不同粒徑與添加比例的復(fù)合菌糠對土壤吸水-持水能力的影響

李壽強(qiáng)，張小強(qiáng)，魯耀澤，張曉晶，潘 梟，劉曉民，張文柱，龐 云

(1.內(nèi)蒙古中特水利科學(xué)技術(shù)研究所，呼和浩特 010050； 2.呼和浩特市園藝科研試驗中心，呼和浩特 010010)

0 引 言

我國是食用菌生產(chǎn)大國[1]，據(jù)統(tǒng)計，2018年食用菌總產(chǎn)量為4 000×104t，約占世界總產(chǎn)量的80%左右[2]。而食用菌菌糠為食用菌子實體收獲后的廢棄栽培基質(zhì)[3]，僅2018年約產(chǎn)生1.3×108～2.0×108t菌糠[4]。菌糠中含有大量的粗纖維、木質(zhì)素、多糖等成分，還含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、碳水化合物、維生素和微量元素[5-6]，同時菌糠加入土壤后可以改善土壤的通氣性和持水性，改善土壤的化學(xué)性質(zhì)，增加微生物活性，并提高土壤保溫性[7-9]。目前，國內(nèi)外諸多學(xué)者針對菌糠開展了一系列研究。楊鵬等[10]通過杏鮑菇菌糠栽培平菇，發(fā)現(xiàn)菌糠比例為40%效益最好；付志英[11]、盧政輝[12]等研究發(fā)現(xiàn)利用杏鮑菇菌糠栽培雙孢菇和姬松茸等食用菌，不僅可提高產(chǎn)量，還可提高經(jīng)濟(jì)效益；郭雪等[13]通過廢棄菌糠制造有機(jī)肥，施入大豆、玉米田后，化肥用量減少20%，產(chǎn)量分別提高8.99%、9.82%～15.96%；張華微等[14]指出玉米田中施入香菇菌糠，不僅可改善土壤孔隙度，同時還可提高玉米產(chǎn)量和品質(zhì)；石堃等[15]發(fā)現(xiàn)猴頭菇菌糠不僅可降低土壤鹽堿含量，同時可提高土壤有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)元素含量；程志強(qiáng)[16-17]、朱安祥[18]、趙利[19]等發(fā)現(xiàn)利用木耳、平菇菌糠通過與膨潤土或聚丙烯酸鉀等復(fù)合可制備高吸水樹脂，且效果較好。

綜上所述，菌糠應(yīng)用范圍較廣，但目前研究主要側(cè)重于作物增產(chǎn)、土壤調(diào)理與改良以及作為高吸水樹脂制備原料等方面，而針對菌糠對土壤水分影響研究甚少。因此，本研究基于室內(nèi)花盆試驗，通過不同粒徑復(fù)合菌糠對土壤吸水-持水能力的影響，探究廢棄菌糠對土壤(壤土、砂土)水分狀況的影響，為改善土壤水分狀況，促進(jìn)作物增產(chǎn)，實現(xiàn)廢棄菌糠資源化利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗供試菌糠為玉米芯菌糠和木屑菌糠，兩種菌糠經(jīng)過堆漚處理后，過4、1 mm篩，二者按質(zhì)量比1∶1分別混合后備用。供試土壤為壤質(zhì)砂土和砂質(zhì)壤土。

1.2 試驗設(shè)計

將兩種粒徑(1、4 mm)復(fù)合菌糠分別與兩種土壤(砂土、壤土)按1%、2%和5%共3種比例(質(zhì)量百分比)進(jìn)行混合后裝入花盆中，然后加入充足自來水進(jìn)行試驗。每種粒徑菌糠設(shè)一個對照，每個處理3次重復(fù)，具體試驗設(shè)計見表1。

表1 試驗設(shè)計

1.3 試驗方法

1) 吸水率測定。將上述加入充足自來水并達(dá)到飽和狀態(tài)后的各花盆進(jìn)行抽濾(控干)，直到不再有水滴下落為止，然后稱重。吸水率計算公式為：wx=(m3-m2-m1)/m1，其中m3為飽和后復(fù)合菌糠與花盆質(zhì)量，m2為花盆質(zhì)量，m1為復(fù)合菌糠干燥質(zhì)量。

2) 持水率測定。將上述飽和后的各處理于17、23、41、47、65、95、161和191 h利用電子天平分別測定其質(zhì)量(mt)。持水率計算公式為：wt=(mt-m2-m1)/m1，其中mt為復(fù)合菌糠與花盆t小時質(zhì)量，m2為花盆質(zhì)量，m1為復(fù)合菌糠干燥質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

文中試驗數(shù)據(jù)均是3次重復(fù)處理平均值，試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粒徑復(fù)合菌糠與土壤混合后吸水率變化

2.1.1 與砂土混合后吸水率變化

不同粒徑復(fù)合菌糠與砂土混合后吸水率變化見圖1。

圖1 不同粒徑復(fù)合菌糠與砂土混合吸水率變化

由圖1(a)可看出，單純菌糠(1 mm粒徑)XT7處理的吸水率最大，為44%，下文不再贅述；隨著復(fù)合菌糠(1 mm粒徑)添加比例由1%增大到5%，與砂土混合后土壤吸水率呈單調(diào)增大趨勢，即由7.99%(XT1處理)增大到12.76%(XT3處理)。由圖1(b)可看出，單純菌糠(4 mm粒徑)DT7處理的吸水率同樣最大，為42.05%，下文不再贅述；隨著復(fù)合菌糠(4 mm粒徑)添加比例由1%增大到5%，與砂土混合后土壤吸水率則呈單調(diào)減小趨勢，即由11.81%(DT1處理)減小為6.48%(DT3處理)。因此，不同粒徑復(fù)合菌糠與砂土混合后吸水率變化各不相同，1 mm粒徑條件下XT3處理吸水率最大，而4 mm粒徑條件下DT1處理吸水率最大。

2.1.2 與壤土混合后吸水率變化

不同粒徑復(fù)合菌糠與壤土混合后吸水率變化見圖2。

圖2 不同粒徑復(fù)合菌糠與壤土混合吸水率變化

由圖2(a)可看出，復(fù)合菌糠(1 mm粒徑)與壤土混合后吸水率變化趨勢與砂土混合不相同，隨著復(fù)合菌糠添加比例由1%增大到5%，與壤土混合后土壤吸水率呈先增大后、減小變化趨勢，XT5處理最大，為34.90%。由圖2(b)可看出，復(fù)合菌糠(4 mm粒徑)與壤土混合后吸水率變化趨勢與砂土混合相同，隨著復(fù)合菌糠添加比例由1%增大到5%，與壤土混合后土壤吸水率由34.39%(DT4處理)減小為31.17%(DT6處理)。因此，不同粒徑復(fù)合菌糠與壤土混合后吸水率變化各異，1 mm粒徑條件下XT5處理吸水率最大，而4 mm粒徑條件下DT4處理吸水率最大。

綜上可知，不同粒徑復(fù)合菌糠(1、4 mm)與不同土壤混合后吸水率表現(xiàn)為：與壤土混合>與砂土混合，1 mm粒徑復(fù)合菌糠與土壤混合后吸水率高于4 mm粒徑復(fù)合菌糠與土壤混合，與壤土混合最大吸水率為XT5處理(34.90%)，與砂土混合最大吸水率為XT3處理(12.76%)。

2.2 不同粒徑復(fù)合菌糠與土壤混合后持水率變化

2.2.1 與砂土混合后持水率變化

不同粒徑復(fù)合菌糠與砂土混合后持水率變化見圖3。隨著時間的推移，總體上各處理持水率呈減小趨勢，但不同粒徑復(fù)合菌糠變化略有不同。由圖3(a)可看出，XT7處理(1 mm粒徑)持水率最大，持水時間最長。從開始到191 h時，持水率由44%減小為1.25%。復(fù)合菌糠(1 mm粒徑)和砂土混合的XT2、XT3處理持水率變化相似，持水率從開始到65 h時便減小到極小值。其中，XT2處理持水率變化由11.63%減小為2.35%，XT3處理由12.76%減小為0.57%。而XT1處理持水率變化時間最短，從開始至41 h時，持水率便從7.99%減小為0.99%。

圖3 不同粒徑復(fù)合菌糠與砂土混合土壤持水率變化曲線

從圖3(b)可看出，除DT7處理(4 mm粒徑)持水率大、持水時間長，從開始到191 h時，持水率由42.05%減小為18.83%，其余處理持水率減小為極小值歷時逐漸減少。其中，DT1處理從開始到65 h時，持水率由11.81%減小為1.12%；DT2處理從開始到41 h時，持水率便由8.63%減小為0.78%；DT3處理從開始到23 h時，持水率便由6.48%減小為1.52%。

因此，從不同粒徑復(fù)合菌糠來看，1 mm粒徑較4 mm粒徑飽和持水率大，持水時間接近，釋水速度1 mm粒徑略大于4 mm粒徑；從不同粒徑(1、4 mm)復(fù)合菌糠與砂土混合來看，隨著復(fù)合菌糠添加比例由1%增大至5%，1 mm粒徑混合砂土飽和持水率增大、持水時間延長，各處理表現(xiàn)為XT3>XT2>XT1。而4 mm粒徑混合砂土飽和持水率則減小，持水時間則縮短，各處理表現(xiàn)為DT1>DT2>DT3?？傮w上1 mm粒徑復(fù)合菌糠添加比例為5%混合砂土(XT3處理)持水效果較好。

2.2.2 與壤土混合后持水率變化

不同粒徑復(fù)合菌糠與壤土混合后持水率變化見圖4。隨著時間的推移，各處理持水率變化同與砂土混合類似。由圖4(a)可看出，XT7處理(1 mm粒徑)變化與砂土中一致，不再贅述。復(fù)合菌糠(1 mm粒徑)與壤土混合的各處理，隨著時間推移，各處理持水率變化與初始持水率保持相同趨勢，總體呈減小趨勢。其中，持水時間從開始到191 h，XT4處理持水率由28.45%減小為4.75%，XT5處理持水率由34.9%減小為6.41%，XT6處理持水率由32.06%減小為3.87%。

從圖4(b)可看出，DT7處理(4 mm粒徑)變化同樣與砂土中一致，不再贅述。復(fù)合菌糠(4 mm粒徑)與壤土混合的各處理，隨著時間推移，其持水率變化趨勢同1 mm粒徑復(fù)合菌糠與壤土混合相似。其中，持水時間從開始到191h，DT4處理持水率由34.39%減小為6.27%，DT5處理持水率由32.68%減小為4.84%，DT6處理持水率由31.17%減小為2.86%。

圖4 不同粒徑復(fù)合菌糠與壤土混合土壤持水率變化曲線

綜上，從不同粒徑(1、4 mm)復(fù)合菌糠與壤土混合來看，混合后二者持水時間接近。隨著復(fù)合菌糠添加比例由1%增大至5%，1 mm粒徑混合壤土飽和持水率呈先增大、后減小趨勢，隨著持水時間延長，各處理持水率大小表現(xiàn)為XT5>XT6>XT4；4 mm粒徑混合壤土飽和持水率呈減小趨勢，隨著持水時間延長，各處理持水率大小表現(xiàn)為DT4>DT5>DT6?？傮w上，1 mm粒徑復(fù)合菌糠添加比例為2%時，混合壤土(XT5處理)持水效果較好。

3 討論與結(jié)論

復(fù)合菌糠與土壤(砂土、壤土)混合后吸水率均不同程度低于單純菌糠，主要由于與土壤混合后，吸水膨脹會受到土壤孔隙的限制。雖然砂土孔隙大于壤土，但由于復(fù)合菌糠添加比例較小，砂土本身吸水率低于壤土，因而飽和吸水率低于壤土。復(fù)合菌糠與砂土混合持水率、持水時間低于與壤土混合，同樣還是由于砂土空隙大于壤土的緣故，保水性較差。不同粒徑復(fù)合菌糠與土壤混合吸水-持水率表明，與土壤混合小粒徑復(fù)合菌糠更有優(yōu)勢。結(jié)論如下：

1) 不同粒徑復(fù)合菌糠與不同類型土壤混合后吸水率表現(xiàn)為與壤土混合>與砂土混合；不同粒徑復(fù)合菌糠吸水率表現(xiàn)為1 mm粒徑>4 mm粒徑；與壤土混合時復(fù)合菌糠(1 mm粒徑)添加比例為2%時吸水率最大(34.90%)，與砂土混合時復(fù)合菌糠(1 mm粒徑)添加比例為5%吸水率最大(12.76%)。

2) 不同粒徑復(fù)合菌糠與土壤混合后持水率降低。就不同粒徑復(fù)合菌糠而言，隨時間推移，持水率表現(xiàn)為1 mm粒徑>4 mm粒徑；就與砂土混合而言，復(fù)合菌糠(1 mm粒徑)添加比例為5%時持水效果較好；就與壤土混合而言，復(fù)合菌糠(1 mm粒徑)添加比例為2%時持水效果較好。

3) 綜合不同粒徑復(fù)合菌糠與土壤混合吸水率、持水率來看，與砂土混合而言，復(fù)合菌糠(1 mm粒徑)添加比例為5%時吸水、持水效果較好；與壤土混合而言，復(fù)合菌糠(1 mm粒徑)添加比例為2%時吸水、持水效果較好。