添加蘑菇渣堆肥對油松容器苗種子萌發(fā)和生長的影響

胡嘉偉，劉 勇，李國雷，馬履一，賈忠奎，婁軍山，王 琰，萬芳芳

（北京林業(yè)大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室, 北京 100083）

添加蘑菇渣堆肥對油松容器苗種子萌發(fā)和生長的影響

胡嘉偉，劉 勇，李國雷，馬履一，賈忠奎，婁軍山，王 琰，萬芳芳

（北京林業(yè)大學 省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室, 北京 100083）

為探究蘑菇渣堆肥作為油松Pinus tabulaeformis容器苗培養(yǎng)基質材料的可行性，通過維持混合基質中珍珠巖比例不變，逐漸增加蘑菇渣堆肥的比例以替代草炭。試驗設置堆肥添加比例0 ～ 75%組成8種基質配方，研究不同基質處理理化性質及其對油松容器苗種子萌發(fā)和生長的影響。結果表明：當蘑菇渣堆肥在基質配方中添加比例達到30%時，油松在種子發(fā)芽率、平均萌發(fā)時間、萌發(fā)整齊性指數以及苗木苗高、地徑、高徑比、主根長、一級側根數、莖葉生物量等指標上均與常用草炭處理無顯著差異，而種子發(fā)芽勢顯著高于常用草炭處理。8種基質配方物理指標及EC值均處于育苗適宜范圍內，但只有當堆肥添加比例≤30%的基質處理pH值呈微酸性，處于適宜油松苗木生長的范圍內。而蘑菇渣堆肥添加比例≥40%時，基質pH值的升高可能是導致苗木質量下降的主要因素。因此，結合對育苗基質成本及環(huán)保因素的考慮，本試驗培育油松最佳基質配方為草炭45%，珍珠巖25%，蘑菇渣堆肥30%。

油松；容器苗；培養(yǎng)基質；蘑菇渣堆肥；種子萌發(fā)；苗木質量

育苗基質材料的選擇是影響容器苗培育非常關鍵的一個環(huán)節(jié)[1]，國內外研究者探索多年，認為泥炭和珍珠巖（或蛭石）按一定的比例混合能得到較為理想的育苗基質，這種基質不僅重量輕，且有良好的通氣透水能力[2]。然而草炭作為一種短期內不可再生資源，價格較高，對其的開采及應用受到諸多的制約[3]，隨著容器育苗發(fā)展對優(yōu)良基質需求的不斷增大，篩選出一種替代性基質材料顯得尤為緊迫。蘑菇渣是食用菌生產后經微生物分解的有機固體廢料，我國作為一個食用菌生產大國每年會產生大量的蘑菇渣廢料，這些廢料如不進行及時的處理不僅會造成極大的浪費，更加會出現環(huán)境污染等諸多問題[4]。Wever等認為菇渣是一種潛在的很好的草炭替代物[5]，其容重較輕，結構疏松多孔[4]，營養(yǎng)物質豐富[6]，含有大量且多樣的降解型微生物群落[7]，是一種很好的有機肥料和土壤調節(jié)劑[8]。國內外有不少研究將蘑菇渣經堆肥化處理后，將其部分甚至全部代替草炭進行植物無土栽培試驗，并取得一定進展。劉方春等利用腐熟后的蘑菇渣與草炭混合基質培育側柏Platycladus orientalis和黑松Pinus thunbergii在出苗率，形態(tài)指標上均與草炭主處理的相應指標無顯著差異[9]。而將蘑菇渣堆肥與草炭混合培育園藝植物，當蘑菇渣堆肥成分比例高達70%時，對于蔬菜種子萌發(fā)與生長都被認為是合適的栽培基質[10]。

種子萌發(fā)連接著苗木的種子階段和生長階段，是高等植物生活史的一個關鍵環(huán)節(jié)[11]，其雖主要由遺傳因素所決定[12]，但同時也受到環(huán)境因素（如：水分[13]，光照[14]，溫度[12]以及栽培基質[15]等）的影響。其中適宜的基質是保證種子順利萌發(fā)的基本條件之一[16]，而種子萌發(fā)是植物生活史中抗脅迫能力最弱的階段[17]，具體基質環(huán)境中苗木在種子發(fā)芽階段能否顯現出良好的長勢是保證苗木往后健康生長的關鍵。因此，研究不同基質類型，特別是檢驗一種新型基質材料添加量對苗木種子萌發(fā)及生長的影響顯得尤為重要。

油松Pinus tabulaeformis是我國華北、西北地區(qū)重要的山地造林和園林綠化樹種。國內外已有部分利用蘑菇渣堆肥作為容器苗基質添加材料的研究，并取得一定進展[9-10]。而將蘑菇渣堆肥作為油松容器苗替代性基質材料的研究還未曾有過報道。為探究蘑菇渣堆肥材料的可行性，以草炭∶珍珠巖=3∶1（體積比）的基質為對照，并在其中添加0 ～ 75%的蘑菇渣堆肥形成8個處理，研究蘑菇渣堆肥添加基質對油松容器苗種子萌發(fā)及苗木生長的影響，以期為蘑菇渣堆肥在苗木培育中的合理利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在河北平泉縣北京林業(yè)大學北方基地塑料大棚內（118°70′ E，41°22′ N）進行。供試種子于2013年秋采收于河北平泉縣，千粒重43 g, 發(fā)芽率87%。試驗采用上口徑為3.8 cm，高度為21 cm的育苗容器（型號：SC10 Super，材料：ABS），底部含4個小孔便于排水與空氣修根。肥料為包裹型緩釋復合肥（北京大漢農業(yè)科技有限公司），氮磷鉀比例為14∶13∶13，肥效為5～6個月。基質材料有丹麥進口草炭土（纖維結構長度0～10 mm)，珍珠巖以及蘑菇渣堆肥。蘑菇渣堆肥為自行堆制而成，于2013年7月采用平泉當地蘑菇廠產生的蘑菇渣廢料與綠色雜草粉碎過篩后按3∶1的體積比均勻混合進行堆肥，堆肥歷時6個月，堆體呈長堆形。堆肥完成后晾干過10 mm篩網，然后將上述三種材料以不同的比例組成8種配方（表1）。配方中珍珠巖比例不變，從處理Ⅰ到處理Ⅷ逐步增加蘑菇渣堆肥比例以替代草炭。

表1 油松基質配方Table 1 Medium components of P. tabulaeformis container seedlings (volume ratio %)

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

試驗采用完全隨機設計，8種基質配方處理，4次重復，其中處理Ⅰ是通常采用的基質配方（泥炭∶珍珠巖=3∶1）作為對照。每個處理的每個重復，即每小區(qū)育49株苗。

1.2.2 種子處理

2014年4月10日，對油松種子進行除雜和0.5%高錳酸鉀溶液消毒處理，之后將其洗凈放入溫水中浸泡24 h。第二天將種子撈出，將其放置于飽和含水率約60%的細沙中進行層積催芽。待種子裂嘴率達1/3以上時播種。

1.2.3 基質處理

8種基質配方均勻配制完成后，用四分法對其進行第一次取樣。取樣完畢后，每個配方用質量分數為3%的硫酸亞鐵溶液對基質進行噴灑消毒，蓋膜放置兩天后按比例均勻拌入計算好的顆粒狀緩釋肥料（N∶P∶K=14∶13∶13），統(tǒng)一等體積裝入育苗容器，確保每容器基質中施氮量為100 mg?？紤]硫酸亞鐵及緩釋肥對基質性質造成的影響，此后再一次取各配方基質樣。

1.2.4 發(fā)芽試驗及苗期管理

播種前一天灌足底水，2014年4月17日將催芽完畢的油松種子播入育苗容器中，每容器播2粒。播種后采用日光燈（65 W）補光，每天日落后補光3 h。每隔3天統(tǒng)計一次發(fā)芽數量，種子基部高出基質表層即為萌芽。發(fā)芽試驗完畢后，計算種子發(fā)芽率（germination percentage，GP），發(fā)芽勢（germinaion energy，GE），平均萌發(fā)時間（mean germination time，）[18]和萌發(fā)整齊性指數（synchronization index，Z）[18]。上述指標計算公式如下：

其中，2,ΣinC=ni(ni-1)/2，M=Σni(Σni-1)/2。

式中，ni為第i天種子萌發(fā)的粒數，N為供試種子總數，ti為試驗開始到第i天的時間，k為種子萌發(fā)的總天數。

5月25日進行間苗，每容器保留1株幼苗。苗木長齊后即開始噴濃度為0.1%多菌靈溶液殺菌。育苗期間，采用稱重法[19]判斷基質水分缺失狀況，據此進行適當的灌溉。每周定期移動苗床上容器，減小邊際效應影響。8月下旬開始減少灌水量并停止補光以促進苗木木質化，9月17日將苗木移置室外進行鍛煉。

1.2.5 取樣及測定

基質配方取樣后帶回實驗室進行指標測定，重復三次。容重、總孔隙度、通氣孔隙、持水孔隙、大小孔隙比等物理指標用環(huán)刀法測定[20]。pH值、EC值分別用pH計（雷磁pHS-2F型）及DDS—307雷磁電導率儀測定。

10月26日對苗木進行破壞取樣。每個小區(qū)隨機選取8株苗，小心取出其根系后用清水洗凈，再用蒸餾水潤洗。測量苗木苗高，地徑，主根長，＞1 cm一級側根數等形態(tài)指標。每小區(qū)再另外隨機抽取22株苗木，與破壞取樣苗總計共30株，計算苗高、地徑變異系數。形態(tài)指標測定后,將每株苗的根、莖、葉分別剪下，每個小區(qū)苗木樣品按根、莖、葉分別混合，裝入信封，放入68℃的烘箱中烘48 h后稱量，分別測定其生物量。

1.3 數據分析

數據采用SSPS18.0軟件進行單因素方差分析，種子萌發(fā)指標以每小區(qū)每次所觀測出苗總數為調查基礎；基質指標以每個處理的每個重復為基礎；苗高，地徑，主根長，＞1 cm一級側根數均以各小區(qū)隨機選取的單株苗木為基礎，每處理32個樣本；生物量以小區(qū)取樣的8株苗木為單位基礎，每基質處理4個重復。如處理間差異顯著，則用Turkey法在0.05水平上進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同基質處理對油松容器苗生長的影響

2.1.1 不同基質配方對油松萌芽的影響

各基質處理下油松種子出苗率在第39天后基本處于穩(wěn)定，不同基質處理對種子最終出苗率有顯著影響（圖1）。處理Ⅰ（對照）到處理Ⅳ最終出苗率差異不顯著，分別達到98.2%，86.5%，83.9%及91.8%，而均顯著大于蘑菇渣堆肥添加比例≥40%的出苗率。處理Ⅴ到處理Ⅷ最終出苗率均小于80%。處理Ⅶ和處理Ⅷ在播種后第6天才開始萌芽，比對照推遲約6天，說明添加蘑菇渣堆肥比例過高時種子會出現發(fā)芽率降低，延遲萌發(fā)等現象。

圖1 不同基質處理對油松種子萌發(fā)的影響Fig.1 Effects of different medium treatments on germinating of P. tabulaeformis seedlings

2.1.2 不同基質處理對種子發(fā)芽勢，平均萌發(fā)時間，萌發(fā)整齊性指數的影響

處理Ⅳ種子發(fā)芽勢顯著高于對照（圖2），處理Ⅱ，處理Ⅲ及處理Ⅴ都與對照差異不顯著，其他基質處理下發(fā)芽勢均顯著低于對照。處理Ⅰ到處理Ⅳ在平均萌發(fā)時間上差異不顯著，而添加≥40%蘑菇渣堆肥的基質會造成種子萌發(fā)時間的延長，其平均萌發(fā)時間顯著高于對照。而在萌發(fā)整齊性方面，蘑菇渣堆肥添加比例≥40%時，種子萌發(fā)整齊性顯著降低，而添加比例≤30%時，相對于對照而言并未造成出芽的不齊。

2.1.3 不同基質處理下油松容器苗的形態(tài)特征

當蘑菇渣堆肥添加比例≥50%時，苗高出現顯著降低，而其他處理與對照無顯著差異。隨著蘑菇渣堆肥添加比例的增加，苗木地徑有遞減的趨勢，而處理Ⅰ到處理Ⅳ差異不顯著，其中處理Ⅰ地徑最大，達到3.50 mm。對苗高、地徑調查變異情況發(fā)現，蘑菇渣堆肥添加比例≤30%的變異系數呈現減小趨勢，而當添加比例≥40%時，變異系數顯著增大。而高徑比除Ⅷ號基質外，其他處理均與對照無顯著差異。根系生長方面，主根長不存在顯著差異性，而側根數只有處理Ⅷ顯著低于對照。

2.1.4 不同基質處理對油松苗生物量的影響

對照的根莖葉及單株生物量均為最大，分別達到1.07 g，0.54 g，2.13 g，3.75 g，其他處理均出現不同程度的降低（圖3）。但處理Ⅱ、Ⅲ根生物量與對照差異不顯著，莖生物量中處理Ⅰ到Ⅳ無顯著差異，處理Ⅱ、Ⅳ的葉生物量亦與對照差異不顯著；以上除外其他處理在根莖葉上均顯著小于對照。就單株生物量而言，不同基質處理下大小順序依次為處理Ⅰ≥Ⅱ≥Ⅳ≥Ⅲ≥Ⅴ≥Ⅵ≥Ⅶ≥Ⅷ，其中處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ差異不顯著。

圖2 不同基質處理下種子發(fā)芽勢，平均萌發(fā)時間及萌發(fā)整齊性指數Fig.2 Seed germination energy, mean germination time and synchronization index with different medium treatments

表2 不同基質對苗高、地徑、高徑比、主根長及側根數的影響?Table 2 Effects of different mediums on seedling height, root-collar diameter, H/D ratio, tap root length and number of root

2.2 不同基質理化性質分析

隨著蘑菇渣堆肥添加比例的增加，各處理基質容重顯著增大，最大為Ⅷ號基質，達到0.27 g·cm-3?？偪紫抖仁浅炙紫逗屯饪紫兜目偤?，經過多重比較發(fā)現，各處理間通氣孔隙，持水孔隙以及大小孔隙比均未出現顯著差異。pH值和EC值均隨蘑菇渣堆肥添加比例增大而顯著增高，其中對照pH值最小，為6.02，而處理Ⅷ最大，達9.08；利用FeSO4噴灑基質后，各基質pH均出現不同程度下降，可見FeSO4對蘑菇渣堆肥有調低pH作用。加入緩釋肥后，各基質EC值均呈現明顯的增高，最高Ⅷ號基質為2.16 mS·cm-1，最低為對照，為 1.76 mS·cm-1。

圖3 不同基質處理下根，莖，葉及單株生物量Fig.3 Single tree biomass in response to different medium treatments

3 結論與討論

一般認為，判斷基質是否合適的首要生產指標是種子出苗率在80%以上[21]。本試驗中油松種子出苗率只有處理Ⅰ到處理Ⅳ出苗率達標，且差異不顯著，而其他處理均低于80%的出苗率指標。發(fā)芽勢、平均萌發(fā)時間、萌發(fā)整齊性指數分別是用于表征種子活力，發(fā)芽速度快慢，種子萌發(fā)整齊度的重要指標[22-23]，其中平均萌發(fā)時間越短，說明種子發(fā)芽快，而整齊性指數越高說明種子萌發(fā)越整齊。主要以草炭組成的對照是我們認為較為理想的栽培基質[24]，當蘑菇渣堆肥添加比例≤30%時，各處理平均萌發(fā)時間，整齊性與對照無顯著差異，處理Ⅳ下發(fā)芽勢顯著高于對照；而當堆肥添加比例≥40%時，出現發(fā)芽率下降，延遲萌發(fā)，整齊性降低等現象。

表3 不同基質的理化性質Table 3 Physical and chemical properties of different mediums

可見，添加比例≤30%的蘑菇渣堆肥所形成的基質環(huán)境對油松種子萌發(fā)是適宜的。Giertych等認為，生產上容器苗培育需要苗木種子能夠快速，整齊的萌發(fā)，種子之間萌發(fā)時間相距過長，最先長出的苗木葉子等會遮蔽附近的幼苗，并限制水分運輸。此種出苗差異研究在多種櫟屬等闊葉樹種研究較多[25]，而在油松等針葉樹種研究較少。苗木生長不整齊，會導致其變異系數的增大。而生長季末對苗高、地徑變異系數調查統(tǒng)計發(fā)現，變異系數基本呈現先減小后增大的趨勢。處理Ⅰ到Ⅳ，變異系數逐漸減小，而在此之前出芽期間種子萌發(fā)整齊性差異是不顯著的。究其原因可能是本試驗中油松容器苗栽植較為密集，基質中堆肥添加比例越低，苗木生長越為茂盛，從而遮蔽了較晚萌發(fā)的幼苗，影響其采光及水分汲取進而導致苗木長勢變弱，此推論可以從試驗觀測中發(fā)現堆肥添加比例小的基質中常出現若干較早封頂或比較纖細的幼苗等現象得以驗證。而處理Ⅴ到Ⅷ變異系數增大則可能是延續(xù)種子萌發(fā)時期整齊性逐漸增大的趨勢所致。

種子萌發(fā)時期的生長狀況會直接反映苗木后期的生長[22]。有很多研究得出當在草炭中添加替代性堆肥后培育出的苗木在形態(tài)、生物量等指標上與對照（添加堆肥之前）會產生顯著差異，且這些差異性通常是不利的[26-27]。對照基質能培育出相對高質量的苗木，而逐漸增大混合基質中蘑菇渣堆肥到30%比例，所育苗木在苗高，地徑，高徑比，主根長，側根數，葉生物量，莖生物量等指標均與對照無顯著差異，苗木質量相對較高。這說明，替代性蘑菇渣堆肥添加比例在30%以內，對油松苗木生長是適宜的。

苗木的生長與栽培基質息息相關[1]。分析不同基質的理化性質，隨著蘑菇渣堆肥添加比例的逐漸增大，各基質容重顯著增大，從0.13～0.27 g·cm-3，總體質量仍較輕，在育苗的合理范圍內；而通氣持水孔隙以及大小孔隙比均未呈現顯著差異，可見添加堆肥后物理性質環(huán)境與對照差異不大，適宜育苗。EC值是反映基質可溶性鹽溶液溶度的一項重要指標，過高容易燒苗，低則造成養(yǎng)分不足[28]。有研究表明理想基質的EC值應小于2.5 mS·cm-1[29]。本試驗中基質EC值隨堆肥添加比例增大而增大，說明蘑菇渣堆肥中含充足的養(yǎng)分，即使均勻混入緩釋肥后EC值最高為處理Ⅷ，達到2.16 mS·cm-1，但仍在適合苗木生長的合理范圍?；|pH值也是影響根系生長及吸收養(yǎng)分能力的重要因素[30]，FeSO4對基質具有消毒作用，而在一定程度上也有降低基質pH的作用[31]。蘑菇渣堆肥比例的增加導致各基質pH顯著增大，這與Medina等的研究結果一致[10]，均勻灑入3%的硫酸亞鐵溶液后，各基質pH值均有所降低，但顯著增高趨勢不變，最高處理Ⅷ中pH值達到7.98，呈堿性。處理Ⅴ中堆肥添加量達到40%時，pH達到6.97已接近中性，油松種子萌發(fā)及苗木地徑，生物量等指標特性開始顯著低于對照，苗木質量顯著降低。郭培國認為苗木根系處于呈弱堿性環(huán)境時，根系細胞膜的性質和狀態(tài)會發(fā)生變化進而影響對外界溶液中離子的吸收；并且當環(huán)境pH較高時，基質溶液中 P、Mn、Cu、Zn等礦質元素易產生沉淀 , 這樣將影響到苗木根系吸收礦質元素以及基質中的離子平衡[32]。可見，各基質中pH值的變化可能是影響苗木質量主要因素。當蘑菇渣堆肥添加比例≤30%時，苗木處于適宜的油松生長的微酸性基質內[33]，生長質量較好。

本試驗表明：在草炭，珍珠巖和蘑菇渣堆肥3種材料組成的基質配方中，保持珍珠巖比例為25%不變，當蘑菇渣堆肥添加比例達到30%時，所培育的油松在種子萌發(fā)特性，苗木生長指標上均與常用草炭處理差異不顯著，基質理化性質適宜，苗木質量較高，是一種可行的育苗基質。加之從節(jié)約成本及環(huán)保的角度考慮，本試驗培育油松最佳基質配方為草炭45%，珍珠巖25%，蘑菇渣堆肥30%。

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Effects of adding mushroom slag compost on emergence and growth ofPinus tabulaeformiscontainer seedlings

HU Jia-wei, LIU Yong, LI Guo-lei, MA Lv-yi, JIA Zhong-kui, LOU Jun-shan, WANG Yan, WAN Fang-fang
(Key Lab. for Silviculture and Conservation Co-constructed by China Education Ministry and Beijing, Beijing Forestry University,Beijing 100083, China)

The feasibility of using mushroom slag compost as the culture matrix ofPinus tabulaeformiscontainer seedlings was studied.Through keeping the proportion of perlite powder unchanged, and gradually increasing the proportion of mushroom compost, replacing grass carbon by mushroom compost in the mixed mediums can be realized. By setting the addition proportion of compost in 0% ～ 75%,eight kinds of media formula were designed to study the effects of different physical and chemical properties of the mixed mediums on emergence and growth ofPinus tabulaeformiscontainer seedlings. The results show that when the adding proportion of mushroom compost in the mediums reached 30%, the germination percentage, mean germination time, synchronization index, height, diameter,height to diameter ratio, tap root length, number of root, shoot biomass and foliar biomass all exhibited no changes compared with the common peat processing (containing perlite powder) , while the germination energy was signif i cantly higher than that with common peat processing; The physical properties and EC of all eight treatments were suitable to nurse the seedlings, only when adding compost proportion ≤30%, the pH value showed slightly acidic subacidity, the mixed mediums were suitable to the growth ofP. tabulaeformisseedlings; When the adding proportion of mushroom slag compost was greater than or equal to 40%, the elevated matrix pH values may be the main factor leading to decline in the quality of seedlings. Therefore, taking into consideration of the substrates materials cost and environmental factors, the best medium prescription is 45% peat, 25% perlite and 30% spent mushroom compost.

Pinus tabulaeformis; container seedlings; culture substrate; mushroom slag compost; seed germination; seedling quality

S791.254

A

1673-923X(2015)06-0028-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.06.006

2014-04-11

國家林業(yè)局“948”計劃項目（2012-4-66）；林業(yè)公益性行業(yè)科研專項經費項目（201004021）

胡嘉偉，碩士研究生 通訊作者：劉 勇，教授，博士生導師；E-mail: lyong@bjfu.edu.cn

胡嘉偉,劉 勇,李國雷,等. 添加蘑菇渣堆肥對油松容器苗種子萌發(fā)和生長的影響[J].中南林業(yè)科技大學學報, 2015,35(6):28-33,39.

[本文編校：吳 彬]