李同科

(河南省平輿縣農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)站，河南 駐馬店 463400)

0 引言

鐵、鋅皆是人體不可缺少的微量元素，同樣也是機(jī)體內(nèi)含量較高的微量元素。白芝麻籽粒中含有的微量元素有銅、鋅、鐵等，尤其含鐵量、含鋅量很高，鐵的含量約為73 mg/kg，高于菠菜含量3倍、牛肉5倍，能夠?yàn)槿祟愄峁┴S富的鐵、鋅等微量元素[1]。白芝麻是河南省重要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物，河南省平輿縣是我國(guó)主要的白芝麻生產(chǎn)基地，種植歷史悠久，而且一直不斷深入研究芝麻生產(chǎn)工作，但是平輿縣土壤有機(jī)質(zhì)含量整體呈中等狀態(tài)，磷貧、鉀富、氮不足，其中土壤氮的缺乏是制約平輿縣白芝麻產(chǎn)量及品質(zhì)的主要因素[2-3]。

菌糠是食用菌種植的副產(chǎn)物，食用菌培養(yǎng)料主要包括稻草秸稈、玉米芯和鋸木屑等，通過(guò)堆積發(fā)酵、菌絲分解，其中的纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)會(huì)發(fā)生分解，釋放出一定量的氨基酸、粗脂肪和粗蛋白等成分，另外也含有鐵、鋅、鈣等元素[4]。菌糠含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分且價(jià)格低廉，已在有機(jī)肥料領(lǐng)域獲得充分利用[5-6]。據(jù)報(bào)道，將黑木耳菌糠施入土壤，能夠起到部分替代氮肥的作用，提高土壤速效氮磷鉀含量[7]。河南省作為農(nóng)業(yè)大省，對(duì)化肥、有機(jī)肥料有大量需求，同時(shí)也是食用菌生產(chǎn)大省，食用菌生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量菌糠，為菌糠的有效利用提供了前提條件。本研究以輿芝16號(hào)白芝麻為試驗(yàn)對(duì)象，采用田間試驗(yàn)方法在土壤中施用菌糠，比較不同處理方法對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，對(duì)白芝麻產(chǎn)量、根系及籽粒中鐵、鋅微量元素含量的影響，探討提高白芝麻含鐵、鋅微量元素的栽培途徑，為白芝麻產(chǎn)量與質(zhì)量提升提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

(1)試驗(yàn)對(duì)象。輿芝16號(hào)白芝麻，由平芝8703與鄭27兩個(gè)品種雜交選育，繁育單位為平輿縣農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)站。輿芝16號(hào)為早熟芝麻品種，生長(zhǎng)期比較短，只有87 d，且適應(yīng)本地氣候，生長(zhǎng)速度快、產(chǎn)量高，為優(yōu)良品種[8]。

(2)試驗(yàn)肥料。菌糠來(lái)自河南省農(nóng)戶大棚中的平菇栽培廢棄物，主要栽培料成分是生石灰、玉米芯，菌糠曬干后裝袋，其營(yíng)養(yǎng)成分如表1所示。肥料選用磷、鉀、氮比例為18∶15∶12的復(fù)合肥料。

表1 菌糠營(yíng)養(yǎng)成分Tab.1 Nutrient composition of mushroom chaff

1.2 試驗(yàn)地條件

河南省平輿縣某試驗(yàn)地，選擇排灌條件便利、地勢(shì)較高的地塊，避免選擇重茬地塊，前茬小麥產(chǎn)量為6 000～9 000 kg/hm2，試驗(yàn)地土壤為砂姜黑土。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年6月進(jìn)行，試驗(yàn)田共設(shè)置4個(gè)地塊、4種處理方法，每種處理方法均為寬窄行種植，寬行行距50 cm，窄行行距39 cm，播深約3 cm。各處理間用溝畦隔開(kāi)，其中3個(gè)試驗(yàn)組、1個(gè)對(duì)照組。

處理一(T1)：菌糠30 t/hm2+復(fù)合肥300～600 kg/hm2；處理二(T2)：菌糠45 t/hm2+復(fù)合肥300～600 kg/hm2；處理三(T3)：菌糠60 t/hm2+復(fù)合肥300～600 kg/hm2；對(duì)照(CK)：復(fù)合肥300～600 kg/hm2。

各處理區(qū)白芝麻采用機(jī)械播種，播種量6.0～7.5 kg/hm2，菌糠和復(fù)合肥在播種前一次性施入，施肥后翻耕。每個(gè)處理3次重復(fù)，播種后按照當(dāng)?shù)卦耘喙芾砑夹g(shù)要求進(jìn)行。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 土壤取樣與指標(biāo)測(cè)定

(1)土壤取樣。在白芝麻收獲期取樣，取樣點(diǎn)數(shù)量根據(jù)田塊面積(S)決定，n=10+10logS，各取樣點(diǎn)應(yīng)保持相近的土樣厚度、深淺、質(zhì)量；避免在試驗(yàn)田邊角、肥料堆積處取樣；每個(gè)土樣以1 kg左右為宜，過(guò)2 mm篩，分類裝入塑料袋，記錄好取樣地點(diǎn)、土壤名稱。

(2)土壤處理。土壤樣品在樣品盤上攤開(kāi)、自然風(fēng)干，避免污染，風(fēng)干過(guò)程中常翻動(dòng)、加速干燥，風(fēng)干后土樣保存待測(cè)。

(3)指標(biāo)測(cè)定。使用硫酸-重落酸鉀法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)，使用自動(dòng)定氮儀測(cè)定土壤全氮，使用分光光度法測(cè)定土壤全磷，使用原子吸收分光光度法測(cè)定土壤全鉀，使用碳酸氫鈉浸提-鉬銻鈧比色法測(cè)定速效磷含量，使用中性醋酸銨浸提法-火焰光度法測(cè)定速效鉀含量。

1.4.2 白芝麻產(chǎn)量測(cè)定

白芝麻于6月6日播種，8月末進(jìn)入成熟期，莖稈、蒴果為成熟色，葉片基本掉完即可收獲。各試驗(yàn)區(qū)選擇1 m2植株，重點(diǎn)考察白芝麻產(chǎn)量，測(cè)定千粒質(zhì)量、每蒴粒數(shù)、單株產(chǎn)量。

1.4.3 白芝麻微量元素含量測(cè)定

(1)根系微量元素含量測(cè)定。在白芝麻成熟期取樣，于各處理區(qū)分別取一土樣(層深30～60 cm)，取出土樣放入尼龍袋，使用自來(lái)水沖洗，取出挑洗后的根系，再用去離子水洗凈、烘干，待測(cè)微量元素養(yǎng)分含量。

(2)籽粒微量元素含量測(cè)定。收集上述根系取樣區(qū)相應(yīng)的地上部植株籽粒，樣品使用去離子水洗凈、烘干，磨碎后進(jìn)行消煮，對(duì)消煮液中的鋅、鐵含量進(jìn)行測(cè)定。

(3)使用電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀ICP-OES法測(cè)定鐵、鋅元素含量，按照標(biāo)準(zhǔn)操作流程進(jìn)行。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、作圖，采用SPSS24.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，多重比較采用LSD法(P=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌糠對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

菌糠對(duì)土壤中微量元素養(yǎng)分的影響如表2所示。施用菌糠的各處理組土壤全氮含量、全鉀含量、有機(jī)質(zhì)含量均高于對(duì)照組，且菌糠使用量越多，土壤中全氮、全鉀、有機(jī)質(zhì)含量越高，表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK。

表2 菌糠對(duì)土壤養(yǎng)分的影響Tab.2 Effects of mushroom chaff on soil nutrients

說(shuō)明采用菌糠處理土壤能提高土壤中的全氮含量，為白芝麻生長(zhǎng)提供氮肥營(yíng)養(yǎng)；提高土壤中的全鉀含量，增強(qiáng)土壤的肥料作用；提高土壤中有機(jī)質(zhì)成分，改良土壤、提高土壤肥力。施用菌糠的各處理組土壤全磷含量均較對(duì)照組低，且各處理組之間土壤全磷含量并無(wú)顯著差異，說(shuō)明菌糠用量并無(wú)較突出的磷肥作用；但施用菌糠的各處理組土壤中速效磷含量卻較對(duì)照組高，且隨著菌糠使用量的增多，土壤中速效磷含量從高到低依次是T3>T2>T1，T3顯著高于T2和T1，說(shuō)明菌糠的施用有增加土壤速效磷含量的效果，能提高土壤肥力、促進(jìn)白芝麻生長(zhǎng)。當(dāng)菌糠施用量為45 t/hm2時(shí)，土壤中速效鉀含量最高，而菌糠施用量為60 t/hm2時(shí)，土壤中速效鉀含量與施用復(fù)合肥的CK接近，T3和CK沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明菌糠施用量的增加并不會(huì)顯著影響土壤中速效鉀含量，45 t/hm2的施用量即能滿足土壤肥力需求。

2.2 菌糠對(duì)白芝麻產(chǎn)量的影響

菌糠對(duì)白芝麻產(chǎn)量的影響如表3所示。施用菌糠對(duì)增加白芝麻千粒質(zhì)量有較好的作用，而且白芝麻千粒質(zhì)量隨菌糠用量的增加而增加，T1、T2、T3分別較CK平均增加0.07、0.09、0.13 g，各處理白芝麻千粒質(zhì)量均顯著高于對(duì)照組，說(shuō)明菌糠作為底肥能夠?yàn)榘字ヂ樯L(zhǎng)提供較好的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。施用菌糠的各處理組白芝麻每蒴粒數(shù)與對(duì)照組比較都無(wú)顯著差異。施用菌糠對(duì)白芝麻單株產(chǎn)量影響明顯，這與菌糠對(duì)白芝麻千粒質(zhì)量的影響相符，T1、T2、T3分別較CK單株產(chǎn)量平均增加2.08、3.11、3.50 g，各處理白芝麻植株單株產(chǎn)量均顯著高于對(duì)照組，說(shuō)明菌糠的肥力作用對(duì)白芝麻產(chǎn)量的影響優(yōu)于復(fù)合肥。

表3 菌糠對(duì)白芝麻產(chǎn)量的影響Tab.3 Effect of mushroom chaff on yield of white sesame

2.3 菌糠對(duì)白芝麻根系及籽粒微量元素含量的影響

菌糠對(duì)白芝麻根系及籽粒微量元素含量的影響如表4所示。隨著菌糠施用量的增加，白芝麻根系及籽粒中鐵、鋅含量呈增加趨勢(shì)，表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK，各處理白芝麻根系及籽粒微量元素含量均顯著高于對(duì)照組。施用不同量的菌糠后，白芝麻根系中鐵/鋅含量分別平均增加460.74/13.68、505.23/21.55、528.85/23.90 mg/kg，白芝麻籽粒中鐵/鋅含量分別平均增加1.69/1.26、2.68/3.63、3.88/4.15 mg/kg，T3最高，說(shuō)明菌糠施用提高了白芝麻整體鋅含量和鐵含量。

表4 菌糠對(duì)白芝麻根系及籽粒微量元素含量的影響Tab.4 Effects of mushroom chaff on trace element contents in roots and grains of white sesame

3 討論

3.1 菌糠對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

土壤性質(zhì)對(duì)白芝麻的產(chǎn)量和質(zhì)量有顯著影響。平輿縣土壤構(gòu)成中，砂姜黑土占主要部分，具有結(jié)構(gòu)性差、耕層淺薄、地勢(shì)低洼等特點(diǎn)[9]。由于土壤環(huán)境惡劣，加之水、氣、熱發(fā)展不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)分解緩慢、土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)欠佳，受此影響，白芝麻產(chǎn)量逐漸降低，對(duì)平輿縣白芝麻產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重阻礙[10]。本研究提出對(duì)砂姜黑土的改良措施，以期通過(guò)土壤處理技術(shù)，充分挖掘并發(fā)揮砂姜黑土的生產(chǎn)潛力，彌補(bǔ)其磷貧、氮不足等缺點(diǎn)[11]。菌糠具有氮肥、鉀肥的高應(yīng)用價(jià)值，通過(guò)增加土壤中全氮、全鉀的含量增強(qiáng)土壤肥力。菌糠能促進(jìn)微生物生長(zhǎng)繁殖，在某種程度上增加了土壤中速效磷與速效鉀的含量[12]。菌糠中含有大量有機(jī)質(zhì)，可以作為有機(jī)肥提高土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤肥力[13]。史慧[14]研究指出，白芝麻對(duì)鉀肥的需求較多，因前茬小麥生長(zhǎng)期較長(zhǎng)，對(duì)各種養(yǎng)分的吸收量比較多，所以在栽種白芝麻時(shí)，土壤養(yǎng)分或許已經(jīng)不充足。采取菌糠進(jìn)行土壤處理，有利于為白芝麻栽種提供良好的鉀肥。另外，本研究結(jié)果表明施用菌糠能顯著提高土壤中全氮及有機(jī)質(zhì)含量，但對(duì)于土壤中全磷含量并無(wú)影響，分析原因可能是菌糠作為磷肥的營(yíng)養(yǎng)成分需要長(zhǎng)時(shí)間作用才能被土壤利用，磷的營(yíng)養(yǎng)成分釋放緩慢、見(jiàn)效時(shí)間長(zhǎng)，本研究采用的輿芝16號(hào)白芝麻生長(zhǎng)期短，收獲時(shí)并未見(jiàn)效。受速效磷和速效鉀含量增高的影響，施用菌糠的各處理組土壤肥力普遍提高。

3.2 菌糠對(duì)白芝麻產(chǎn)量的影響

已有研究報(bào)道指出，轉(zhuǎn)化土壤中的營(yíng)養(yǎng)元素會(huì)對(duì)作物的生長(zhǎng)與產(chǎn)量帶來(lái)積極影響[15-16]。千粒質(zhì)量和每蒴粒數(shù)是白芝麻產(chǎn)量的集中體現(xiàn)，土壤中的養(yǎng)分是影響白芝麻產(chǎn)量的重要因素。平輿縣地處淮北平原，地表土以砂姜黑土為主，占全縣土壤面積的71%，該土質(zhì)潛在肥力高，但速效養(yǎng)分含量低，土壤呈磷貧、氮不足的缺陷，其中磷元素嚴(yán)重缺乏是制約白芝麻產(chǎn)量和質(zhì)量提高的重要因素。本研究結(jié)果表明，菌糠施用有增加土壤速效磷含量的效果，從而對(duì)白芝麻產(chǎn)量產(chǎn)生積極影響，施用菌糠的各處理組，白芝麻千粒質(zhì)量均隨菌糠用量增加而增加。這與前人研究結(jié)果一致，說(shuō)明施用菌糠可有效提升土壤有機(jī)質(zhì)與速效養(yǎng)分含量，促進(jìn)作物生長(zhǎng)[17]。

施用菌糠的各處理組白芝麻每蒴粒數(shù)雖然與對(duì)照組比較都無(wú)顯著差異，但是基于白芝麻千粒質(zhì)量的提高，從而也提高了白芝麻的單株產(chǎn)量，說(shuō)明菌糠的肥力作用對(duì)白芝麻產(chǎn)量的影響優(yōu)于復(fù)合肥。這可能與菌糠的應(yīng)用能夠改善土壤養(yǎng)分狀況、降低土壤pH值、提高土壤有機(jī)質(zhì)等有關(guān)，從而使作物產(chǎn)量呈現(xiàn)良好的增長(zhǎng)趨勢(shì)[18]。

3.3 菌糠對(duì)白芝麻根系及籽粒微量元素含量的影響

土壤條件對(duì)于作物中常量與微量元素含量有重要影響[19-20]。本研究結(jié)果表明，施用不同量的菌糠后，白芝麻根系、籽粒的鐵和鋅含量分別有不同程度的增加，而且隨著菌糠施用量的增加，鐵、鋅含量逐漸增加。分析原因可能是菌糠的施用在一定程度上增加了土壤中有效養(yǎng)分氮素的含量，從而有利于白芝麻根系、籽粒對(duì)于鐵和鋅微量元素的吸收[21]。菌糠施用使土壤中全氮含量增加，氮養(yǎng)分增多直接增加了土壤中有效鋅的含量，因此，綜合研究結(jié)果來(lái)看，本研究中T3處理，即菌糠施用量為60 t/hm2時(shí)，有利于提高白芝麻根系與籽粒中微量元素的含量。

4 結(jié)論

菌糠含有較高的營(yíng)養(yǎng)成分，是應(yīng)用價(jià)值較高的肥料。本研究以輿芝16號(hào)白芝麻為試驗(yàn)對(duì)象，在土壤中施用菌糠，比較不同處理方法對(duì)土壤養(yǎng)分的影響，對(duì)白芝麻產(chǎn)量、根系及籽粒中鐵、鋅微量元素含量的影響。結(jié)果表明，施用菌糠處理土壤能提高土壤中的全氮、全鉀、速效磷和有機(jī)質(zhì)含量，對(duì)增加白芝麻千粒質(zhì)量、單株產(chǎn)量的作用顯著，各處理白芝麻根系及籽粒微量元素含量均顯著高于對(duì)照組，說(shuō)明菌糠對(duì)白芝麻產(chǎn)量與質(zhì)量的提升有重要影響。

本研究基于田間試驗(yàn)，初步證實(shí)了施用一定量的菌糠可以提高土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)白芝麻對(duì)鐵、鋅微量元素的吸收，同時(shí)有利于整體上提高白芝麻產(chǎn)量。關(guān)于菌糠的一些負(fù)面效果尚未被完全證實(shí)，所以其大規(guī)模應(yīng)用可能會(huì)受到一定的限制，有待于今后通過(guò)更多更深入的研究來(lái)提高對(duì)研究成果的客觀支持。