菌渣还田对设施瓜菜产量、品质和土壤肥力的影响

赵自超，赵时锋，张宏启，张海兰，郭 兵，姚 利

（1山东省农业科学院农业资源与环境研究所，济南 250100；2农业农村部废弃物基质化利用重点实验室，济南 250100；3山东省莘县农业农村局，山东莘县 252423）

0 引言

地处华北平原的山东省莘县，气候适宜，资源丰富，是全国闻名的“菜篮子”，当地设施瓜菜种植从1988年开始，经过30多年的发展，形成以设施蔬菜、西甜瓜、食用菌为主导的规模经营体系，常年瓜菜种植面积多于6万hm2，食用菌栽培面积大于600万m2，瓜菜菌总产近500万t，享有“中国蔬菜第一县”的美誉[1-2]。但是在瓜菜产业快速发展的同时，也存在一些问题，由于常年使用未完全发酵或未发酵的畜禽粪便作为底肥以及过量施用化肥，造成土壤盐渍化、板结、肥料利用率低等土壤质量退化，瓜菜产量下降、品质降低等一系列问题。在食用菌发展过程中，比较头疼的问题是大量食用菌的副产物——菌渣无法得到有效处理，随意丢弃会造成环境污染。这些问题严重制约着该地区瓜菜菌产业的安全和可持续发展。

菌渣的结构疏松多孔，含有植物生长所必需的氮、磷、钾等大量元素、可直接吸收利用的有机质和微量元素，并且其菌丝体所分泌的相关酶可以促进作物对养分的吸收，可作为有机物直接还田利用[3-5]。研究表明菌渣还田可以提高作物产量，改善作物品质，增加土壤有机质，改善土壤理化性质[6-8]。马征等[9]将菌渣用于大葱和小麦种植中，可显著增加大葱和小麦产量，显著提高大葱的品质。田平平等[10]将菌渣用在生菜上，可提高生菜产量，降低生菜中的硝酸盐、亚硝酸盐含量，提高Vc含量，改善生菜品质，显著提高有机质含量。胡留杰[11]将菌渣用于菜地上，可显著提高土壤有机质、氮、磷、钾含量，有利于土壤质量的改善。齐广耀等[12]将菌渣用于滨海盐碱土改良上，可增加土壤有机质，促进土壤酸性物质的增长，从而降低土壤pH，增加土壤孔隙度，促进盐分淋失，从而降低土壤EC值与含盐量，达到了改良盐碱地的目的。

因此，本研究以黄瓜（秋冬茬）和甜瓜（早春茬）轮作为对象，研究草菇菌渣对产量、品质和土壤肥力的影响，以期为菌渣的循环利用以及菌渣还田在提升设施瓜菜产量和品质、提高土壤质量方面提供理论依据，为实现瓜菜菌产业的可持续发展提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年8月—2019年6月在莘县(115°67′E，36°23′N)的日光温室（长120 m，宽11 m）内进行，该地区四季分明，光照充裕，属于典型的温带大陆性季风气候，年日照时数2480 h，年平均气温和年平均降水量分别为13.4℃和502 mm。试验土壤是潮土，0～30 cm土层基础理化性状为有机质15.5 g/kg、碱解氮52.2 mg/kg、速效磷 44.4 mg/kg、速效钾 167.1 mg/kg。试验用鸡粪和菌渣为当地常见易取的肉鸡鸡粪草菇菌渣，鸡粪购自当地养殖场，有机质含量25%～40%，全氮含量1.6%～2.7%，全磷含量1.2%～2.3%，全钾含量1.1%～2.7%。草菇菌渣来自种植户，有机质含量62.1%～77.6%，全氮含量1.0%～1.3%，全磷(P2O5)含量0.6%～1.2%，全钾(K2O)含量0.6%～1.0%。轮作制度为秋冬茬黄瓜—冬春茬甜瓜，2017年8月16日试验开始，2019年6月15日试验结束，每种作物2个生长季。笔者选取2018年8月—2019年6月一年两季的产量和品质数据，及菌渣还田2年后（2019年6月）的土壤数据进行分析。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设置 试验共设置7个处理，分别为农民常规处理（鸡粪+化肥）和6个不同量菌渣还田处理（菌渣+化肥），每个处理3次重复，随机设计，共有21个小区，每个小区面积60 m2。常规处理(conventional，CON)每茬的鸡粪施用量为45 t/hm2，菌渣(mushroom residue，FR)还田处理每茬的菌渣使用量分别为0(MR0)、15(MR1)、30(MR2)、45(MR3)、60(MR4)、75(MR5)t/hm2。菌渣和鸡粪全部作为基肥使用，所有处理的化肥施用量一致，每季黄瓜施肥量N、P2O5、K2O为30、15、40 kg，其中基肥量为12、10、15 kg，追肥量为18、5、25 kg；每季甜瓜施肥量为20、15、30 kg，其中基肥量为4.5、2.5、4.5 kg，追肥量为15.5、12.5、25.5 kg。定植前按照比例将鸡粪或菌渣和化肥（基肥）撒施到地面，然后旋耕与土壤混合均匀，起垄后定植。追肥时先将肥料按比例溶于水，然后通过施肥器进行灌溉施肥。试验期间采取的其他田间管理措施，诸如铺地膜、灌溉、防病等各试验小区实施水平严格一致。

1.2.2 取样与分析 黄瓜每隔1～2天采收一次，每次采收时测定各小区的果实产量，最后累计相加计算最终产量；甜瓜共采收2次，每次采收时测定各小区的果实产量，最后累计相加计算最终产量。

黄瓜在初果期、盛果期和末果期，甜瓜在每次采收时选取鲜样进行Vc、硝酸盐、可溶性糖和可滴定酸含量品质指标的检测，分别采用2,6-二氯酚靛酚滴定法、3,5-二硝基水杨酸显色法、蒽酮比色法、NaOH滴定法测定[13]。每次计算测定的平均值作为最后的结果。

土壤样品于试验结束后在各个小区0～30 cm土层多点采集，土壤样品带回实验室通风阴干后测定用于测定相关指标，用pH计测定土壤pH，用电导率仪测定土壤电导率，用重铬酸钾容量法测定土壤有机质，用碱融-钼锑抗比色法和火焰光度计法分别测定土壤全磷和全钾，用碱解扩散法测定土壤速效氮，用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定土壤速效磷，用醋酸氨浸提-火焰光度法测定土壤速效钾[14]。

1.3 数据分析及计算方法

本试验用Excel 2016进行数据整理和画图，采用SPSS 22.0软件中的单因素AVNOVA进行方差分析，选择Duncan法进行多重比较，显著水平为0.05。

土壤氮素活化系数、磷素活化系数和钾素活化系数计算如式(1)[15]所示，式中0.001为单位转化系数。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对黄瓜和甜瓜产量的影响

如图1所示，相比常规处理(CON)，菌渣还田(MR1～MR5)可以显著增加黄瓜产量，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5的增幅分别为28.1%、35.7%、41.3%、45.3%和43.2%。与黄瓜产量不同的是，仅高量菌渣还田处理(MR3～MR5)的甜瓜产量比常规处理的高，相比CON，MR3、MR4和MR5分别增加了5.1%、10.4%和9.6%。低量菌渣还田处理（MR1和MR2）与CON处理间差异不显著。由于MR0只施用了化肥，其甜瓜产量最低，与CON相比降低了19.4%。

图1 不同施肥处理对黄瓜和甜瓜产量的影响

综合黄瓜产量与甜瓜产量的变化趋势来看，瓜产量与甜瓜产量都是呈现出随着菌渣施用量的增加先增加后降低的趋势高。菌渣还田量与土壤有机碳和土壤全氮含量均呈一元二次函数关系（图2），菌渣还田量可以解释98.3%的甜瓜产量变化和96.2%的甜瓜产量变化。综上所述，菌渣代替鸡粪还田会增加黄瓜和甜瓜产量，其中MR4处理表现的效果最好。

图2 菌渣施用量与黄瓜和甜瓜产量的关系

2.2 不同施肥处理对黄瓜和甜瓜品质的影响

从表1可以看出，化肥配施有机物（鸡粪或菌渣）会显著提高黄瓜和甜瓜的Vc含量，与鸡粪处理(CON)相比，菌渣处理(MR1～MR5)显著提高黄瓜和甜瓜的Vc含量；从黄瓜Vc含量来看，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分别提高了3.3%、4.9%、13.6%、27.6%和331.0%，黄瓜Vc含量会随着菌渣施用量的提高而升高；与黄瓜Vc含量变化趋势不同的是，甜瓜Vc含量会随着菌渣施用量的提高先升高再降低，相比CON，MR1、MR2、MR3、MR4和 MR5分别提高了27.5%、57.3%、67.1%、55.7%和36.3%。与Vc含量变化相同的是，化肥配施有机物（鸡粪或菌渣）也会显著提高黄瓜和甜瓜的硝酸盐含量（表1），但是与鸡粪相比，施用菌渣会显著降低黄瓜的硝酸盐含量，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分别降低了28.9%、25.3%、22.4%、10.1%和8.3%，黄瓜硝酸盐含量也会随着菌渣施用量的提高而升高；对于甜瓜硝酸盐含量来说，菌渣处理与常规处理间无显著差异。与作物Vc含量和硝酸盐含量变化相同的是，化肥配施有机物（鸡粪或菌渣）同样会显著提高黄瓜和甜瓜的可溶性糖含量（表1），高量菌渣还田处理(MR3～MR5)相比常规处理会增加黄瓜和甜瓜的可溶性糖含量，相比CON，MR3、MR4和MR5分别增加黄瓜可溶性糖含量为11.3%、7.8%和12.6%，分别增加甜瓜可溶性糖含量为4.2%、7.2%和5.5%。与作物Vc含量、硝酸盐含量和可溶性糖含量不同的是，不管是有机物处理与化肥处理间，还是常规处理与菌渣还田处理间，黄瓜和甜瓜的酸度均显著差异。综上所述，菌渣还田可以显著提高黄瓜和甜瓜品质，综合来看MR3和MR4处理的提升效果较好。

表1 不同施肥处理对黄瓜和甜瓜品质的影响

2.3 不同施肥处理对土壤肥力的影响

从表2可以看出，与常规施肥相比，化肥处理和菌渣处理显著降低了土壤pH，MR0、MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分别降低了2.1%、2.3%、2.4%、2.3%、2.4%和2.1%。化肥配施有机物（鸡粪或菌渣）相比化肥会显著提高土壤EC值，尤其是鸡粪处理(CON)的土壤EC值达到了586.5 μS/cm，超过人们通常认为的作物生育障碍临界点(EC＞500 μS/cm)[16]。但是菌渣还田处理相比常规处理会显著降低土壤EC 值 (＜500 μS/cm)，相比 CON，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5分别降低了48.1%、34.9%、29.8%、33.5%和31.3%。与土壤EC值变化不同的是，化肥配施有机物（鸡粪或菌渣）相比仅使用化肥会显著提高土壤有机质含量，并且施用菌渣相比鸡粪也显著提高了土壤有机质含量，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分别降低了12.0%、11.2%、21.6%、33.1%和31.7%。同样的，化肥配施有机物（鸡粪或菌渣）相比仅使用化肥显著提高了土全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷和速效钾含量（表2），高量菌渣(MR3～MR5)还田处理相比常规处理增加了全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷含量；相比CON，MR3、MR4和MR5的全氮含量分别增加了19.9%、29.4%和26.5%，全磷含量分别增加了4.5%、7.5%和10.8%，全钾含量分别增加了0.7%、0.4%和9.5%，速效氮含量分别增加了66.5%、68.9%和72.4%，速效磷含量分别增加了2.9%、29.2%和47.3%。

表2 不同施肥处理对土壤理化性状的影响（0～30 cm土层）

土壤养分活化系数是表征养分有效性的重要指标，是指土壤有效养分含量除以养分全量含量得到的数值，系数越高表明土壤养分的有效性越高。不同施肥处理氮、磷和钾养分的活化系数分别为6.16%～9.88%、3.27%～5.80%和 0.94%～1.18%（图3）。与仅使用化肥相比，化肥配施有机物（鸡粪或菌渣）显著增加了土壤氮、磷和钾养分的活化系数；而施用菌渣相比鸡粪也显著提高了土壤氮活化系数，MR1、MR2、MR3、MR4和MR5相比CON分别增加了9.0%、46.0%、38.8%、30.4%和36.2%；只有高量菌渣还田处理（MR4和MR5）相比常规处理增加了土壤磷活化系数，分别提高了20.0%和32.9%，除了MR1相比CON显著降低土壤磷活化系数以外，MR2和MR3与CON处理间的土壤磷活化系数无显著差异；5个菌渣还田处理与常规施肥间的土壤钾活化系数无显著差异。

图3 不同施肥处理土壤养分活化系数的影响

综上所述，化肥配施有机物可以增加土壤养分和土壤养分活化系数，菌渣代替鸡粪还田可以降低土壤pH和EC值，增加土壤养分和土壤养分活化系数，说明菌渣还田可以提高土壤肥力，改善土壤质量，其中MR4表现的效果最好。

3 讨论

3.1 菌渣还田对作物产量和品质的影响

菌渣作为有机肥施用到土壤中，因具有疏松多孔的特点，有利于土壤团粒结构的形成，可以增加土壤透气性和提高土壤的保水能力，促进植物对土壤养分吸收，从而提高作物的产量[17-19]。陈雯雯等[20]研究结果表明菌渣配施60%的化肥，相比100%的化肥可显著提高花生产量，这是因为菌渣可以促进花生对土壤养分的固持和吸收，从而提高产量。刘中良等[21]的结果表明，不管是早春茬还是秋冬茬，菌渣栽培相比常规栽培菌能显著增加番茄产量，这与本研究的结果类似，菌渣还田不仅可以增加黄瓜（秋冬茬）产量还可以增加甜瓜的产量（早春茬），并且黄瓜和甜瓜的产量会随着菌渣还田量(0～60 t/hm2)的增加而增加（图1和图2）。研究表明菌渣配施化肥施既能补充速效养分，又可以持续供应作物所需，可以达到作物养分的平衡供应，实现作物增产的目的[22-23]；同时菌渣在分解过程中，会大量产生CO2，在一定的浓度范围内，作物光合作用强度会随着CO2浓度的升高而增加，从而增加作物产量[24]。这可能是本次研究中黄瓜和甜瓜的产量会随着菌渣还田量的增加而增加的原因。本研究中常规施肥（鸡粪+化肥）的黄瓜产量要显著低于其他处理，这是因为在本次试验中，使用的鸡粪没有充分腐熟，黄瓜定植后种苗死亡1/3，后补苗影响了产量。未完全腐熟的鸡粪施用到地里，会继续发酵（本次试验黄瓜定植在8月，棚内气温偏高，会促进鸡粪的发酵），在发酵过程中会产生大量热量和氨气，从而引发黄瓜烧苗烧根。因而在设施栽培中一定要避免使用未完全腐熟的畜禽粪便。

菌渣不仅可以增加作物产量，还会改善作物品质[25]。张颖等结果表明，菌渣可以改善黄瓜的品质[26]，刘中良等结果表明菌渣可以提高青椒的品质[27]。这与本研究的结果类似。本研究的结果表明，菌渣还田可以提高设施黄瓜和甜瓜的Vc含量和可溶性糖含量，这可能是因为菌渣中含有较多的酶类、糖类和生长促进剂[28]。有的研究表明，菌渣还田增加了土壤有机质的含量从而促进土壤反硝化进程，进而有效地降低了土壤中硝态氮浓度，减少了蔬菜对硝态氮的吸收[10]，这可能是本研究中菌渣还田可以降低黄瓜和甜瓜硝酸盐含量的原因。

3.2 菌渣还田对土壤肥力的影响

土壤pH和EC值是反映土壤健康状况的重要指标，设施菜地由于常年施用鸡粪，盐渍化现象严重，本研究中常规施肥的EC值已经超过了作物生育障碍临界点，pH＞8，属于碱性土壤，不利于黄瓜和甜瓜的生长。菌渣还田可以显著降低土壤pH，这可能是菌渣中含有有机酸引起的，也可能是菌渣还田增加土壤有机质，促进土壤酸性物质的增长，从而降低土壤pH[7,12]；菌渣因为经过了发酵和转化，可能活性物质较多，因而可以降低土壤EC值，也可能是因为菌渣还田可以增加土壤孔隙度，从而促进盐分淋失，进而降低土壤EC值；但是土壤EC值会随着菌渣还田量的增加而增大，会增加土壤盐渍化风险[12]。

本研究中菌渣还田可以显著增加土壤有机质，这与前人研究一致[10,15,20]。这主要是由于菌渣本身富含有机质，而菌渣中含有分解有机质的酶，最终转化为能够改良土壤、易被作物吸收利用的有机质[11,25]。同时本研就还发现菌渣还田可以增加土壤全氮、全磷和全钾含量，这可能是因为一是本身菌渣含有大量氮磷钾，施入到土壤中，增加了土壤氮磷钾含量，二是增加了土壤有机质含量，土壤有机质分解转化为了氮磷钾[8-9,11]。

研究表明菌渣中含有大量菌丝蛋白土壤酶，是土壤物质循环重要参与者，同时菌渣还田处理降低了土壤pH，为微生物群落提供了良好的生存生境，增强土壤微生物活性，提高土壤养分的分解及有效性，这可能是本研究中菌渣还田可以提高速效养分含量及土壤养分活化系数的原因[16,29-30]。

4 结论

菌渣还田会增加设施黄瓜和甜瓜产量，黄瓜和甜瓜产量在一定范围内会随着菌渣还田量的增加而增加，其中菌渣还田量为60 t/hm2的效果最好。菌渣还田可以显著提高黄瓜和甜瓜Vc含量和可溶性糖含量，降低硝酸盐含量，从而改善黄瓜和甜瓜品质，其中菌渣还田量为45、60 t/hm2的效果最好。菌渣还田可以降低土壤pH和EC值，增加土壤养分和土壤养分活化系数，从而提高土壤肥力和土壤质量，其中菌渣还田量为60 t/hm2的效果最好。菌渣代替鸡粪作为底肥还田可以提高设施瓜菜产量、品质和土壤肥力，建议在瓜菜菌主产区因地制宜地进行推广和应用。