羊肚菌不同菌基对土壤理化性质和微生物多样性的影响

宋 崴，王 翔，马玉敏，张玉萍，王 芳

（山西省生物研究院有限公司，山西 太原 030006）

羊肚菌(Morchella)因子实体布满蜂窝状小孔，形似羊肚而有此名，是一种珍稀的食药用真菌[1-3]。羊肚菌内氨基酸、维生素等营养物质极为丰富，口感良好，在食用菌市场非常受欢迎[4]。近年来，随着经济不断发展，人们生活水平也得以提升，对羊肚菌的食用需求也越来越高。很多学者对羊肚菌如何栽培进行了多方面研究，目前已经可以人工栽培[5]。有研究表明，经覆土栽培菌糠腐烂后林地，次年观察到该林地区域有大量羊肚菌生长[6]，也有学者在进行羊肚菌栽培时，向栽培土壤里添加了木屑等混合物，羊肚菌产量得到了一定的提升[7]。这些都说明栽培基质对羊肚菌生长十分重要，而基质中的微生物在栽培生长中起到了重要作用[8-10]。有研究表明，羊肚菌的根际微生物与其生长存在相互作用[11-12]。有学者对羊肚菌种植土壤的细菌群落进行研究，发现群落结构的丰富程度与羊肚菌生长发育有密切关系[13]。也有研究发现，羊肚菌生长处的土壤细菌和放线菌数量较未生长处更多，同时存在一些特定类真菌[6]。LAMBERS等[14]研究认为，土壤微生物对土壤生态环境存在多方面的影响，同时微生物的代谢产物也影响着土壤其他生物因子和生态因子的互作[15-16]。

现在随着羊肚菌栽培的规模和范围不断扩大，其生产也逐渐趋于规模化种植。目前在山西地区缺乏因地制宜的相关配套栽培技术，不同栽植菌基土壤对山西地区羊肚菌生产的影响也未见到相关报道。同时，香菇等食用菌栽培后产生的菌糠逐年增加，如何进行循环利用也成为一项现实课题。本研究将香菇菌糠、有机肥、草炭分别作为栽植羊肚菌的基质配方添加剂，种植羊肚菌后比较其相关性质差异，以期摸索适合山西地区的羊肚菌栽培方式和食用菌生产肥料的循环利用途径，从而为山西地区羊肚菌生产及生态农业发展提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

羊肚菌菌种选用六妹羊肚菌（Morchella sextelata），菌种由山西省生物研究院有限公司食用菌研发中心提供。草炭、有机肥、香菇菌糠来自山西省生物研究院食用菌菌种基地。

1.2 试验设计

2020年11月在山西省生物研究院食用菌菌种基地试验大棚进行羊肚菌不同栽培基质种植试验，栽培基质共设置4个处理，分别为CK.不添加任何物质的大棚土壤；CT.大棚土壤+草炭，体积比为5∶1；JK.大棚土壤+香菇菌糠，体积比为5∶1；YJ.大棚土壤+有机肥，体积比为5∶1。每个处理设置3个重复。栽培期间保持种植大棚干净、通风，保持土壤湿润，采用微喷装置进行水分管理。

1.3 测定项目及方法

参考KELLY等[17]和鲁如坤[18]的方法检测羊肚菌采集期间的土壤pH、含水量、有机碳、全氮和碱解氮。对羊肚菌采集期间的栽培基质参考关松萌[19]方法检测土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性。采集羊肚菌时对种植栽培基质的土壤细菌、真菌和放线菌数量采用稀释涂布平板法测定[20-22]。并使用王齐赞等[23]和LISA等[24]PCR-DGGE方法（略作调整）分析配方栽培基质细菌和真菌群落多样性[23-24]。同时使用ICP-MS法测定采集的羊肚菌子囊果中Ca、K和Mg矿质元素含量[25]。

1.4 数据分析

用Excel 2007和SPSS 19.0对测得的数据进行统计分析；用Quantaty one 4.6.2软件对所得电泳图片进行分析，用Shannon-Wiener指数和辛普森指数表示土壤微生物群落多样性。

2 结果与分析

2.1 羊肚菌不同栽培土壤的理化性质差异

土壤酸碱度对土壤养分起着重要作用，其如不在合适的范围会对土壤养分产生负面影响。对4种栽培羊肚菌土壤进行p H测定（图1），4种土壤的pH在7.51~7.65，CK最低，YJ最高，但4种土壤间无显著差异。这可能是由于4种土壤均以生土为主要成分，添加成分尚未对土壤pH产生较大影响。土壤含水量的变化趋势（图1）与p H相似，4种土壤的含水量变化在15.21~18.05%，且4种土壤间含水量无显著差异。

土壤有机碳含量可表征土壤肥力，整体来看，4种土壤的有机碳含量变化明显，其中CK最低，为11.11 g/kg，且显著低于其他处理（P＜0.05）。CT处理含量为23.98g/kg,JK处理含量为26.83 g/kg，二者间无显著差异。YJ处理含量达36.01 g/kg，且显著高于其他处理（P＜0.05）。全氮能反映土壤的氮素供应水平，是土壤质量的重要指标之一。土壤全氮的含量变化趋势与有机碳含量相似。CK全氮含量最低，为6.18 g/kg，显著低于其他3种处理。CT和JK处理含量分别为7.71、7.79 g/kg，且二者间无显著差异。YJ处理含量最高，为9.27 g/kg，显著高于其他处理（P＜0.05）。CK碱解氮含量为58.60 mg/kg,显著低于其他处理。CT、JK和YJ处理的碱解氮含量在78.22~87.60 mg/kg，三者间无显著差异。

2.2 羊肚菌不同栽培土壤的酶活性差异

土壤酶活性强弱可敏感反映土壤生化反应和物质循环强度。由图2可知，4种处理土壤的蔗糖酶变化在48.03~57.11 mg/（100 g·h）,且相互之间无显著差异。脲酶的活性变化趋势与蔗糖酶不同。CK脲酶活性为12.80 mg/（100 g·h），显著低于其他处理。CT、JK和YJ处理的脲酶活性分别为23.60、24.90、28.10 mg/（100 g·h），相互之间无显著差异。4种处理土壤间的过氧化氢酶差异显著（P＜0.05）。CK最低且显著低于其他处理，YJ处理 过 氧 化 氢 酶 活 性 达19.11 mg/（100 g·h），显著高于其他处理。同时JK处理过氧化氢酶活性显著高于CT处理。多酚氧化酶活性的变化趋势与过氧化氢酶活性略有不同。JK和YJ处理的酶活性分别为6.78、7.06 mg/（100 g·h），二者间无显著差异，但均显著高于CK和CT处理。此外，CT处理的多酚氧化酶活性显著高于CK。

2.3 羊肚菌不同栽培土壤的微生物数量和多样性差异

土壤微生物在一定程度上调节着土壤生态系统的功能，影响着土壤养分循环和物质分解转化。不同处理下4种土壤的微生物数量变化规律不同。从图3可以看出，CK细菌数量最低且显著低于其他3种处理。CT、JK和YJ处理的细菌数量变化在（5.83~6.33）×106cfu/g，相互间无显著差异。CK和CT处理的真菌数量无显著差异，但显著低于JK和YJ，后二者的真菌数量无显著差异，分别为14.00×103、16.14×103cfu/g。此外，4种土壤的放线菌数量略有不同，但相互之间均无显著差异。

在得到的土壤细菌DGGE电泳图中，CT和JK处理的条带数和条带亮度均很相似，表明二者的细菌群落多样性较为相似。CK的条带数最少，条带亮度也最弱，说明CK的细菌群落多样性较低。同时，YJ的条带数最多，表明YJ的细菌群落结构多样性较高（图4）。从表1可以看出，4种处理土壤的细菌群落多样性不同。CK的香农指数（H）、辛普森指数（D）都较低，YJ的香农指数、辛普森指数高于其他处理，也表明YJ的细菌群落多样性较高。

表1 不同种植土壤的细菌群落多样性Tab.1 Bacterial community diversity in different planting soils

由不同处理土壤真菌DGGE电泳图谱可见（图5），YJ的条带数最多，表明其真菌群落结构较复杂。CK的条带数最少，说明其真菌群落结构较简单。JK的条带数目高于CK和CT，表明JK的土壤也有较为丰富的真菌群落。CT的条带数量高于CK，但低于JK和YJ，表明CT的真菌群落结构复杂程度较CK有一定程度的增加。由表2可知，不同处理下的真菌群落多样性不同。YJ的香农指数和辛普森指数均较高，说明YJ的真菌群落多样性较高。其次是JK的多样性较高，CK的多样性指数最低。

表2 不同种植土壤的真菌群落多样性Tab.2 Diversity of fungal communities in different planting soils

2.4 不同栽培土壤中羊肚菌子囊果的矿质元素含量

羊肚菌子囊果中含有许多矿质元素，对羊肚菌子囊果营养价值和品质起着重要作用。对不同栽培基质中获得的羊肚菌子囊果进行了钙、钾、镁元素含量的测定，可以看到添加不同的基质后矿质元素含量获得了一定的提升。添加有机肥后，羊肚菌子囊果中钙、钾、镁元素含量分别达到了944.20、25 857.90、1 838.40 mg/kg（表3）。

表3 羊肚菌子囊果中矿质元素含量Tab.3 Mineral element content of Morchella capsule mg/kg

2.5 不同栽培土壤理化性质、酶活性和羊肚菌的矿质元素含量的相关性

羊肚菌经由土壤栽培而生长发育，所以，土壤的理化性质和土壤的酶活性可能与羊肚菌的生长具有一定的相互作用。通过SPSS 19.0对栽培羊肚菌不同土壤的理化性质和羊肚菌子囊果矿质元素含量进行相关性分析，结果见表4。土壤含水量与羊肚菌子囊果中钙、钾含量存在显著正相关性，全氮含量与羊肚菌子囊果中镁含量存在显著正相关性，碱解氮含量与羊肚菌子囊果中钙、镁元素含量存在显著负相关性。可见土壤理化性质与羊肚菌子囊果生长发育存在密切相关。

表4 土壤理化性质与羊肚菌子囊果矿质元素的相关性Tab.4 Correlation between soil physical and chemical properties and mineral elements in Morchella capsule

土壤酶活性与土壤微生物、土壤理化性质存在密切关联，因此，也可能与羊肚菌的生长具有一定的相互作用。通过SPSS 19.0对栽培羊肚菌不同土壤的酶活性和羊肚菌子囊果矿质元素含量进行相关性分析，结果见表5。蔗糖酶、过氧化氢酶活性与羊肚菌子囊果中钾元素含量显著正相关，多酚氧化酶活性与羊肚菌子囊果中钙元素含量显著正相关。可见土壤酶活性与羊肚菌子囊果生长发育存在密切相关。

表5 土壤酶活性与羊肚菌子囊果中矿质元素的相关性Tab.5 Cor relation between soil enzyme activity and mineral elements in Morchella capsnle

3 结论与讨论

目前人工栽培成功的羊肚菌都是纯土腐生类型[26]，有研究表明，栽植所选用的基质对羊肚菌的种植产量有着显著影响[27]。在本研究中，添加有机肥和香菇菌糠的土壤各项理化指标较好。含水量对羊肚菌的感官指标如口感等有直接影响[28]，本研究中各处理下的土壤含水量无显著差异，这可能是因为香菇菌糠、有机肥等添加比例较低，对土壤结构和通气性等影响较小所致。前人经研究证实，炭灰等改善土壤条件，提高羊肚菌产量[29]，本研究后续可对不同添加比例进行比较分析，进一步考察相关添加物对羊肚菌种植的影响。pH对土壤化学性状和生化反应有着直接影响[30]，本研究中各处理土壤p H值在7.50~7.70，属于中性微碱性，有学者证实，中性微碱性土壤有利于羊肚菌生长[31-32]，而在山西地区土壤pH值在7.0~7.6为宜[33-34]，这说明添加处理后土壤酸碱度较适宜。

土壤养分对羊肚菌生长有着重要意义[35]，目前的羊肚菌栽培技术中，均为前期利用土壤养分，后期增加营养袋补充元素，说明土壤中各类元素对羊肚菌栽培影响重大[36-37]。在本研究中，对照土壤与不同处理土壤的有机质含量、全氮含量和碱解氮含量均存在差异，说明大棚土壤经添加处理后土壤元素含量发生显著变化，添加处理可有效改善土壤理化性质。有研究表明，有机质含量对羊肚菌栽植影响显著[38]，全氮含量较高的土壤其羊肚菌子实体品质也较好[39]，土壤中其他元素也对羊肚菌品质影响有不可替代作用[40]。在本研究中，添加有机肥和香菇菌糠处理的4种酶活性较高，且显著高于对照土壤，表明经添加处理后土壤理化性质和生物性状向好，有利于羊肚菌种植。由相关性分析可知，种植土壤含水量、全氮含量、碱解氮含量与羊肚菌子囊果的钙、钾、镁元素含量存在一定的相互关联，同时种植土壤的蔗糖酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶活性也与上述矿质元素含量存在一定的影响。这说明在本研究中种植土壤经添加一定的材料如菌糠或有机肥后在一定程度上改善了种植土壤的理化性质和生物性状，在一定水平上促进了羊肚菌的生长发育和品质提升。

土壤微生物对土壤质量起着重要作用[41]，其中细菌对土壤物质循环分解转化等作用巨大[42]。本研究首先对可培养细菌、真菌和放线菌数量进行分析，发现添加处理后土壤细菌数量高于对照，同时细菌群落结构多样性也表现为添加香菇菌糠和有机肥土壤高于对照土壤。真菌的可培养计数和群落结构分析结果也呈现相似变化规律，说明香菇菌糠和有机肥的添加显著改善了土壤的微生物数量和群落结构多样性。而土壤中较高的微生物群落多样性对于土壤良好结构的维持和物质养分的转化作用显著[43-44]，这也说明本研究中香菇菌糠和有机肥的添加对土壤质量向好和羊肚菌种植有着极好的促进作用。

可见，不同添加处理后羊肚菌菌基土壤的理化性质和生物性状差异明显，其中，香菇菌糠和有机肥添加后土壤理化性质和酶活性改善效果良好，细菌和真菌微生物多样性显著提升，其中，以有机肥提升效果最佳，羊肚菌子囊果品质改善明显，香菇菌糠次之。