不同粒径与添加比例的复合菌糠对土壤吸水-持水能力的影响

李寿强，张小强，鲁耀泽，张晓晶，潘 枭，刘晓民，张文柱，庞 云

(1.内蒙古中特水利科学技术研究所，呼和浩特 010050； 2.呼和浩特市园艺科研试验中心，呼和浩特 010010)

0 引 言

我国是食用菌生产大国[1]，据统计，2018年食用菌总产量为4 000×104t，约占世界总产量的80%左右[2]。而食用菌菌糠为食用菌子实体收获后的废弃栽培基质[3]，仅2018年约产生1.3×108～2.0×108t菌糠[4]。菌糠中含有大量的粗纤维、木质素、多糖等成分，还含有丰富的蛋白质、氨基酸、碳水化合物、维生素和微量元素[5-6]，同时菌糠加入土壤后可以改善土壤的通气性和持水性，改善土壤的化学性质，增加微生物活性，并提高土壤保温性[7-9]。目前，国内外诸多学者针对菌糠开展了一系列研究。杨鹏等[10]通过杏鲍菇菌糠栽培平菇，发现菌糠比例为40%效益最好；付志英[11]、卢政辉[12]等研究发现利用杏鲍菇菌糠栽培双孢菇和姬松茸等食用菌，不仅可提高产量，还可提高经济效益；郭雪等[13]通过废弃菌糠制造有机肥，施入大豆、玉米田后，化肥用量减少20%，产量分别提高8.99%、9.82%～15.96%；张华微等[14]指出玉米田中施入香菇菌糠，不仅可改善土壤孔隙度，同时还可提高玉米产量和品质；石堃等[15]发现猴头菇菌糠不仅可降低土壤盐碱含量，同时可提高土壤有机质、矿物质元素含量；程志强[16-17]、朱安祥[18]、赵利[19]等发现利用木耳、平菇菌糠通过与膨润土或聚丙烯酸钾等复合可制备高吸水树脂，且效果较好。

综上所述，菌糠应用范围较广，但目前研究主要侧重于作物增产、土壤调理与改良以及作为高吸水树脂制备原料等方面，而针对菌糠对土壤水分影响研究甚少。因此，本研究基于室内花盆试验，通过不同粒径复合菌糠对土壤吸水-持水能力的影响，探究废弃菌糠对土壤(壤土、砂土)水分状况的影响，为改善土壤水分状况，促进作物增产，实现废弃菌糠资源化利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验供试菌糠为玉米芯菌糠和木屑菌糠，两种菌糠经过堆沤处理后，过4、1 mm筛，二者按质量比1∶1分别混合后备用。供试土壤为壤质砂土和砂质壤土。

1.2 试验设计

将两种粒径(1、4 mm)复合菌糠分别与两种土壤(砂土、壤土)按1%、2%和5%共3种比例(质量百分比)进行混合后装入花盆中，然后加入充足自来水进行试验。每种粒径菌糠设一个对照，每个处理3次重复，具体试验设计见表1。

表1 试验设计

1.3 试验方法

1) 吸水率测定。将上述加入充足自来水并达到饱和状态后的各花盆进行抽滤(控干)，直到不再有水滴下落为止，然后称重。吸水率计算公式为：wx=(m3-m2-m1)/m1，其中m3为饱和后复合菌糠与花盆质量，m2为花盆质量，m1为复合菌糠干燥质量。

2) 持水率测定。将上述饱和后的各处理于17、23、41、47、65、95、161和191 h利用电子天平分别测定其质量(mt)。持水率计算公式为：wt=(mt-m2-m1)/m1，其中mt为复合菌糠与花盆t小时质量，m2为花盆质量，m1为复合菌糠干燥质量。

1.4 数据处理

文中试验数据均是3次重复处理平均值，试验数据采用Excel 2007进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同粒径复合菌糠与土壤混合后吸水率变化

2.1.1 与砂土混合后吸水率变化

不同粒径复合菌糠与砂土混合后吸水率变化见图1。

图1 不同粒径复合菌糠与砂土混合吸水率变化

由图1(a)可看出，单纯菌糠(1 mm粒径)XT7处理的吸水率最大，为44%，下文不再赘述；随着复合菌糠(1 mm粒径)添加比例由1%增大到5%，与砂土混合后土壤吸水率呈单调增大趋势，即由7.99%(XT1处理)增大到12.76%(XT3处理)。由图1(b)可看出，单纯菌糠(4 mm粒径)DT7处理的吸水率同样最大，为42.05%，下文不再赘述；随着复合菌糠(4 mm粒径)添加比例由1%增大到5%，与砂土混合后土壤吸水率则呈单调减小趋势，即由11.81%(DT1处理)减小为6.48%(DT3处理)。因此，不同粒径复合菌糠与砂土混合后吸水率变化各不相同，1 mm粒径条件下XT3处理吸水率最大，而4 mm粒径条件下DT1处理吸水率最大。

2.1.2 与壤土混合后吸水率变化

不同粒径复合菌糠与壤土混合后吸水率变化见图2。

图2 不同粒径复合菌糠与壤土混合吸水率变化

由图2(a)可看出，复合菌糠(1 mm粒径)与壤土混合后吸水率变化趋势与砂土混合不相同，随着复合菌糠添加比例由1%增大到5%，与壤土混合后土壤吸水率呈先增大后、减小变化趋势，XT5处理最大，为34.90%。由图2(b)可看出，复合菌糠(4 mm粒径)与壤土混合后吸水率变化趋势与砂土混合相同，随着复合菌糠添加比例由1%增大到5%，与壤土混合后土壤吸水率由34.39%(DT4处理)减小为31.17%(DT6处理)。因此，不同粒径复合菌糠与壤土混合后吸水率变化各异，1 mm粒径条件下XT5处理吸水率最大，而4 mm粒径条件下DT4处理吸水率最大。

综上可知，不同粒径复合菌糠(1、4 mm)与不同土壤混合后吸水率表现为：与壤土混合>与砂土混合，1 mm粒径复合菌糠与土壤混合后吸水率高于4 mm粒径复合菌糠与土壤混合，与壤土混合最大吸水率为XT5处理(34.90%)，与砂土混合最大吸水率为XT3处理(12.76%)。

2.2 不同粒径复合菌糠与土壤混合后持水率变化

2.2.1 与砂土混合后持水率变化

不同粒径复合菌糠与砂土混合后持水率变化见图3。随着时间的推移，总体上各处理持水率呈减小趋势，但不同粒径复合菌糠变化略有不同。由图3(a)可看出，XT7处理(1 mm粒径)持水率最大，持水时间最长。从开始到191 h时，持水率由44%减小为1.25%。复合菌糠(1 mm粒径)和砂土混合的XT2、XT3处理持水率变化相似，持水率从开始到65 h时便减小到极小值。其中，XT2处理持水率变化由11.63%减小为2.35%，XT3处理由12.76%减小为0.57%。而XT1处理持水率变化时间最短，从开始至41 h时，持水率便从7.99%减小为0.99%。

图3 不同粒径复合菌糠与砂土混合土壤持水率变化曲线

从图3(b)可看出，除DT7处理(4 mm粒径)持水率大、持水时间长，从开始到191 h时，持水率由42.05%减小为18.83%，其余处理持水率减小为极小值历时逐渐减少。其中，DT1处理从开始到65 h时，持水率由11.81%减小为1.12%；DT2处理从开始到41 h时，持水率便由8.63%减小为0.78%；DT3处理从开始到23 h时，持水率便由6.48%减小为1.52%。

因此，从不同粒径复合菌糠来看，1 mm粒径较4 mm粒径饱和持水率大，持水时间接近，释水速度1 mm粒径略大于4 mm粒径；从不同粒径(1、4 mm)复合菌糠与砂土混合来看，随着复合菌糠添加比例由1%增大至5%，1 mm粒径混合砂土饱和持水率增大、持水时间延长，各处理表现为XT3>XT2>XT1。而4 mm粒径混合砂土饱和持水率则减小，持水时间则缩短，各处理表现为DT1>DT2>DT3。总体上1 mm粒径复合菌糠添加比例为5%混合砂土(XT3处理)持水效果较好。

2.2.2 与壤土混合后持水率变化

不同粒径复合菌糠与壤土混合后持水率变化见图4。随着时间的推移，各处理持水率变化同与砂土混合类似。由图4(a)可看出，XT7处理(1 mm粒径)变化与砂土中一致，不再赘述。复合菌糠(1 mm粒径)与壤土混合的各处理，随着时间推移，各处理持水率变化与初始持水率保持相同趋势，总体呈减小趋势。其中，持水时间从开始到191 h，XT4处理持水率由28.45%减小为4.75%，XT5处理持水率由34.9%减小为6.41%，XT6处理持水率由32.06%减小为3.87%。

从图4(b)可看出，DT7处理(4 mm粒径)变化同样与砂土中一致，不再赘述。复合菌糠(4 mm粒径)与壤土混合的各处理，随着时间推移，其持水率变化趋势同1 mm粒径复合菌糠与壤土混合相似。其中，持水时间从开始到191h，DT4处理持水率由34.39%减小为6.27%，DT5处理持水率由32.68%减小为4.84%，DT6处理持水率由31.17%减小为2.86%。

图4 不同粒径复合菌糠与壤土混合土壤持水率变化曲线

综上，从不同粒径(1、4 mm)复合菌糠与壤土混合来看，混合后二者持水时间接近。随着复合菌糠添加比例由1%增大至5%，1 mm粒径混合壤土饱和持水率呈先增大、后减小趋势，随着持水时间延长，各处理持水率大小表现为XT5>XT6>XT4；4 mm粒径混合壤土饱和持水率呈减小趋势，随着持水时间延长，各处理持水率大小表现为DT4>DT5>DT6。总体上，1 mm粒径复合菌糠添加比例为2%时，混合壤土(XT5处理)持水效果较好。

3 讨论与结论

复合菌糠与土壤(砂土、壤土)混合后吸水率均不同程度低于单纯菌糠，主要由于与土壤混合后，吸水膨胀会受到土壤孔隙的限制。虽然砂土孔隙大于壤土，但由于复合菌糠添加比例较小，砂土本身吸水率低于壤土，因而饱和吸水率低于壤土。复合菌糠与砂土混合持水率、持水时间低于与壤土混合，同样还是由于砂土空隙大于壤土的缘故，保水性较差。不同粒径复合菌糠与土壤混合吸水-持水率表明，与土壤混合小粒径复合菌糠更有优势。结论如下：

1) 不同粒径复合菌糠与不同类型土壤混合后吸水率表现为与壤土混合>与砂土混合；不同粒径复合菌糠吸水率表现为1 mm粒径>4 mm粒径；与壤土混合时复合菌糠(1 mm粒径)添加比例为2%时吸水率最大(34.90%)，与砂土混合时复合菌糠(1 mm粒径)添加比例为5%吸水率最大(12.76%)。

2) 不同粒径复合菌糠与土壤混合后持水率降低。就不同粒径复合菌糠而言，随时间推移，持水率表现为1 mm粒径>4 mm粒径；就与砂土混合而言，复合菌糠(1 mm粒径)添加比例为5%时持水效果较好；就与壤土混合而言，复合菌糠(1 mm粒径)添加比例为2%时持水效果较好。

3) 综合不同粒径复合菌糠与土壤混合吸水率、持水率来看，与砂土混合而言，复合菌糠(1 mm粒径)添加比例为5%时吸水、持水效果较好；与壤土混合而言，复合菌糠(1 mm粒径)添加比例为2%时吸水、持水效果较好。