徐 爽，闞雨晨

（1漢中職業(yè)技術學院，陜西漢中 723000；2上海綠樂生物科技有限公司，上海 201108）

0 引言

菌糠是食藥用大型真菌采收后殘余的廢棄培養(yǎng)基質(zhì)。中國食（藥）用菌生產(chǎn)種類多、產(chǎn)量大。報告顯示，2020 年中國食（藥）用菌總產(chǎn)量4061.43 萬t，總產(chǎn)值3465.65億元，比2019年分別增長了3.2%和10%[1]。隨著食（藥）用菌生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，菌糠的產(chǎn)出量也不斷增加。作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物料，菌糠因其有機物質(zhì)種類和含量豐富、生物活性良好等特點，有著很高的再利用價值。香菇菌糠具有疏松多孔結構，透氣性佳，其中殘留有大量的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、菌體蛋白和微量元素等[2]，是一種富含營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性酶的優(yōu)良“土壤養(yǎng)分供給體”和“土壤生理機能調(diào)節(jié)體”[3]。廢棄的香菇栽培基質(zhì)用于土壤改良，不僅增加了土壤中含氮養(yǎng)分和有機質(zhì)的含量[4]，促進了土壤養(yǎng)分循環(huán)，增強根際土壤中與氮素轉化相關的酶活性[5]，同時對環(huán)境污染物的降解和轉化具有明顯效果[6-7]?；覙浠ㄊ鞘乘巸捎镁?，菌糠中除含有纖維素和木質(zhì)素外，還含有豐富的多糖和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分[8]，同樣具有疏松多孔的物理結構，透氣性良好。雙孢菇菌糠除含有菌體蛋白、微量元素等豐富的營養(yǎng)物質(zhì)外[9]，還含有大量的游離氨基酸，含氮物質(zhì)比其他食用菌菌糠更加豐富，碳氮比更接近微生物生長和活動的最佳環(huán)境比值[10]。大量研究表明菌糠在土壤改良方面具有很高的再利用價值，能夠有效改善土壤理化條件[11-14]。

不同質(zhì)地的土壤中，有機物料對土壤團聚體的改良效果有著顯著差異[15-16]。僅就壤質(zhì)土壤而言，SALL等[17]研究認為，有機物料的種類和質(zhì)量對砂壤土中大團聚體的形成和穩(wěn)定性沒有顯著影響。有研究則認為，有機物料中的有機質(zhì)含量和碳氮比都顯著影響砂姜黑土（輕壤質(zhì)）的團聚體質(zhì)量[18]。不一致的研究結果表明國內(nèi)外對有機物料影響團聚體質(zhì)量的探索尚不全面，應當更加關注不同有機物料的添加量、添加方式及培養(yǎng)時間等對團聚體質(zhì)量的影響。食用菌菌糠應用于改善土壤團聚體質(zhì)量的研究成果已有報道。有研究發(fā)現(xiàn)，稻田施用菌糠增大了＞2 mm 團聚體的含量，平均重量直徑和幾何均重直徑隨著菌糠用量的增加而提高[19]；將新鮮的香菇菌糠直接施入土壤中，在短時間內(nèi)改善了土壤結構和孔隙度，改良后的土壤團聚體中含有大量的菌糠殘留物，對促進土壤團聚體形成有著重要意義[20]。但目前對于添加不同種類的菌糠對砂壤土團聚體形成和穩(wěn)定性的影響鮮有明確論述。

本研究以砂壤質(zhì)土壤為研究對象，香菇、灰樹花和雙孢菇3種食用菌和食藥用菌的菌糠為添加材料開展室內(nèi)恒溫培養(yǎng)試驗。測定不同菌糠添加比例和不同培養(yǎng)時長的土壤水穩(wěn)性團聚體組成情況，對比分析不同菌糠對砂壤土水穩(wěn)性團聚體組成和性狀的影響，探討菌糠對砂壤土團聚體狀態(tài)的改善作用，以期為進一步研究食（藥）用菌菌糠的資源化利用和土壤結構改良方法提供理論和技術參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試土壤的基本性質(zhì) 供試土壤為陜西省漢中市留壩縣留侯鎮(zhèn)耕地土壤，土壤類型為長期濕暖淋溶作用下形成的黃棕壤，表觀質(zhì)地輕，土層疏松，農(nóng)作模式為玉米/馬鈴薯間作，有機肥與化肥混施。

每個供試田塊按照“S”型分布設置15 個采樣點，分別采集0～20 cm表層的原狀土壤樣品和擾動土壤樣品。用方形硬塑料盒收集原狀樣品，防止運輸過程中被擠壓破壞，帶回實驗室后在自然風干過程中除去植物殘體及小石塊，沿結構體自然裂隙面掰成直徑約1 cm 大小的小塊，風干后用于團聚體組成測定；擾動樣品風干研磨過篩后用于土壤質(zhì)地和養(yǎng)分含量的測定。土壤質(zhì)地測定采用吸管法，有機質(zhì)含量用丘林法測定，堿解氮含量用擴散法測定，速效磷含量用Olsen法測定，速效鉀含量用NH4OAc提取—火焰光度法測定[21]。

供試土壤物理性砂粒(≥0.01 mm)含量為87.2%，物理性粘粒(＜0.01 mm)含量為12.8%。按照卡慶斯基二級分類制，土壤質(zhì)地為砂壤土。有機質(zhì)含量15.7 g/kg，堿解氮含量123.3 mg/kg，速效磷含量110.8 mg/kg，速效鉀含量211.2 mg/kg。

1.1.2 供試菌糠的養(yǎng)分組成 供試香菇菌糠和灰樹花菌糠收集自漢中市漢臺區(qū)武鄉(xiāng)鎮(zhèn)食用菌生產(chǎn)基地，基質(zhì)主要原料為木屑和棉籽殼；雙孢菇菌糠收集自漢中市勉縣雙孢菇生產(chǎn)基地，基質(zhì)主要原料為麥草秸稈和泥炭土，混有少量雞糞和油渣。將樣品在室內(nèi)自然風干后用粉碎機粉碎，過1 mm 篩備用。供試菌糠的基本養(yǎng)分含量見表1。

表1 供試菌糠的基本養(yǎng)分含量

供試香菇菌糠和灰樹花菌糠有機碳含量相對較高，達到了70%以上，雙孢菇菌糠有機碳含量為40%左右，全氮含量雙孢菇菌糠＞香菇菌糠＞灰樹花菌糠。碳氮比灰樹花菌糠(93:1)＞香菇菌糠(55:1)＞雙孢菇菌糠(21:1)。

1.2 試驗設計

土壤樣品制備方法：通過機械篩分剔除5 mm 以上的大團聚體，僅保留在農(nóng)業(yè)上有價值的≤5 mm的土壤團聚體[22]樣品用于測定。稱取供試土壤+菌糠樣品共50 g[23]（稱取供試土壤50、49.5、47.5、42.5、35 g，按順序分別加入3種供試菌糠0、0.5、2.5、7.5、15 g），配置成菌糠添加量0%、1%、5%、15%和30%的混合樣品輕輕搖勻后置于480 mL的培養(yǎng)瓶中備用。如表2所示，上述混合樣品每個處理配制12瓶樣品，分為4組，分別對應0、30、60、90 d培養(yǎng)時間，每個處理設置3個重復。樣品編號設計為土樣類型編號（L-香菇菌糠、G-灰樹花菌糠、A-雙孢菇菌糠）+菌糠添加量(%)+培養(yǎng)時長(d)。

表2 處理編號

在配制好的混合樣品中加入10 mL蒸餾水潤濕土壤，放入SPX-150B-Z型恒溫生化培養(yǎng)箱在24℃恒溫下培養(yǎng)相應天數(shù)后進行團聚體組成測定，培養(yǎng)期間每5 d補充一次水分，保持樣品濕潤，并及時除去雜草雜菌。

1.3 土壤水穩(wěn)性團聚體組成測定方法

土壤水穩(wěn)性團聚體測定采用濕篩法。使用土壤水穩(wěn)性團粒分析儀（德碼zy200型，上海德碼信息技術有限公司生產(chǎn)）進行團聚體篩分。具體操作為：沿盛有樣品的培養(yǎng)瓶瓶壁緩緩加入20 mL 去離子水浸潤（加水濕潤的方式對結果重現(xiàn)性影響很大），待樣品全部浸潤后，將樣品全部洗入儀器的套篩上（套篩孔徑從上到下依次為：5、3、2、1、0.5、0.25 mm），緩慢加入去離子水直至沒過樣品，儀器設置振幅3.0 cm，以40 次/min 的頻率豎直上下振蕩5 min。分離得到0.25～0.5、0.5～1、1～2、2～3、3～5 mm 的團聚體留于土篩上，將各級團聚體小心沖洗入蒸發(fā)皿，在水浴鍋上蒸干后，移入烘箱直至烘干至恒重后稱重，計算土壤水穩(wěn)性團聚體的組成。

1.4 土壤水穩(wěn)性團聚體性狀指標計算

對測定所獲數(shù)據(jù)，分別計算各級團聚體百分含量、≥0.25 mm 團聚體百分含量(R0.25)、平均重量直徑(mean weight diameter，MWD)、幾何均重直徑(geometric mean diameter，GMD)和分形維數(shù)D[24-25]，用于團聚體質(zhì)量評價和主成分分析，計算公式如式(1)所示。

式(1)中Mr為≥0.25 mm 土壤團聚體的質(zhì)量，MT為團聚體樣品總質(zhì)量。計算公式如(2)～(3)所示。

式中xi為團聚體的直徑，wi為某一直徑團聚體的質(zhì)量。通過式(4)可推導計算出分形維數(shù)D值。

≥0.25 mm 團聚體百分含量、平均重量直徑、幾何平均直徑和分形維數(shù)D是評價土壤團聚體組成和狀態(tài)的指標，常用于評價土壤團聚狀態(tài)和質(zhì)量，≥0.25 mm團聚體百分含量、平均重量直徑和幾何平均直徑數(shù)值越大代表土壤團聚度越高，分形維數(shù)D數(shù)值越小代表土壤團聚體團聚體性越好[26]。

2 結果與討論

2.1 水穩(wěn)性團聚體組成

圖1 所示為供試砂壤土團聚體累計百分含量，以及經(jīng)香菇菌糠(L)、灰樹花菌糠(G)和雙孢菇菌糠(A)培養(yǎng)處理后的團聚體累計百分含量。供試砂壤土(CK)≥0.25 mm水穩(wěn)性團聚的含量為36.88%，1～5 mm水穩(wěn)性團聚體含量為24.73%。添加菌糠后，香菇菌糠培養(yǎng)30 d以上的處理≥0.25 mm團聚體含量均增大至40%以上，添加量15%培養(yǎng)90 d的處理≥0.25 mm團聚體含量超過了60%；灰樹花菌糠處理中，僅有個別處理≥0.25 mm團聚體含量超過了40%，但增加幅度遠遠小于香菇菌糠的處理；添加雙孢菇菌糠后，≥0.25 mm 團聚體含量有所增加，但培養(yǎng)時間對大團聚體含量的增加沒有表現(xiàn)出明顯的作用。

圖1 土壤團聚體組成

2.2 土壤水穩(wěn)性團聚體性狀分析

表3列出了各處理的土壤水穩(wěn)性團聚體平均重量直徑。通過多重比較分析結果可知，加入菌糠培養(yǎng)后，不同處理的團聚體平均重量直徑總體上均有不同程度的增加，香菇菌糠處理的平均重量直徑的最大增量為對照處理的206.8%，灰樹花菌糠處理為54.5%，雙孢菇菌糠處理為81.8%。添加香菇菌糠培養(yǎng)30、60、90 d，菌糠添加量1%、5%和15%處理團聚體的平均重量直徑均隨著添加量增加而顯著增大，添加量15%和30%的處理之間沒有顯著差異；菌糠添加量15%和30%的處理的平均重量直徑隨著培養(yǎng)時間的增加顯著增大，添加量1%和5%的處理不受培養(yǎng)時間的顯著影響。添加灰樹花菌糠培養(yǎng)的各處理在培養(yǎng)30 d后，團聚體平均重量直徑均顯著大于未培養(yǎng)的處理，但菌糠添加量和培養(yǎng)時間效應均未表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性差異。添加雙孢菇菌糠培養(yǎng)30、60、90 d，菌糠添加量1%、5%和15%的處理團聚體平均重量直徑?jīng)]有顯著差異，但在添加量30%的處理中，添加菌糠為培養(yǎng)的處理平均重量直徑顯著小于低添加量的處理；同時，培養(yǎng)時長對1%、5%和15%添加量的處理沒有顯著影響，30%添加量的處理中，平均重量直徑則隨著培養(yǎng)時長的增加而顯著增大。

表3 土壤團聚體平均重量直徑 mm

2.3 影響土壤水穩(wěn)性團聚體組成的特征因素分析

對各處理的土壤各等級團聚體的百分含量、平均重量直徑、幾何均重直徑、分形維數(shù)D進行主成分分析（圖2），獲得3種菌糠的不同添加量和培養(yǎng)時間對團聚體組成和性狀的影響。添加香菇菌糠的處理中，第一主成分(PC1)的貢獻率為87.98%，第二主成分(PC2)的貢獻率為8.73%，二者能夠解釋總變量的96.71%。PC1軸顯示了菌糠添加量5%、15%和30%的處理均與第一主成分呈正相關關系，并且培養(yǎng)時間越長，正相關越強。在PC1軸上的差異性指標主要是＜0.25 mm團聚體的百分含量，與第一主成分呈負相關。表明菌糠的添加量在5%以上時，增大菌糠的添加量和延長培養(yǎng)時間都對供試土壤團聚體組成和團聚體性狀的改變具有實際意義，并且產(chǎn)生差異的主因素是＜0.25 mm 團聚體百分含量的變化。PC2軸顯示了菌糠添加量5%的處理與第二主成分呈正相關，添加量15%和30%的處理與第二主成分呈負相關，培養(yǎng)時間沒有呈現(xiàn)明顯的相關性規(guī)律。在PC2軸上的差異性指標主要是0.5～1、1～2 mm團聚體的百分含量，與第二主成分呈正相關。表明菌糠添加量15%以上的處理對≥0.25 mm 的大團聚體的組成變化具有一定的實際意義，并且產(chǎn)生差異的主因素是0.5～1、1～2 mm團聚體的百分含量。

圖2 土壤團聚體組成的主成分分析

添加灰樹花菌糠的處理中，第一主成分(PC1)的貢獻率為54.98%，第二主成分(PC2)的貢獻率為39.48%，二者能夠解釋總變量的94.46%。菌糠的添加量和培養(yǎng)時間在PC1軸上均未見明顯的相關性規(guī)律。在PC1軸上的差異性指標主要是＜0.25 mm團聚體的百分含量，與第一主成分呈負相關，以及0.25～0.5、0.5～1 mm團聚體的百分含量，與第一主成分呈正相關。PC2 軸顯示了菌糠添加量各處理和培養(yǎng)時間與第二主成分均呈負相關，但添加量和培養(yǎng)時間的增量與第二主成分均沒有明顯的相關性規(guī)律。主要的差異性指標是＜0.25 mm團聚體的百分含量，與第二主成分呈正相關，以及3～5 mm 團聚體的百分含量，與第二主成分呈負相關。表明添加灰樹花菌糠培養(yǎng)對供試土壤團聚體組成的變化有一定的影響，影響結果是在＜0.25 mm 團聚體含量減小和3～5 mm團聚體含量增大的共同作用下形成的。

添加雙孢菇菌糠的處理中，第一主成分(PC1)的貢獻率為71.14%，第二主成分(PC2)的貢獻率為23.24%，二者能夠解釋總變量的94.38%。PC1 軸顯示了菌糠添加量1%、5%和15%的處理均與第一主成分呈正相關關系，添加量和培養(yǎng)時間的增量與第一主成分均沒有明顯的相關性規(guī)律，添加量30%的處理與第一主成分呈負相關，并且隨著培養(yǎng)時間的增加，二者的負相關關系減弱。在PC1軸上的差異性指標主要是＜0.25 mm團聚體的百分含量，與第一主成分呈負相關。表明添加30%的雙孢菇菌糠，增加了＜0.25 mm團聚體的百分含量，但隨著培養(yǎng)時間的增加，＜0.25 mm團聚體含量減少。PC2軸顯示了菌糠添加量30%的處理與第二主成分呈負相關，并相關程度隨著培養(yǎng)時間增大而增加。在PC2軸上的差異性指標主要是0.25～0.5、0.5～1 mm團聚體的百分含量，與第二主成分呈正相關，以及3～5 mm團聚體含量，與第二主成分呈負相關。表明菌糠添加量30%的處理團聚體組成隨著培養(yǎng)時間變化是直徑0.25～1 mm 的團聚體含量減少和3～5 mm 團聚體含量增加的共同作用結果。

3 結論

（1）香菇菌糠、灰樹花菌糠和雙孢菇菌糠都對土壤團聚體性狀具有一定的改善作用，改善后平均重量直徑的增大幅度香菇菌糠(206.8%)＞雙孢菇菌糠(81.8%)＞灰樹花菌糠(54.5%)，添加香菇菌糠使土壤團聚體性狀評級從較差提升到了良好至優(yōu)級別，但灰樹花菌糠和雙孢菇菌糠對團聚體性狀的評級沒有明顯效果。

（2）香菇菌糠處理中，團聚體性狀指標的增加主要與＜0.25 mm團聚體通過團聚體化作用向大團聚體轉化有關；灰樹花菌糠處理團聚體性狀指標的增加則是＜0.25 mm團聚體在真菌菌絲的纏繞作用下在短時間內(nèi)形成較大團聚體，新形成的團聚體穩(wěn)定性較差；而雙孢菇菌糠處理中，0.25～1 mm團聚體向3～5 mm較大團聚體的轉化對團聚體性狀指標的提升起到重要作用。

（3）菌糠的碳氮比是影響其對土壤團聚體性狀改善效果的重要因素。菌糠碳氮比過高導致其對團聚體性狀的改善作用僅具有短效機制，形成的團聚體不具有長效穩(wěn)定性；而菌糠碳氮比過低則達到改善效果所需菌糠的添加量大幅增加，并且改善作用發(fā)生及其緩慢。當菌糠碳氮比在微生物活動適宜碳氮比2 倍(50:1)左右時，其用于改善砂壤土團聚體的性價比較高，并且能夠獲得長效作用機制。

4 討論

土壤團聚體是土壤結構的基本單元，直徑≥0.25 mm團聚體的百分含量是判斷土壤能否有效發(fā)揮生產(chǎn)和生態(tài)協(xié)調(diào)功能的重要指標[27]。各類有機物料進入土壤，對土壤≥0.25 mm 團聚體的百分含量都有著顯著的增加作用[28-29]。有學者提出了以≥0.25 mm團聚體為指標的耕層團聚體性狀評級指標，認為≥0.25 mm水穩(wěn)性團聚體含量低于20%，土壤團聚體性狀差；含量20%～40%土壤團聚體性狀較差；含量40%～60%土壤團聚體性狀良好；含量高于60%屬于團聚體性狀即達到優(yōu)級別，此時表明土壤的結構狀態(tài)很好[30]。本研究發(fā)現(xiàn)，添加香菇菌糠有效增加了供試土壤≥0.25 mm 團聚體的百分含量，使土壤團聚體性狀從較差級別提升到了良好至優(yōu)級別，但灰樹花菌糠和雙孢菇菌糠的處理并未明顯提升團聚體性狀的評級。在對土壤團聚體平均重量直徑的分析中同樣可以看到香菇菌糠對團聚體性狀的最大改善效果遠遠強于灰樹花菌糠和雙孢菇菌糠。并且從平均重量直徑的多重比較結果發(fā)現(xiàn)，菌糠的添加量和培養(yǎng)時間對3種菌糠改善土壤團聚體性狀的效果也有著不同程度的影響，這是由于不同種類菌糠中的營養(yǎng)成分和酶活性存在很大差異，影響了土壤團聚化作用的過程[31]。有研究表明，添加香菇菌糠后，土壤中的微生物總量和酶活性都有明顯提高，主要提高了細菌和放線菌在土壤微生物群落中的比例，但抑制了真菌在土壤群落中的規(guī)模[32]。雙孢菇菌糠則在短期內(nèi)對土壤細菌和真菌的數(shù)量無顯著影響[33]。菌糠對土壤微生物數(shù)量和活性表現(xiàn)出的不同作用效果與菌糠的碳氮比密切相關[34]，從而不同碳氮比的菌糠對土壤團聚體性狀的改善效果差異很大。有研究認為，添加有機物料時土壤大團聚體在短時間內(nèi)增加是由真菌菌絲作用引起的，屬于短期效應；而對團聚體性狀的長效作用是由細菌活動引起的，是在團聚體形成過程中對團聚體內(nèi)部的強化，形成的團聚體更加水穩(wěn)性更強[35]。本研究通過主成分分析發(fā)現(xiàn)，添加香菇菌糠主要促進了＜0.25 mm 的微團聚體向大團聚體的轉化，從而改善了團聚體性狀，改善效果也隨著菌糠添加量和培養(yǎng)時間的增加而顯著增加，表明香菇菌糠適宜的碳氮比為團聚體的形成創(chuàng)造了穩(wěn)定的微生物活動條件。添加灰樹花菌糠對團聚體性狀的總體改善效果弱于香菇菌糠，但在新的團聚體形成的過程中，更多地形成了3～5 mm 的較大團聚體，但菌糠的添加量和培養(yǎng)時間未表現(xiàn)出任何協(xié)同作用，說明灰樹花過高的碳氮比導致真菌菌絲促進大團聚體形成始終起主導作用[36-37]，細菌活動未發(fā)揮出其主要作用。添加雙孢菇菌糠則僅在添加量較高時起作用，并且隨著培養(yǎng)時間的增加作用效果明顯增強，雙孢菇菌糠碳氮比更加接近微生物活動所需的碳氮比值[38]，但由于土壤團聚體形成過程中，土壤自身也需要有機質(zhì)的供給，低碳氮比極易導致土壤與微生物發(fā)生爭氮現(xiàn)象，因此所需的菌糠添加量很高并且作用效果非常緩慢；同時由于雙孢菇的培育基質(zhì)中含有大量的泥炭，因此過高的添加量導致菌糠與土壤混合物中的初始平均重量直徑大幅降低，雖然在菌糠養(yǎng)分的作用下持續(xù)恢復，但所需時間很長，而所能達到的最終效果需要開展更長時間的培養(yǎng)試驗進一步探討。