菌渣還田對設(shè)施瓜菜產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤肥力的影響

趙自超，趙時鋒，張宏啟，張海蘭，郭 兵，姚 利

（1山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，濟南 250100；2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廢棄物基質(zhì)化利用重點實驗室，濟南 250100；3山東省莘縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東莘縣 252423）

0 引言

地處華北平原的山東省莘縣，氣候適宜，資源豐富，是全國聞名的“菜籃子”，當?shù)卦O(shè)施瓜菜種植從1988年開始，經(jīng)過30多年的發(fā)展，形成以設(shè)施蔬菜、西甜瓜、食用菌為主導(dǎo)的規(guī)模經(jīng)營體系，常年瓜菜種植面積多于6萬hm2，食用菌栽培面積大于600萬m2，瓜菜菌總產(chǎn)近500萬t，享有“中國蔬菜第一縣”的美譽[1-2]。但是在瓜菜產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的同時，也存在一些問題，由于常年使用未完全發(fā)酵或未發(fā)酵的畜禽糞便作為底肥以及過量施用化肥，造成土壤鹽漬化、板結(jié)、肥料利用率低等土壤質(zhì)量退化，瓜菜產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低等一系列問題。在食用菌發(fā)展過程中，比較頭疼的問題是大量食用菌的副產(chǎn)物——菌渣無法得到有效處理，隨意丟棄會造成環(huán)境污染。這些問題嚴重制約著該地區(qū)瓜菜菌產(chǎn)業(yè)的安全和可持續(xù)發(fā)展。

菌渣的結(jié)構(gòu)疏松多孔，含有植物生長所必需的氮、磷、鉀等大量元素、可直接吸收利用的有機質(zhì)和微量元素，并且其菌絲體所分泌的相關(guān)酶可以促進作物對養(yǎng)分的吸收，可作為有機物直接還田利用[3-5]。研究表明菌渣還田可以提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)，增加土壤有機質(zhì)，改善土壤理化性質(zhì)[6-8]。馬征等[9]將菌渣用于大蔥和小麥種植中，可顯著增加大蔥和小麥產(chǎn)量，顯著提高大蔥的品質(zhì)。田平平等[10]將菌渣用在生菜上，可提高生菜產(chǎn)量，降低生菜中的硝酸鹽、亞硝酸鹽含量，提高Vc含量，改善生菜品質(zhì)，顯著提高有機質(zhì)含量。胡留杰[11]將菌渣用于菜地上，可顯著提高土壤有機質(zhì)、氮、磷、鉀含量，有利于土壤質(zhì)量的改善。齊廣耀等[12]將菌渣用于濱海鹽堿土改良上，可增加土壤有機質(zhì)，促進土壤酸性物質(zhì)的增長，從而降低土壤pH，增加土壤孔隙度，促進鹽分淋失，從而降低土壤EC值與含鹽量，達到了改良鹽堿地的目的。

因此，本研究以黃瓜（秋冬茬）和甜瓜（早春茬）輪作為對象，研究草菇菌渣對產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤肥力的影響，以期為菌渣的循環(huán)利用以及菌渣還田在提升設(shè)施瓜菜產(chǎn)量和品質(zhì)、提高土壤質(zhì)量方面提供理論依據(jù)，為實現(xiàn)瓜菜菌產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2017年8月—2019年6月在莘縣(115°67′E，36°23′N)的日光溫室（長120 m，寬11 m）內(nèi)進行，該地區(qū)四季分明，光照充裕，屬于典型的溫帶大陸性季風氣候，年日照時數(shù)2480 h，年平均氣溫和年平均降水量分別為13.4℃和502 mm。試驗土壤是潮土，0～30 cm土層基礎(chǔ)理化性狀為有機質(zhì)15.5 g/kg、堿解氮52.2 mg/kg、速效磷 44.4 mg/kg、速效鉀 167.1 mg/kg。試驗用雞糞和菌渣為當?shù)爻Ｒ娨兹〉娜怆u雞糞草菇菌渣，雞糞購自當?shù)仞B(yǎng)殖場，有機質(zhì)含量25%～40%，全氮含量1.6%～2.7%，全磷含量1.2%～2.3%，全鉀含量1.1%～2.7%。草菇菌渣來自種植戶，有機質(zhì)含量62.1%～77.6%，全氮含量1.0%～1.3%，全磷(P2O5)含量0.6%～1.2%，全鉀(K2O)含量0.6%～1.0%。輪作制度為秋冬茬黃瓜—冬春茬甜瓜，2017年8月16日試驗開始，2019年6月15日試驗結(jié)束，每種作物2個生長季。筆者選取2018年8月—2019年6月一年兩季的產(chǎn)量和品質(zhì)數(shù)據(jù)，及菌渣還田2年后（2019年6月）的土壤數(shù)據(jù)進行分析。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)置 試驗共設(shè)置7個處理，分別為農(nóng)民常規(guī)處理（雞糞+化肥）和6個不同量菌渣還田處理（菌渣+化肥），每個處理3次重復(fù)，隨機設(shè)計，共有21個小區(qū)，每個小區(qū)面積60 m2。常規(guī)處理(conventional，CON)每茬的雞糞施用量為45 t/hm2，菌渣(mushroom residue，F(xiàn)R)還田處理每茬的菌渣使用量分別為0(MR0)、15(MR1)、30(MR2)、45(MR3)、60(MR4)、75(MR5)t/hm2。菌渣和雞糞全部作為基肥使用，所有處理的化肥施用量一致，每季黃瓜施肥量N、P2O5、K2O為30、15、40 kg，其中基肥量為12、10、15 kg，追肥量為18、5、25 kg；每季甜瓜施肥量為20、15、30 kg，其中基肥量為4.5、2.5、4.5 kg，追肥量為15.5、12.5、25.5 kg。定植前按照比例將雞糞或菌渣和化肥（基肥）撒施到地面，然后旋耕與土壤混合均勻，起壟后定植。追肥時先將肥料按比例溶于水，然后通過施肥器進行灌溉施肥。試驗期間采取的其他田間管理措施，諸如鋪地膜、灌溉、防病等各試驗小區(qū)實施水平嚴格一致。

1.2.2 取樣與分析 黃瓜每隔1～2天采收一次，每次采收時測定各小區(qū)的果實產(chǎn)量，最后累計相加計算最終產(chǎn)量；甜瓜共采收2次，每次采收時測定各小區(qū)的果實產(chǎn)量，最后累計相加計算最終產(chǎn)量。

黃瓜在初果期、盛果期和末果期，甜瓜在每次采收時選取鮮樣進行Vc、硝酸鹽、可溶性糖和可滴定酸含量品質(zhì)指標的檢測，分別采用2,6-二氯酚靛酚滴定法、3,5-二硝基水楊酸顯色法、蒽酮比色法、NaOH滴定法測定[13]。每次計算測定的平均值作為最后的結(jié)果。

土壤樣品于試驗結(jié)束后在各個小區(qū)0～30 cm土層多點采集，土壤樣品帶回實驗室通風陰干后測定用于測定相關(guān)指標，用pH計測定土壤pH，用電導(dǎo)率儀測定土壤電導(dǎo)率，用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì)，用堿融-鉬銻抗比色法和火焰光度計法分別測定土壤全磷和全鉀，用堿解擴散法測定土壤速效氮，用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定土壤速效磷，用醋酸氨浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀[14]。

1.3 數(shù)據(jù)分析及計算方法

本試驗用Excel 2016進行數(shù)據(jù)整理和畫圖，采用SPSS 22.0軟件中的單因素AVNOVA進行方差分析，選擇Duncan法進行多重比較，顯著水平為0.05。

土壤氮素活化系數(shù)、磷素活化系數(shù)和鉀素活化系數(shù)計算如式(1)[15]所示，式中0.001為單位轉(zhuǎn)化系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對黃瓜和甜瓜產(chǎn)量的影響

如圖1所示，相比常規(guī)處理(CON)，菌渣還田(MR1～MR5)可以顯著增加黃瓜產(chǎn)量，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5的增幅分別為28.1%、35.7%、41.3%、45.3%和43.2%。與黃瓜產(chǎn)量不同的是，僅高量菌渣還田處理(MR3～MR5)的甜瓜產(chǎn)量比常規(guī)處理的高，相比CON，MR3、MR4和MR5分別增加了5.1%、10.4%和9.6%。低量菌渣還田處理（MR1和MR2）與CON處理間差異不顯著。由于MR0只施用了化肥，其甜瓜產(chǎn)量最低，與CON相比降低了19.4%。

圖1 不同施肥處理對黃瓜和甜瓜產(chǎn)量的影響

綜合黃瓜產(chǎn)量與甜瓜產(chǎn)量的變化趨勢來看，瓜產(chǎn)量與甜瓜產(chǎn)量都是呈現(xiàn)出隨著菌渣施用量的增加先增加后降低的趨勢高。菌渣還田量與土壤有機碳和土壤全氮含量均呈一元二次函數(shù)關(guān)系（圖2），菌渣還田量可以解釋98.3%的甜瓜產(chǎn)量變化和96.2%的甜瓜產(chǎn)量變化。綜上所述，菌渣代替雞糞還田會增加黃瓜和甜瓜產(chǎn)量，其中MR4處理表現(xiàn)的效果最好。

圖2 菌渣施用量與黃瓜和甜瓜產(chǎn)量的關(guān)系

2.2 不同施肥處理對黃瓜和甜瓜品質(zhì)的影響

從表1可以看出，化肥配施有機物（雞糞或菌渣）會顯著提高黃瓜和甜瓜的Vc含量，與雞糞處理(CON)相比，菌渣處理(MR1～MR5)顯著提高黃瓜和甜瓜的Vc含量；從黃瓜Vc含量來看，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分別提高了3.3%、4.9%、13.6%、27.6%和331.0%，黃瓜Vc含量會隨著菌渣施用量的提高而升高；與黃瓜Vc含量變化趨勢不同的是，甜瓜Vc含量會隨著菌渣施用量的提高先升高再降低，相比CON，MR1、MR2、MR3、MR4和 MR5分別提高了27.5%、57.3%、67.1%、55.7%和36.3%。與Vc含量變化相同的是，化肥配施有機物（雞糞或菌渣）也會顯著提高黃瓜和甜瓜的硝酸鹽含量（表1），但是與雞糞相比，施用菌渣會顯著降低黃瓜的硝酸鹽含量，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分別降低了28.9%、25.3%、22.4%、10.1%和8.3%，黃瓜硝酸鹽含量也會隨著菌渣施用量的提高而升高；對于甜瓜硝酸鹽含量來說，菌渣處理與常規(guī)處理間無顯著差異。與作物Vc含量和硝酸鹽含量變化相同的是，化肥配施有機物（雞糞或菌渣）同樣會顯著提高黃瓜和甜瓜的可溶性糖含量（表1），高量菌渣還田處理(MR3～MR5)相比常規(guī)處理會增加黃瓜和甜瓜的可溶性糖含量，相比CON，MR3、MR4和MR5分別增加黃瓜可溶性糖含量為11.3%、7.8%和12.6%，分別增加甜瓜可溶性糖含量為4.2%、7.2%和5.5%。與作物Vc含量、硝酸鹽含量和可溶性糖含量不同的是，不管是有機物處理與化肥處理間，還是常規(guī)處理與菌渣還田處理間，黃瓜和甜瓜的酸度均顯著差異。綜上所述，菌渣還田可以顯著提高黃瓜和甜瓜品質(zhì)，綜合來看MR3和MR4處理的提升效果較好。

表1 不同施肥處理對黃瓜和甜瓜品質(zhì)的影響

2.3 不同施肥處理對土壤肥力的影響

從表2可以看出，與常規(guī)施肥相比，化肥處理和菌渣處理顯著降低了土壤pH，MR0、MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分別降低了2.1%、2.3%、2.4%、2.3%、2.4%和2.1%?；逝涫┯袡C物（雞糞或菌渣）相比化肥會顯著提高土壤EC值，尤其是雞糞處理(CON)的土壤EC值達到了586.5 μS/cm，超過人們通常認為的作物生育障礙臨界點(EC＞500 μS/cm)[16]。但是菌渣還田處理相比常規(guī)處理會顯著降低土壤EC 值 (＜500 μS/cm)，相比 CON，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5分別降低了48.1%、34.9%、29.8%、33.5%和31.3%。與土壤EC值變化不同的是，化肥配施有機物（雞糞或菌渣）相比僅使用化肥會顯著提高土壤有機質(zhì)含量，并且施用菌渣相比雞糞也顯著提高了土壤有機質(zhì)含量，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分別降低了12.0%、11.2%、21.6%、33.1%和31.7%。同樣的，化肥配施有機物（雞糞或菌渣）相比僅使用化肥顯著提高了土全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷和速效鉀含量（表2），高量菌渣(MR3～MR5)還田處理相比常規(guī)處理增加了全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷含量；相比CON，MR3、MR4和MR5的全氮含量分別增加了19.9%、29.4%和26.5%，全磷含量分別增加了4.5%、7.5%和10.8%，全鉀含量分別增加了0.7%、0.4%和9.5%，速效氮含量分別增加了66.5%、68.9%和72.4%，速效磷含量分別增加了2.9%、29.2%和47.3%。

表2 不同施肥處理對土壤理化性狀的影響（0～30 cm土層）

土壤養(yǎng)分活化系數(shù)是表征養(yǎng)分有效性的重要指標，是指土壤有效養(yǎng)分含量除以養(yǎng)分全量含量得到的數(shù)值，系數(shù)越高表明土壤養(yǎng)分的有效性越高。不同施肥處理氮、磷和鉀養(yǎng)分的活化系數(shù)分別為6.16%～9.88%、3.27%～5.80%和 0.94%～1.18%（圖3）。與僅使用化肥相比，化肥配施有機物（雞糞或菌渣）顯著增加了土壤氮、磷和鉀養(yǎng)分的活化系數(shù)；而施用菌渣相比雞糞也顯著提高了土壤氮活化系數(shù)，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分別增加了9.0%、46.0%、38.8%、30.4%和36.2%；只有高量菌渣還田處理（MR4和MR5）相比常規(guī)處理增加了土壤磷活化系數(shù)，分別提高了20.0%和32.9%，除了MR1相比CON顯著降低土壤磷活化系數(shù)以外，MR2和MR3與CON處理間的土壤磷活化系數(shù)無顯著差異；5個菌渣還田處理與常規(guī)施肥間的土壤鉀活化系數(shù)無顯著差異。

圖3 不同施肥處理土壤養(yǎng)分活化系數(shù)的影響

綜上所述，化肥配施有機物可以增加土壤養(yǎng)分和土壤養(yǎng)分活化系數(shù)，菌渣代替雞糞還田可以降低土壤pH和EC值，增加土壤養(yǎng)分和土壤養(yǎng)分活化系數(shù)，說明菌渣還田可以提高土壤肥力，改善土壤質(zhì)量，其中MR4表現(xiàn)的效果最好。

3 討論

3.1 菌渣還田對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

菌渣作為有機肥施用到土壤中，因具有疏松多孔的特點，有利于土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，可以增加土壤透氣性和提高土壤的保水能力，促進植物對土壤養(yǎng)分吸收，從而提高作物的產(chǎn)量[17-19]。陳雯雯等[20]研究結(jié)果表明菌渣配施60%的化肥，相比100%的化肥可顯著提高花生產(chǎn)量，這是因為菌渣可以促進花生對土壤養(yǎng)分的固持和吸收，從而提高產(chǎn)量。劉中良等[21]的結(jié)果表明，不管是早春茬還是秋冬茬，菌渣栽培相比常規(guī)栽培菌能顯著增加番茄產(chǎn)量，這與本研究的結(jié)果類似，菌渣還田不僅可以增加黃瓜（秋冬茬）產(chǎn)量還可以增加甜瓜的產(chǎn)量（早春茬），并且黃瓜和甜瓜的產(chǎn)量會隨著菌渣還田量(0～60 t/hm2)的增加而增加（圖1和圖2）。研究表明菌渣配施化肥施既能補充速效養(yǎng)分，又可以持續(xù)供應(yīng)作物所需，可以達到作物養(yǎng)分的平衡供應(yīng)，實現(xiàn)作物增產(chǎn)的目的[22-23]；同時菌渣在分解過程中，會大量產(chǎn)生CO2，在一定的濃度范圍內(nèi)，作物光合作用強度會隨著CO2濃度的升高而增加，從而增加作物產(chǎn)量[24]。這可能是本次研究中黃瓜和甜瓜的產(chǎn)量會隨著菌渣還田量的增加而增加的原因。本研究中常規(guī)施肥（雞糞+化肥）的黃瓜產(chǎn)量要顯著低于其他處理，這是因為在本次試驗中，使用的雞糞沒有充分腐熟，黃瓜定植后種苗死亡1/3，后補苗影響了產(chǎn)量。未完全腐熟的雞糞施用到地里，會繼續(xù)發(fā)酵（本次試驗黃瓜定植在8月，棚內(nèi)氣溫偏高，會促進雞糞的發(fā)酵），在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生大量熱量和氨氣，從而引發(fā)黃瓜燒苗燒根。因而在設(shè)施栽培中一定要避免使用未完全腐熟的畜禽糞便。

菌渣不僅可以增加作物產(chǎn)量，還會改善作物品質(zhì)[25]。張穎等結(jié)果表明，菌渣可以改善黃瓜的品質(zhì)[26]，劉中良等結(jié)果表明菌渣可以提高青椒的品質(zhì)[27]。這與本研究的結(jié)果類似。本研究的結(jié)果表明，菌渣還田可以提高設(shè)施黃瓜和甜瓜的Vc含量和可溶性糖含量，這可能是因為菌渣中含有較多的酶類、糖類和生長促進劑[28]。有的研究表明，菌渣還田增加了土壤有機質(zhì)的含量從而促進土壤反硝化進程，進而有效地降低了土壤中硝態(tài)氮濃度，減少了蔬菜對硝態(tài)氮的吸收[10]，這可能是本研究中菌渣還田可以降低黃瓜和甜瓜硝酸鹽含量的原因。

3.2 菌渣還田對土壤肥力的影響

土壤pH和EC值是反映土壤健康狀況的重要指標，設(shè)施菜地由于常年施用雞糞，鹽漬化現(xiàn)象嚴重，本研究中常規(guī)施肥的EC值已經(jīng)超過了作物生育障礙臨界點，pH＞8，屬于堿性土壤，不利于黃瓜和甜瓜的生長。菌渣還田可以顯著降低土壤pH，這可能是菌渣中含有有機酸引起的，也可能是菌渣還田增加土壤有機質(zhì)，促進土壤酸性物質(zhì)的增長，從而降低土壤pH[7,12]；菌渣因為經(jīng)過了發(fā)酵和轉(zhuǎn)化，可能活性物質(zhì)較多，因而可以降低土壤EC值，也可能是因為菌渣還田可以增加土壤孔隙度，從而促進鹽分淋失，進而降低土壤EC值；但是土壤EC值會隨著菌渣還田量的增加而增大，會增加土壤鹽漬化風險[12]。

本研究中菌渣還田可以顯著增加土壤有機質(zhì)，這與前人研究一致[10,15,20]。這主要是由于菌渣本身富含有機質(zhì)，而菌渣中含有分解有機質(zhì)的酶，最終轉(zhuǎn)化為能夠改良土壤、易被作物吸收利用的有機質(zhì)[11,25]。同時本研就還發(fā)現(xiàn)菌渣還田可以增加土壤全氮、全磷和全鉀含量，這可能是因為一是本身菌渣含有大量氮磷鉀，施入到土壤中，增加了土壤氮磷鉀含量，二是增加了土壤有機質(zhì)含量，土壤有機質(zhì)分解轉(zhuǎn)化為了氮磷鉀[8-9,11]。

研究表明菌渣中含有大量菌絲蛋白土壤酶，是土壤物質(zhì)循環(huán)重要參與者，同時菌渣還田處理降低了土壤pH，為微生物群落提供了良好的生存生境，增強土壤微生物活性，提高土壤養(yǎng)分的分解及有效性，這可能是本研究中菌渣還田可以提高速效養(yǎng)分含量及土壤養(yǎng)分活化系數(shù)的原因[16,29-30]。

4 結(jié)論

菌渣還田會增加設(shè)施黃瓜和甜瓜產(chǎn)量，黃瓜和甜瓜產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)會隨著菌渣還田量的增加而增加，其中菌渣還田量為60 t/hm2的效果最好。菌渣還田可以顯著提高黃瓜和甜瓜Vc含量和可溶性糖含量，降低硝酸鹽含量，從而改善黃瓜和甜瓜品質(zhì)，其中菌渣還田量為45、60 t/hm2的效果最好。菌渣還田可以降低土壤pH和EC值，增加土壤養(yǎng)分和土壤養(yǎng)分活化系數(shù)，從而提高土壤肥力和土壤質(zhì)量，其中菌渣還田量為60 t/hm2的效果最好。菌渣代替雞糞作為底肥還田可以提高設(shè)施瓜菜產(chǎn)量、品質(zhì)和土壤肥力，建議在瓜菜菌主產(chǎn)區(qū)因地制宜地進行推廣和應(yīng)用。