大球盖菇菌渣对盐碱土区林地土壤的改良研究

齐广耀 张书菡 孙建平 刘雅辉 苏斌 吕骐羽 姜淑霞

摘要：为研究大球盖菇出菇后剩余栽培基质（菌渣）就地还田对滨海盐碱土区林地土壤的改良效果，选用3种不同含盐量的林地栽培大球盖菇，将出菇后的菌渣就地混翻于0～20cm土层中，自然降解4个月后，研究其对试验林地土壤理化性质、养分含量及土壤真菌群落结构的影响。结果表明：3种滨海盐碱土区林地土壤的EC值、含盐量及容重均显著降低;土壤孔隙度、水稳性团聚体、有机质、速效磷、碱解氮含量均显著提高;3个处理样地真菌群落的Beta多样性变化明显，强度盐化处理样地（Z2s）土壤真菌群落的Alpha多样性显著提高。环境因子关联分析表明，滨海盐碱土区林地理化性质与土壤真菌群落分布显著相关。综之，施入大球盖菇菌渣能有效降低滨海盐碱土区林地的土壤含盐量，优化土壤理化性质，改善土壤真菌群落结构，改良效果显著。

关键词：大球盖菇菌渣;盐碱土改良;土壤理化性质;土壤真菌群落

中图分类号：S156.4+2 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2022）01-0104-07

我国滨海盐碱土总面积达500万hm2，多年来主要采取一些物理措施，如整土、覆盖、深耕、添加磷石膏、沸石粉及井沟渠灌等来改变盐碱地的土壤结构，降低其含盐量[1]，这些措施达到一定的改良效果。但物理措施和水利工程方法需较大的工程量和较高的投资成本，化学手段存在二次污染等问题。食用菌出菇后剩余的栽培基质又称为菌渣，具有容重小、通气性好的特性，富含大量纤维素、菌丝蛋白等有机质和多种微生物及酶等其他活性物质[2，3]。国内外的研究发现菌渣对改良土壤理化性状、增加土壤养分含量、改良土壤微生物群落结构、促进植物营养吸收都有着积极作用[4-7]。

大球盖菇（Strophariarugosoannulata）是近年來我国新兴起栽培的一种珍稀食用菌品种，可在田间、林下、大棚等地进行栽培。其栽培模式主要以各种农林废弃物为原料，通过堆积发酵、铺料、播种进行栽培生产，"菇后残余的大量栽培基质（菌渣）可以就地还田，有改良土壤的作用。本实验室前期研究表明大球盖菇在林地栽培出菇后，菌渣就地还田对林地土壤有较好的土壤改良效果[8]。然而菌渣还田对滨海盐碱土的影响研究尚未见报道。

本试验通过探究3种不同含盐量的滨海盐碱土区林地栽培大球盖菇出菇后，其菌渣就地还田对盐碱地土壤理化性质、养分含量以及真菌群落的影响，以期为大球盖菇盐碱地栽培及其菌渣还田改良盐碱地技术的推广提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

试验地位于山东省林业科学研究院东营分院（E118°41′33″，N37°24′35″）栽植的白蜡林下，树龄6年，株行距3m×4m，郁闭度0.7。土壤类型为中度～强度盐化土，为典型的滨海林地盐碱土（含盐量2‰ ～6‰），土壤性状背景值见表1。当地年均气温12.8℃，年均降水量555.9mm，年均日照时数2657.5h。

供试菌渣为2018年10月—2019年5月在盐碱区林下栽培大球盖菇出菇后的栽培基质。基质配方为稻壳45%、阔叶杂木屑38%、玉米芯10%、林地土5%、生石灰2%，666.7m2栽培料施用量6500kg。

1.2 试验设计及方法

2019年6月3日出菇结束后，将3块盐碱地上的菌渣，用旋耕机就地旋耕于地下，深度20cm。菌渣施入量（自然干重，含部分土壤）约20kg/m2。小区面积30m2，每处理重复3次。各重复地块之间相隔5m，对照组与处理组相隔10m。对照组只旋耕不添加菌渣。试验处理见表2。

1.3 取样方法

菌渣施入土壤自然降解4个月后，用环刀法取土样用于测定土壤物理指标。通过五点法采集0～20cm土层土壤，上下层土混匀，四分法留取土样，之后立即过2mm网筛，装入已消毒的密封塑料袋中，液氮条件下保存带回实验室，一半用于测定土壤微生物指标，一半风干用于测定土壤理化指标。

1.4 土壤理化性质测定

土壤容重用环刀法测定，孔隙度（%）=（1-容重/土粒密度）×100，pH值采用pHS-2C型数字酸度计测定，电导率（EC5∶1）采用DDS-11A型电导仪测定，土壤水稳团聚体采用湿筛法测定，有机质含量采用重铬酸钾氧化-比色法测定，碱解氮采用扩散吸收法测定，有效磷采用NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，土壤含盐量用电导率法测定[9]。

1.5 土壤真菌高通量测定

1.5.1 土壤微生物DNA提取、测序、处理 采用CTAB法[10]对所采样本的基因组DNA进行提取。以稀释后的基因组DNA 为模板，使用带Barcode的特异引物ITS5-1737F（5′-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG - 3′）/ITS2 - 2043R（5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′），以及高保真酶扩增ITS1区域。PCR反应程序为：94℃ 5min;94℃ 45s，58℃ 45s，72℃ 60s，30个循环;72℃延伸7min。

PCR产物使用2%琼脂糖凝胶进行电泳检测，对目的条带使用Qiagen公司提供的胶回收试剂盒回收产物。使用TruSeq DNAPCR-FreeSamplePreparationKit建库试剂盒进行文库构建，文库经过Qubit和Q-PCR定量，使用HiSeq2500PE250进行上机测序（北京诺禾致源生物信息科技有限公司）。根据Barcode序列和PCR扩增引物序列从下机数据中拆分出各样品数据，截去Barcode和引物序列后使用FLASH对每个样品的reads进行拼接，得到的拼接序列为原始Tags数据（rawtags）;拼接得到的rawtags，参照Qiime的Tags质量控制流程，经过严格的过滤处理得到高质量的Tags数据（cleantags）[11，12]。经过以上处理后得到的Tags序列通过UCHIMEAlgorithm与数据库Golddatabase进行比对，检测并去除其中的嵌合体序列，得到最终的有效数据（effectivetags）[13，14]。

1.5.2 OTU聚类和物种注释 利用Uparse软件[15]对所有样品的全部有效序列（effectivetags）进行聚类，默认以97%的一致性（identity）将序列聚类成为OTUs（operationaltaxonomicunits），同时选取OTUs中出现频数最高的序列作为代表序列。用SSUrRNA数据库[16]对代表序列进行物种注释，获得分类学信息并分别在各个分类水平统计各样本的群落组成。使用PyNAST软件[17]与GreenGene数据库中的“CoreSet”数据信息进行快速多序列比对，得到所有OTUs代表序列的系统发生关系。最后以reads数最少的样品为标准对各样品的数据进行均一化处理，后续的Alpha多样性和Beta多样性分析都是基于均一化处理后的数据。

1.6 数据处理

土壤理化性质数据及微生物相对丰富度数据采用MicrosoftExcel2010进行处理和图表绘制;应用IBMSPSS21.0中的Duncan’s法进行单因素方差分析。使用Qiime软件（Version1.7.0）计算土壤Observedspecies、ShannonWiener指数、Simpson指数、Chao1指数;使用R软件进行Alpha多样性、Beta多样性分析。

2 结果与分析

2.1 大球盖菇菌渣对盐碱土区林地土壤理化性质的影响

2.1.1 对土壤物理性质的影响 由表3看出，与各自对照相比，施入大球盖菇菌渣的各处理土壤容重显著降低，土壤孔隙度、水稳性团聚体显著增加。其中，M1s、Z1s、Z2s处理土壤容重分别降低34.07%、46.58%、48.48%，土壤孔隙度分别增加28.78%、52.90%、52.50%，水稳性团聚体分别增加58.54%、111.33%、123.82%。各处理组间差异不显著，对照组间比较，M1ck的土壤容重、土壤孔隙度与Z1ck、Z2ck间差异显著，M1ck的水稳性团聚体与Z2ck间差异显著。结果表明，施入大球盖菇菌渣后显著改善了滨海盐碱土区林地的物理性质。

2.1.2 对土壤化学性质和养分的影响 由表4看出，与各自对照相比，施加大球盖菇菌渣的各处理土壤EC值、含盐量均显著降低，土壤EC值分别降低40.43%、83.03%、88.98%，含盐量分别降低45.45%、85.34%、90.42%;各处理组间EC值、含盐量差异不显著，各对照组间差异显著。各处理土壤有机质、速效磷、碱解氮均显著提高，土壤有机质分别提高87.15%、138.50%、238.90%，速效磷分别提高401.33%、642.28%、965.80%，碱解氮分别提高79.86%、179.57%、269.89%。各处理组间有机质、速效磷、碱解氮差异不显著，各对照组间差异显著（Z1ck与Z2ck速效磷除外）。

2.2 大球盖菇菌渣对盐碱土区林地土壤真菌群落的影响

2.2.1 对土壤真菌群落分布特征的影响 测定结果表明，各处理得到有效序列均超过55000个，OTUs数目在400～800之间。各处理真菌的相对丰富度在门水平上差异较大（图1）。与其处理组相比，M1ck的球囊菌门Glomeromycota（0.17%），M1s的单毛壶菌门Monoblepharomycota（0.04%），Z1ck组的优被孢霉门Mortierellomycota（13.94%）、捕虫霉门Zoopagomycota（0.002%），Z1s的罗兹菌门Rozellomycota（1.30%）、担子菌門Basidiomycota（37.23%）、毛霉菌门Mucoromycota（0.003%），Z2ck的壶门菌Chytridiomycota（1.57%）、芽枝霉门Blastocladiomycota（5.19%），Z2s的梳霉门Kickxellomycota（0.002%）、新丽鞭毛菌门Neocallimastigomycota（0.003%）相对丰富度最高。

如图2所示，除Z1s处理外，各处理的最优势真菌群落是子囊菌门Ascomycota（>35%），Z1s的最优势真菌群落为担子菌门Basidiomycota（37.23%）;与各自对照相比，各处理的Ascomycota相对丰富度以及top10真菌群落的相对丰富度之和均显著降低，M1s、Z1s、Z2s处理的Ascomycota相对丰富度分别降低33.87%、70.23%、29.18%，top10真菌群落的相对丰富度之和分别降低34.09%、27.06%、30.29%。这表明，施加大球盖菇菌渣显著降低滨海盐碱地土壤子囊菌门及top10真菌群落的相对丰富度。

2.2.2 对土壤功能真菌丰富度的影响 如表5所示，盐碱土区林地土壤中具有解磷功能的真菌有青霉属Penicillium、曲霉属Aspergillus、镰刀菌属Fusarium，具有解钾功能的真菌有黑曲霉Aspergillusniger，具有生防功能的真菌有木霉菌属Trichoderma、节丛孢属Arthrobotrys，林木病原真菌有尖孢镰刀菌Fusarium oxysporum。与各自对照相比，M1s处理的Penicillium、Fusarium、Aspergillusniger、Fusariumoxysporum相对丰富度显著降低，Trichoderma、Arthrobotrys相对丰富度显著增加，Z1s处理的Aspergillus、Fusarium、Fusariumoxysporum相对丰富度显著降低，Z2s处理的Penicillium、Trichoderma相对丰富度显著增加。这表明，施入大球盖菇菌渣后，盐碱土区林地土壤功能真菌丰富度变化显著，其中中度盐化地（M1s）的木霉菌属、节丛孢属分别增加604.11%、236.36%;强度盐化地（Z2s）的青霉属、木霉菌属分别增加874.55%、218.10%;中度盐化地（M1s）、强度盐化地（Z1s）的尖孢镰刀菌分别降低80.43%、74.44%，尖孢镰刀菌为林木病原菌，其减少后有利于树木健康生长。

2.2.3 对土壤真菌Alpha多样性的影响 如表6所示，与对照相比，施入大球盖菇菌渣的Z2s处理土壤真菌的物种数（Observedspecies）、丰富度指数（Chao1）、菌群多样性指数（ShannonWiener与Simpson）均显著增加，M1s、Z1s处理各指标与其对照相比变化不显著（Z1s处理的Simpson除外）。

2.2.4 对土壤真菌Beta多样性的影响 如图3所示，各处理与各对照在MDS1轴上明显分开。在MDS2轴上，3个对照也可明显分开，但是3个处理聚集在一起。说明施入大球盖菇菌渣后，不同盐碱土区林地的真菌群落结构（Beta多样性）显著改变，且处理组的真菌群落分布特征趋于一致。

2.2.5 环境因子关联分析 由图4看出，X轴（CCA1）为第一主成分;Y轴（CCA2）为第二主成分;环境因子与处理组（M1s、Z1s、Z2s）的相关性大小排序为：孔隙度（porosity）>有机质（organic）>水稳性团聚体（aggregate）>pH值>含盐量（salinity），表明孔隙度是影响处理组土壤真菌群落结构差异的最大因素。含盐量、水稳性团聚体、有机质和孔隙度在X轴上的投影长度均明显大于在Y轴上的投影长度，表明这4个变量主要影响对照组和处理组之间的真菌群落构成。含盐量、pH值、有机质、水稳性团聚体、孔隙度与真菌群落组成的相关系数和P 值分别为（0.8970，0.0005）、（0.5370，0.0070）、（0.9700，0.0005）、（0.9214，0.0005）、（0.9532，0.0005），均达到显著水平（P<0.05）。这表明，滨海盐碱土区林地土壤含盐量、pH值等理化性质与土壤真菌的群落结构显著相关。

3 讨论与结论

大球盖菇菌渣含有大量有机质和多种微生物及酶等其他活性物质，将其就地翻混于林地盐碱土4个月后，土壤容重降低34.07% ～48.48%，土壤孔隙度增加28.78% ～52.90%，水稳性团聚体增加58.54% ～123.82%，含盐量降低45.45% ～90.42%，有机质增加87.15% ～238.90%，速效磷增加401.33% ～965.80%，碱解氮增加79.86% ～269.89%。这与谢修鸿等[18]关于姬松茸菌糠改良苏打盐碱土、陈世昌等[19]关于平菇菌渣改良普通耕作土以及胡留杰等[20]关于杏鲍菇等其他菌渣改良普通耕作土的研究结果较为相似，不同之处为本研究是出菇后就地还田，不需要将菌渣粉碎和二次发酵，其改良成本低，改良效果更为显著。

施加大球盖菇菌渣后，滨海盐碱土区林地土壤微生物中的子囊菌门Ascomycota及top10真菌群落的相对丰富度显著降低;中度盐化地（M1s）的木霉菌属、节丛孢属分别增加604.11%、236.36%;强度盐化地（Z2s）的青霉属、木霉菌属分别增加874.55%、218.10%;中度盐化地（M1s）、强度盐化地（Z1s）的尖孢镰刀菌分别降低80.43%、74.44%。这可能是由于外源营养物质的施入，为真菌微生物提供了大量的营养物质，从而改变真菌微生物的群落丰富度所致[21]。

微生物群落结构可反映微生物竞争和协作等相互关系，群落结构影响微生物群落的功能和变化，从而导致土壤理化性质的改变[22，23]。本研究对滨海盐碱土壤真菌群落Beta多样性分析表明，菌渣对土壤真菌的群落结构改变显著。滨海盐碱地土壤微生物群落与环境因子的关联分析结果表明，土壤真菌的群落结构与土壤孔隙度、有机质等理化性质显著相关，这与陈莉莉等[24]关于土壤微生物群落与土壤理化性质的相关性结果较为一致。但本研究表明，盐碱土区林地土壤真菌微生物群落的丰富度变化幅度更大。其原因为，大球盖菇林地栽培特点是栽培基质数量大，菌渣还田4个月测量数据时，剩余的菌丝和菌渣还未完全降解，之后随着菌渣降解时间的延长，土壤群落丰富度变化趋势会相对稳定，本实验室前期研究已经得到验证[8]。

大球盖菇林地栽培出菇后，出菇畦面上仍有约20kg/m2的菌渣留在土壤中，菌渣剩余量大，就地翻混還田改良土壤成本低。本试验表明：滨海盐碱土施加大球盖菇菌渣后，土壤EC值、含盐量及土壤容重均显著降低;土壤孔隙度、有机质、速效磷、碱解氮含量均显著提高;土壤中子囊菌门Ascomycota及top10真菌群落的相对丰富度显著降低;强度盐化地（Z2s）土壤真菌群落丰富度显著提高，Alpha多样性显著提高;盐碱地土壤真菌群落的Beta多样性显著改变;盐碱地理化性质与土壤真菌群落结构显著相关。本研究结果为滨海盐碱土的改良探讨了一条新的有效途径。