菌渣配施土壤改良剂对马铃薯产量、品质及土壤理化性质的影响

杨正涛　姚利　王建中　张海兰　单洪涛　郭兵　赵自超

摘要：通过大田试验，研究了菌渣与蚯蚓粪以及聚丙烯酰胺PAM配合施用对马铃薯生长发育、产量、商品性、品质以及土壤理化性质的影响。结果表明，与对照组CK（常规化肥）相比，各处理对马铃薯以上各项指标以及土壤理化性质的改良效果均达到显著水平（P<0.05）。其中，T3处理的马铃薯株高、茎粗、主茎数的增幅分别为20.11%、29.97%、17.89%;产量增加24.26%;品质方面，淀粉、还原糖、VC、粗蛋白含量分别提升47.80%、28.26%、16.64%、29.96%;土壤理化性状方面，对土壤容重、孔隙度、盐分、pH的改良程度分别为4.39%、7.13%、23.23%、9.14%。综合考虑，T3处理（常规化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓粪7 500 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2）为本试验的最佳配比方案。

关键词：菌渣;蚯蚓粪;PAM;马铃薯;生长发育;土壤理化性质

中图分类号：S532.061文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）11-0097-06

Effects of Combined Application of Mushroom Residue and Soil Amendment on Potato Yield， Quality and Soil Properties

Yang Zhengtao1，Yao Li1，Wang Jianzhong2，Zhang Hailan1，Shan Hongtao1，Guo Bing1，Zhao Zichao1

（1.Institute of Agricultural Resources and Environment， Shandong Academy of Agricultural Sciences/ Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Jinan 250100， China;

2. Jiaozhou Agriculture and Rural Bureau， Jiaozhou 266300， China）

Abstract The field experiment was conducted to study the effects of combined application of mushroom residue， vermicompost and PAM on growth and development， yield， commodity and quality of potato and soil physicochemical properties. The results showed that compared with the blank control （CK） group， the improvement effects of all the treatments on the above indexes reached significant level（P<0.05）. In which， under T3 treatment， the plant height， stem diameter and main stem number of potato increased by 20.11%， 29.97% and 17.89%，respectively; the yield increased by 24.26%; the contents of starch， reducing sugar， VC and crude protein of potato increased by 47.80%， 28.26%， 16.64% and 29.96% respectively; the soil bulk density， porosity， salinity and pH value improved by 4.39%， 7.13%， 23.23% and 9.14% respectively. Considering comprehensively， T3 treatment （chemical fertilizer+12 000 kg/hm2 of mushroom residue+7 500 kg/hm2 of vermicompost+50 kg/hm2 of PAM） was the best mixing scheme.

Keywords Mushroom residue; Vermicompost; PAM; Potato; Growth and development; Soil physico-chemical properties

马铃薯富含蛋白质、淀粉、矿物质、维生素等，营养成分丰富，加之其丰产性、适应性强等优点，被联合国糧农组织列为“世界第四大粮食作物”。我国也于2015 年将马铃薯确定为第四大粮食作物，并积极推进主粮化进程[1]。近年来随着栽培技术的标准化及机械化水平的提高，我国马铃薯种植产业迅速发展，种植总规模已达到573.3万公顷，总产量约1亿吨，成为居世界第一的马铃薯产区，截至2017年，中国马铃薯出口额2.81亿美元，占马铃薯全球贸易额的5.8%[2]。然而通过调查发现，我国马铃薯的单产水平较低，约为15 t/hm2，低于世界平均水平的19.95 t/hm2，而欧美等发达国家则超过了40.05 t/hm2，因此我国的马铃薯栽培技术仍有很大的提升空间[2]。近些年随着人们生活水平的提高，消费者对马铃薯加工制品的需求量和品质等提出了更高的要求，特别是其中粗蛋白、淀粉、还原糖等含量都是极为重要的指标，因此如何获得高产、高品质的马铃薯是当前亟待解决的问题。

通过调查发现，在马铃薯栽培中由于化肥施用过多易造成土壤板结、酸化、盐化，还造成马铃薯营养失衡，影响商品薯的产量和质量。商品有机肥效果虽然好，但价格偏高而使生产成本提高导致农户不愿使用。与此同时，随着我国食用菌产业的迅速发展，每年产生的食用菌菌渣可达4 000万吨，大量菌渣的随意丢弃、堆积或焚烧，不但造成农业有机资源的巨大损失，还对周围环境造成巨大污染[3]。另一方面菌渣里面含有丰富的营养物质，如蛋白质、氨基酸以及钙、镁等微量元素，是优良的天然有机肥[4]。同时蚯蚓粪是一种良好的有机肥和土壤改良剂，对于土壤结构的改良、培肥地力等方面具有良好的应用效果[5-7]，而聚丙烯酰胺（polyacrylamide，PAM）在保土、保水、保肥、增产方面也有突出效果[8]。

針对以上问题和因素，本研究以食用菌菌渣为主料，配合蚯蚓粪、PAM等辅料，进行马铃薯栽培的土壤改良应用试验。通过分析各处理马铃薯生长状况，产量、品质及土壤相关理化性质等各指标，初步探究菌渣与其他改良剂的配施技术，旨在为菌渣的有效利用和马铃薯的增产、提质以及后续施肥方案的优化提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

试验于山东省青岛市胶州胶西镇家河崖村多年栽培马铃薯的地块进行。该地年平均气温 12℃，无霜期210 d，有效积温4 599.2℃，降水量 724.8 mm，为典型的温带大陆性季风气候。试验田土壤为棕壤，前茬作物为小麦。试验前耕层土壤基本理化性状为有机质1.44 g/kg、有效氮10431 mg/kg、速效磷68.00 mg/kg、速效钾224.00 mg/kg ，pH值6.66，电导率72.10 μS/cm。

1.2 试验材料

马铃薯供试品种为荷兰15号。当地常规化肥：尿素（N 46.0%）、重过磷酸钙（P2O5 45.0%）、硫酸钾（K2O 50.0%），均购自山东史丹利化肥股份有限公司。菌渣为大球盖菇的栽培菌渣，自然堆放状态，未进行好氧发酵。化学改良剂聚丙烯酰胺PAM，购自济南莱德化工有限公司。蚯蚓粪为寿光市丰凯蚯蚓养殖合作社提供的以牛粪为原料养殖的蚯蚓粪。

1.3 试验设计

试验设5个处理，随机区组排列，重复3次。小区面积为50 m2（5 m×10 m）。每公顷种植密度 6.0万株，试验区周边设2行保护区。试验于 4月25日播种，6月29日收获，苗齐时中耕、除草1次，其他田间管理方法一致。播前将PAM和菌渣、蚯蚓粪等混合后均匀撒施在小区内整地。具体施肥方案见表1。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 株高和茎粗的测定 收获之前在每小区均随机抽取10株马铃薯样品，测定株高、茎粗、主茎数，取平均值。

1.4.2 产量测定 收获时每小区取两行，每行2 m，测产并折算为666.7m2产量。同时分别记录大薯（商品薯）、中薯、小薯产量，测定标准为大薯150 g以上、中薯50～150 g、小薯50 g以下。

1.4.3 品质测定 淀粉含量采用沉淀过滤法测定[9];维生素C含量采用改进紫外分光光度法[10]测定;还原糖含量采用蒽酮比色法测定[11]。

1.4.4 土壤指标的测定环刀法测土壤容重，比重瓶法测比重，根据两者的值计算土壤孔隙度[12];土壤pH值采用1∶5土水比，pHSJ-3F型酸度计电位法测定;土壤可溶性盐采用1∶5土水比浸提重量法测定。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2007软件进行数据处理和表格绘制，SPSS 22.0进行显著性检验（P<005）。

2 结果与分析

2.1 不同处理对马铃薯植株生长发育的影响

株高、茎粗以及主茎数是直接反映马铃薯生长状态的重要农艺性状指标[13]。将不同处理下的马铃薯植株形态指标统计后进行方差分析，结果（表2）表明，处理间马铃薯各形态指标的大小顺序均为T3>T4>T2>T1>CK。与CK相比，各处理的马铃薯株高增幅为9.07%～2011%，茎粗增幅为8.05%～29.97%，主茎数增幅为596%～17.89%，差异达到显著水平（P<0.05）。其中，T3的效果最好，但与T4处理之间无明显差异，T1、T2、T3两两之间差异显著。以上说明施加菌渣、蚯蚓粪以及配合PAM有利于提高马铃薯生长发育水平。

2.2 不同处理对马铃薯产量的影响

由表3可以看出，不同处理对马铃薯产量影响不同。各施肥处理与对照相比增产率介于7.79%～24.26%，增产效果达到显著水平。其中T3处理最好，与T4无明显差异，但T1、T2、T3之间差异显著。在产量构成方面，各处理与对照组相比均降低了小薯质量百分比，提高了大薯（商品薯）质量百分比，差异达显著水平，但各处理间无显著差异，其中T3处理中薯质量百分比最高，T2处理大薯质量百分比最高。以上说明在本试验条件下，各处理均能提高马铃薯产量、品质和商品性。

2.3 不同处理对马铃薯品质的影响

由表4可以看出，与CK相比，各处理马铃薯品质指标提升效果均达到显著水平。其中淀粉产量增加14.58%～47.80%，还原性糖含量增加870%～28.26%，VC增加2.77%～18.71%，粗蛋白增加13.08%～30.38%。其中淀粉产量和还原糖含量两个指标中，T3处理最好，但与T4处理无显著差异，同时T1、T2、T3之间互相差异显著; 而VC、粗蛋白两个指标中，T4处理最好，但T3、T4之间无明显差异，同时T1、T2、T3之间互相差异显著。综合这四个指标来看，T3处理对淀粉产量和还原性糖含量的提升效果最好，而T4处理对VC和粗蛋白的提升效果最好，但在这四个指标中，T3和T4两处理的效果差异不显著。考虑到总投入物的用量和成本问题，仍选择T3为本试验的最佳处理。

2.4 不同处理对土壤理化性质的影响

土壤容重和孔隙度是评价土壤松紧程度和宜耕状况的重要物理指标[14]。由表5可以看出，CK土壤容重最大，对应的孔隙度最小，各处理土壤容重均减小，相应的孔隙度都增大。各处理土壤容重与对照相比其降幅介于2.47%～4.39%之间，多数差异达到显著水平;对应的各处理土壤孔隙度与CK相比增幅为3.46%～7.13%，差异均达到显著水平。这两个指标中T3处理效果最明显，T3、T4之间无明显差异。以上表明添加菌渣、蚯蚓粪及添加剂PAM能有效降低土壤容重、增加土壤孔隙度、改善土壤通透性。

土壤pH值和全盐量是反映土壤性质的重要化学指标。马铃薯收获后各处理土壤的pH值CK最低，其他处理都有明显提升，增幅为5.10%～9.14%，提升效果均达到显著水平。就效果来看，T2、T3、T4处理之间效果相差不大，但好于T1。各处理土壤全盐量与CK相比降幅在18.18%～23.23%，其效果也均达到显著水平，其中T3和T4效果最好，但两者差异不明显。这说明施加菌渣、蚯蚓粪及其辅助添加剂能有效改善土壤的酸化问题以及降低土壤中的全盐量。

3 讨论与结论

良好的土壤环境是作物生长的基础，土壤质量的好坏将直接影响作物的生长发育，进而影响作物的产量与品质。本研究表明，与CK（常规化肥）相比，各处理均能明显降低土壤容重，增加孔隙度，减少盐分含量，提升pH值。本研究还发现，T3处理（常规化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓粪7 500 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2）的土壤容重及全盐量较其他几组都低，相应的土壤孔隙度和pH值都大于其他组。分析认为，一方面菌渣中含有大量的纤维素、木质素等碳源，自身容重小，结构疏松，施用后能有效减少土壤的容重、增大孔隙度[15];另一方面施用菌渣可增加土壤中可溶性有机物质的输入量，有利于土壤大团聚体的形成，提高团聚体的稳定性，进一步降低土壤的容重[16]。蚯蚓粪则主要是通过增加大团聚体的数量，提高土壤团聚体抗侵蚀的能力以降低土壤容重。本试验中，T2处理（常规化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓粪7 500 kg/hm2）降低容重的效果不如T1处理（常规化肥+菌渣24 000 kg/hm2），说明仅将二者简单混合其效果不如单施菌渣，还需要其他添加剂。而PAM作为一种人工合成的土壤改良剂，具有微量高效的优点，其主要是通过增加土壤大团聚体的数量，并保持大团聚体和土壤孔隙结构的稳定性，来降低土壤的容重，并使效果得以维持并加强。将三者按适当比例混合后，三种配料产生协同作用：首先菌渣结构的疏松性使土壤本身的容重降低，然后三者又能促进土壤中大团聚体的形成，进一步降低土壤容重，且PAM使之效果保持稳定，故T3处理对土壤容重的降低效果最好。而由于容重的减小、孔隙度的增大又有利于土壤中多余的盐分随水从栽培区域排除，同时菌渣和蚯蚓粪作为有机肥还田之后，经微生物分解会产生有机酸、酶等物质，有利于土壤盐分的进一步降低[17]。pH值方面，菌渣和蚯蚓粪多呈中性或弱碱性，施入土壤之后可缓解土壤酸化问题，这与之前的一些研究结果相同[17]。但在试验过程中还发现，随着蚯蚓粪用量的增加，T4处理（常规化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓粪10 000 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2）较T3出现土壤含盐量上升、pH值下降的现象。这是由于蚯蚓粪中可溶性盐分含量较高，当施加量增多时，会引起土壤盐分的增加;同时蚯蚓粪中含有大量的活性微生物，当用量增加时，会加快菌渣和蚯蚓粪中的有机物的分解，导致酸化作用加强，使pH值出现下降的现象。但另一方面，蚯蚓粪本身用量的增加又會促使土壤pH值上升，有利于土壤大团聚体的形成，导致容重降低，进而减少盐分含量。因此蚯蚓粪的用量问题需要进一步试验优化确定。

本研究表明，与CK（常规化肥）相比各试验组对马铃薯的生长发育、产量以及品质均有不同程度的提升且均达到显著水平，这与之前的研究结果类似[18-20]。本研究中马铃薯以上各指标的大小排序均为T3处理（常规化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓粪7 500 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2）>T2处理（常规化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓粪7 500 kg/hm2）>T1处理（常规化肥+菌渣24 000 kg/hm2）>CK（常规化肥），且各处理之间相互差异均达到显著水平。分析认为，首先菌渣、蚯蚓粪以及PAM作为土壤改良剂，为马铃薯的生长发育提供了良好的土壤环境，为其增产提质打下基础;再者菌渣中含有丰富的氮、磷、钾、有机质、粗蛋白、粗纤维以及其他一些活性物质，营养丰富，是天然优质的有机肥，施加后可为马铃薯的生长发育提供所需的各种营养物质;而蚯蚓粪除含以上营养物质外，还含有大量腐殖质、微量元素、植物激素、各种酶类物质，能有效调节植物多项生理功能，促进营养物质的吸收、转移与积累，达到增产提质的效果[21-23]。此外，蚯蚓粪中大量的活性有益微生物可加快土壤中有机物的分解速度;同时，PAM施入土壤后，增加了土壤的径流剥蚀难度，能使土壤中的各种养分得以最大程度的保留，实现保肥效果;水分是马铃薯生长发育过程中的一个重要影响因素，PAM可通过吸水和溶胀两种方式进行吸水，能显著提高土壤含水率，为马铃薯的生长提供足够的水分 [24-28]。T3处理综合了三者的优点，拥有良好的土壤、营养、激素及水分等条件，最终实现马铃薯的高产、提质，综合效果最好。

本研究还发现，T1处理对马铃薯的生长发育、产量和品质的提升效果与其他试验组相比也有明显差异，这表明菌渣配施其他有机肥及添加剂的必要性。分析认为，虽然菌渣中总养分含量丰富，但其中能被直接利用或易降解的只有一部分，在马铃薯短短2个月的生育期内，有一大部分营养物质未被分解利用，导致其营养物质相对不足，故提升效果不如其他试验组。而蚯蚓粪的配施，一方面提供了部分营养物质，另一方面其中所含的大量活性微生物加快了菌渣中部分营养物质的分解速度，增加菌渣的利用率。但对比T4与T3处理发现，随着蚯蚓粪用量的增加，两者的试验结果相比无明显差异，甚至出现个别指标下降的现象，表明蚯蚓粪的效果不是随着添加量的增加而单向递增，而是有个最佳值，多施不但不会增加效果还会对马铃薯的生长造成负面影响，并造成资源的浪费。

在青岛市胶州马铃薯种植地区，在施用常规化肥基础上施用不同配比菌渣、蚯蚓粪与PAM均能显著改善马铃薯的生长发育、产量、商品性以及品质等指标，并对马铃薯栽培土壤的容重、孔隙度、含盐量、pH值等理化指标都有明显的改良作用，对土壤有机质含量具有明显的提升效果。[JP2]综合考虑，本试验以常规施肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓粪7 500 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2[JP]处理效果最佳。同时本试验仅对菌渣、蚯蚓粪、PAM混施的效果进行了初步研究，后续还应对连续几年的数据进行记录追踪，其多年施用可能导致的土壤盐分积累等问题也有待于进一步研究，最终得出优化的配施技术，为马铃薯的高产提质以及种植区土壤的改良提供技术支撑。

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收稿日期：2019-08-07

基金项目：山东省重点研发计划项目（2018GSF116013）;山东省农业科学院农业科技创新工程项目“废弃物学科建设”（CXGC2018E03）;山东省现代农业产业技术体系食用菌创新团队产后加工与菌渣利用岗位专家项目（SDAIT-07-09）

作者简介：杨正涛（1990—），男，山东招远人，硕士，主要研究方向为废弃物资源化。E-mail：804212947@qq.com

通讯作者：姚利（1979—），女，山东临沭人，硕士，副研究员，主要从事废弃物资源化研究。E-mail：nkyyaoli@163.com