg；生物学效率反而不断增加，以F4、F5处理最高，且差异明显；农艺性状上，处理F4菌盖直径最大，其次为F3、F5处理，F2、F1处理最小。

2.3.2 添加不同氮源辅料的水稻秸秆基质上平菇生长结果如表4所示，以不同种类及含量的氮源辅料基质培养平菇，各处理碳氮比值差异明显，空白对照N1碳氮比为55∶1，随着辅料添加比例的增加，碳氮比值依次降低，添加麦麸配方N2～N5碳氮比在51∶1～41∶1；添加玉米粉配方N6～N9碳氮比在54∶1～51∶1；添加菜籽饼配方N10～N13碳氮比在48∶1～34∶1之间；添加尿素配方N14～N17碳氮比在46∶1～30∶1。各配方菌丝生长速度差异无显著性，配方N2、N7、N8生长较快，超过0.60 mm·d-1，高于对照。菌丝满袋时间为18～33 d，其中添加玉米粉配方N6～N9满袋时间为18～19 d；添加麦麸配方N2～N5满袋时间为19～22 d；添加菜籽饼配方N10～N13中以N10配方19 d满袋，N13配方25 d满袋；添加尿素配方N14～N17满袋时间为22～33 d，其中配方N16、N17菌丝长势最差且污染严重。

不同小写英文字母表示P<0.05水平的差异显著性；不同大写英文字母表示P<0.01水平的差异显著性。下同 Different lowercase letters indicate the significance of P < 0.05; Different capital letters indicate the significance of P < 0.01.The same as below图1 不同平菇菌株在高比例水稻秸秆基质上菌丝生长情况Fig.1 Hyphal growth of different P.ostreatus strains on substrates with high proportion of rice straw

表3 不同平菇菌株在高比例水稻秸秆基质上单袋产量及农艺性状情况

图2 不同颗粒度的水稻秸秆基质装袋干重及平菇生长情况Fig.2 Per-bag weight of rice-straw substrates with different particle size and growth of P. ostreatus hyphae on the substrates

表4 添加不同种类及含量的氮源辅料基质平菇菌丝生长情况

如图3所示，各处理平菇子实体产量以配方N8最高，N13最低，N16、N17不出菇；添加氮源辅料后平菇单朵重量明显增加，最高0.3 kg，是对照(0.14 kg)的2倍；配方N2～N5子实体菌盖相比对照均明显增大。

2.3.3 不同比例水稻秸秆基质上平菇生长结果从表5可以看出，不同比例水稻秸秆基质栽培平菇的菌丝生长速度差异显著，全棉籽壳配方C1的初始碳氮比为61∶1，随着水稻秸秆部分或全部替代棉籽壳，配方C2～C5的碳氮比不断降低，全水稻秸秆配方C5最低，为52∶1，均低于常规玉米芯配方CK(113∶1)。菌丝日均长速配方C2最快，与配方C4、C5和CK有显著差异，与配方C1、C3差异不明显。单袋产量全棉籽壳基质配方C1为0.72 kg，配方C2开始单袋产量开始增加，配方C3达到最高1.22 kg，C4～C5逐渐降低至0.99 kg，均高于CK对照配方0.43 kg。生物学效率随着水稻秸秆添加比例增大也呈先增高后降低趋势，棉籽壳配方C1为66.05 %，C4最高为142.69 %，且与其他差异极显著，C5为126.82 %，均极显著高于对照配方CK。

图3 添加不同种类及含量的氮源辅料基质上平菇单袋产量及农艺性状情况Fig.3 Yield per bag and agronomic characteristics of P. ostreatus on substrates with different kinds and contents of nitrogen sources

如表6所示，随着水稻秸秆添加比例增大，单袋总成本从配方C1的2.85元逐渐降低至1.84元，且均高于对照配方CK(1.75元)。子实体按市场价6元/kg计算，总收入、单袋效益以及产出/投入均高于配方C1以及对照配方CK，配方C3、C4的单袋总收入和单袋效益最高，分别为7.28、7.20元和4.91、5.17元，配方C3～C5的产出/投入均超过2.0，配方C4最大，为2.55。

3 讨论

平菇属于担子菌亚门，营木腐生，适应能力以及生长能力均较强，可通过菌丝分泌各种酶，从而有效分解纤维素、半纤维素、木质素及果胶，在不同碳源主料上的生长情况存在差异，是平菇生长发育的主要碳源来源[11-14]，而不同真菌对不同颗粒度的秸秆分解利用效率也不同[15]。试验结果表明，在80 %高含量水稻秸秆基质配方上，不同平菇菌株表现各有不同，‘杂优一号’菌株综合表现最好。因此，针对不同秸秆新材料利用食用菌进行基质化利用时，因不同菌株在对秸秆的分解利用能力不同，选育高效利用相关秸秆的菌株应居首位。

表5 不同比例水稻秸秆基质栽培平菇的生长发育情况

表6 不同比例水稻秸秆基质栽培平菇的单袋经济效益情况

平菇栽培过程中适宜的秸秆颗粒度也是关键因素之一，颗粒度过小容易导致菌袋内菌丝缺氧，最终影响平菇生长发育。王强(2005)在利用棉籽壳基质研究容重与容积对平菇生长的影响时报道：容重不变的情况下，生物学效率随容积增大而提高，随栽培基质容重增大而降低[16]。本试验结果也显示，水稻秸秆基质栽培平菇时，装袋容重随着秸秆颗粒度增大而降低，菌丝长速、子实体生物学效率以及菌盖直径反而随之升高，在将水稻秸秆铡断呈30 mm段状和粉碎后过20 mm孔筛后的丝绒状后栽培平菇生长最好。

氮素是平菇合成蛋白质和核酸的重要物质[17]，主要来源于辅料。试验结果表明，全水稻秸秆基质上添加麦麸和玉米粉后菌丝生长速度较快，满袋时间短，添加15 %玉米粉产量最高；添加不同比例的氮源辅料对平菇产量提升有限，对菌丝长速、单朵重和菌盖直径反而提升明显。推测可能因水稻秸秆主料本身营养丰富、容易完全分解利用，是否添加辅料氮源对平菇最终产量影响不大，但因辅料中含有丰富的容易利用的氮源、糖类物质，因此反而对菌丝生长、子实体大小影响明显。由此表明秸秆基质中在补充氮源的基础上，适度添加容易利用的糖对平菇在生长具有一定的积极作用。试验也表明，添加尿素极易导致平菇菌丝生长缓慢、污染严重，甚至不出菇，与添加少量的尿素能增加平菇产量的报道不符[18]。

水稻秸秆主料配方试验表明，利用水稻秸秆部分或全部替代棉籽壳作为栽培平菇，产量明显增加，成本显著降低，经济效益提升明显，以61 %水稻秸秆与21 %棉籽壳复配时，平菇生物学效率最高可达142.69 %，且产投比值最大，最高单袋效益最高可达5.17元；主料检测结果也表明，水稻秸秆营养均衡，氮、磷元素含量远高于常规栽培使用的棉籽壳和玉米芯材料，含有丰富的可溶性糖、总蛋白质以及游离氨基酸等，适合用于栽培平菇。因此使用水稻秸秆作为基质主料栽培平菇，完全可行，且优势明显，有利于实现水稻秸秆废弃物的资源化利用，同时大幅度减少棉籽壳用量，维护农业和生态安全具有重要意义。