不同林下栽培方式對靈芝生長和培養(yǎng)料碳素轉(zhuǎn)化的影響

林怡 葉菁 陳華 劉明香 王義祥

摘? 要? 通過設(shè)置露天（T1）和遮陰（T2）兩種林下栽培靈芝試驗(yàn)，研究分析不同林下栽培方式對靈芝子實(shí)體產(chǎn)量、絕對生物學(xué)效率、主要活性成分以及培養(yǎng)料碳素轉(zhuǎn)化的影響，并監(jiān)測子實(shí)體發(fā)育階段CO2排放通量的變化。結(jié)果表明：與T1栽培方式相比，T2栽培方式靈芝的子實(shí)體產(chǎn)量和絕對生物學(xué)效率平均高出36.76%，總?cè)扑岷科骄叱?7.67%，而多糖含量平均低25.30%，并且其間的差異達(dá)顯著性水平。同時，T2處理的靈芝子實(shí)體碳素轉(zhuǎn)化率平均高出48.56%，碳素?fù)p失率平均高出28.96%，菌渣殘留率平均低25.62%。在子實(shí)體發(fā)育階段T2栽培方式下CO2平均排放通量平均高出46.23%，與環(huán)境空氣濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.24。

關(guān)鍵詞? 靈芝;露天/遮陰;產(chǎn)量;碳素轉(zhuǎn)化;CO2排放通量

中圖分類號? R282.2? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? A

靈芝[Ganoderma lucidum （Lesyss ex Fr.） Karst]屬擔(dān)子菌亞門多孔菌目靈芝菌科靈芝屬真菌，素有“林中靈”“仙草”之稱[1]，在中國作為傳統(tǒng)中藥有悠久的歷史，是中國食（藥）用菌研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一[2]。據(jù)統(tǒng)計，2015年我國靈芝栽培面積約達(dá)到1萬hm2靈芝及孢子粉產(chǎn)值達(dá)到16億美元，成為世界上靈芝的主要生產(chǎn)和出口國[3]，并且市場對其產(chǎn)量和質(zhì)量的需求逐年提高，現(xiàn)有的人工栽培規(guī)模和傳統(tǒng)的靈芝栽培模式亟需加強(qiáng)提升，模擬天然菌類的生活習(xí)性和生長發(fā)育條件等的仿野生栽培技術(shù)在近年來得到了大力研究和推廣[4]。據(jù)王燦琴等[5]、張舒峰等[6]、覃曉娟等[7]對野生、大棚與仿野生栽培靈芝的研究結(jié)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長環(huán)境更貼近于靈芝生長條件，各階段生長周期長于大棚栽培，在產(chǎn)量、生物學(xué)轉(zhuǎn)化率、子實(shí)體大小及多糖、總靈芝酸含量等方面均優(yōu)于野生靈芝和大棚栽培靈芝。同時，可以提高林下空間利用率，增強(qiáng)土壤肥力，提高林木速生，促進(jìn)林業(yè)發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)了“以林養(yǎng)菌，以菌促林”[8-9]。

由于靈芝生長對光、溫、水、氣的要求較為苛刻，出芝要有相對穩(wěn)定的陰涼、潮濕、通風(fēng)環(huán)境[10]。常規(guī)大棚栽培掌控容易出現(xiàn)矛盾，在南方多雨高濕高熱林下地區(qū)，林下仿野生栽培受自然氣候影響較大[11]，容易出現(xiàn)產(chǎn)量不穩(wěn)定、子實(shí)體品質(zhì)難以控制、靈芝物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率低、栽培效益降低，從而引起高品質(zhì)的靈芝貨源不足等問題，嚴(yán)重阻礙我國靈芝產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展[12-14]。此外，同大多數(shù)食用菌一樣，林下仿野生栽培靈芝存在物質(zhì)轉(zhuǎn)化率較低、CO2排放量大等問題[15]。碳素物質(zhì)是食用菌生長代謝的營養(yǎng)物質(zhì)，同時通過微生物的呼吸作用產(chǎn)生損失。在食用菌生長過程中，目前關(guān)于光照、溫度、濕度等環(huán)境因素對食用菌生長發(fā)育的影響研究較多[16]，而對食用菌生長過程中碳素物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究少見報道。本研究通過對靈芝林下仿野生栽培過程中CO2排放狀況、碳素轉(zhuǎn)化效率、培養(yǎng)料物質(zhì)轉(zhuǎn)換等方面的研究，為林下靈芝仿野生栽培高產(chǎn)量、高物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率研究提供科學(xué)依據(jù)，對促進(jìn)靈芝乃至食用菌產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)林區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1? 材料與方法

1.1? 材料

1.1.1? 供試菌種? ?供試菌種為赤芝，來源于福建省建陽崇雒鄉(xiāng)美地食用菌專業(yè)合作社。

1.1.2? 靈芝栽培基質(zhì)配方? 茶梗35%、雜木屑45%、五節(jié)芒粉10%、麥麩8%、紅糖1%、石膏粉0.9%、過磷酸鈣0.1%，含水率60.15%，pH 6.10，有機(jī)碳含量49.50%。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗(yàn)設(shè)計? 試驗(yàn)于2015年4—8月在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院福州試驗(yàn)基地，選取的林分類型為雜木林。試驗(yàn)共設(shè)置林下露天（T1）和林下遮陰（T2）2種栽培方式，其中林下遮陰方式采用高度1 m拱形棚，上面覆蓋遮陰網(wǎng)，每個處理重復(fù)3個小區(qū)，小區(qū)面積2 m×10 m，每個小區(qū)100筒。2015年4月15日分別在每個小區(qū)內(nèi)放置發(fā)滿絲的靈芝菌棒，菌棒大小為18 cm×26 cm，菌棒平均干重為654.00 g/袋。栽培時每個菌棒間隔約5 cm，覆土2～3 cm。靈芝出菇階段溫度25.59～31.45 ℃，空氣濕度72.10%～96.06%。日常根據(jù)濕度情況對靈芝進(jìn)行噴水保濕，不采取其他管理措施。

1.2.2? 樣品采集? 在試驗(yàn)初期和靈芝采收后（第107 d）分別采集栽培基質(zhì)樣品，每個處理小區(qū)隨機(jī)采集3個菌袋，分別稱重測定菌渣重量。采用四分法采集樣品65 ℃烘干測定含水量，烘干樣粉碎后用于有機(jī)碳含量的測定。靈芝菌棒覆土后第28天菇蕾形成，待靈芝菌蓋邊緣淺白色消失，表面色澤一致，大量褐色孢子粉飛散，于第107天靈芝成熟后一次性采收。采收后的靈芝即刻測量其鮮重，后切片放置于烘箱在65 ℃下烘至恒重，測量其干重。

1.2.3? 測定內(nèi)容與方法? 靈芝子實(shí)體多糖含量采用蒽酮-硫酸比色法測定，總?cè)扑岷坎捎孟悴萑?高氯酸比色法測定[17]。總有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定[18]。

CO2排放通量利用Li-8100土壤碳通量測定系統(tǒng)測定。分別于在每個小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3個樣點(diǎn)測定CO2排放通量，同時以沒有種植靈芝的林下土壤作為空白對照（CK）。測定前5 d利用PVC材料插入栽培基質(zhì)畦床并將圈壓實(shí)，然后每隔5 d測定培養(yǎng)料CO2排放通量。

1.3? 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 18.0和Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行分析和圖表制作。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同栽培方式對靈芝生長的影響

2.1.1? 子實(shí)體產(chǎn)量和絕對生物學(xué)效率? 由圖1和圖2可知， T1和T2栽培方式的靈芝產(chǎn)量（鮮重）平均分別為81.35、112.62 g/袋，差異達(dá)到顯著性水平（p<0.05）;T2栽培方式的絕對生物學(xué)效率比T1栽培方式平均高出36.76%，二者的差異達(dá)顯著性水平（p<0.05）。

2.1.2? 子實(shí)體活性成分? 靈芝多糖和靈芝總?cè)扑崾庆`芝的次生代謝產(chǎn)物，是靈芝重要的化學(xué)和藥效成分[19]。根據(jù)2015年版《中國藥典》規(guī)定，靈芝多糖含量不得低于0.9%，靈芝總?cè)扑岷坎坏玫陀?.5%。圖3顯示，T1和T2兩種栽培方式下，靈芝多糖含量平均分別超出藥典標(biāo)準(zhǔn)52.22%和13.33%，其中T1栽培方式與藥典規(guī)定間的差異達(dá)到顯著水平（p<0.05）;2種栽培方式的靈芝總?cè)扑岷科骄謩e超出藥典標(biāo)準(zhǔn)78.00%和108.00%，差異均達(dá)到顯著水平（p<0.05）。T2栽培方式的靈芝多糖含量平均比T1栽培方式低25.30%，靈芝總?cè)扑釀t平均比T1栽培方式高出17.67%，差異均達(dá)到顯著水平（p<0.05）。

2.2? 不同栽培方式對培養(yǎng)料物質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響

2.2.1? 干物質(zhì)轉(zhuǎn)化? 由表1和圖2可知，T1、T2栽培方式的干物質(zhì)轉(zhuǎn)化率平均分別為5.20%、7.11%;T2栽培方式的基物失重、呼吸消耗較T1栽培方式平均分別高30.13%、29.26%，二者栽培方式間差異達(dá)到顯著水平（p<0.05）。

2.2.2? 碳素轉(zhuǎn)化? 經(jīng)測定，每袋靈芝培養(yǎng)基質(zhì)平均含碳量為323.73 g，培養(yǎng)基質(zhì)碳消耗主要有轉(zhuǎn)移到子實(shí)體、殘留在菌渣中以及因呼吸作用而損耗等3個途徑[20]。由表2可知，經(jīng)過107 d的生長過程，T1栽培方式下，碳素降解率平均為45.32%，其中4.51%的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化到子實(shí)體中，54.68%殘留在菌渣中，40.81%以呼吸的形式逃逸到大氣中;T2栽培方式下，碳素降解率平均為59.32%，其中6.70%的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化到子實(shí)體中，40.67%殘留在菌渣中，52.63%以呼吸的形式逃逸到大氣中。較之T1栽培方式，T2栽培方式的子實(shí)體碳素轉(zhuǎn)化率、碳素?fù)p失率平均分別高出48.56%、28.96%，菌渣碳素殘留率平均低25.62%，各項指標(biāo)的差異均達(dá)到顯著水平（p<0.05）。

2.3? 不同栽培方式對CO2排放通量的影響

通過在子實(shí)體發(fā)育過程中對CO2排放通量的定位監(jiān)測，由圖4可知，不含靈芝的情況下，同一時期2種栽培方式和CK處理CO2排放通量間的差異均達(dá)到顯著性水平（p<0.05）。整個觀測期間T1栽培方式的CO2排放通量介于4.21～9.48 μmol/ （m2?s），平均排放通量為7.75 μmol/（m2?s），在第74天和第84天下降，第94天又上升，其隨時間的變化規(guī)律與CK處理基本一致。T2栽培方式的CO2排放通量介于6.65～12.30 μmol/（m2?s），平均排放通量為9.58 μmol/（m2?s），其隨時間變化總體呈上升的趨勢。

圖5顯示，與無芝條件下相比，在包含靈芝的測定條件下T1、T2處理各階段的CO2排放通量趨勢呈現(xiàn)不同的變化趨勢。T1、T2處理CO2排放通量變化趨勢與生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的靈芝CO2排放通量變化趨勢基本一致，但T1生產(chǎn)系統(tǒng)的CO2排放通量階段性變化趨勢較T2處理平緩。T1生產(chǎn)系統(tǒng)的CO2排放通量介于12.34～18.66 μmol/ （m2?s），平均排放通量為15.90 μmol/（m2?s），T2生產(chǎn)系統(tǒng)的排放通量介于15.50～30.91 μmol/（m2?s），平均排放通量為23.25 μmol/（m2?s），T2栽培方式比T1栽培方式平均高46.23%，兩者間的差異達(dá)顯著性水平（p<0.05）。就靈芝的CO2排放通量而言，除第84天外，T1處理靈芝的CO2排放通量均低于T2處理，其間的差異達(dá)到顯著性水平（p<0.05）。

2.4? CO2排放通量、環(huán)境因子間的相關(guān)分析

由圖6可見，T1處理空氣濕度與CK處理變化規(guī)律基本一致。相對T1處理，T2處理空氣濕度呈現(xiàn)出較大波動。由表3可知，空氣溫度與空氣濕度呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（p<0.01），與土壤溫度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（p<0.01）;空氣濕度與土壤溫度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（p<0.05）。CO2排放通量變化與空氣濕度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（p<0.05），而其與空氣溫度、土壤溫度無顯著相關(guān)性（p>0.05）。

3? 討論

3.1? 不同栽培方式對子實(shí)體產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

在靈芝生長過程中，光、溫、水、氣等環(huán)境因子對其產(chǎn)量、生物學(xué)效率和品質(zhì)的影響至關(guān)重要[21]。菇蕾生長階段（溫度：25 ℃左右，濕度：85%～90%）和子實(shí)體生長期間（溫度：24～28 ℃，濕度：90%～95%）要求的適宜溫度和濕度不同[22]。

本研究結(jié)果表明，在林下仿野生栽培靈芝種植過程中，T2栽培方式下靈芝的子實(shí)體產(chǎn)量、絕對生物學(xué)效率顯著高于未遮陰處理。分析可能在靈芝子實(shí)體發(fā)育階段，通過遮陰設(shè)施，更有利于形成適宜于靈芝生長的環(huán)境。已有研究認(rèn)為，在靈芝子實(shí)體發(fā)育過程中，中等強(qiáng)度的光照有利于促進(jìn)子實(shí)體的生長發(fā)育和總?cè)扑帷⒍嗵浅煞值暮铣?，半陰條件下靈芝的總?cè)扑?、多糖含量皆高于?/p>

陰條件[23-25]。而黃璐琪[26]的研究結(jié)果則表明較弱光照條件下更有利于靈芝三萜類物質(zhì)的積累。因此，遮陰栽培方式下靈芝的總?cè)扑岷匡@著高于未遮陰處理。在林下仿野生栽培靈芝過程中需要兼顧其生長和次生長物積累的平衡，本研究認(rèn)為在林下靈芝仿野生栽培生產(chǎn)過程中，采取合理的遮陰密度對靈芝生長的環(huán)境因子能夠起到一定的調(diào)控作用，使之更有利于靈芝的生長和品質(zhì)的提升。靈芝的產(chǎn)量和品質(zhì)是決定靈芝產(chǎn)業(yè)效益的兩個主要因素。靈芝各階段的生長期延長，有利于子實(shí)體產(chǎn)量的提高，品質(zhì)的提升以及有效成分含量的增加[5]，因此，林下靈芝仿野生栽培研究中，對光照、溫度、濕度等環(huán)境因素的調(diào)控以及遮陰設(shè)施的合理改造的深入探討，有益于提高林下靈芝仿野生栽培行業(yè)的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。

3.2? 不同栽培方式對碳素轉(zhuǎn)化效率的影響

碳素物質(zhì)是食用菌生長過程中不可缺少的營養(yǎng)源和關(guān)鍵能量[27]。在靈芝生長過程中，靈芝菌體、微生物的呼吸消耗是培養(yǎng)料碳損失的主要途徑[28]。已有研究認(rèn)為培養(yǎng)料中僅有5%～7%的碳素會轉(zhuǎn)移到子實(shí)體當(dāng)中，大部分的碳素是以呼吸消耗的形式損失[29]，特別是碳素物質(zhì)，主要以CO2的形式排放到環(huán)境中。本研究結(jié)果表明，T1、T2兩種栽培方式碳素轉(zhuǎn)化率分別平均為4.51%、6.67%，碳素?fù)p失率分別平均達(dá)40.81%、52.63%。楊佩玉等[30]研究認(rèn)為，溫度的高低可能是影響碳素轉(zhuǎn)化分解的原因之一，短時間內(nèi)溫度的快速提高有利于培養(yǎng)料中有機(jī)碳、粗纖維的分解轉(zhuǎn)化。本研究結(jié)果也顯示，在靈芝子實(shí)體發(fā)育階段，T2栽培方式下空氣溫度和土壤溫度平均高于T1處理，T2栽培方式下的靈芝子實(shí)體碳素轉(zhuǎn)化率較T1栽培方式高47.23%，其碳損失率也提高29.01%。實(shí)際上，在靈芝栽培過程中，碳源、氮源、碳氮比等營養(yǎng)條件和光照、溫度、濕度、CO2濃度等環(huán)境條件是影響碳素轉(zhuǎn)化的各種因素，控制碳素轉(zhuǎn)化和降低碳損失率需要通過各因子之間的相互作用來實(shí)現(xiàn)[31]。

3.3? 不同栽培方式對CO2排放通量的影響

食用菌栽培過程中產(chǎn)生的CO2主要來源于菌體的呼吸作用和培養(yǎng)料的分解，前者占較大比例[20]。本研究結(jié)果表明，來自靈芝菌體呼吸作用的CO2排放量平均占總CO2排放量的48.97%～ 58.41%，來自培養(yǎng)料分解的平均為41.59%～ 51.03%，其中T1處理CO2排放以來源于菌體的呼吸作用占較大比例，而T2處理以來源于培養(yǎng)料的分解占較大比例。通常，CO2排放通量提高，碳損失率也相應(yīng)增加。T2處理平均CO2排放通量高于T1處理46.23%，這與T2處理碳損失率高于T1處理的結(jié)果相一致。溫度和濕度是影響食用菌生長發(fā)育的主要環(huán)境因素。相關(guān)分析表明，靈芝子實(shí)體生長發(fā)育過程中CO2排放通量與空氣濕度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明遮陰改變了空氣濕度，是導(dǎo)致其CO2排放通量增加的重要因素之一。此外，光照也是食用菌生長發(fā)育過程中一個不可忽略的因素，光照不僅在食用菌菌絲體由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)入生殖生長的階段起作用，對子實(shí)體的生長也有明顯的作用[32]。吳懼等[33]研究表明，靈芝子實(shí)體生長雖然需要光強(qiáng)，但強(qiáng)光對其生長不利。袁學(xué)軍等[34]研究也表明，相對全陽和全蔭，半蔭條件下靈芝中三萜類活性物質(zhì)含量最高。本研究表明，T2處理源自靈芝菌體呼吸作用的CO2排放通量亦顯著高于T1處理，遮陰減弱了強(qiáng)光直射，也是影響靈芝生長過程中CO2排放的重用因素。

4? 結(jié)論

不同林下栽培方式下，受光照、溫度、濕度等環(huán)境因子的影響，T2栽培方式下靈芝子實(shí)體產(chǎn)量（干重）、生物學(xué)效率比T1栽培方式平均分別高36.76%、36.73%，其主要活性成分靈芝總?cè)扑岷勘萒1栽培方式平均高16.85%，靈芝多糖比T1栽培方式平均低25.55%。

在靈芝子實(shí)體生長發(fā)育過程中，碳素主要以呼吸消耗的形式損失。遮陰條件下靈芝生長過程中平均CO2排放通量比未遮陰處理提高46.23%，碳損失增加29.01%，CO2排放通量與空氣濕度呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，遮陰改變了空氣濕度，是導(dǎo)致CO2排放通量增加的重要因素。

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