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麦秸鸡粪发酵有机肥对六妹羊肚菌连作的影响

2023-01-05刘天海羊淑琴刘付彭苗人云余洋吴翔唐杰王勇彭卫红谭昊

生物技术通报 2022年12期
关键词:腐殖酸羊肚施用量

刘天海 羊淑琴 刘付彭 苗人云 余洋 吴翔 唐杰 王勇 彭卫红 谭昊,5,6

(1.四川省食用菌研究所,成都 610066;2.四川省汉源县农业局,雅安 625300;3.筠连县粮油和经作发展中心,宜宾 645250;4.中国农业科学院都市农业研究所,成都 610213;5.江南大学生物工程学院,无锡 214122;6.中国科学院西北生态环境与资源研究院干旱区盐渍化研究站,兰州 730000)

羊肚菌鲜味独特,口感良好,因外形酷似羊肚,又被称为羊肚菜、羊肚蘑等[1]。20世纪后期,美国Ower RD 发明了羊肚菌室内栽培技术[2-3]。近年来,随着外源营养袋技术的推广和羊肚菌种质资源的挖掘,羊肚菌实现了人工大田栽培,并以四川为中心辐射发展至全国多个省份[4],在我国部分地区脱贫攻坚和乡村振兴事业中也起到了很大作用[5]。羊肚菌是一种以土壤为栽培基质的食用菌,生长环境复杂,栽培技术要求高,不仅需要优质的菌种和适宜的栽培设施,栽培土壤、温度、水分等因素都直接影响着羊肚菌的产量[6]。同常规作物一样,羊肚菌栽培也存在连作障碍。近年来,随着栽培规模不断扩大,区域性土地重复利用,羊肚菌产量不稳定、病害、虫害等频频发生[7]。有报道称,羊肚菌主要从土壤中获取氮素[8],病虫害的发生也与栽培土壤直接相关[9-11]。尤其野外生境下,土壤理化环境对羊肚菌的发生以及子实体营养物质含量更是起决定性作用[12-14]。在常规作物栽培中,常通过施用有机肥达到改良土壤理化性质的目的,不仅可以增加土壤有机质等营养元素含量,还能提高土壤孔隙度,降低土壤容重,改善土壤透气性,进而提高土壤酶活性,增加作物产量和品质[15-16]。Ower 等[2-3]在土壤中混合树皮等发酵的有机肥用于栽培羊肚菌。谭昊等[17]也发现在石英砂基质中添加适量的有机肥可以显著提升羊肚菌产量和品质。因此,本课题组针对四川省羊肚菌种植模式,向土壤中施加不同梯度的麦秸鸡粪发酵有机肥,根据土壤理化性质变化和连作两轮羊肚菌的产量情况,探索施用有机肥对土壤理化性质和羊肚菌连作的影响,评估土壤理化性质与羊肚菌产量间的相关性,以期为有机肥在羊肚菌连作栽培上的科学运用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

小麦秸秆粉碎至15-25 mm 片状,由简阳市盛良菌业有限公司(北纬30.49°,东经104.46°,海拔430 m)提供;湿鸡粪、菜籽饼、尿素、过磷酸钙、石灰、石膏均来源于成都牧星禽业有限责任公司种鸡场(北纬30.74°,东经104.25°,海拔472 m);羊肚菌栽培种品种为六妹羊肚菌(M.sextelata)‘川羊肚菌6 号’,营养袋配方为80%(W/W)小麦粒和20%(W/W)谷壳,由四川金地田岭涧生物科技有限公司提供。试验地位于成都市双流区三星镇四桅杆村七彩田园(北纬30.33°,东经104.13°,海拔487 m),土壤为紫色土。

1.2 方法

1.2.1 小麦秸秆鸡粪发酵有机肥生产 按47.62%小麦秸秆、47.62%湿鸡粪、1.59%菜籽饼、0.48%尿素、0.79%过磷酸钙、0.95%石灰、0.63%石膏、0.16%硫酸镁和0.16%硫酸钾配料后好氧发酵30 d,再密封厌氧发酵60 d。该有机肥理化指标如表1。

表1 有机肥的理化指标Table 1 Physiochemical properties of organic fertilizer

1.2.2 试验设计 按土壤厢垄(厢高200 mm,厢宽800 mm,厢垄间距400 mm)体积百分比替换有机肥,将厢垄按比例挖除对应体积的土壤后,再回填对应体积的有机肥并翻挖均匀。试验设计了4 个处理,编号F50、F10、F01、CK,分别对应50%替换(30 000 kg/hm2)、10%替换(6 000 kg/hm2)、1% 替换(600 kg/hm2)、不替换。每个处理20 m2,4 个平行重复,共16 个栽培厢垄,彼此相互隔离。试验区域位于同大棚中心位置,四周设保护行。

1.2.3 羊肚菌栽培与采样 有机肥提前6 个月替换施用到土壤中,由土壤微生物自然发酵。第一轮种植羊肚菌后空置休耕至第2年同季节直接翻耕连作种植第二轮羊肚菌,且不再施加有机肥。播种后15 d 放置营养袋,每平方米4.5 袋。常规方式管理。按商品菇尺寸标准(菌盖长度50-80 mm、菌柄长度30-50 mm)采收羊肚菌[18]。土壤样品均为播种当天采集,每个厢垄随机选取20 个点,钻取直径10 mm、高200 mm(即0-20 cm 整个厢垄厚度)的土壤混匀后留样检测。

1.2.4 土壤理化性质测定与分析 土壤理化性质测定参照土壤农化分析方法[19]。按照NY/T 1121.6-2006 用重铬酸钾容量法测定有机质含量。F-HZ-DZTR-0048 土壤分析方法—重铬酸钾外加热法测定腐殖酸含量。环刀法测定土壤容重。pH 仪电位法测定土壤pH。凯氏定氮法测定全氮含量,碱解扩散法测定碱解氮含量,用未经浓硫酸消化的样品进行凯氏定氮法测定铵态氮含量,水杨酸比色法测定硝态氮含量。用硝酸-高氯酸消化后的样品利用钒钼黄比色法测定全磷含量,用碳酸氢钠溶液抽提后用钒钼黄比色法测定有效磷含量[20]。用火焰原子吸收分光光度法测定全钾含量,用乙酸铵溶液从样品中抽提后用火焰原子吸收分光光度法测定速效钾含量[21]。用ASI 浸提剂浸提有效铜、有效锌、有效铁和有效锰后,用原子吸收分光光度法测定含量。用草酸-草酸铵浸提后,用原子吸收分光光度法测定有效钼含量。用磷酸盐-乙酸浸提,采用硫酸钡比浊法测定有效硫含量。采用醋酸铵浸提,用原子吸收分光光度法测定土壤交换性钙、交换性镁含量。采用沸水浸提-姜黄素比色法测定有效硼含量。

1.2.5 数据分析 用单因素方差分析(one-way ANOVA)判断不同处理组各理化指标和羊肚菌产量的差异显著性。用主成分分析法(二维PCA)判断不同处理组之间整套土壤理化性质属性的差异性,椭圆为同属一个处理组的散点的95%置信区间,用R 语言ggplot2 程序绘制。计算土壤理化性质各因素之间以及与羊肚菌产量之间的Pearson 相关系数和显著性,分析检验土壤理化性质各因素与羊肚菌产量之间的关联性。

2 结果

2.1 施用有机肥对羊肚菌连作过程中土壤理化性质的影响

2.1.1 土壤pH、容重、腐殖酸含量、有机质含量 施用有机肥后,第一轮种植羊肚菌时,对照组CK 的土壤pH 值为8.4,处理组F01、F10 和F50 随有机肥施用量增大显著降低(P<0.05);土壤容重表现为CK >F01 >F10 >F50,差异不显著;相比对照组土壤腐殖酸含量1.08 g/kg,处理组随施用量增大而提高了300%-470%,且差异显著(P<0.05);相比对照组土壤有机质含量12.67 g/kg,处理组分别提高了160%-350%,且差异显著(P<0.05)。

相比于第一轮种植羊肚菌时,第二轮连作羊肚菌时,处理组F01、F10 和对照组CK 的土壤pH 均下降至8.0 左右,处理组F50 维持不变;土壤容重变化不明显;对照组CK 的土壤腐殖酸含量增加了246.35%,处理组增幅较小,仍然保持CK<F01<F10<F50;土壤有机质含量表现为对照组CK 明显增加,处理组F50 显著降低,处理组F01、F10 变化不明显(图1)。

图1 有机肥不同施用量下连续两年土壤pH、容重、腐殖酸和有机质含量Fig.1 Contents of soil pH,bulk density,humic acid and organic matter under different application rates of organic fertilizer for two consecutive years

2.1.2 土壤氮、磷、钾含量 施用有机肥后,第一轮种植羊肚菌时,各处理土壤中除全钾含量变化不明显,全氮、碱解氮、全磷、有效磷和速效钾含量随有机肥施用量增加均呈升高趋势,且差异显著(P<0.05)。其中处理组的全钾含量处理组比对照组(1.01 g/kg)提高了140%-250%,碱解氮含量比对照组(72.38 mg/kg)提高了100%-230%,全磷含量比对照组(0.75 g/kg)提高了170%-300%,有效磷含量比对照组(43.78 mg/kg)提高了200%-400%,速效钾含量比对照组(196.23 mg/kg),提高了300%-480%。全钾含量均处于20 g/kg 左右。

相比于第一轮种植羊肚菌时,第二轮连作羊肚菌时,土壤中除对照组CK 的碱解氮含量和有效磷含量分别提高71.86%和70.41%,其余全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾各指标含量变化不明显(图2)。

图2 有机肥不同施用量下连续两年土壤氮、磷、钾含量Fig.2 Contents of soil N,P and K under different application rates of organic fertilizer for two consecutive years

2.1.3 土壤矿质元素含量 土壤施用有机肥后,在第一轮种植羊肚菌前,有效锌、有效锰含量随有机肥使用量增加呈逐渐升高趋势,各处理间差异显著(P<0.05)。其中处理组的有效锌含量比对照组(1.35 mg/kg)提高了160%-380%,有效锰含量比对照组(4.50 mg/kg)提高了40%-90%。有效铁含量处理组间差异不显著,但相比对照组却提高了50%-60%,差异显著(P<0.05);土壤中有效铜、有效硫、有效钼、有效硼和交换性钙离子含量,处理组相比对照组变化不明显;交换性镁离子含量随有机肥使用量增加呈逐渐升高趋势,且各处理间差异显著(P<0.05),处理组F01 与对照组CK 差异不明显,处理组F10、F50 与对照组CK 差异明显,分别提高了42.61%、211.03%。

相比第一轮种植羊肚菌时,第二轮连作羊肚菌时:土壤中有效铜、有效锌、有效铁、有效锰、有效硫含量变化不明显;土壤有效钼含量均出现不同程度的下降;土壤有效硼含量均下降,下降幅度在5%-6%;交换性钙离子含量表现为除处理组F50显著升高155.75%外,处理组F01、F10 和对照组CK 变化不明显;交换性镁离子除处理组F50 降低60.48%外,处理组F01、F10 和对照组CK 变化不明显(图3)。

图3 有机肥不同施用量下连续两年土壤矿质元素含量Fig.3 Contents of elements in the soil under different application rates of organic fertilizer for two consecutive years

2.1.4 不同分组情况下土壤理化指标主成分分析 主成分分析结果显示:以不同施用量处理分组时,第一轮种植羊肚菌时(2016),不同施用处理下土壤各理化指标差异显著(P<0.05);第二轮连作种植羊肚菌时(2017),不同施用处理下土壤各理化指标仍然差异显著(P<0.05)。以年份(Yr2016、Yr2017)分组时,不同施用处理下的土壤各理化差异不显著。表明施用该有机肥能明显改变土壤理化性质,同时种植过一轮羊肚菌后的土壤理化性质总体上没有明显改变(图4)。

图4 不同施用量和不同年份分组情况下土壤理化指标的主成分分析Fig.4 Principal component analysis of soil physiochemical properties under different application rates and different year groups

2.2 羊肚菌连作栽培产量

施用有机肥后,羊肚菌商品菇连作产量如下图5。第一轮栽培显示(图5-A):处理组F01、F10和F50 的商品菇平均产量均高于对照组,分别增加28.05%、37.92%和22.34%;处理组F10 与对照组CK 差异显著(P<0.05),平均产量(0.531±0.046)kg/m2,折合产量3 536 kg/hm2。第二轮连作产量显示(图5-B):除F01 处理与对照组CK 的产量相当以外,处理F10 和F50 均比对照CK 高12.35%和23.33%;处理F50 平均产量(0.629±0.062)kg/m2最高,换算折合产量4 189 kg/hm2,显著高于对照CK 和其他处理F01、F10(P<0.05)。一定程度表明,在连作栽培(两轮)中有机肥的施用对羊肚菌商品菇产量具有明显的增产效果。

图5 有机肥不同施用量下连作两轮羊肚菌产量Fig.5 Yield of morel mushrooms for 2 consecutive rounds under different application rates of organic fertilizer

2.3 羊肚菌产量与土壤理化因子的相关性分析

结合两年连作栽培羊肚菌最终商品菇产量,对栽培羊肚菌前各处理土壤理化性质指标进行Pearson系数相关性分析结果如表2,羊肚菌产量(Yld)与土壤腐殖酸(HA)含量和交换性钙(ExCa)含量呈显著正相关。土壤酸碱度(pH)与腐殖酸(HA)、全氮(TN)、全磷(TP)、有机质(OM)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)和有效锌(AZn)含量呈极显著负相关,与有效铁、有效锰、交换性镁呈显著负相关。土壤容重(Ds)与腐殖酸(HA)、全氮(TN)、全磷(TP)、有机质(OM)、有效磷(AP)、速效钾(AK)、有效锌(AZn)和有效铁(AFe)含量呈显著负相关,与碱解氮(AN)、交换性镁(ExMg)呈显著负相关。腐殖酸(HA)、全氮(TN)、全磷(TP)、有机质(OM)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)、有效锌(AZn)、有效铁(AFe)、有效锰(AMn)和交换性镁(ExMg)各因子间分别呈显著或极显著的正相关。有效钼(AMo)除与全氮(TN)和全磷(TP)含量呈显著正相关外,与其他土壤理化因子无显著相关性。全钾(TK)、有效铜(ACu)、有效硫(AS)有效硼(AB)含量与其他理化因子含量均无显著相关性。

表2 羊肚菌产量与土壤理化因子的Pearson 相关系数Table 2 Pearson's correlation value between soil physiochemical properties and morel yield

3 讨论

羊肚菌是一种好氧性真菌,野外生境下主要发生在黑壤土、山地灰褐森林土、沙壤土和黄壤土等土壤类型区域[22],人工栽培一般选用土质疏松、肥沃、利水的偏沙质土壤或沙漠砂[23-24]。有研究表明,羊肚菌的发生也与土壤中化学养分有关[25],其产量与锰、铜、锌、铅、镍等矿质元素的全量分布背景值呈正相关[26]。农业生产中,为改良土壤理化性质,提高土壤肥力,除施用化学肥料以外,一般还施用有机肥。有机肥中含有大量的氮、磷、钾等营养元素,可以显著提升土壤肥力,改良土壤结构,增加土壤透气性和保水性[27],还可以提升土壤微生物的多样性和丰富度,增强土壤微生物活性[28-29]。不仅如此,马顺圣等[30]还发现,有机肥具有调节土壤酸碱度更趋向中性的作用。

依据土壤养分分级标准[31],本文栽培羊肚菌使用的紫色土壤中有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效铜、有效锰和有效硼含量多处于3 级、4 级较低水平,或者5 级最低水平,土壤肥力水平较低,当1%替换施用有机肥时,相关指标即达到1 级或2 级水平,且随着有机肥施用量增加,部分指标增加幅度更高,表明该有机肥肥效明显,可以显著改善土壤肥力。在两轮连作过程中,第一轮种植时处理组羊肚菌产量均比对照组增加了20%-38%,第二轮连作时处理组F10 和F50 仍比对照组分别增加了12.35%、23.33%,表明施用有机肥确实可以提升羊肚菌产量,不仅当季有效,第二年的增产作用也比较明显。由此也表明,有机肥的施用在克服连作障碍方面具有一定潜力。

Pearson 相关系数分析结果显示,土壤腐殖酸含量与土壤有机质含量呈较强的正相关性,说明有机肥施用较多的土壤中腐殖酸的含量也较高。然而,腐殖酸含量与羊肚菌产量之间有正相关性,土壤有机质含量与羊肚菌产量之间却没有直接的相关性,说明有机肥中的腐殖酸是使羊肚菌增产的有效成分,而有机质中除了腐殖酸以外的多糖、有机酸、蛋白质等不是使羊肚菌增产的直接原因。这可能与腐殖酸在土壤中的相关特性有关。据报道,腐殖酸含多种活性官能团,可以强化过氧化氢酶活性,刺激作物生理代谢[32];与土壤中的微量元素形成的络合物和螯合物,对作物吸收转化土壤营养有利[33];还能增强土壤团粒结构形成,提高土壤透气性,促进土壤微生物活性[34];还具有固液两相性质,较大的表面活性可提高土壤保水性和作物抗旱能力[35]。腐殖酸主要运用于蔬菜种植和果树栽培。在食用菌方面,甘炳成等[36]曾报道通过施加腐殖酸为主要成分的添加剂可以提升羊肚菌产量和品质。这也为今后开发羊肚菌专用有机肥指明了方向,即有机肥中的总有机质含量不是首要追求目标,但腐殖酸含量应尽可能高。其次,Pearson 相关系数还显示土壤腐殖酸含量与pH 之间有较强的负相关性,高pH 的土壤,腐殖酸含量反而少,这与盐碱地等pH 较高的土壤肥力也较为贫瘠的现象一致。这可能是因为腐殖酸在酸性条件下不易溶解但碱性条件下易溶解,更容易参与土壤微生物分解代谢而被降解消耗。Pearson相关系数还显示羊肚菌产量与有机肥中的交换性钙含量有显著的正相关。有研究显示钙离子具有稳定细胞壁、细胞膜,调节细胞渗透能力的作用[37]。同时,钙离子还是纤维素酶等木质纤维素降解酶活性中心,能起到增加酶活,提高真菌菌丝对纤维素等的利用效率等作用[38]。在其他食用菌例如糙皮侧耳的人工栽培过程中,适当的使用石灰不仅起到调节基质pH达到抑制杂菌生长的作用,还能促进菌丝生长,增加子实体产量[39]。这也印证了食用菌栽培生产中广泛使用生石灰的科学性。

在栽培羊肚菌时,也应注意科学施用有机肥。严玲玲等[40]在对茶树专用有机肥的比较试验中发现不同有机肥对土壤质量影响不同;田沛雨等[41]也表明不同原料制备的有机肥对作物的增产效果有明显差异。当有机肥质量不佳,腐熟不够时,羊肚菌产量不仅不会增加,甚至会导致土壤杂菌增多,虫害加剧;在黏性较大的土壤里施用过多的有机肥,很容易因雨水和人为浇水造成土壤湿度过大,从而加剧病害、虫害,影响子实体形成和产品品质。因此,在羊肚菌栽培过程中,应充分考虑当地土壤类型、气候,基于土壤肥力检测数据,科学施加有机肥。也是基于此考虑,本试验选定低肥力的紫色土壤,并突破前人施用有机肥后立即播种羊肚菌的做法,创新性的将所述秸秆鸡粪提前6 个月施用,由复杂的土壤微生物系统再次分解有机肥,保证羊肚菌菌丝充分利用养分。这种方式也可使土壤微生物环境趋于稳定,减少有害杂菌对羊肚菌的抑制。但提前较早施用有机肥也有不足,自然发酵时间过长,个别区域杂草的生长可能造成部分养分选择性消耗,导致部分区域土壤营养一定程度的流失,这也可能是导致试验处理组部分重复间数据波动较大,以及部分处理组的个别元素含量在F01 和F10 施用量下相互间差异不显著的原因之一。同时,过早施用有机肥也存在土地闲置期长、利用率低等问题。期待后期对有机肥提前施用时间、施用量,以及施用有机肥后羊肚菌与其他作物轮作种植方面进一步开展科学研究。

4 结论

本研究验证了施用秸秆鸡粪有机肥可以显著提升土壤腐殖酸、有机质、全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾、有效锌、有效铁、有效锰和交换性镁离子的含量,并显著降低土壤容重;在羊肚菌连作过程中施用秸秆鸡粪发酵有机肥具有增产、稳产的效果,可以持续增加羊肚菌的出菇产量,具有一定克服连作障碍的潜力;羊肚菌栽培对土壤容重、pH 值、腐殖酸、有机质、碱解氮、有效磷、有效钼、有效硼、交换性钙离子和交换性镁离子含量有较大影响,对土壤其他矿质营养成分的含量影响不明显;羊肚菌产量与土壤腐殖酸和交换性钙离子含量具有正相关关系。

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