劉天海 羊淑琴 劉付彭 苗人云 余洋 吳翔 唐杰 王勇 彭衛(wèi)紅 譚昊,5,6
(1.四川省食用菌研究所,成都 610066;2.四川省漢源縣農(nóng)業(yè)局,雅安 625300;3.筠連縣糧油和經(jīng)作發(fā)展中心,宜賓 645250;4.中國農(nóng)業(yè)科學院都市農(nóng)業(yè)研究所,成都 610213;5.江南大學生物工程學院,無錫 214122;6.中國科學院西北生態(tài)環(huán)境與資源研究院干旱區(qū)鹽漬化研究站,蘭州 730000)
羊肚菌鮮味獨特,口感良好,因外形酷似羊肚,又被稱為羊肚菜、羊肚蘑等[1]。20世紀后期,美國Ower RD 發(fā)明了羊肚菌室內(nèi)栽培技術(shù)[2-3]。近年來,隨著外源營養(yǎng)袋技術(shù)的推廣和羊肚菌種質(zhì)資源的挖掘,羊肚菌實現(xiàn)了人工大田栽培,并以四川為中心輻射發(fā)展至全國多個省份[4],在我國部分地區(qū)脫貧攻堅和鄉(xiāng)村振興事業(yè)中也起到了很大作用[5]。羊肚菌是一種以土壤為栽培基質(zhì)的食用菌,生長環(huán)境復雜,栽培技術(shù)要求高,不僅需要優(yōu)質(zhì)的菌種和適宜的栽培設(shè)施,栽培土壤、溫度、水分等因素都直接影響著羊肚菌的產(chǎn)量[6]。同常規(guī)作物一樣,羊肚菌栽培也存在連作障礙。近年來,隨著栽培規(guī)模不斷擴大,區(qū)域性土地重復利用,羊肚菌產(chǎn)量不穩(wěn)定、病害、蟲害等頻頻發(fā)生[7]。有報道稱,羊肚菌主要從土壤中獲取氮素[8],病蟲害的發(fā)生也與栽培土壤直接相關(guān)[9-11]。尤其野外生境下,土壤理化環(huán)境對羊肚菌的發(fā)生以及子實體營養(yǎng)物質(zhì)含量更是起決定性作用[12-14]。在常規(guī)作物栽培中,常通過施用有機肥達到改良土壤理化性質(zhì)的目的,不僅可以增加土壤有機質(zhì)等營養(yǎng)元素含量,還能提高土壤孔隙度,降低土壤容重,改善土壤透氣性,進而提高土壤酶活性,增加作物產(chǎn)量和品質(zhì)[15-16]。Ower 等[2-3]在土壤中混合樹皮等發(fā)酵的有機肥用于栽培羊肚菌。譚昊等[17]也發(fā)現(xiàn)在石英砂基質(zhì)中添加適量的有機肥可以顯著提升羊肚菌產(chǎn)量和品質(zhì)。因此,本課題組針對四川省羊肚菌種植模式,向土壤中施加不同梯度的麥秸雞糞發(fā)酵有機肥,根據(jù)土壤理化性質(zhì)變化和連作兩輪羊肚菌的產(chǎn)量情況,探索施用有機肥對土壤理化性質(zhì)和羊肚菌連作的影響,評估土壤理化性質(zhì)與羊肚菌產(chǎn)量間的相關(guān)性,以期為有機肥在羊肚菌連作栽培上的科學運用提供參考。
小麥秸稈粉碎至15-25 mm 片狀,由簡陽市盛良菌業(yè)有限公司(北緯30.49°,東經(jīng)104.46°,海拔430 m)提供;濕雞糞、菜籽餅、尿素、過磷酸鈣、石灰、石膏均來源于成都牧星禽業(yè)有限責任公司種雞場(北緯30.74°,東經(jīng)104.25°,海拔472 m);羊肚菌栽培種品種為六妹羊肚菌(M.sextelata)‘川羊肚菌6 號’,營養(yǎng)袋配方為80%(W/W)小麥粒和20%(W/W)谷殼,由四川金地田嶺澗生物科技有限公司提供。試驗地位于成都市雙流區(qū)三星鎮(zhèn)四桅桿村七彩田園(北緯30.33°,東經(jīng)104.13°,海拔487 m),土壤為紫色土。
1.2.1 小麥秸稈雞糞發(fā)酵有機肥生產(chǎn) 按47.62%小麥秸稈、47.62%濕雞糞、1.59%菜籽餅、0.48%尿素、0.79%過磷酸鈣、0.95%石灰、0.63%石膏、0.16%硫酸鎂和0.16%硫酸鉀配料后好氧發(fā)酵30 d,再密封厭氧發(fā)酵60 d。該有機肥理化指標如表1。
表1 有機肥的理化指標Table 1 Physiochemical properties of organic fertilizer
1.2.2 試驗設(shè)計 按土壤廂壟(廂高200 mm,廂寬800 mm,廂壟間距400 mm)體積百分比替換有機肥,將廂壟按比例挖除對應(yīng)體積的土壤后,再回填對應(yīng)體積的有機肥并翻挖均勻。試驗設(shè)計了4 個處理,編號F50、F10、F01、CK,分別對應(yīng)50%替換(30 000 kg/hm2)、10%替換(6 000 kg/hm2)、1% 替換(600 kg/hm2)、不替換。每個處理20 m2,4 個平行重復,共16 個栽培廂壟,彼此相互隔離。試驗區(qū)域位于同大棚中心位置,四周設(shè)保護行。
1.2.3 羊肚菌栽培與采樣 有機肥提前6 個月替換施用到土壤中,由土壤微生物自然發(fā)酵。第一輪種植羊肚菌后空置休耕至第2年同季節(jié)直接翻耕連作種植第二輪羊肚菌,且不再施加有機肥。播種后15 d 放置營養(yǎng)袋,每平方米4.5 袋。常規(guī)方式管理。按商品菇尺寸標準(菌蓋長度50-80 mm、菌柄長度30-50 mm)采收羊肚菌[18]。土壤樣品均為播種當天采集,每個廂壟隨機選取20 個點,鉆取直徑10 mm、高200 mm(即0-20 cm 整個廂壟厚度)的土壤混勻后留樣檢測。
1.2.4 土壤理化性質(zhì)測定與分析 土壤理化性質(zhì)測定參照土壤農(nóng)化分析方法[19]。按照NY/T 1121.6-2006 用重鉻酸鉀容量法測定有機質(zhì)含量。F-HZ-DZTR-0048 土壤分析方法—重鉻酸鉀外加熱法測定腐殖酸含量。環(huán)刀法測定土壤容重。pH 儀電位法測定土壤pH。凱氏定氮法測定全氮含量,堿解擴散法測定堿解氮含量,用未經(jīng)濃硫酸消化的樣品進行凱氏定氮法測定銨態(tài)氮含量,水楊酸比色法測定硝態(tài)氮含量。用硝酸-高氯酸消化后的樣品利用釩鉬黃比色法測定全磷含量,用碳酸氫鈉溶液抽提后用釩鉬黃比色法測定有效磷含量[20]。用火焰原子吸收分光光度法測定全鉀含量,用乙酸銨溶液從樣品中抽提后用火焰原子吸收分光光度法測定速效鉀含量[21]。用ASI 浸提劑浸提有效銅、有效鋅、有效鐵和有效錳后,用原子吸收分光光度法測定含量。用草酸-草酸銨浸提后,用原子吸收分光光度法測定有效鉬含量。用磷酸鹽-乙酸浸提,采用硫酸鋇比濁法測定有效硫含量。采用醋酸銨浸提,用原子吸收分光光度法測定土壤交換性鈣、交換性鎂含量。采用沸水浸提-姜黃素比色法測定有效硼含量。
1.2.5 數(shù)據(jù)分析 用單因素方差分析(one-way ANOVA)判斷不同處理組各理化指標和羊肚菌產(chǎn)量的差異顯著性。用主成分分析法(二維PCA)判斷不同處理組之間整套土壤理化性質(zhì)屬性的差異性,橢圓為同屬一個處理組的散點的95%置信區(qū)間,用R 語言ggplot2 程序繪制。計算土壤理化性質(zhì)各因素之間以及與羊肚菌產(chǎn)量之間的Pearson 相關(guān)系數(shù)和顯著性,分析檢驗土壤理化性質(zhì)各因素與羊肚菌產(chǎn)量之間的關(guān)聯(lián)性。
2.1.1 土壤pH、容重、腐殖酸含量、有機質(zhì)含量 施用有機肥后,第一輪種植羊肚菌時,對照組CK 的土壤pH 值為8.4,處理組F01、F10 和F50 隨有機肥施用量增大顯著降低(P<0.05);土壤容重表現(xiàn)為CK >F01 >F10 >F50,差異不顯著;相比對照組土壤腐殖酸含量1.08 g/kg,處理組隨施用量增大而提高了300%-470%,且差異顯著(P<0.05);相比對照組土壤有機質(zhì)含量12.67 g/kg,處理組分別提高了160%-350%,且差異顯著(P<0.05)。
相比于第一輪種植羊肚菌時,第二輪連作羊肚菌時,處理組F01、F10 和對照組CK 的土壤pH 均下降至8.0 左右,處理組F50 維持不變;土壤容重變化不明顯;對照組CK 的土壤腐殖酸含量增加了246.35%,處理組增幅較小,仍然保持CK<F01<F10<F50;土壤有機質(zhì)含量表現(xiàn)為對照組CK 明顯增加,處理組F50 顯著降低,處理組F01、F10 變化不明顯(圖1)。
圖1 有機肥不同施用量下連續(xù)兩年土壤pH、容重、腐殖酸和有機質(zhì)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、鉀含量 施用有機肥后,第一輪種植羊肚菌時,各處理土壤中除全鉀含量變化不明顯,全氮、堿解氮、全磷、有效磷和速效鉀含量隨有機肥施用量增加均呈升高趨勢,且差異顯著(P<0.05)。其中處理組的全鉀含量處理組比對照組(1.01 g/kg)提高了140%-250%,堿解氮含量比對照組(72.38 mg/kg)提高了100%-230%,全磷含量比對照組(0.75 g/kg)提高了170%-300%,有效磷含量比對照組(43.78 mg/kg)提高了200%-400%,速效鉀含量比對照組(196.23 mg/kg),提高了300%-480%。全鉀含量均處于20 g/kg 左右。
相比于第一輪種植羊肚菌時,第二輪連作羊肚菌時,土壤中除對照組CK 的堿解氮含量和有效磷含量分別提高71.86%和70.41%,其余全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀、速效鉀各指標含量變化不明顯(圖2)。
圖2 有機肥不同施用量下連續(xù)兩年土壤氮、磷、鉀含量Fig.2 Contents of soil N,P and K under different application rates of organic fertilizer for two consecutive years
2.1.3 土壤礦質(zhì)元素含量 土壤施用有機肥后,在第一輪種植羊肚菌前,有效鋅、有效錳含量隨有機肥使用量增加呈逐漸升高趨勢,各處理間差異顯著(P<0.05)。其中處理組的有效鋅含量比對照組(1.35 mg/kg)提高了160%-380%,有效錳含量比對照組(4.50 mg/kg)提高了40%-90%。有效鐵含量處理組間差異不顯著,但相比對照組卻提高了50%-60%,差異顯著(P<0.05);土壤中有效銅、有效硫、有效鉬、有效硼和交換性鈣離子含量,處理組相比對照組變化不明顯;交換性鎂離子含量隨有機肥使用量增加呈逐漸升高趨勢,且各處理間差異顯著(P<0.05),處理組F01 與對照組CK 差異不明顯,處理組F10、F50 與對照組CK 差異明顯,分別提高了42.61%、211.03%。
相比第一輪種植羊肚菌時,第二輪連作羊肚菌時:土壤中有效銅、有效鋅、有效鐵、有效錳、有效硫含量變化不明顯;土壤有效鉬含量均出現(xiàn)不同程度的下降;土壤有效硼含量均下降,下降幅度在5%-6%;交換性鈣離子含量表現(xiàn)為除處理組F50顯著升高155.75%外,處理組F01、F10 和對照組CK 變化不明顯;交換性鎂離子除處理組F50 降低60.48%外,處理組F01、F10 和對照組CK 變化不明顯(圖3)。
圖3 有機肥不同施用量下連續(xù)兩年土壤礦質(zhì)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 不同分組情況下土壤理化指標主成分分析 主成分分析結(jié)果顯示:以不同施用量處理分組時,第一輪種植羊肚菌時(2016),不同施用處理下土壤各理化指標差異顯著(P<0.05);第二輪連作種植羊肚菌時(2017),不同施用處理下土壤各理化指標仍然差異顯著(P<0.05)。以年份(Yr2016、Yr2017)分組時,不同施用處理下的土壤各理化差異不顯著。表明施用該有機肥能明顯改變土壤理化性質(zhì),同時種植過一輪羊肚菌后的土壤理化性質(zhì)總體上沒有明顯改變(圖4)。
圖4 不同施用量和不同年份分組情況下土壤理化指標的主成分分析Fig.4 Principal component analysis of soil physiochemical properties under different application rates and different year groups
施用有機肥后,羊肚菌商品菇連作產(chǎn)量如下圖5。第一輪栽培顯示(圖5-A):處理組F01、F10和F50 的商品菇平均產(chǎn)量均高于對照組,分別增加28.05%、37.92%和22.34%;處理組F10 與對照組CK 差異顯著(P<0.05),平均產(chǎn)量(0.531±0.046)kg/m2,折合產(chǎn)量3 536 kg/hm2。第二輪連作產(chǎn)量顯示(圖5-B):除F01 處理與對照組CK 的產(chǎn)量相當以外,處理F10 和F50 均比對照CK 高12.35%和23.33%;處理F50 平均產(chǎn)量(0.629±0.062)kg/m2最高,換算折合產(chǎn)量4 189 kg/hm2,顯著高于對照CK 和其他處理F01、F10(P<0.05)。一定程度表明,在連作栽培(兩輪)中有機肥的施用對羊肚菌商品菇產(chǎn)量具有明顯的增產(chǎn)效果。
圖5 有機肥不同施用量下連作兩輪羊肚菌產(chǎn)量Fig.5 Yield of morel mushrooms for 2 consecutive rounds under different application rates of organic fertilizer
結(jié)合兩年連作栽培羊肚菌最終商品菇產(chǎn)量,對栽培羊肚菌前各處理土壤理化性質(zhì)指標進行Pearson系數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果如表2,羊肚菌產(chǎn)量(Yld)與土壤腐殖酸(HA)含量和交換性鈣(ExCa)含量呈顯著正相關(guān)。土壤酸堿度(pH)與腐殖酸(HA)、全氮(TN)、全磷(TP)、有機質(zhì)(OM)、堿解氮(AN)、有效磷(AP)、速效鉀(AK)和有效鋅(AZn)含量呈極顯著負相關(guān),與有效鐵、有效錳、交換性鎂呈顯著負相關(guān)。土壤容重(Ds)與腐殖酸(HA)、全氮(TN)、全磷(TP)、有機質(zhì)(OM)、有效磷(AP)、速效鉀(AK)、有效鋅(AZn)和有效鐵(AFe)含量呈顯著負相關(guān),與堿解氮(AN)、交換性鎂(ExMg)呈顯著負相關(guān)。腐殖酸(HA)、全氮(TN)、全磷(TP)、有機質(zhì)(OM)、堿解氮(AN)、有效磷(AP)、速效鉀(AK)、有效鋅(AZn)、有效鐵(AFe)、有效錳(AMn)和交換性鎂(ExMg)各因子間分別呈顯著或極顯著的正相關(guān)。有效鉬(AMo)除與全氮(TN)和全磷(TP)含量呈顯著正相關(guān)外,與其他土壤理化因子無顯著相關(guān)性。全鉀(TK)、有效銅(ACu)、有效硫(AS)有效硼(AB)含量與其他理化因子含量均無顯著相關(guān)性。
表2 羊肚菌產(chǎn)量與土壤理化因子的Pearson 相關(guān)系數(shù)Table 2 Pearson's correlation value between soil physiochemical properties and morel yield
羊肚菌是一種好氧性真菌,野外生境下主要發(fā)生在黑壤土、山地灰褐森林土、沙壤土和黃壤土等土壤類型區(qū)域[22],人工栽培一般選用土質(zhì)疏松、肥沃、利水的偏沙質(zhì)土壤或沙漠砂[23-24]。有研究表明,羊肚菌的發(fā)生也與土壤中化學養(yǎng)分有關(guān)[25],其產(chǎn)量與錳、銅、鋅、鉛、鎳等礦質(zhì)元素的全量分布背景值呈正相關(guān)[26]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,為改良土壤理化性質(zhì),提高土壤肥力,除施用化學肥料以外,一般還施用有機肥。有機肥中含有大量的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素,可以顯著提升土壤肥力,改良土壤結(jié)構(gòu),增加土壤透氣性和保水性[27],還可以提升土壤微生物的多樣性和豐富度,增強土壤微生物活性[28-29]。不僅如此,馬順圣等[30]還發(fā)現(xiàn),有機肥具有調(diào)節(jié)土壤酸堿度更趨向中性的作用。
依據(jù)土壤養(yǎng)分分級標準[31],本文栽培羊肚菌使用的紫色土壤中有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效銅、有效錳和有效硼含量多處于3 級、4 級較低水平,或者5 級最低水平,土壤肥力水平較低,當1%替換施用有機肥時,相關(guān)指標即達到1 級或2 級水平,且隨著有機肥施用量增加,部分指標增加幅度更高,表明該有機肥肥效明顯,可以顯著改善土壤肥力。在兩輪連作過程中,第一輪種植時處理組羊肚菌產(chǎn)量均比對照組增加了20%-38%,第二輪連作時處理組F10 和F50 仍比對照組分別增加了12.35%、23.33%,表明施用有機肥確實可以提升羊肚菌產(chǎn)量,不僅當季有效,第二年的增產(chǎn)作用也比較明顯。由此也表明,有機肥的施用在克服連作障礙方面具有一定潛力。
Pearson 相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果顯示,土壤腐殖酸含量與土壤有機質(zhì)含量呈較強的正相關(guān)性,說明有機肥施用較多的土壤中腐殖酸的含量也較高。然而,腐殖酸含量與羊肚菌產(chǎn)量之間有正相關(guān)性,土壤有機質(zhì)含量與羊肚菌產(chǎn)量之間卻沒有直接的相關(guān)性,說明有機肥中的腐殖酸是使羊肚菌增產(chǎn)的有效成分,而有機質(zhì)中除了腐殖酸以外的多糖、有機酸、蛋白質(zhì)等不是使羊肚菌增產(chǎn)的直接原因。這可能與腐殖酸在土壤中的相關(guān)特性有關(guān)。據(jù)報道,腐殖酸含多種活性官能團,可以強化過氧化氫酶活性,刺激作物生理代謝[32];與土壤中的微量元素形成的絡(luò)合物和螯合物,對作物吸收轉(zhuǎn)化土壤營養(yǎng)有利[33];還能增強土壤團粒結(jié)構(gòu)形成,提高土壤透氣性,促進土壤微生物活性[34];還具有固液兩相性質(zhì),較大的表面活性可提高土壤保水性和作物抗旱能力[35]。腐殖酸主要運用于蔬菜種植和果樹栽培。在食用菌方面,甘炳成等[36]曾報道通過施加腐殖酸為主要成分的添加劑可以提升羊肚菌產(chǎn)量和品質(zhì)。這也為今后開發(fā)羊肚菌專用有機肥指明了方向,即有機肥中的總有機質(zhì)含量不是首要追求目標,但腐殖酸含量應(yīng)盡可能高。其次,Pearson 相關(guān)系數(shù)還顯示土壤腐殖酸含量與pH 之間有較強的負相關(guān)性,高pH 的土壤,腐殖酸含量反而少,這與鹽堿地等pH 較高的土壤肥力也較為貧瘠的現(xiàn)象一致。這可能是因為腐殖酸在酸性條件下不易溶解但堿性條件下易溶解,更容易參與土壤微生物分解代謝而被降解消耗。Pearson相關(guān)系數(shù)還顯示羊肚菌產(chǎn)量與有機肥中的交換性鈣含量有顯著的正相關(guān)。有研究顯示鈣離子具有穩(wěn)定細胞壁、細胞膜,調(diào)節(jié)細胞滲透能力的作用[37]。同時,鈣離子還是纖維素酶等木質(zhì)纖維素降解酶活性中心,能起到增加酶活,提高真菌菌絲對纖維素等的利用效率等作用[38]。在其他食用菌例如糙皮側(cè)耳的人工栽培過程中,適當?shù)氖褂檬也粌H起到調(diào)節(jié)基質(zhì)pH達到抑制雜菌生長的作用,還能促進菌絲生長,增加子實體產(chǎn)量[39]。這也印證了食用菌栽培生產(chǎn)中廣泛使用生石灰的科學性。
在栽培羊肚菌時,也應(yīng)注意科學施用有機肥。嚴玲玲等[40]在對茶樹專用有機肥的比較試驗中發(fā)現(xiàn)不同有機肥對土壤質(zhì)量影響不同;田沛雨等[41]也表明不同原料制備的有機肥對作物的增產(chǎn)效果有明顯差異。當有機肥質(zhì)量不佳,腐熟不夠時,羊肚菌產(chǎn)量不僅不會增加,甚至會導致土壤雜菌增多,蟲害加劇;在黏性較大的土壤里施用過多的有機肥,很容易因雨水和人為澆水造成土壤濕度過大,從而加劇病害、蟲害,影響子實體形成和產(chǎn)品品質(zhì)。因此,在羊肚菌栽培過程中,應(yīng)充分考慮當?shù)赝寥李愋汀夂?,基于土壤肥力檢測數(shù)據(jù),科學施加有機肥。也是基于此考慮,本試驗選定低肥力的紫色土壤,并突破前人施用有機肥后立即播種羊肚菌的做法,創(chuàng)新性的將所述秸稈雞糞提前6 個月施用,由復雜的土壤微生物系統(tǒng)再次分解有機肥,保證羊肚菌菌絲充分利用養(yǎng)分。這種方式也可使土壤微生物環(huán)境趨于穩(wěn)定,減少有害雜菌對羊肚菌的抑制。但提前較早施用有機肥也有不足,自然發(fā)酵時間過長,個別區(qū)域雜草的生長可能造成部分養(yǎng)分選擇性消耗,導致部分區(qū)域土壤營養(yǎng)一定程度的流失,這也可能是導致試驗處理組部分重復間數(shù)據(jù)波動較大,以及部分處理組的個別元素含量在F01 和F10 施用量下相互間差異不顯著的原因之一。同時,過早施用有機肥也存在土地閑置期長、利用率低等問題。期待后期對有機肥提前施用時間、施用量,以及施用有機肥后羊肚菌與其他作物輪作種植方面進一步開展科學研究。
本研究驗證了施用秸稈雞糞有機肥可以顯著提升土壤腐殖酸、有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮、有效磷、速效鉀、有效鋅、有效鐵、有效錳和交換性鎂離子的含量,并顯著降低土壤容重;在羊肚菌連作過程中施用秸稈雞糞發(fā)酵有機肥具有增產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的效果,可以持續(xù)增加羊肚菌的出菇產(chǎn)量,具有一定克服連作障礙的潛力;羊肚菌栽培對土壤容重、pH 值、腐殖酸、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、有效鉬、有效硼、交換性鈣離子和交換性鎂離子含量有較大影響,對土壤其他礦質(zhì)營養(yǎng)成分的含量影響不明顯;羊肚菌產(chǎn)量與土壤腐殖酸和交換性鈣離子含量具有正相關(guān)關(guān)系。