一种双孢菇覆土材料物理性质检测装置及其应用效果试验

吴春瑞，从日升，陈天祥，郭思远，忻龙祚，郑志新

（河北北方学院农林科技学院，河北张家口 075000）

双孢菇[Agaricus bisporus（Large）Sing.]，别名蘑菇、洋蘑菇、白蘑菇等，属于草腐生食用菌，是世界上栽培最广、产量和消费量最高的食用菌之一，具有“世界菇”的美誉。双孢菇含有19 种氨基酸、多种维生素、核苷酸等，营养价值丰富，具有提神、消食、平肝阳等药用功能[1]，深受世界各国消费者的青睐。研究发现，当双孢菇菌丝形成时若上方无覆土，一般无法形成子实体；若有覆土层，则菌丝扭结，形成子实体原基，原基不断生长发育形成可以采收的蘑菇[2-3]，可见覆土是双孢菇由营养生长转化为生殖生长的关键步骤[4]。现有试验结果表明，密度小、吸水快、干湿体积变化小、透气好、保水性好的覆土材料，更有利于双孢菇菌丝生长、子实体形成，其后期的双孢菇产量和品质也最好[5-7]，研究表明是覆土层降低了双孢菇菌床温度增加了湿度的原因导致。目前虽然认识到了覆土的重要性，但对其形成机理还不清楚，更没有形成判定其物理性质的量化标准[8]。种植户单纯依靠自身经验选择覆土材料，既没有理论依据，也没有科学数据支撑，在实际生产中很难科学地就地取材选择低成本覆土材料，这也是限制我国双孢菇大面积推广的主要原因。针对上述问题，作者研发了一种新型的双孢菇覆土材料物理性质检测装置，并从覆土材料的选择、搭配、配制、物理性质测定等方面进行研究，以期帮助种植户在降低双孢菇种植成本的同时增加产量和收益，为我国推广种植双孢菇提供支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

河北北方学院食用菌实验室提供试验场地、双孢菇菌种（A15）和培养料。培养料配方如下：按照每100 m2配制玉米芯2 200 kg、干牛粪1 800 kg、尿素25 kg、石膏30 kg、磷肥17.5 kg、石灰75 kg 培养料。河北北方学院南校区农场提供覆土材料。

1.2 试验装置

1.2.1 双孢菇覆土材料理化性状检测装置结构

双孢菇覆土材料理化性状检测装置的结构如图1所示。该装置包括装料桶、抽气筒（带刻度）、进气筒（带刻度）、第一滤网、第二滤网、第三滤网、抽气活塞和进气活塞。装料桶的内部具有贯通上下装料腔，装料腔上端口为装料口和装料桶盖，下端口为排水口，内部含有第一阻隔板、第二阻隔板，第一滤网完全覆盖装料桶的排水口。装料桶桶身中段设有抽气孔和进气孔，抽气筒一端固定连接于装料桶的抽气孔处，第二滤网完全覆盖抽气孔；进气筒一端固定连接于装料桶的进气孔处，第三滤网完全覆盖进气孔。抽气活塞从抽气筒的另一端插入抽气，并且与抽气筒的内壁滑动配合；进气活塞从进气筒的另一端插入进气腔，并且与进气筒的内壁滑动配合。装料桶两端底座有外置螺纹与圆柱状回旋盖体结合，可与装料腔形成稳定的密闭空间。

图1 检测装置结构示意图和剖面图

1.2.2 检测装置工作原理

装料腔内部的空间体积恒定，可利用密度公式，计算出覆土材料的密度。第一滤网完全覆盖在装料桶的排水口，可使装料桶内形成一端开口、一端有滤网的圆柱体空间，把覆土材料均匀装入装料桶内，轻轻震动料桶使覆土材料自然充实，不采取任何人为压实措施，装覆土材料于桶口齐平并称重，然后在桶口均匀淋水（水滴下不溅），当下口有水渗出时减慢淋水至底部（第一滤网）均匀可见渗水，垂直静置10 min，待底部没有水滴时称重，可检测覆土材料的饱和吸水时间、最大持水力，用配套覆土材料层厚度探测针测出覆土材料层厚度，测出干湿体积比。覆土材料达到饱和吸水状态（再没有水滴出）时，将装料桶两端与回旋盖子旋紧处于密封状态。抽气活塞插入抽气腔底部（0刻度线），进气筒活塞插入到进气腔最大刻度线处。在抽气筒活塞处施加一定与活塞同向拉力，在一定时间内，根据进气筒活塞外移所致筒内空间的体积变化，检测其透气性值。打开两端盖子让覆土材料的水分自然散失，在固定的温度与相对湿度空间放置24 h，通过秤量前后覆土材料质量变化，检测覆土材料的保水性数值。

1.3 试验设计、处理

1.3.1 试验设计

通过设计的这种双孢菇覆土材料物理性状检测装置对不同覆土材料的物理性质进行检测，测定开展后出菇情况，以检验双孢菇覆土材料物理性质检测装置的检测结果与双孢菇生长情况调查结果是否一致。试验选择菌渣土、草炭土和农场园土，按照一定比例混合形成8种组合的覆土处理（见表1）。

表1 不同处理覆土材料的混合比例

1.3.2 试验处理

覆土材料制备及消毒处理，按照覆土层厚度5 cm计算所需要的覆土材料总体积，根据表1 中的比例，计算出每种原始覆土材料的所需体积进行混合，均匀后进行消毒处理。所有覆土材料采取统一消毒标准，均利用40%的甲醛溶液稀释后等量，喷洒在覆土材料上，塑料薄膜密闭48 h 后，揭开薄膜让甲醛挥发，无刺激性气味即可。消毒完成，每个处理均添加1%石灰和水混合均匀，保证每个覆土材料的pH 和含水量相同。每个处理留适量用于物理性质测定，其余用于双孢菇栽培覆土。

培养料的覆土及出菇期管理，当双孢菇栽培筐长满菌之后先进行搔菌，再次整平料面。将覆土材料均匀铺于对应的塑料筐和透明塑料杯内（透明杯利于观察）。使用木棍或木条，将覆土层整理平整，保证覆土厚度5 cm。按照双孢菇常规栽培方法进行出菇期管理。

1.4 检测指标及测定方法

用检测装置对不同处理覆土材料的物理性质进行测定，具体测定指标及方法如下。

1.4.1 覆土密度及测定方法

覆土材料密度是衡定特定体积内覆土材料质量的度量。现有文献资料表明双孢菇覆土层5 cm 效果最佳，此时覆土体积恒定[9]。测定方法如下：先对该双孢菇覆土材料物理性状的检测装置称重，记为M1（kg）；测量双孢菇覆土材料物理性状的检测装置的装料腔的体积，记为V1（cm3）。用需要检测覆土材料均匀装满装料腔，再次称重，记为M2（kg）。装料腔内装入的覆土材料的质量，记为M3（kg）；覆土材料的密度，记为ρ（g·cm-3）。计算公式如下：

1.4.2 覆土材料饱和吸水时间

覆土材料饱和吸水时间为覆土材料水分含量达到最大时所需时间，用于衡量覆土材料的吸水速度。吸水时间太长或太短均不利于覆土材料透气性的保持，也不利于菌丝和子实体的发育。测定方法如下：密度检测之后，将抽气活塞和进气活塞分别插入抽气筒和进气筒底部，垂直放置双孢菇覆土材料物理性质检测装置（排水口位于下端），取足量的水，于装料口均匀淋入（注意水滴不外溅），记录时间h1（s），当有水滴均匀滴落时（此时排水口处料面均匀湿透），记录时间h2（s），其持续时间即为饱和吸水时间。计算公式如下：

1.4.3 覆土材料干湿体积比

覆土材料干湿体积比指自然状态下覆土材料与吸水饱和后的覆土材料的体积比，用于衡量覆土材料吸水能力强弱，用K表示覆土材料干湿体积比，K数值越小表示覆土材料饱和吸水后体积变化越小。因为覆土材料体积变化过大时，会使得覆土层的厚度减小明显，达不到理想的覆土层进而影响到双孢菇菌丝和子实体的形成，同时也有可能导致覆土层土壤板结影响到其余的理化性质。测定方法如下：双孢菇覆土材料物理性状的检测装置装料腔内所装覆土材料体积为V1（cm3），用配套的探测针测出装置内覆土材料此时厚度，计算后得覆土材料的体积为V2（cm3）。计算公式如下：

1.4.4 覆土材料饱和持水力

覆土材料饱和持水力用来描述覆土材料截留且阻止水分渗出的能力，用F表示，F越大越能锁住更多水分，提供给双孢菇的出菇最佳环境，可以保证双孢菇产量。双孢菇的出菇期间若持水力低，大量水分透过覆土层进入到培养料又不能及时蒸发，会造成培养料内菌丝死亡使得中下层培养料与覆土层直接形成隔层也阻止了下方菌丝再次进入隔层生长，甚至导致绝收。测定方法如下：将检测装置静置10 min，拔出抽气筒活塞和进气筒活塞，待检测装置排水口没有水滴时取下检测装置进行称重，质量记为M4（kg）。由公式1 可知覆土材料和检测装置的总重量为M2（kg）。覆土材料所吸收水的质量记为M5（kg），覆土材料饱和吸水后的质量高性能为M6（kg）。计算公式如下：

1.4.5 覆土材料最大持水力透气性

覆土材料最大持水力透气性指的是覆盖材料处于最大持水力时空气穿透覆土材料能力的强弱，用Q表示[cm3·(n·s)-1]，其数值大小表现为对培养料内菌丝及子实体原基的生长发育所需氧气的供应量大小，二者呈现明显的正相关。测定方法如下：先将抽气筒（带刻度）活塞插入底部，进气筒（带刻度）活塞插入到进气筒最大刻度线处，此时需要将装料桶与回旋盖子拧紧处于密封状态；接着在抽气筒活塞尾部中心处固定一个羊眼螺丝，用绳子悬挂适当重物于螺丝上（绳子长度依据实际情况确定），检测装置通过在桌角或木板顶端安装滑轮实现水平固定放置，要求抽气筒活塞在重物产生的拉力作用下均匀缓慢移动到抽气筒（带刻度）最大刻度线处且不会脱落，也不会影响到重物的下落过程。此时拉力方向与作用点在柱塞轴心同一直线上，拉力为重物产生的重力，记为G（n）。在拉力作用下，进气筒活塞开始移动，此时开始计时，当进气筒活塞移动适当时间时，结束计时，记录时间为h2（s），记录进气筒活塞移动体积为V3（cm3）。计算公式如下：

1.4.6 覆土材料24 h失水率

失水率是指覆土材料达到饱和持水量之后保持水分的能力，即24 h 失水率，用B表示。具体指覆土材料在温度20 ℃、湿度80%条件下，24 h后水分散失质量占饱和含水量的百分比，用来表征覆土材料的保水性强弱，其直接影响培养料内部菌丝、原基和子实体的生长发育。测定方法如下：覆土材料透气性检测之后，打开装料桶两端盖子，将装有吸水饱和的覆土材料置于恒温20 ℃、相对湿度在80%的环境中，使水分自然散失，24 h 后取出称重，记录重量为M7（kg）。由公式4 可知，饱和吸水后覆土材料和检测装置的总重量为M4（kg），覆土材料饱和吸水后的重量为M6（kg），失水重量为M8（kg）。计算公式如下：

1.4.7 双孢菇生长情况测定

双孢菇生长情况测定，生长指标包括双孢菇的菌丝生长情况、单位产量及覆土后产出子实体的农艺性状。

2 结果与分析

2.1 不同处理覆土材料的物理性质比较

由表2可知，不同处理覆土材料的物理性质不同，其中密度以T4 处理为最大，达到了0.92 g·cm-3，与其他处理之间存在显著性差异；T2 与T8 之间无显著性差异存在，T3、T7 数值相等，与T5 之间无显著性差异；T6处理的密度最小，只有0.58 g·cm-3，与T2之间无显著性差异。覆土处理T8的饱和吸水时间最长，达到了267.00 s；其次是T2处理，为243.22 s，二者之间无显著性差异，与其他处理之间存在显著性差异；T1、T3、T7 与T4、T5 之间无显著性差异，与T6 之间差异显著。干湿体积比以T4 处理最大，为1.32，与T2、T5、T3、T8 处理均无显著性差异存在；T1、T6数值最小，为1.15，与T3、T8之间无显著性差异。饱和持水力以T1处理数值最大，为66.55%，与T2、T5、T6 和T8 之间均无显著性差异存在；T5、T6、T8 与T3、T4 处理之间也无显著性差异存在。透气性以T6处理最佳，为3.34 mL·(n·s)-1，与其余处理之间有显著性差异，而其余处理之间无显著差异。24 h 失水率显示T6处理数值最大，为6.25%，与T1、T2、T5、T7和T8处理之间无差异性存在，T3处理与T2、T5、T7、T8 处理之间无显著性差异，与T4 处理之间存在显著性差异。良好的覆土材料应该具备密度小、吸水快、干湿体积变化小、透气好、保水性好等物理性状。综合上述指标，对8 个覆土材料优异性进行排序：T6＞T1＞T5＞T7＞T3＞T8＞T2＞T4。

表2 不同处理覆土材料的物理性状

2.2 不同覆土处理的双孢菇菌丝生长情况比较

覆土材料对菌丝生长有重要影响，试验结果见表3。可以看出，菌丝浓密度在不同覆土材料下表现出明显不同，以T6处理的密度最大，完全布满覆土层且长势旺盛；T1、T3、T5、T7处理的密度次之，基本布满覆土层；T2 和T8 处理稍差，覆土层只有下部有菌丝体形成且密度较小；T4最差，基本看不到菌丝体形成，密度很小。就菌丝生长速度看，T6处理生长最快，达到了4.67 mm·d-1，但与T3、T5、T7 之间都没有显著性差异，与其余4个处理之间存在显著性差异。二者综合考虑，可知T6 处理效果最好，其次是T7、T3、T5处理，以T4处理表现最差。

表3 不同覆土材料对菌丝生长的影响

2.3 不同覆土处理的双孢菇子实体农艺性状比较

覆土材料不同，双孢菇的农艺性状也会表现出不同。由表4 可知，就单菇重而言，不同覆土材料处理下存在显著性差异，以T6 处理最重，达到了87.58 g；其次是T7处理，为80.56 g，两个处理之间无显著性差异存在；T1、T2 和T3 处理之间无显著性差异，与其他处理之间存在显著性差异；以T4 处理单菇重最小，为59.96 g。菌盖直径也以T6、T7 处理数值最大，分别为8.23、8.16 cm，与T1、T2、T3 之间不存在显著性差异，与其他处理之间有显著性差异存在；以T5处理数值最小，为6.71 cm。菌盖厚度在不同处理之间均无显著性差异，T6 处理的数值仍然最大，为2.32 cm；T4 处理最小，为1.97 cm。就菌柄生长情况看，菌柄直径以T6 处理数值最大（3.24 cm），其次为T7（3.07 cm），与其余处理均存在显著性差异；最小的是T5 处理（2.47 cm），与T8 处理无显著性差异；T1、T2、T3、T4 处理之间无显著性差异。菌柄长度T1、T2、T3、T4 处理之间无显著性差异，T5、T6、T7、T8 之间也无显著性差异，两组之间存在显著性差异，以T3 处理最长（5.37 cm），T5 处理最短（4.13 cm）。综合双孢菇的各项农艺性状，以T6处理表现最佳，其次是T7，最次是T4。

表4 不同覆土处理的双孢菇农艺性状比较

2.4 不同覆土处理的双孢菇单位面积产量比较

分析不同覆土材料对双孢菇单位面积产量的影响，可知T6处理覆盖的培养料，双孢菇产量最大，达到了8.38 kg·m-2；其次是T8 处理，为8.30 kg·m-2，接下来为T1处理，为7.94 kg·m-2，三组覆盖材料对双孢菇单位面积产量没有显著影响；其余5 个处理的双孢菇单位面积产量在7.29～7.57 kg·m-2，他们与T1 处理的差异不显著。就双孢菇单位面积产量来说，T6为最佳覆土材料，其次是T8，以T4最差。

3 小结

双孢菇生产栽培过程中，出菇前覆土是双孢菇由营养生长向生殖生长的必要条件，且双孢菇的菌丝体、子实体、产量和品质均与覆土材料的物理性质有密切的关系[10]。实践证明，良好的覆土材料应该具备密度小、吸水快、干湿体积变化小、透气好、保水性好等物理性状，这与本次试验结果基本相同。本试验是对检测装置测定覆土材料相关物理性质检测能力及准确度的验证试验，结果表明T6处理覆土材料的物理性质最佳，T4最次。这与最后的双孢菇菌丝体、子实体、产量及品质的试验结果基本一致，同样以T6处理最佳，T4最次，这就说明该覆土材料的物理性质检测装置具有一定的适用性，可以应用于覆土材料的几个重要物理指标的快速检测。但中间6 组覆土材料表现并不完全一致，这可能是由于物理性质检测过程中标准不统一、人为操作等多种原因造成，加上后期出菇试验有短暂中断等。应继续开展试验，对检测装置进一步改进，提高其检测准确度与工作效率。