菌渣还田对反季节栽培淮山品质、产量及土壤性状的影响

刘国敏，韦绍丽，覃维治 ，黄开航，黄卓忠，廖玉娇，陈丽新，韦荣昌

（1. 广西农业科学院经济作物研究所，广西 南宁 530007；2. 广西农业科学院玉米研究所，广西 南宁 530007；3. 南宁市邕宁区那楼镇农林水利综合服务中心，广西 南宁 530020；4. 广西农业科学院微生物研究所，广西 南宁 530007）

0 引言

【研究意义】淮山（Dioscorea spp.）属薯蓣科（Dioscoreaceae）薯蓣属（Dioscorea L.）一年生或多年生缠绕性藤本块茎类植物[1]，是药食兼用的高效经济作物[2]。淮山是广西的特色经济作物，全区种植面积约18 336 hm2，且有反季节种植习惯，淮山鲜薯供应至国内外市场，取得良好经济效益[3-5]。但是淮山种植地因为连续复种、不平衡施肥导致连作障碍加重[6]，制约了广西淮山产业的可持续发展，利用菌渣还田对农田土壤进行改良进而影响作物生长的研究或是解决方式之一。【前人研究进展】我国作为世界上最大的食用菌生产国，年总产量达2 827.99万t以上，占世界总产的70%以上，已成为农业经济的重要支柱产业[7]，同时每年产生0.3亿t以上的菌渣农业废弃物，如果不能有效利用，将对环境造成污染[8]。食用菌渣中含有丰富的有机质、全氮和有效氮，可作为有机肥料或土壤改良剂应用于农业生产[9-10]，因此国内对菌渣还田在作物生长、产量、品质以及改善土壤特性等方面做了较多的研究工作。相关研究表明，食用菌菌渣还田能够明显提高土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量[11-12]。石光森等[13]开展了菌渣配合氮磷钾肥在青椒上的施用研究，结果显示菌渣肥不仅能增加土壤有机质含量，还能促进土壤自生固氮菌的繁殖，从而提高土壤肥力，促进青椒增产。刘志平等[14]研究香蕉地施用菌渣，发现菌渣施用量以28 723 kg·hm-2较为适宜，且此举不仅能提高香蕉产量，显著增加香蕉的果穗重量、果指总重，还能有效增加土壤有机质和碱解氮含量。毛碧增等[15]研究发现用蘑菇菌糠作为栽培基质，可以提高番茄株高、茎粗、根冠比及光合速率。另外菌渣在水稻[16]、大豆[17]等作物上施用，能明显提高产量，同时降低作物的施肥成本。【本研究切入点】腐熟菌渣直接还田施用对淮山产量、品质及土壤营养的研究较少报道。【拟解决的关键问题】本研究通过将菌渣腐熟还田的方式，探讨菌渣还田施用后对反季节栽培淮山产量、品质及土壤养分的影响，旨在为淮山节本增效及农业废弃物菌渣的循环利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试淮山品种为广西农业科学院经济作物研究所选育的品种那淮1号[18]。试验所用农业废弃物为平茹菌渣，由广西农业科学院微生物研究所提供；所用的有机肥由南宁市绿佳益有机肥料厂提供，该有机肥主要由农业废弃物原料烟杆、桐籽饼、鸽子粪、菜籽壳、泥灰、煤灰等按一定比例配合并添加微生物菌发酵而成；菌渣在施入前先施用腐解菌剂(SM)密封堆制腐熟处理3个月。菌渣、有机肥、菌渣+有机肥中碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量见下表1。

表1 不同处理土壤理化性质Table 1 Physiochemical properties of soil under treatments

1.2 试验设计

试验于2019年7 月— 2020年3月在南宁市邕宁区那楼镇那头村淮山科研种植基地进行。试验地土壤为黄壤土，土质疏松，土壤pH 为4.01，碱解氮、有效磷、速效钾、有机质含量分别为28.2 mg·kg-1、31.9 mg·kg-1、74.3 mg·kg-1、17.5 g·kg-1。

试验在施入狮马牌复合肥（氮磷钾质量比为15∶15∶15）900 kg·hm-2的基础上，设4个处理：CK（空白），T1（菌渣）、T2（有机肥） 、T3（菌渣+有机肥），T1、T2施用量为9 000 kg·hm-2，T3菌渣和有机肥按1:1质量比施入，即菌渣、有机肥各4 500 kg·hm-2；每个处理3 次重复，随机区组排列，小区面积15 m2，2行区，行距150 cm，行长5 m，种植株距30 cm，21 668 株·hm-2。采用粉垄起垄的种植方式，搭架引蔓，滴灌淋水的栽培技术管理方法，其他方面田间管理按照大田常规管理进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 淮山薯块性状和产量测定 收获时各处理小区随机选取10株淮山，分别采用尺和数显游标卡尺测量薯块长度和薯块茎粗；用数显电子秤称量10株总质量，求出单株平均产量；数10株淮山结薯数，求出单株结薯数。最后各小区总产量称重。

1.3.2 淮山品质指标测定 淮山收获后，每小区取淮山鲜薯进行淀粉、蛋白质、氨基酸、可溶性糖、总皂甙进行营养品质测定分析。淀粉测定参照GB/T 5009.9—2016《食品安全国全标准 食品中淀粉的测定》[19]，蛋白质测定参照GB/T 5009.5—2016《食品安全国全标准 食品中蛋白质的测定》[20]， 氨基酸测定参照GB/T 5009.124—2016《食品安全国全标准食品中氨基酸的测定》[21]，可溶性糖测定参照GB/T 5009.8—2016《食品安全国全标准 食品中果糖、蔗糖、葡萄糖、麦芽糖、乳糖的测定》[22]，总皂甙测定参照NY 318—1997《人参制品》（附录B：人参总皂甙的含量测定方法）[23]分别进行分析测定。

1.3.3 淮山SPAD值调查 淮山叶片SPAD 值测定，分别于出苗后10 d（7月28日）、40 d（8月27日）、70 d（9月 26日 ）、 100 d（10 月 26 日 ）、 130 d（11月25 日） 、160 d（12月25日）利用叶绿素测定仪（日本美能达公司SPAD-502）测定叶片的SPAD值，每个小区随机选取10株进行测定，每株测量5张叶片，测定部位为淮山生长顶端完全展开叶的倒数第5片叶，每片叶子在中部以叶脉作为对称轴分别测量两侧4个数据（注意避开叶脉部位），取叶片SPAD值平均值。

1.3.4 土壤 N、P、K 有机质及测定 淮山收获后，每个处理小区用土钻随机采集50 cm深的土壤，装袋贴好标签，带回室内进行风干粉碎磨细，1 mm筛过后混匀备用。淮山地土壤养分测定[24]：土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量分别采用碱解扩散法、碳酸氢钠法和乙酸铵-火焰光度计法测定；土壤有机质含量用重铬酸钾容量法测定；土壤pH 值采用电位法测定。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2007 和SPSS 20软件进行处理和统计分析，用LSD进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 菌渣还田对淮山农艺性状及产量的影响

淮山产量构成主要由薯块长度、薯块茎粗及单株产量组成。由表2可知，菌渣还田对淮山块茎农艺性状及产量的影响不同。薯块长度以处理T1和CK较大，各处理间差异不显著；薯块茎粗以处理T3最大，平均为50.87 mm，T1、T2、T3处理间差异不显著，但均与对照CK呈显著性差异。单株产量表现为T3最高， CK最小。产量表现为T3最高，达到 39 328.63 kg·hm-2，其次是 T2（36 650.72 kg·hm-2），T3与CK、T1、T2呈显著性差异， T1、T2差异不显著，但二者与CK均呈显著性差异；不同处理T1、T2、T3分别较CK增产15.53%、17.92%、26.53%。

表2 菌渣还田对淮山农艺性状及产量的影响Table 2 Effects of returning mushroom discards to soil on agronomic characteristics and yield of yams

2.2 菌渣还田对淮山品质的影响

由表3可知不同处理淀粉含量最高的是T3，达到30.84%，跟其它处理呈显著性差异，T1、T2与CK间差异显著。施用菌渣和有机肥均能够提高淮山块茎蛋白质含量，其中T3 蛋白质含量最高，为3.46%，与其它处理呈显著性差异，T1 与T2间差异不显著。各处理氨基酸含量为2.38～2.47%，处理间差异不显著，与CK差异显著。可溶性糖含量以T2最高，达0.50%，其次是T3，T2与T3间差异不显著，均显著于T1处理。不同处理T1、T2、T3可有效增加块茎总皂甙含量，均与CK呈显著性差异，其中T3总皂甙含量最高，达到0.46 mg·g-1，与T1和T2差异显著，T1与T2间差异不显著。

表3 菌渣还田对淮山品质的影响Table 3 Effect of returning mushroom discards to soil on yam quality

2.3 菌渣还田对反季节淮山相对叶绿素含量的影响

叶绿素是作物进行光合作用的重要基础，是衡量叶片光能吸收利用能力的指标[25]，一般用SPAD值直接反映植株叶绿素含量。由图1可以看出，菌渣、有机肥及菌渣+有机肥处理可以有效提高淮山叶片相对叶绿素含量。在出苗10～70 d不同生长时期中，不同处理的叶绿素含量呈上升的趋势，出苗10 d期间差异不大，出苗后70 d各处理相对叶绿素含量达到最高，其中T3含量最高，其次是T2处理；在70～160 d不同生长期不同处理T1、T2、T3的叶绿素缓慢下降，均跟CK差异显著，其中T3叶绿素下降缓慢，叶片衰老慢，跟其处理差异显著，其次是T2处理，处理T1在130 d后叶绿素下降较明显，叶片在这个时期衰老也最快；淮山进入成熟阶段，叶片相对叶绿素含量达到最低，各处理间叶绿素含量均变到最低。由此可见，反季节淮山栽培采用菌渣跟有机肥混合施用能够显著提高淮山的叶绿素含量，延缓淮山叶片衰老，促进光合作用，促进淮山植株营养的积累，从而促进产量和品质的提高。

图1 菌渣还田对反季节淮山SPAD 值的影响Fig. 1 Effect of returning mushroom discards to soil on SPAD of off-season cultivated yams

2.4 菌渣还田对土壤氮磷钾及有机质含量的影响

从表4可以看出，菌渣和有机肥处理对淮山种植地土壤的碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、pH值均有不同程度的影响。4种不同的处理土壤碱解氮含量呈显著性差异，表现为T3含量最高，其次是T2、T1、CK，T1、T2、T3分别比CK增加34.86%、80.67%、104. 86%；土壤有效磷含量表现为T2最高，其次是T1，两处理间差异不显著，T1、T2分别比CK增加8.31%、14.12%；土壤速效钾和有机质含量均表现为T3最高，CK最低，T1、T2差异不显著；土壤pH值表现为，T3最高，T2最低。

表4 菌渣还田对土壤性状的影响Table 4 Effect of returning mushroom discards to soil on soil properties

3 讨论

菌渣含有丰富的氮素和有机质，作为有机肥料在农作物上使用，不仅可以促进作物生长，还能改善土壤肥力[26]。本研究结果表明，菌渣、有机肥在反季节淮山栽培上可以有效提高淮山产量、改善淮山品质，其中淮山产量以T3最高，可达39 328.63 kg·hm-2， 不 同 处 理 T1、 T2、 T3 分 别 较 CK 增 产15.53%、17.92%、26.53%。说明菌渣和生物有机肥混合施用优于各单一施用，这与前人[14,27]研究结果相类似。

在相同栽培条件和管理措施下，淮山品质主要与土壤营养有关，施用适量有机肥可提高淮山的品质。淮山淀粉含量是衡量淮山品质的重要指标，对淮山口感和加工具有重要的影响[28]，本研究中菌渣、有机肥均能有效提高淮山淀粉含量，改善淮山口感，其中以T3 最高，达30.84%；蛋白质含量以T3最高，为3.46%；T1、T2、 T3 处理氨基酸含量为2.38 ～ 2.47%；可溶性糖含量以处理T2最佳，其次是处理T3；总皂甙作为淮山保健功效主要的生物活性成分，具有抗肿瘤、抗炎、免疫调节、抗病毒、抗真菌和保肝活性等功效[29]，本试验试材那淮1号是药食兼加工型品种，试验结果显示处理T3总皂甙含量最高，达到0.46 mg·g-1。陈世昌等[30]研究发现，菌渣还田可以提高梨园土壤细菌、放线菌等数量，增加有机质含量，进而改善果实品质；另外刘中良等[27]研究表明，麦秸、菌渣和稻壳还田能够显著提高番茄果实 Vc 含量，有效降低果实有机酸含量，改善果实品质 。本试验结果也说明菌渣和生物有机肥混施有利于淮山品质的提高，但菌渣有机肥如何提高淮山品质机制尚未明确。

淮山反季栽培作为南方淮山周年生产的重要栽培措施，是跨年度生长的，如何保持淮山叶片叶绿含量、促进养分吸收和供应，是淮山产量和品质提升的关键。本研究结果表明，不同处理T1、T2、T3在淮山反季栽培不同生长期的叶绿素含量均比对照高，尤其是处理T3能够显著提高淮山的叶绿素含量，促进反季淮山的光合作用，并能够延缓淮山叶片衰老，显著提高淮山产量。探究其主要原因，可能是菌渣和有机肥混合施用过程中有利于肥效持久缓慢释放，而与化肥配合施用能保证整个反季节淮山生育期内养分的供应。陈治锋等[31]研究发现，箭舌豌豆和玉米秸秆配合还田能提高烤烟叶绿素含量，郑宁等[32]研究表明，100%化肥+100%菌渣进行配施能提高水稻各生育时期剑叶叶绿素含量，100%化肥+50%菌渣配施能促进剑叶的光合速率，另外杨爽等[33]研究发现香菇菌渣还田能显著增加蒜苗的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a+b的含量，并且增强叶片的光合作用。本研究结果与前人研究相一致。

本研究结果表明，处理T1、T2、T3均能提高土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量，其中处理T3显著提高碱解氮、速效钾、有机质含量，并提高土壤pH值。T3处理的碱解氮达到116.77 mg·kg-1，比CK 增加104. 86%，T1、T2也分别比CK增加34.86%、80.67%，说明菌渣、生物有机肥均能够为土壤提供有机氮源，混合施用更有利于肥效持久缓慢释放，从而提高土壤碱解氮；T3处理速效钾达到484.80 mg·kg-1，比CK 增加80.67%，并显著高于纯施菌渣（T1）和生物有机肥（T2），说明菌渣和生物有机肥混合施用可以提高土壤矿质钾元素的含量，从而提高土壤肥效，这与刘中良等[30]、姜超强等[34]研究农业废弃物还田可以促进自身矿质元素释放及土壤矿物元素释放的结果相类似。本研究中菌渣、有机肥均能提高淮山地土壤的有机质含量，尤其是处理T3最高，达到了16.48 g·kg-1比CK增加99.27%，说明菌渣可以为淮山地土壤中的微生物提供碳源，从而增强土壤肥力，提高淮山产量。本研究认为产生此结果的原因有二，一是因为菌渣在腐熟时加入了腐解菌剂，施用后可以增加土壤纤维素分解菌、有机磷细菌、铁细菌和硅酸盐细菌等菌的数量，促进矿质元素释放吸收[35]；二是因为生物有机肥中富含有机质、氨基酸、腐殖酸、微生物菌等，可以改良土壤的物理、化学和生物特性，调节土壤温湿度，使得土壤中的微生物有益菌大量繁殖，活化土壤中沉积的氮、钾等元素，提高土壤的培肥能力。另外，试验结果也表明，单施生物有机肥降低土壤pH值，而单施菌渣或菌渣+有机肥混合施用能够提高土壤pH值，这对广西淮山地酸性土壤的改良具有重要意义。

本文研究主要针对菌渣、生物有机肥混合还田进行探讨，菌渣和生物有机肥配比梯度较少，因此不能详尽分析其对淮山的影响。 另外，广西各地淮山种植方法、种植品种也不同。 因此，还需要针对不同配比菌渣养分释放规律、淮山植株吸收等特性做进一步研究，为合理还田、增产增效提供理论支撑。

4 结论

腐熟的菌渣还田，可以有效增加土壤有机质及氮磷钾含量，提高南方丘陵地区酸性土壤的pH值，提高淮山产量，改善品质。研究结果表明，T3（菌渣+有机肥）处理优于单菌渣或有机肥还田，能显著提高淮山产质量，改良土壤性状。因此，在淮山生产中使用农业废弃物菌渣，可节约化肥投入成本，提高菌渣的资源化利用，促进广西淮山产业可持续健康发展，为农业循环经济的可持续发展提供有力的技术支撑。