菌渣在烟草育苗中的应用效果分析

吴松展 刘景坤 程汉亭 李光义 李叶 王进闯 李勤奋

摘  要  本文以廢弃菌渣为基础基质，配以草炭和蚯蚓粪等，探索适合烟草育苗的基质配方，并分析菌渣在烟草育苗中的应用效果。结果表明T4处理组（蚯蚓粪∶菌渣∶蛭石∶珍珠岩=1∶1∶1∶1）在株高、根系发育等表观生长指标和可溶性糖、根系活力等生理活性指标方面相较于市售基质处理组（草炭∶蛭石∶珍珠岩=2∶1∶1）均有明显的优势。通过SPSS软件对基质物理、化学性状和烟草生长生理指标进行多元线性回归分析，结果表明，基质较高的总孔隙度、有效铁含量和全钾含量能有利于烟草幼苗的生长，而较高的电导率、有机碳含量和全氮含量则不利于烟草幼苗的生长。菌渣具有高总孔隙度、高有效铁、适宜营养结构和低成本的优势，但也有高电导率、低容重和高有机碳的劣势，不宜单独作为基质，应用适当配方，可充分发挥菌渣的作用，是一种好的基质材料，具有广阔的基质化应用前景。

关键词  菌渣;烟草;基质化;SPSS;多元线性回归中图分类号  S572      文献标识码  A

Application Effect Analysis of Spent Mushroom Substrate in the Seedling of Tobacco

WU Songzhan^1，2，3， LIU Jingkun^2，3， CHENG Hanting^2，3， LI Guangyi^2，3， LI Ye²， WANG Jinchuang^2，3，LI Qinfen^2，3*

1. Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China; 2. Environment and Plant Protection Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Haikou， Hainan 571101， China; 3. Danzhou Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment， Ministry of Agriculture & Rural Affairs， Danzhou， Hainan 571737， China

Abstract  The suitable substrate formulation for tobacco seedling cultivation was explored based on spent mushroom substrate （SMS）， peat and wormcast， and the application effect of SMS in tobacco seedling cultivation was analyzed. The results showed that T4 treatment group （wormcast∶SMS∶vermiculite∶perlite = 1∶1∶1∶1） had obvious advantages in plant height， root development， soluble sugar， root activity and other growth and physiological indicators compared with market substrate treatment group （peat∶vermiculite∶perlite=2∶1∶1）. Multivariate linear regression analysis of physical and chemical indexes of substrate and growth and physiological indexes of tobacco was carried out by SPSS software. The results showed that higher total porosity， available iron content and total potassium content of substrate were beneficial to the growth of tobacco seedlings， while higher electrical conductivity， organic carbon and total nitrogen content were not conducive to the growth of tobacco seedlings. SMS had the advantages of high total porosity， high effective iron， suitable nutrient structure and low cost， but it also had the disadvantages of high conductivity， low bulk density and high organic carbon. It was not suitable to be used as a matrix alone. The proper formulation could give full play to the role of SMS. It is a good substrate material and has broad application prospects.

Keywords  spent mushroom substrate; tobacco; substrate for cultivation; SPSS; multiple linear regression

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2019.09.024

我国是食用菌的主要生产国，年产量约5000万t，目前已占世界产量的70%以上^[1]。与此同时，菌渣作为食用菌栽培后菌包的残余料，其平均产生量大约是相应食用菌5倍，随着食用菌产量的不断提高，菌渣废料的量也水涨船高，却缺乏与之匹配的处理技术，每年产生的上亿吨菌渣往往被随意丢弃或焚烧，如此巨大体量的菌渣不仅对农村和农业环境构成了压力，同时也是对资源的极大浪费^[2]。如果能够将其合理地加以利用，不仅能解除其对农业环境污染的威胁，而且能够促进资源的充分利用，是延长农业产业链，实现循环农业的有效途径，对于农业环境保护和农村生态文明建设具有重要意义。

菌渣材料自身具备优良的物理性状，容重轻、孔隙度大，这些性状决定了其具有持水性能优良、透气性好等优点，是一种无土栽培的好材料。菌渣还含有丰富的有机物和多种矿质元素。据测定，菌渣中粗蛋白平均含量6.74%、粗脂肪平均含量0.27%、粗纤维平均含量14.02%、有机碳26.70%、全磷0.12%、全钾1.63%、钙4.85%、镁0.64%、灰分34.38%^[3]。同时，在食用菌种植时，菌丝会对其中的纤维素、半纤维素、木质素和抗营养因子如棉酚等均进行不同程度的降解;而且，菌丝在生长过程中会向菌渣中分泌次生代谢产物、菌体蛋白、微量元素等多种养分，增加其可利用有机物质含量，对植物生长具有很大的促进作用^[4-5]。因此，菌渣具有非常大的潜在开发和利用价值。国内外学者针对菌渣的这些性质进行了大量理论研究和应用探索，不仅对菌渣基础性质进行了研究，而且探索了菌渣基质化的多种利用方式。

本文采用穴盘试验，研究菌渣在烟草育苗中的应用效果，以菌渣、草炭和蚯蚓粪为基质主要材料，用不同的配比进行烟草育苗，并进行可溶性糖、根系活力等生理活性和株高、根系形态特征等生长指标评价比较筛选出最适宜配方，通过SPSS软件对基质各项物理化学形式和烟草各项生长生理指标进行多元线性回归分析，研究基质各项理化性质在烟草育苗中的作用，评价菌渣在烟草育苗中的应用效果。不仅能为菌渣资源化的提供研究实证，也为后续工作的开展提供一定的基础。

1  材料与方法

1.1材料

供试烟草种子为海南省烟草专卖局雪茄研究所提供的云烟87烟草种子。供试蚓粪：海南定安龙湖南科蘑菇基地提供，样品经过自然风干并过5 mm筛;供试菌渣：海南定安龙湖南科蘑菇基地提供，样品经过自然风干并过5 mm筛;供试草炭：供试草炭为市场上购买的长白山泥炭土，样品经过自然风干并过5 mm筛。三者基本理化性质如表1所示。供试蛭石为市场上购买的蛭石，粒径为3～6 mm。供试珍珠岩为市场上购买的珍珠岩，粒径为3～6 mm。

1.2 方法

1.2.1  试验设计  试验于2018年3月下旬—5月下旬在海南大学城西校区大棚内进行。有研究表明^[6-9]，单独的菌渣不适于作为育苗基质，故添加广泛用于基质的草炭和育苗表现良好的蚯蚓粪作为配方材料，辅以蛭石和珍珠岩调节基质的孔隙度。基于此，试验共设8个处理，如表2所示。CK组为草炭、蛭石、珍珠岩以2∶1∶1体积比混合的标准基质对照组;T1～T3为草炭处理组，由草炭、菌渣、珍珠岩、蛭石混合，体积比分别为2∶1∶1∶1、1∶1∶1∶1、1∶2∶1∶1;T4～T6为蚯蚓粪处理组，由蚯蚓粪、菌渣、珍珠岩、蛭石混合，体积比分别为2∶1∶1∶1、1∶1∶1∶1、1∶2∶1∶1;T7组基质配方与T4组一致，但以添加硫酸亚铁的方式使其铁离子含量增加2000 mg/kg，考察高浓度的铁元素对种子萌发及幼苗生长的影响^[10]。

烟草以标准32孔穴盘（54 cm×28 cm）培育，选择饱满一致的烟草种子，每盘为1个处理，将种子45 ℃水浴6 h，并于培养皿中培养2 d催芽，每穴播种5～10粒露白一致的种子（1 cm深），播种10 d后进行间苗，每穴保留1株烟草幼苗，除浇水外不再进行其余处理，60 d后收获，测定植株生长指标和生理指标。

1.2.2  测定方法   基质pH值测定用pH计电位法（5∶1水土比）;EC值测定用EC计电位法（5∶1水土比）;总有机碳采用总有机碳分析仪测定;使用环刀测定基质的总孔隙度、透气孔隙度、持水空隙度及容重。

基质烘干后采用H₂SO₄-H₂O₂法消煮，全氮采用凯氏定氮法测定;全磷采用钒钼黄比色法测定;全钾采用火焰光度法测定;有效铁采用乙炔-空气火焰原子吸收分光光度法测定;有机碳采用有机碳测定仪测定。

植物样可溶性糖采用蒽酮比色法测定;可溶性蛋白采用考马斯亮蓝法;根系活力采用1-萘胺法测定;逆境指标采用丙二醛含量代表^[11-13]。

1.3 数据处理

采用 Excel 2013软件处理数据并制图，采用SPSS软件对不同处理进行多重比較，显著性水平α=0.05。以电导率、容重、总孔隙度等基质的物理化学性质为自变量，株高、地上地下鲜重、可溶性糖含量、可溶性蛋白等烟草的生长指标和生理指标作为因变量分别进行多元线性回归分析，建立回归模型，评价各自变量对因变量的影响程度。

2  结果与分析

2.1 烟草生长指标

株高、地上部鲜重、地下部鲜重都是植物形态学调查工作中最基本的指标之一，能够最直观地表现植物的生长状况和生长趋势，分析图1A、图1B、图1C的数据可知T4和T5组烟草的生长状况和长势最好，而T3处理组出现了烟草生长状况被明显抑制的情况。值得一提的是，T7处理组烟草的株高明显低于T4处理组，而烟草的地上地下部鲜重却与T4组没有显著差异，可见基质过高的有效铁水平会促进烟草叶片生长，但对株高提高不利，相关的研究中也提到了类似现象^[14]。

根系形态特征是反应烟草根系发育状况的一部分重要指标，是苗生命力旺盛和提高移栽成活率的基础^[15]。其中，根系長度反映了植物根系与土壤接触的范围，体现了根系在土壤中的伸展空间，由图1D可知，T4、T5、T7的平均总根长分别为44.46、45.33和46.40 cm，这3组处理的烟草根系最为发达，明显高于CK组的37.97 cm;T3处理组总根长仅为6.04 cm，发育程度最低。根表面积直接反映了根系有效吸收面积，由图1E可知，T4和T5处理组根系表面积最大，分别为9.34、9.41 cm²，超过了CK组的8.96 cm²，除了T2组5.95 cm²和T3组0.86 cm²明显偏低外，其余组别均与CK组差别不大，可见草炭和菌渣混合的处理组中，随着菌渣含量的增加，基质逐渐不利于烟草根部的延伸和扩展，但是蚯蚓粪和菌渣混合的处理组基质中，这种影响就要小的多。总根数同样反映了根系的分蘖情况和发育状况，体现了根系细胞增殖的能力，图1F中不难看出T4和T5处理总根数分别为2916和2891，明显高于CK组2377，而T6与T7组则根CK组处于同一水平，菌渣的含量提高使烟草总根数减少。

通过图1中CK、T1、T2和T3组的对比表明，在草炭和菌渣混合的处理中，随着菌渣含量占比的增加，烟草的各项生长指标均呈逐级递减趋势;而通过T4、T5和T6处理组对比表明，在蚯蚓粪和菌渣的混合处理中，随着菌渣含量占比的增加，烟草的各项生长指标均呈先上升后下降的趋势，且总体的生长状况明显优于草炭和菌渣混合的处理组。由此可见，菌渣和草炭的基质组合并不适宜作为烟草的育苗基质，且随着菌渣占比的增加，其对烟草的负面影响逐步增大;而菌渣和蚯蚓粪的组合则在烟草育苗方面更为适宜，两者具有一定的互补作用，尤其是T5处理菌渣和蚯蚓粪1∶1时，烟草生长最为旺盛，各项指标均优于CK组基质，适合作为新的烟草育苗基质。

2.2 烟草生理指标

植物体中可溶性糖如葡萄糖、蔗糖等，在植物的生命周期中具有重要作用，不仅为植物的生长发育提供能量和代谢中间产物，而且具有信号功能^[16-18]。它也是植物生长发育和基因表达的重要调节因子。可溶性糖含量的高低代表了植物吸收和合成能量物质的能力。图2A中，CK组的可溶性糖含量最高，达8.82 mg/g，其次为T5组6.06 mg/g，T2和T6组的可溶性糖水平最低，分别为3.25和3.30 mg/g。可见试验组的基质对烟草合成储存能量物质的能力都有不同程度的抑制。

可溶性蛋白是重要的渗透调节物质和营养物质，其增加和积累能提高细胞的保水能力，对细胞的生命物质及生物膜起到保护作用，同时，植物体内的可溶性蛋白质大多数是参与各种代谢的酶类，可溶性蛋白质含量是了解植物体总代谢的一个重要指标^[19-20]。图2B中，CK、T1、T5、T6和T7处理组的可溶性蛋白含量均处于同一水平，其中又以CK组和T6组偏高，分别为9.30和9.27 mg/g，T2组和T4组略低，分别为8.01和7.78 mg/g。CK组和T1、T5、T6、T7组均无明显差异，而T2和T4组与CK的差距也不大，可见基质对烟草蛋白质含量的影响很小。

根系活力指根系新陈代谢的活动能力，是反映根系吸收功能的一项重要指标，根系特性与发育状况直接关系到烟草对土壤养分和水分的吸收能力^[21]。T7处理组1-萘胺含量最高（图2C），达到216.77 μg/（g·h），相较于CK组的164.78 μg/（g·h）和T4组的163.39 μg/（g·h）有明显的提高，可见高含量的有效铁能显著提高烟草根系活力，此外，T1组和T5组的1-萘胺含量分别为193.2和201.70 μg/（g·h），处于较高水平。菌渣具有较高的有效铁含量，在基质中适当的添加菌渣有利于提升烟草的根系活力，但是菌渣的电导率偏高，过量的菌渣含量会导致烟草根系活力降低。

丙二醛含量是植物细胞膜质过氧化程度的体现，丙二醛含量高，说明植物细胞膜质过氧化程度高，细胞膜受到的伤害严重，是重要的植物逆境指标^[22]。图2D中，CK组和T2组丙二醛含量偏高，分别为1.45和1.63 μmol/g，表明烟草生长处于相对逆境条件下，其余组别则处于1.00 μmol/g左右。可见除了T2组的基质使植物细胞膜氧化程度较高，其余试验组的烟草都处于较为适宜的生长环境中，细胞膜过氧化程度明显低于CK组。

综上所述，T5处理（蚯蚓粪∶菌渣∶蛭石∶珍珠岩=1∶1∶1∶1）的烟草具有最好的生长状况，各项生理指标的数据也比其他处理组的烟草更为优秀，该组的基质配比是较为适宜烟草育苗的基质配比。

2.3多元线性回归分析

为了更系统科学的对数据进行分析并得到进一步的结论，探究基质各项理化指标对烟草各项生长生理指标的影响，本研究采用多元线性回归分析方法对烟草基质特性与生长、生理指标进行相关性分析，探讨影响烟草幼苗生长的基质特性指标。

将可溶性糖、可溶性蛋白、1-萘胺、丙二醛、株高、地上鲜重、地下鲜重、根冠比、总根长、根表面积、总根数数据作为因变量导入SPSS软件，以pH、电导率、容重、总孔隙度、持水孔隙度、透气孔隙度、有效铁、全氮、全磷、全钾、有机碳为自变量（表3），分别进行多元线性回归分析。

各项烟草生长生理指标对应基质的各项理化性质进行多元回归所得的偏回归系数见表4。最后1列为决定系数R²，即因变量的变异比例，也是模型拟合程度的标准，一定程度上体现了偏回归系数的可靠程度。

由表4可知，对于烟草的育苗阶段而言，可溶性糖含量与电导率呈负相关，与容重、总孔隙度、有效铁、有机碳和透气孔隙度呈正相关，其中总孔隙度是最主要的影响因素，模型拟合程度极高。可溶性蛋白含量与电导率和有机碳呈负相关，与容重、总孔隙度、有效铁和透气孔隙度呈正相关，其中总孔隙度是最主要的影响因素，模型拟合程度较高。根系活力与电导率、透气孔隙度、有机碳呈负相关，与有效铁呈正相关，其中电导率是最主要的影响因素，模型拟合程度极高。丙二醛含量与容重和有效铁呈负相关，与电导率、有机碳和透气孔隙度呈正相关，其中有机碳是最主要的影响因素，模型拟合程度极高。株高与电导率和有机碳呈负相关，与容重、有效铁和全钾呈正相关，其中容重是最主要的影响因素，模型拟合程度较高。地上部鲜重与电导率和全氮呈负相关，与容重、有效铁和全钾呈正相关，其中总孔隙度是最主要的影响因素，模型拟合程度极高。地下部鲜重与电导率和全氮呈负相关，与容重、有效铁和全钾呈正相关，其中容重是最主要的影响因素，模型拟合程度一般。壮苗指数与电导率和全氮呈负相关，与容重、有效铁和全钾呈正相关，其中有效铁是最主要的影响因素，模型拟合程度一般。总根长与电导率、全氮和全钾呈负相关，与容重、pH和有效铁呈正相关，其中总pH是最主要的影响因素，模型拟合程度一般。根表面积和总根数的模型拟合程度较低，这可能是原数据标准差过大导致的。

3  讨论

本研究结果显示，基质较高的pH有利于烟草地上部的生长，但不利于烟草根系发育。而相关研究表明，土壤pH在小于5.6或大于8.5时，会明显降低土壤养分的有效性，从而影响植物生长^[23]。菌渣较高的pH在烟草育苗方面的劣势并不明显，但是纯菌渣的pH高达8.75，不宜单独作为基质使用。

电导率可以直接反映出混合盐的含量，表现了肥力的同时也是表现基质环境状况的重要指标。本研究结果表明，除逆境指标丙二醛含量外，电导率跟其他烟草生长生理指标均呈负相关，过高的基质电导率对烟草各方面都较为不利。大量的研究也佐证了过高的电导率容易导致烧苗，不能用于盐敏感度高的植物^[24-25]。较高的电导率是菌渣基质化利用的最大难题，如何降低电导率是基质化的重点和难点。

容重是综合表现基质状况的重要指标。有研究显示^[26]，單独的容重属性对植物几乎没有影响，但容重过大，表明基质过于紧实，各孔隙度小，不利于植物根系生长，从而影响植物对水分和养分的吸收;容重过小，又会使有土壤机质分解过快，并且不利于植物扎根，但容重对植物的总体影响较小。而本研究结果表明，容重几乎跟所有指标呈正相关，高容重对烟草的生长起促进作用。这可能是基质材料蚯蚓粪的容重较高，而添加蚯蚓粪的基质有较好的营养结构，因此显示出正面影响。也可能在较低容重的处理组基质中，有机碳往往分解较快，进一步提升了基质的电导率，抑制烟草的生长导致的。菌渣的容重属性较低，仅从容重看，符合基质材料低容重的要求。

土壤孔隙是水分和空气运动、储存的场所。研究结果表明，在参与试验的菌渣基质孔隙度范围内，总孔隙度和透气孔隙度均跟可溶性糖和可溶性蛋白呈较强正相关，总孔隙度跟丙二醛含量呈明显负相关，而透气孔隙度跟丙二醛含量呈正相关，跟根系活力呈负相关，胡勇有等^[27]的研究也发现，较高的孔隙度有提升植物根系活力，促进植物脯氨酸合成的作用。菌渣总孔隙度较高，而透气孔隙度较低，非常有利于烟草合成糖类和蛋白质，提高根系活力，是菌渣基质化利用的一大优势。

铁在植物生理代谢中发挥重要作用，是植物生理代谢中某些氧化酶以及光合作用系统中铁氧还原蛋白的组成成份^[28]。试验结果表明，有效铁含量跟除丙二醛以外的所有指标呈明显正相关，可见高浓度水平的有效铁能促进烟草各个方面的生长发育。李晔等^[29]研究也发现，一定浓度范围内，较高的有效铁含量有利于提高烟草株高、根系活力等各项生长生理指标。菌渣中含有高水平的有效铁，且含量并未达到抑制烟草生长的水平，作为基质材料培育烟草具有一定优势。

参与试验菌渣基质的氮磷钾范围内，全氮含量跟株高、地上部鲜重等生长指标均表现出较明显的负相关，高氮含量的基质可能阻碍烟草的生长;全钾含量跟总根长呈负相关，与其他生长指标均呈明显正相关，可见高总钾含量的基质总体有利于烟草的生长。偏低的总氮含量和偏高的总钾含量也是其基质化利用的一大优势。

有机碳与可溶性糖和丙二醛含量呈正相关，而与其他烟草生长生理指标呈负相关，说明高有机碳虽然能一定程度上促进烟草可溶性糖的合成，但对总体的烟草生长发育是较为不利的。有机碳的各项偏回归系数与电导率近似，这可能是有机质的降解过程中会进一步提高基质电导率导致的。菌渣中有机碳含量过高，不利于育苗，应当设法降低其含量。

因此，在烟草育苗方面，菌渣有高总孔隙度、高有效铁、适宜营养结构和低成本的优势，但也有高电导率、低容重和高有机碳的劣势，不宜单独作为基质。通过腐熟或淋洗等前处理，或配合其他基质材料使用可有效规避电导率和有机碳含量偏高的劣势，充分发挥菌渣的优势。不少学者在这方面取得了研究成果^[30-31]。菌渣是一种好的基质材料，具有广阔的基质化应用前景。

此外，菌渣除理化性质对烟草育苗有影响，在其他方面，如对土壤微生物和酶的改变，也可能在育苗或栽培中起到重要作用。有研究表明，香菇菌渣能显著增加土壤中细菌、放线菌、真菌的数量，提高土壤中磷酸酶和几丁质酶的活性，进而提高土壤肥力^[32]。郭宏敏等^[33]研究也发现，菌渣能有效提升土壤中可培养细菌、放线菌、真菌数量和土壤中总有机质、活性有机质、碱解氮、速效磷、速效钾的含量，改良土壤环境，进而显著提升夏玉米的产量。而石思博等^[34]的研究指出，菌渣能够显著提高土壤微生物量碳、氮和可溶性碳、氮含量，但不是随着用量的增加一直呈增加趋势，高量菌渣下会有降低趋势，且添加菌渣还会降低土壤微生物量碳氮比和可溶性碳氮比。

可见菌渣对微生物和酶方面的作用也是影响作物生长状况的重要因素，进一步深化研究应当充分考虑土壤微生物及土壤环境变化这个重要变量，总结其规律并进行更完善的分析。

4  结论

本文采用穴盘试验研究菌渣在烟草育苗中的应用，以菌渣、草炭和蚯蚓粪为基质主要材料，用不同的配比进行烟草育苗，并进行可溶性糖、根系活力等生理活性和株高、根系形态特征等生长指标评价比较筛选出了最适宜配方，通过SPSS软件对基质各项物理化学形式和烟草各项生长生理指标进行多元线性回归分析，对菌渣在烟草育苗中的应用效果和前景进行评价，得到以下结论：

（1）配方T5蚯蚓粪∶菌渣∶蛭石∶珍珠岩= 1∶1∶1∶1，是较为优秀的烟草育苗基质配方。

（2）菌渣有高总孔隙度、高有效铁、适宜营养结构和低成本的优势，也有高电导率、低容重和高有机碳的劣势，不宜单独作为基质，却不失为一种好的基质材料，具有广阔的基质化前景。

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