謝 放，魏孔麗，陳京津，張生香

（蘭州交通大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

目前，我國已成為世界上第一大食用菌生產(chǎn)國[1]。2006 年全國食用菌產(chǎn)量（鮮量）達(dá) 1 474.1 萬 t，占全球總量70%以上；2007年出口創(chuàng)匯14.24億美元，比2006年增加3.23億美元，已經(jīng)躍居我國繼糧、棉、油、果、菜之后的第六大農(nóng)副產(chǎn)品和重要的創(chuàng)匯農(nóng)產(chǎn)品[2]。食用菌的大規(guī)模生產(chǎn)，致使大量的香菇渣廢料（又名菌糠或菌渣）產(chǎn)生，菌渣被隨地丟棄或燃燒，不僅造成了資源的極大浪費(fèi)，對(duì)水體生態(tài)、食用菌生產(chǎn)環(huán)境和大氣也造成嚴(yán)重的污染[1-3]。大量報(bào)道分析[1-4]，菌渣中富含有機(jī)物、多種礦質(zhì)元素以及食用菌菌體蛋白、次生代謝產(chǎn)物等多種水溶性養(yǎng)分，對(duì)改良土壤、提高土壤肥力有重要意義。因此，如何充分利用菌渣，使其變廢為寶，已成為人們普遍關(guān)心的問題。

土壤微生物和土壤酶作為土壤的生物學(xué)標(biāo)志在一定程度上能反映土壤肥力狀況，衡量土壤肥力的好壞[5]。目前國內(nèi)外在土壤微生物和酶的研究方面已有很多報(bào)道，許景偉等[6]研究了不同類型黑松混交林中土壤微生物和酶與土壤養(yǎng)分的關(guān)系。王曉凌等[7]研究了不同耕作方式對(duì)土壤微生物量及酶活性的影響。邱莉萍等[8]研究了重金屬污染及EDTA對(duì)土壤酶活性的影響。肖嫩群等[9]也進(jìn)行了稻草還田對(duì)土壤微生物和酶活性的研究。香菇渣富含有機(jī)質(zhì)和生物活性物質(zhì)，如果作為土壤改良劑直接還田，對(duì)土壤微生物和酶活性會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響，這方面的研究目前還未見報(bào)道。因此，本研究通過室內(nèi)模擬試驗(yàn)，將不同比例的香菇渣（25%，50%，75%）加入土壤，通過測定主要土壤酶的活性和土壤微生物的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，試圖從這些土壤生物學(xué)指標(biāo)的變化方面來研究菌渣作為一種生物肥料對(duì)土壤肥力的影響，為解決食用菌渣對(duì)環(huán)境的污染和其有效利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自甘肅省皋蘭縣忠和鎮(zhèn)鹽池溝旱砂田西瓜地。采樣時(shí)，先除去上面的沙層，后采集0～20 cm土樣。供試菇渣為蘭州市安寧區(qū)一蘑菇種植戶廢棄的香菇渣。

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)方法 2008年11月19日采用五點(diǎn)法取土樣，裝入封口袋帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干，粉碎，過2 mm篩備用。供試菇渣也在實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干，粉碎，過2mm篩，充分混勻備用。

模擬試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理（25%香菇渣+75%土壤、50%香菇渣+50%土壤、75%香菇渣+25%土壤），0%香菇渣（CK 1）和100%香菇渣（CK2）分別作為對(duì)照。將備用的香菇渣和土壤按以上設(shè)計(jì)的比例充分混勻，裝進(jìn)底部連有一塑料吸管（長8.5 cm，直徑1.1 cm）的塑料杯（高15 cm、直徑6 cm，底部中心小孔直徑為1.1 cm）中，塑料吸管中塞有脫脂棉。然后將塑料杯放在鉆有小孔（直徑1.1 cm）的木板上（長45 cm、寬35 cm），最后一起放在盛有蒸餾水的鐵盤（長40 cm、寬30 cm、深3.8 cm）中，讓塑料杯底部的吸管充分接觸水面，從而使土壤保持田間持水量，恒溫（27℃±0.5℃）培養(yǎng)室黑暗培養(yǎng)。試驗(yàn)始于2008年5月19日，分別于培養(yǎng)20、40、60、80和100 d 5次取樣，每次每處理3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)9點(diǎn)法取樣，混合為1個(gè)混合土樣。樣品混勻后，自然風(fēng)干，分別過1mm篩和過2 mm篩。過1 mm篩用于測定微生物數(shù)量；過2mm篩的土樣，4℃保存，用來依次分析土壤磷酸酶、幾丁質(zhì)酶和蔗糖酶活性。

1.2.2 測定方法 土壤微生物數(shù)量用稀釋平板法測定[10]，細(xì)菌計(jì)數(shù)用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基；放線菌用高澤氏一號(hào)培養(yǎng)基；真菌用馬丁-孟加拉紅鏈霉素瓊脂培養(yǎng)基。

土壤酶活性的測定方法：磷酸酶活性用磷酸苯二鈉比色法，用mg酚/(g·h)表示；蔗糖酶活性用3，5-二硝基水楊酸比色法，用 μg葡萄糖/(g·h)表示[11]；幾丁質(zhì)酶活性用N-乙酰葡萄糖胺比色法，用μg N-乙酰葡萄糖胺/(g·h)表示[12]。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)的整理與統(tǒng)計(jì)采用Excel軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 香菇渣對(duì)土壤微生物的影響

2.1.1 香菇渣對(duì)土壤細(xì)菌的影響 在不同的培養(yǎng)時(shí)間，添加不同比例的香菇渣對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量的影響不同（圖1）。從圖中可以看出，未添加菇渣的土壤中（CK1）細(xì)菌數(shù)量相對(duì)較少，添加菇渣后各個(gè)處理土壤中的細(xì)菌數(shù)量明顯增加。從培養(yǎng)20 d開始，各處理細(xì)菌的數(shù)量就迅速增加，排列順序?yàn)?5%香菇渣>CK2>50%香菇渣>25%香菇渣>CK1，至40 d時(shí)添加75%香菇渣土壤中的細(xì)菌數(shù)量最多，為114×104CFU/g DW，比CK1增加了20.5倍，且大于CK2中細(xì)菌的數(shù)量。其原因是75%香菇渣中含有豐富的有機(jī)物質(zhì)，為土壤細(xì)菌的生長提供了充分的營養(yǎng)物質(zhì)，因此細(xì)菌數(shù)量大幅增加。而CK2未加入土壤，測定的細(xì)菌數(shù)目只是菇渣中原有的細(xì)菌，因此細(xì)菌種類和數(shù)目相對(duì)較少。當(dāng)培養(yǎng)60 d時(shí)，各處理土壤中的細(xì)菌數(shù)量迅速降低，這可能是微生物活動(dòng)達(dá)到高峰后，可生物利用的基質(zhì)逐漸減少，氧化還原電位降低及還原性有毒物質(zhì)增加，抑制了微生物生長的原因。培養(yǎng)80 d后，添加25%和50%香菇渣土壤中的細(xì)菌數(shù)和CK1又出現(xiàn)了一個(gè)小高峰，這可能與微生物的二次生長有關(guān)。但不同的是，75%香菇渣土壤中細(xì)菌數(shù)量一直呈緩慢下降趨勢，而CK2（100%香菇渣）的細(xì)菌數(shù)則出現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，這可能與香菇渣漸漸腐解為微生物活動(dòng)提供持續(xù)能源和碳源有關(guān)?？傮w來看，添加香菇渣都能顯著影響土壤中細(xì)菌的數(shù)量，而且在一定范圍內(nèi)與添加量成正比。

圖1 香菇渣對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量的影響

2.1.2 香菇渣對(duì)土壤放線菌的影響 香菇渣對(duì)土壤放線菌數(shù)量的影響見圖2。與CK1類似，25%和50%香菇渣處理的曲線變化較平緩，且增幅不大，說明香菇渣對(duì)土壤放線菌數(shù)量的影響不太明顯。而添加75%香菇渣后，土壤中放線菌的數(shù)量顯著增加，在培養(yǎng)20 d時(shí)就遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他處理，為CK1（0%香菇渣）的25.2倍，為 CK2（100%香菇渣）的5.2倍；培養(yǎng)40 d時(shí)達(dá)到最大值，為72.3×104CFU/g DW。這與75%香菇渣為土壤放線菌提供豐富的纖維素、木質(zhì)素、幾丁質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，極大的誘導(dǎo)了放線菌數(shù)量的增加有關(guān)。之后隨著時(shí)間的推移，75%香菇渣處理的放線菌數(shù)又開始緩慢下降，100 d時(shí)降到與其他處理相當(dāng)?shù)乃?。而CK2的放線菌數(shù)量在培養(yǎng)80 d以前一直呈緩慢上升趨勢，在80 d時(shí)達(dá)到32.5×104CFU/g DW后又急劇下降。與其他處理不同的是，CK2在80 d時(shí)出現(xiàn)高峰，這與放線菌常在有機(jī)質(zhì)腐解的后期出現(xiàn)把難分解的組分轉(zhuǎn)化為土壤的有機(jī)組分有關(guān)。由上可看出添加75%香菇渣對(duì)土壤放線菌數(shù)量的影響最大。

圖2 香菇渣對(duì)土壤放線菌數(shù)量的影響

2.1.3 香菇渣對(duì)土壤真菌的影響 從圖3看出，不添加香菇渣的土壤（CK1）中真菌數(shù)量非常少，在0.2×104～0.7×104CFU/g DW 之間。隨著香菇渣添加量的增大，土壤中真菌數(shù)量也隨之增加，排列順序?yàn)镃K2>75%香菇渣>50%香菇渣>25%香菇渣>CK1。其中，添加25%和50%香菇渣后真菌數(shù)量較CK1變化不明顯，在60 d和100 d時(shí)數(shù)量最少；添加75%香菇渣后真菌數(shù)量出現(xiàn)顯著變化，分別在培養(yǎng)40 d和80 d時(shí)出現(xiàn)高峰，達(dá)到30.6×104CFU/g DW和48.6×104CFU/g DW。與細(xì)菌和放線菌變化不同的是，CK2（100%香菇渣）在整個(gè)培養(yǎng)期，真菌數(shù)量始終大于其他處理，且在40～80 d時(shí)基本呈水平趨勢，80 d后又迅速下降。這是因?yàn)榧兿愎皆泻胸S富的有機(jī)質(zhì)，而土壤真菌參與土壤中有機(jī)質(zhì)的分解、腐殖質(zhì)和團(tuán)聚體的形成及土壤中的氨化作用[9]，因此真菌數(shù)量大量增加，從而抑制了細(xì)菌和放線菌的生長，所以CK2的細(xì)菌和放線菌數(shù)量不是最多。之后由于大量微生物活動(dòng)，使其可利用的營養(yǎng)物質(zhì)迅速減少，因此培養(yǎng)80 d后微生物數(shù)量也急劇下降。

圖3 香菇渣對(duì)土壤真菌數(shù)量的影響

2.2 香菇渣對(duì)土壤酶活性的影響

2.2.1 土壤磷酸酶活性 土壤磷酸酶是植物根系與微生物的分泌產(chǎn)物，與土壤磷素轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，其高低可以反映土壤速效磷的供應(yīng)狀況。圖4反應(yīng)了添加香菇渣對(duì)土壤磷酸酶活性的影響。從圖中可以看出，25%和50%香菇渣處理的磷酸酶活性變化不大；而75%香菇渣的磷酸酶活性顯著變化，在培養(yǎng)20 d時(shí)，較CK1大幅度提高了16.4倍，這說明香菇渣還田對(duì)土壤有機(jī)磷的礦化作用有影響。在整個(gè)培育期內(nèi)，各處理的磷酸酶活性均呈現(xiàn)逐步下降的趨勢，到培養(yǎng)100 d時(shí)下降到最低。這可能是因?yàn)橥寥懒姿崦改艽龠M(jìn)菇渣中的有機(jī)磷化合物分解。但隨著時(shí)間的推移，由于可供酶分解基質(zhì)的減少和速效磷在土壤中的積累，磷酸酶活性受到一定的抑制作用，因此在整個(gè)培育期呈下降趨勢。

圖4 香菇渣對(duì)土壤磷酸酶活性的影響

2.2.2 土壤幾丁質(zhì)酶活性 土壤幾丁質(zhì)酶能酶促幾丁質(zhì)生成幾丁二糖，再經(jīng)過幾丁二糖酶作用，最后生成葡萄糖胺和乙酸。其酶促作用可使土壤增加礦化氮量，控制N循環(huán)速率的關(guān)鍵步驟[16]。從圖5可看出，純土壤（CK1）中幾丁質(zhì)酶活性非常低，隨時(shí)間變化幾乎呈直線趨勢。添加香菇渣后幾丁質(zhì)酶活性開始發(fā)生變化，且與添加量成正比關(guān)系。添加25%和50%香菇渣后幾丁質(zhì)酶活性變化不太明顯，而添加75%香菇渣的土壤中酶活性變化則很顯著，在培養(yǎng)20 d時(shí)較CK1增加了3.3倍，培養(yǎng)60 d時(shí)達(dá)到最大，為 58.62 ug N-乙酰葡萄糖胺/(g·h)，隨后又開始下降。CK2（100%香菇渣）的幾丁質(zhì)酶活性始終大于其他各個(gè)處理，說明添加香菇渣對(duì)土壤中幾丁質(zhì)酶的活性有顯著影響。

圖5 香菇渣對(duì)土壤幾丁質(zhì)酶活性的影響

2.2.3 土壤蔗糖酶活性 蔗糖酶又名轉(zhuǎn)化酶，是廣泛存在于土壤中的一個(gè)重要的酶，它對(duì)增加土壤中易溶性營養(yǎng)物質(zhì)起著重要作用。不同添加比例的香菇渣在不同培養(yǎng)時(shí)期蔗糖酶活性的變化如圖6所示。從圖中可以看出，各處理樣的蔗糖酶在培養(yǎng)20 d時(shí)就顯示了極大的活性，酶活性大小為25%香菇渣>CK2>CK1>50%香菇渣>75%香菇渣，其中25%香菇渣的蔗糖酶活性最高可能與土壤的C/N有關(guān)。這是因?yàn)榫鳛檗r(nóng)肥，其中的纖維素和木質(zhì)素已被大量降解,又含有大量的菌體蛋白，具有微生物生命活動(dòng)中所需的C/N，因此用作肥料時(shí)可提高土壤中的微生物數(shù)量，從而導(dǎo)致了酶活性的增加[3]。隨著時(shí)間的推移，酶活性迅速下降，到培養(yǎng)40 d時(shí)各處理樣的酶活性幾乎降到最低，這與大量產(chǎn)物的抑制作用有關(guān)。之后酶活性又出現(xiàn)“先升后降”的趨勢，在培養(yǎng)100 d時(shí)酶活性大小為75%香菇渣>CK1>25%香菇渣>50%香菇渣>CK2。說明香菇渣對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響時(shí)間較短，且添加75%的香菇渣有利于對(duì)土壤肥力的長期作用。

圖6 香菇渣對(duì)土壤蔗糖酶活性的影響

3 討論

3.1 添加香菇渣對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物是土壤中活的有機(jī)體，是最活躍的土壤肥力因子之一。細(xì)菌、放線菌和真菌是土壤微生物的三大類群，構(gòu)成了土壤微生物的主要生物量，它們的區(qū)系組成和數(shù)量變化常能反映出土壤生物活性水平[17]。本研究中，添加不同比例的香菇渣均能促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)，但對(duì)于不同種類的微生物其效應(yīng)不同。添加香菇渣后細(xì)菌類群數(shù)量明顯增加，反映出添加香菇渣后的土壤具有良好的微生物生態(tài)學(xué)特性。據(jù)有關(guān)報(bào)道[19]，土壤細(xì)菌數(shù)量與土壤養(yǎng)分含量、速效氮和速效磷含量呈正相關(guān)，且基本達(dá)到顯著或極顯著水平，體現(xiàn)出細(xì)菌在土壤生物過程和土壤肥力形成中占據(jù)著重要或突出的地位，因此細(xì)菌數(shù)量的明顯增加表明添加香菇渣對(duì)土壤肥力的有利作用。添加香菇渣也能顯著增加土壤放線菌的數(shù)量。但是孫瑞蓮等[13]研究發(fā)現(xiàn)，土壤放線菌與土壤各養(yǎng)分因子之間的相關(guān)性不明顯，因此無法通過放線菌的數(shù)量來評(píng)價(jià)其土壤肥力的高低。熊英等[20]指出真菌數(shù)量的增加可能標(biāo)志著土壤肥力的降低，但劉久俊等[21]證明生物覆蓋可以顯著提高楊樹人工林根際土壤真菌數(shù)量，與有機(jī)物在土壤中被分解后形成具有良好通氣、蓄水能力的腐殖質(zhì)[3]，為真菌活動(dòng)創(chuàng)造良好的環(huán)境條件有關(guān)。因此，添加香菇渣后真菌數(shù)量的增加可能也與土壤肥力的提高有關(guān)，需要進(jìn)一步研究微生物種類之間的消長關(guān)系以及種群變化規(guī)律來更詳細(xì)的解釋。

3.2 添加香菇渣對(duì)土壤酶活性的影響

土壤酶活性是反映土壤生物化學(xué)過程的重要指標(biāo)。土壤中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、累積和分解是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過程，這些過程幾乎都是在各種酶的作用下完成的。因此土壤酶活性常作為評(píng)價(jià)土壤生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)[22]。本研究中，隨香菇渣添加量的增大，磷酸酶和幾丁質(zhì)酶活性都顯著增加，這與黃玉霞[18]研究施肥可以增加菜園土壤磷酸酶活性的結(jié)論一致。磷酸酶與土壤全氮、全磷、堿解氮、速效磷等含量有非常好的相關(guān)關(guān)系，因而可以作為土壤肥力的重要指標(biāo)指示土壤肥力的變化。而對(duì)于土壤中幾丁質(zhì)酶活性對(duì)土壤肥力指示作用的研究目前尚未見報(bào)道。本研究中幾丁質(zhì)酶活性變化主要是因?yàn)橄愎皆泻械氖秤镁w殘?jiān)烧T導(dǎo)土壤幾丁質(zhì)酶活性的增加，從而對(duì)防治植物真菌病害起重要作用[23]。試驗(yàn)結(jié)果表明添加香菇渣確實(shí)能極大提高土壤幾丁質(zhì)酶活性，為以后利用香菇渣來防治土傳病害提供了理論基礎(chǔ)。另外，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加不同比例的香菇渣對(duì)蔗糖酶活性影響不大，且隨培養(yǎng)時(shí)間的延長，出現(xiàn)下降趨勢。這與王俊華等[24]施有機(jī)肥后可增加大量的有機(jī)碳，為蔗糖酶提供更多的酶促基質(zhì)，最大程度的提高蔗糖酶活性的結(jié)果不一致。究其原因可能是因?yàn)檎崽敲富钚耘c植物的組成和年齡有密切的關(guān)系[15]，而本試驗(yàn)所用的是瓜地土壤，在試驗(yàn)中并未種植植物，因此植物的根系較少，土壤蔗糖酶的活性較低，這與周禮凱[15]的報(bào)道一致。另外隨培養(yǎng)時(shí)間的延長，酶活性下降，可能是因?yàn)橥寥牢⑸锵膶?dǎo)致土壤C/N失衡，不利于土壤酶活性的提高[25]。

由于本試驗(yàn)是在室內(nèi)模擬條件下研究添加香菇渣對(duì)土壤生物活性的影響，為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，通過提高試驗(yàn)溫度來加快土壤的變化進(jìn)程，但這并不能反應(yīng)大田中生物變化規(guī)律的真實(shí)情況，因?yàn)閷?shí)際田間情況可能比試驗(yàn)中發(fā)生緩慢。因此，本試驗(yàn)結(jié)果只能為菇渣還田提供一個(gè)理論參考，對(duì)自然條件下土壤微生物數(shù)量和酶活性的影響還應(yīng)考慮到溫度變化、日變化和季節(jié)變化等因素，需要進(jìn)一步的田間試驗(yàn)才能得出。

4 結(jié)論

（1）添加香菇渣能夠顯著提高土壤中細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量。其中，細(xì)菌的數(shù)量增加最多，放線菌次之，真菌最少。添加25%香菇渣和50%香菇渣對(duì)細(xì)菌、放線菌和真菌的影響不大。添加75%香菇渣則能顯著增加土壤中微生物的數(shù)量。

（2）添加香菇渣雖然不能明顯增加土壤蔗糖酶活性，但能顯著提高土壤磷酸酶和幾丁質(zhì)酶活性，且75%香菇渣的變化最明顯，說明菇渣還田能增加土壤中氮素營養(yǎng)和磷的含量。

（3）75%香菇渣還田量更有利于提高土壤生物活性，極大地增加土壤微生物數(shù)量和酶活性，從而改變土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力。

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