黃土丘陵區(qū)溫室香菇生長適宜環(huán)境因子分析研究

吳婧云 劉 靜 馬理輝，3* 何自立 馮 浩，3 李鳴雷，3

（1西北農(nóng)林科技大學水土保持研究所，陜西 咸陽 712100；2西安思源學院理工學院，陜西 西安 710038；3中國科學院水利部水土保持研究所，陜西 咸陽 712100；4 西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，陜西 咸陽 712100）

香菇Lentinus edodes，又稱花菇、香信、香蕈，是世界著名食用菌之一，同時也是世界產(chǎn)量第二大菇[1-3]。香菇具有很高的營養(yǎng)價值，富含維生素D、香菇素、蛋白質(zhì)和脂肪等多種營養(yǎng)成分[4-5]，并具備一定的藥用價值[6-7]。黃土丘陵區(qū)光照充足，氣候溫和，晝夜溫差大[8]，是我國食用菌產(chǎn)業(yè)“南菇北移”的理想地區(qū)，當?shù)剞r(nóng)戶主要以拱棚和溫室栽培香菇，完全依靠人工控制溫室內(nèi)環(huán)境因子[9]，容易導致香菇菌棒發(fā)霉、香菇畸形，產(chǎn)量和質(zhì)量很難得到顯著提高。研究主要環(huán)境因子（溫度、濕度、CO2濃度與光照強度）與香菇子實體發(fā)育的相關性，可為香菇栽培提供科學化管理依據(jù)，實現(xiàn)香菇栽培環(huán)境智能化調(diào)控，保證香菇的品質(zhì)和產(chǎn)量[10]。

環(huán)境溫度會直接影響香菇發(fā)育進程，影響香菇的呼吸速率[11]。一般來說，香菇子實體的較適生長溫度為15～20 ℃[12]。香菇子實體分化需要溫室的相對濕度處于合適范圍，出菇期溫室內(nèi)的適宜相對濕度為80%～90%[13-15]。在香菇子實體發(fā)育的過程中，控制溫室內(nèi)CO2濃度可以在一定程度上調(diào)節(jié)其菌蓋直徑與菌柄長度的比例[16]。定量的散射光照能有效促進香菇子實體分化及菌蓋的生長、色變。常規(guī)的香菇栽培技術(shù)因地域、氣候、香菇菌株（品種）等存在差異，并不適用于所有地區(qū)。

筆者以黃土丘陵區(qū)香菇栽培為研究對象，用傳感器采集溫室內(nèi)環(huán)境因子變化數(shù)據(jù)，分析香菇出菇期環(huán)境因子變化規(guī)律及對子實體性狀影響，以期總結(jié)黃土丘陵區(qū)溫室香菇栽培出菇期環(huán)境因子的適宜范圍，推動該地區(qū)香菇栽培的科學化、規(guī)范化和標準化，為保障該區(qū)香菇優(yōu)產(chǎn)、高產(chǎn)、高效提供科學依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于陜西省延安市寶塔區(qū)河莊坪鎮(zhèn)溝谷平地的溫室（北緯36°11′～37°09′，東經(jīng)109°21′～110°03′）。該地氣候干燥冷涼，光熱資源充足，晝夜溫差較大。

1.1.2 供試香菇菌株

試驗香菇菌株為“七河九號”。該菌株屬于廣溫型，特點是抗逆能力強、耐高溫能力強、不爆出、越夏安全；菇形圓正、菌柄短、產(chǎn)量高、容易出花菇。

培養(yǎng)料配方：雜木屑78%，麩皮20%，石膏1%，糖1%，料含水量為55%～60%。

1.1.3 儀器及設施設備

（1）溫室主要設施

溫室長60 m，寬8 m，高2.5 m，入口朝西，呈東西走向，頂部和通風口外覆蓋塑料膜。每日8：00揭開塑料膜通風，即揭苫管理，16：00 停止揭苫，以避免溫室內(nèi)溫度過低。溫室內(nèi)南北兩側(cè)分別擺放菇架，南側(cè)為陽面，北側(cè)為陰面。菇架高1.5 m，共五層，冠層和近地層間隔1.5 m。

（2）傳感器安裝位置

從表1可以看出，利用不同維度的數(shù)據(jù)分別建模預測，預測結(jié)果的小誤差概率都達到了一級，但隨著維度的不同，均方差比值有所不同。通過分析預測結(jié)果得知，各序列模型的后驗差比值從左邊端點開始，隨著序列的增長而增大，這也同時說明了灰色模型并不需要太多的數(shù)據(jù)序列就可以達到較好的預測結(jié)果，所以在進行灰色模型預測時，盡量選擇離端點較近的數(shù)據(jù)序列來建模，預測效果更為理想。

如圖1 所示，選取溫室內(nèi)的典型位置安裝環(huán)境因子傳感器。編號4、5為光照強度傳感器；編號6、7為CO2濃度傳感器，編號8—17 為溫濕度傳感器；其中，編號4—7、14—17傳感器安裝于菇架冠層上方，編號8—13傳感器安裝于菇架近地層上方。

圖1 傳感器安裝位置示意圖

（3）傳感器型號

傳感器由山東仁科測控技術(shù)有限公司生產(chǎn)，溫濕度測量選取具有標準DIN35 導軌安裝卡的RSWS-N01-8型扁卡軌變送器（485）型溫濕度傳感器，主要技術(shù)參數(shù)見表1；CO2濃度測量選取采用紅外檢定技術(shù)的型號為RS-CO2WS-N01的傳感器，主要技術(shù)參數(shù)見表2；光照強度測量選取型號為RSGZWS-N01的傳感器，主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表1 RS-WS-N01-8型溫濕度傳感器技術(shù)參數(shù)

表2 RS-CO2WS-N01型CO2濃度傳感器技術(shù)參數(shù)表

表3 RS-GZWS-N01型光照強度傳感器技術(shù)參數(shù)表

1.2 子實體經(jīng)濟性狀測定

試驗觀測期為2021年5月1日至2021年9月13日，即溫室香菇出菇期，共采收三潮菇。測定香菇子實體菌蓋直徑、菌柄長度，統(tǒng)計香菇產(chǎn)量。在傳感器的對應位置下，分別選取六個菌棒作為一個試驗小區(qū)。采收時用游標卡尺（精度為0.02 mm，上海九量五金工具有限公司）測量子實體的菌蓋直徑和菌柄長度（mm），用電子天平（CP114，奧豪斯儀器有限公司）稱量每試驗小區(qū)鮮菇產(chǎn)量（g）。

5 月1 日開始進行香菇經(jīng)濟性狀測定，5 月8 日第一次注水，此后，在每次測定完成后一周，進行菌棒注水，以保障菌棒內(nèi)水分充足。

1.3 數(shù)據(jù)分析

環(huán)境因子傳感器從2021年5月1日開始記錄數(shù)據(jù)，直至2021 年9 月中旬。對監(jiān)測到的環(huán)境因子數(shù)據(jù)進行全天實時記錄，每10 min 采集一次數(shù)據(jù)，遠程傳輸?shù)绞謾C終端保存。采用Excel 2019 匯總數(shù)據(jù)、SPSS 24.0 進行數(shù)理統(tǒng)計分析、Origin 2021 制作圖表。

經(jīng)濟性狀檢驗數(shù)據(jù)采用LSD（least-significant difference）法進行單因素方差分析，相關性分析采用雙變量皮爾遜法，數(shù)據(jù)均用平均值±標準差來表示。

出菇期溫室內(nèi)溫度、相對濕度、CO2濃度、光照強度變化指相應時段內(nèi)傳感器每小時記錄的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 出菇期溫室環(huán)境因子變化規(guī)律

2.1.1 溫度

試驗地地處陜北黃土丘陵區(qū)，早晚溫差較大，溫室內(nèi)溫度主要隨陽光照射的變化而變化。圖2是整個出菇期溫室不同位置的日均溫度變化曲線。由圖2 可知，溫室內(nèi)最低溫度為12 ℃左右，最高溫度為30 ℃左右。陽面和陰面的溫度變化趨勢基本一致。冠層溫度比近地層早1 h 到最高值，陽面最高溫度比陰面最高溫度高10 ℃左右。溫室內(nèi)0：00—7：00無光照，溫度較低，呈下降趨勢；7：00開始受陽光照射，溫度上升，但溫室頂部覆蓋遮陽網(wǎng)，近地層位置的溫度上升幅度較小，在15：00 左右溫室內(nèi)溫度達最高值；15：00—24：00，溫度緩慢下降。

圖2 出菇期溫室不同位置日均溫度變化

由圖3 可知，第一潮出菇期的最高溫度為25 ℃，最低溫度為15 ℃；第二潮出菇期的最高溫度為30 ℃，最低溫度為18 ℃；第三潮出菇期的最高溫度為30 ℃，最低溫度為20 ℃。在試驗條件下每潮出菇期內(nèi)溫度變化趨勢基本一致，呈正弦曲線狀。在12：00—16：00，由于當?shù)貧夂蚨嘧?，溫度偶有異常出現(xiàn)，其中14：00—16：00 溫度變幅最大，其他時段內(nèi)多日溫度變化趨勢穩(wěn)定。

圖3 各潮出菇期溫室溫度變化

2.1.2 相對濕度

受到氣溫變化影響，溫室內(nèi)每天會定時利用微噴設施對菌棒均勻噴水，降低溫室內(nèi)溫度，提高空氣相對濕度，為香菇提供良好的生長環(huán)境。整個出菇期溫室內(nèi)不同位置日均相對濕度變化規(guī)律（圖4）：0：00—8：00未揭苫管理，相對濕度較高且較穩(wěn)定，為80%左右；8：00開始揭苫，溫室空氣流通、溫度升高，相對濕度迅速下降，至12：00穩(wěn)定；12：00—16：00 日光照射最全面，氣溫最高，相對濕度最低；16：00 停止揭苫，相對濕度迅速上升，至24：00 上升至初始水平并趨于穩(wěn)定。不同監(jiān)測位置的最低相對濕度差異較大，冠層距離溫室頂部近，相對濕度較低，約為30%；近地層受上方菇架遮擋，受光率低，相對濕度比冠層高約10%。

圖4 出菇期溫室不同位置日均相對濕度變化

由圖5 可知，第一潮溫室內(nèi)出菇期相對濕度最高為80%，14：00 下降至最低40%；第二潮出菇期相對濕度最高為82%，14：00 下降至最低40%；第三潮出菇期相對濕度最高為80%，15：00 下降至最低40%。不同潮出菇期的溫室內(nèi)相對濕度變化無明顯差異，說明溫室內(nèi)不同位置的相對濕度變化對香菇子實體生長的影響可能更大。

圖5 各潮出菇期溫室相對濕度變化

2.1.3 CO2濃度

香菇生長環(huán)境中的CO2濃度會直接影響香菇菌絲發(fā)育及子實體生長[16]，在香菇出菇期需每日通風換氣，以提高空氣質(zhì)量。整個出菇期溫室不同位置CO2濃度日均變化規(guī)律（圖6）：CO2濃度在10：00 下降至最低500 μmol/mol，20：00達最高1 900 μmol/mol。0：00—9：00 香菇呼吸作用持續(xù)進行，溫室內(nèi)O2含量減少，CO2排放量緩慢下降，CO2濃度呈下降趨勢；9：00—16：00 氣溫升高，通風換氣降溫，CO2濃度穩(wěn)定在較低水平；16：00—20：00 溫度下降，通風結(jié)束，由于溫室內(nèi)O2和CO2濃度總量持動態(tài)平衡，香菇呼吸作用使得O2含量減少，CO2濃度驟增；20：00 后香菇呼吸作用減弱，CO2濃度下降。溫室內(nèi)陽面、陰面的CO2濃度基本無差異，變化趨勢也保持一致。

圖6 出菇期溫室內(nèi)不同位置日均CO2濃度變化

由圖7 可知，第一潮出菇期溫室內(nèi)CO2濃度最高約為700 μmol/mol，最低約為450 μmol/mol；第二潮出菇期CO2濃度最高約為600 μmol/mol，最低約為450 μmol/mol；第三潮出菇期CO2濃度最高約為550 μmol/mol，最低約為450 μmol/mol。溫室內(nèi)CO2濃度變化主要受揭苫管理影響，8：00 揭苫導致CO2濃度下降，20：00停止揭苫后CO2濃度回升。不同出菇潮次的CO2濃度變化趨勢無明顯差異。

2.1.4 光照強度

光照是影響食用菌生長發(fā)育的重要因素，可影響子實體產(chǎn)量和品質(zhì)[17]。過強的光照會抑制菌絲生長，甚至導致菌絲死亡[18]，使子實體品質(zhì)低下，產(chǎn)量下降。整個出菇期溫室不同位置光照強度日均變化規(guī)律（圖8）：0：00—6：00太陽未升起，光照強度為零；6：00—15：00 隨著太陽升起，光照強度上升；15：00—20：00，太陽落山，光照強度逐漸減弱；20：00—24：00 無光照，光照強度為零。溫室內(nèi)陽面、陰面的光照強度變化差異明顯，主要表現(xiàn)為15：00 陽面光照強度達最大3 000 lx，14：00 陰面光照強度達最大2 000 lx，陽面光照強度最大值比陰面高約50%，但最高值出現(xiàn)晚1 h。

圖8 出菇期溫室不同位置日均光照強度變化

由圖9 可知，第一潮出菇期15：00 光照強度達最大1 700 lx；第二潮出菇期12：00 光照強度達最大3 000 lx；第三潮出菇期12：00 光照強度達最大4 000 lx。溫室內(nèi)不同出菇潮次的光照強度變化趨勢基本一致，但試驗地氣候陰晴不定，所以各個時間段光照強度誤差較大，異常值較多，特別是10：00—14：00光照強度變幅最大。

圖9 各潮出菇期溫室光照強度變化

2.2 不同潮次香菇子實體經(jīng)濟性狀及與環(huán)境因子相關性分析

2.2.1 香菇子實體經(jīng)濟性狀

由表4可知，受環(huán)境因子變化影響，不同位置的香菇子實體經(jīng)濟性狀總體有顯著差異，前兩潮菇較第三潮菇品質(zhì)更好。這是由于隨著出菇潮次的增加，菌棒營養(yǎng)逐漸被吸收，提供的養(yǎng)分越來越少[18]，因此第三潮菇的產(chǎn)量及品質(zhì)有較大幅度的下降。三潮菇中陽面近地層產(chǎn)量最高、菌蓋直徑最大、菌柄長度最長，與其他位置相比差異顯著。

表4 不同潮次不同位置的香菇產(chǎn)量及子實體性狀

2.2.2 相關性分析

由表5 可知，各監(jiān)測位置的溫度與香菇的子實體生長無顯著相關性，但空氣相對濕度、光照強度與香菇菌蓋直徑、菌柄長度之間存在顯著相關性，主要表現(xiàn)：陽面近地層相對濕度與菌蓋直徑相關系數(shù)為0.844（P=0.035＜0.05），陰面近地層相對濕度與菌蓋直徑相關系數(shù)為0.845（P=0.034＜0.05），光照強度與菌柄長度相關系數(shù)為0.819（P=0.046＜0.05），菌蓋直徑與香菇產(chǎn)量相關系數(shù)為0.904（P=0.013＜0.05）。結(jié)果表明，試驗期間溫室的溫度控制基本滿足香菇正常生產(chǎn)的要求；溫室內(nèi)空氣相對濕度和光照強度對香菇子實體生長影響較大，應當采取措施加強對溫室內(nèi)相對濕度及光照強度的調(diào)控。

表5 香菇子實體性狀與環(huán)境因子間的相關性分析

3 小結(jié)與討論

香菇子實體生長期間，環(huán)境因子的變化直接影響其產(chǎn)量和品質(zhì)[20-23]。該研究系統(tǒng)地分析溫室內(nèi)出菇期三個潮次不同位置的環(huán)境因子變化規(guī)律和香菇子實體的經(jīng)濟性狀指標，并對二者進行相關性分析。

（1）冠層溫度大于近地層，陽面和陰面溫度變化趨勢無明顯差異；出菇期溫度為15～30 ℃，14：00—16：00 變化不穩(wěn)定，差異性較大；溫室內(nèi)溫度略高，夏季高溫時應降溫，控制溫度在15～25 ℃。（2）相對濕度為40%～82%，近地層相對濕度比冠層高約10%，12：00—16：00 相對濕度處于最低；溫室內(nèi)相對濕度過低，可采用微噴設備每日定時噴水以提高相對濕度，控制在80%～90%。（3）不同位置CO2濃度變化基本一致，出菇期內(nèi)CO2濃度在揭苫前保持相對穩(wěn)定水平，揭苫后開始下降，停止揭苫后又回升至初始水平，平均600 μmol/mol。（4）光照強度變化受到天氣影響，在12：00—14：00 變化不穩(wěn)定，最高為3 500 lx；出菇期光照強度為0～4 000 lx，光照強度過高[24]，可采用增加遮陽網(wǎng)層數(shù)等方法來降低光照強度，控制在500～1 000 lx。（5）陽面近地層的子實體各項指標優(yōu)于相同時期其他位置的子實體，表明該位置更適合香菇生長。相對濕度和光照強度對香菇子實體生長存在顯著影響，而溫度與香菇生長無顯著相關性，因此黃土丘陵區(qū)香菇栽培應側(cè)重于水分和光照管理。

試驗為黃土丘陵區(qū)香菇栽培以及出菇期香菇生長的主要影響因素提供一定的參考。供試菌株具有單一性和局限性，還可選擇其他品種進行試驗。目前黃土丘陵區(qū)香菇栽培多采用傳統(tǒng)溫室和大棚，后續(xù)可采用溫室環(huán)境因子自動化控制系統(tǒng)，遠程智能調(diào)控環(huán)境因子參數(shù)，以提高生產(chǎn)力，增加效益。