菌渣配施土壤改良劑對馬鈴薯產(chǎn)量、品質及土壤理化性質的影響

楊正濤　姚利　王建中　張海蘭　單洪濤　郭兵　趙自超

摘要：通過大田試驗，研究了菌渣與蚯蚓糞以及聚丙烯酰胺PAM配合施用對馬鈴薯生長發(fā)育、產(chǎn)量、商品性、品質以及土壤理化性質的影響。結果表明，與對照組CK（常規(guī)化肥）相比，各處理對馬鈴薯以上各項指標以及土壤理化性質的改良效果均達到顯著水平（P<0.05）。其中，T3處理的馬鈴薯株高、莖粗、主莖數(shù)的增幅分別為20.11%、29.97%、17.89%;產(chǎn)量增加24.26%;品質方面，淀粉、還原糖、VC、粗蛋白含量分別提升47.80%、28.26%、16.64%、29.96%;土壤理化性狀方面，對土壤容重、孔隙度、鹽分、pH的改良程度分別為4.39%、7.13%、23.23%、9.14%。綜合考慮，T3處理（常規(guī)化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞7 500 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2）為本試驗的最佳配比方案。

關鍵詞：菌渣;蚯蚓糞;PAM;馬鈴薯;生長發(fā)育;土壤理化性質

中圖分類號：S532.061文獻標識號：A文章編號：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

馬鈴薯富含蛋白質、淀粉、礦物質、維生素等，營養(yǎng)成分豐富，加之其豐產(chǎn)性、適應性強等優(yōu)點，被聯(lián)合國糧農(nóng)組織列為“世界第四大糧食作物”。我國也于2015 年將馬鈴薯確定為第四大糧食作物，并積極推進主糧化進程[1]。近年來隨著栽培技術的標準化及機械化水平的提高，我國馬鈴薯種植產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，種植總規(guī)模已達到573.3萬公頃，總產(chǎn)量約1億噸，成為居世界第一的馬鈴薯產(chǎn)區(qū)，截至2017年，中國馬鈴薯出口額2.81億美元，占馬鈴薯全球貿(mào)易額的5.8%[2]。然而通過調查發(fā)現(xiàn)，我國馬鈴薯的單產(chǎn)水平較低，約為15 t/hm2，低于世界平均水平的19.95 t/hm2，而歐美等發(fā)達國家則超過了40.05 t/hm2，因此我國的馬鈴薯栽培技術仍有很大的提升空間[2]。近些年隨著人們生活水平的提高，消費者對馬鈴薯加工制品的需求量和品質等提出了更高的要求，特別是其中粗蛋白、淀粉、還原糖等含量都是極為重要的指標，因此如何獲得高產(chǎn)、高品質的馬鈴薯是當前亟待解決的問題。

通過調查發(fā)現(xiàn)，在馬鈴薯栽培中由于化肥施用過多易造成土壤板結、酸化、鹽化，還造成馬鈴薯營養(yǎng)失衡，影響商品薯的產(chǎn)量和質量。商品有機肥效果雖然好，但價格偏高而使生產(chǎn)成本提高導致農(nóng)戶不愿使用。與此同時，隨著我國食用菌產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，每年產(chǎn)生的食用菌菌渣可達4 000萬噸，大量菌渣的隨意丟棄、堆積或焚燒，不但造成農(nóng)業(yè)有機資源的巨大損失，還對周圍環(huán)境造成巨大污染[3]。另一方面菌渣里面含有豐富的營養(yǎng)物質，如蛋白質、氨基酸以及鈣、鎂等微量元素，是優(yōu)良的天然有機肥[4]。同時蚯蚓糞是一種良好的有機肥和土壤改良劑，對于土壤結構的改良、培肥地力等方面具有良好的應用效果[5-7]，而聚丙烯酰胺（polyacrylamide，PAM）在保土、保水、保肥、增產(chǎn)方面也有突出效果[8]。

針對以上問題和因素，本研究以食用菌菌渣為主料，配合蚯蚓糞、PAM等輔料，進行馬鈴薯栽培的土壤改良應用試驗。通過分析各處理馬鈴薯生長狀況，產(chǎn)量、品質及土壤相關理化性質等各指標，初步探究菌渣與其他改良劑的配施技術，旨在為菌渣的有效利用和馬鈴薯的增產(chǎn)、提質以及后續(xù)施肥方案的優(yōu)化提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點概況

試驗于山東省青島市膠州膠西鎮(zhèn)家河崖村多年栽培馬鈴薯的地塊進行。該地年平均氣溫 12℃，無霜期210 d，有效積溫4 599.2℃，降水量 724.8 mm，為典型的溫帶大陸性季風氣候。試驗田土壤為棕壤，前茬作物為小麥。試驗前耕層土壤基本理化性狀為有機質1.44 g/kg、有效氮10431 mg/kg、速效磷68.00 mg/kg、速效鉀224.00 mg/kg ，pH值6.66，電導率72.10 μS/cm。

1.2 試驗材料

馬鈴薯供試品種為荷蘭15號。當?shù)爻Ｒ?guī)化肥：尿素（N 46.0%）、重過磷酸鈣（P2O5 45.0%）、硫酸鉀（K2O 50.0%），均購自山東史丹利化肥股份有限公司。菌渣為大球蓋菇的栽培菌渣，自然堆放狀態(tài)，未進行好氧發(fā)酵?；瘜W改良劑聚丙烯酰胺PAM，購自濟南萊德化工有限公司。蚯蚓糞為壽光市豐凱蚯蚓養(yǎng)殖合作社提供的以牛糞為原料養(yǎng)殖的蚯蚓糞。

1.3 試驗設計

試驗設5個處理，隨機區(qū)組排列，重復3次。小區(qū)面積為50 m2（5 m×10 m）。每公頃種植密度 6.0萬株，試驗區(qū)周邊設2行保護區(qū)。試驗于 4月25日播種，6月29日收獲，苗齊時中耕、除草1次，其他田間管理方法一致。播前將PAM和菌渣、蚯蚓糞等混合后均勻撒施在小區(qū)內整地。具體施肥方案見表1。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 株高和莖粗的測定 收獲之前在每小區(qū)均隨機抽取10株馬鈴薯樣品，測定株高、莖粗、主莖數(shù)，取平均值。

1.4.2 產(chǎn)量測定 收獲時每小區(qū)取兩行，每行2 m，測產(chǎn)并折算為666.7m2產(chǎn)量。同時分別記錄大薯（商品薯）、中薯、小薯產(chǎn)量，測定標準為大薯150 g以上、中薯50～150 g、小薯50 g以下。

1.4.3 品質測定 淀粉含量采用沉淀過濾法測定[9];維生素C含量采用改進紫外分光光度法[10]測定;還原糖含量采用蒽酮比色法測定[11]。

1.4.4 土壤指標的測定環(huán)刀法測土壤容重，比重瓶法測比重，根據(jù)兩者的值計算土壤孔隙度[12];土壤pH值采用1∶5土水比，pHSJ-3F型酸度計電位法測定;土壤可溶性鹽采用1∶5土水比浸提重量法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)處理和表格繪制，SPSS 22.0進行顯著性檢驗（P<005）。

2 結果與分析

2.1 不同處理對馬鈴薯植株生長發(fā)育的影響

株高、莖粗以及主莖數(shù)是直接反映馬鈴薯生長狀態(tài)的重要農(nóng)藝性狀指標[13]。將不同處理下的馬鈴薯植株形態(tài)指標統(tǒng)計后進行方差分析，結果（表2）表明，處理間馬鈴薯各形態(tài)指標的大小順序均為T3>T4>T2>T1>CK。與CK相比，各處理的馬鈴薯株高增幅為9.07%～2011%，莖粗增幅為8.05%～29.97%，主莖數(shù)增幅為596%～17.89%，差異達到顯著水平（P<0.05）。其中，T3的效果最好，但與T4處理之間無明顯差異，T1、T2、T3兩兩之間差異顯著。以上說明施加菌渣、蚯蚓糞以及配合PAM有利于提高馬鈴薯生長發(fā)育水平。

2.2 不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表3可以看出，不同處理對馬鈴薯產(chǎn)量影響不同。各施肥處理與對照相比增產(chǎn)率介于7.79%～24.26%，增產(chǎn)效果達到顯著水平。其中T3處理最好，與T4無明顯差異，但T1、T2、T3之間差異顯著。在產(chǎn)量構成方面，各處理與對照組相比均降低了小薯質量百分比，提高了大薯（商品薯）質量百分比，差異達顯著水平，但各處理間無顯著差異，其中T3處理中薯質量百分比最高，T2處理大薯質量百分比最高。以上說明在本試驗條件下，各處理均能提高馬鈴薯產(chǎn)量、品質和商品性。

2.3 不同處理對馬鈴薯品質的影響

由表4可以看出，與CK相比，各處理馬鈴薯品質指標提升效果均達到顯著水平。其中淀粉產(chǎn)量增加14.58%～47.80%，還原性糖含量增加870%～28.26%，VC增加2.77%～18.71%，粗蛋白增加13.08%～30.38%。其中淀粉產(chǎn)量和還原糖含量兩個指標中，T3處理最好，但與T4處理無顯著差異，同時T1、T2、T3之間互相差異顯著; 而VC、粗蛋白兩個指標中，T4處理最好，但T3、T4之間無明顯差異，同時T1、T2、T3之間互相差異顯著。綜合這四個指標來看，T3處理對淀粉產(chǎn)量和還原性糖含量的提升效果最好，而T4處理對VC和粗蛋白的提升效果最好，但在這四個指標中，T3和T4兩處理的效果差異不顯著?？紤]到總投入物的用量和成本問題，仍選擇T3為本試驗的最佳處理。

2.4 不同處理對土壤理化性質的影響

土壤容重和孔隙度是評價土壤松緊程度和宜耕狀況的重要物理指標[14]。由表5可以看出，CK土壤容重最大，對應的孔隙度最小，各處理土壤容重均減小，相應的孔隙度都增大。各處理土壤容重與對照相比其降幅介于2.47%～4.39%之間，多數(shù)差異達到顯著水平;對應的各處理土壤孔隙度與CK相比增幅為3.46%～7.13%，差異均達到顯著水平。這兩個指標中T3處理效果最明顯，T3、T4之間無明顯差異。以上表明添加菌渣、蚯蚓糞及添加劑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值和全鹽量是反映土壤性質的重要化學指標。馬鈴薯收獲后各處理土壤的pH值CK最低，其他處理都有明顯提升，增幅為5.10%～9.14%，提升效果均達到顯著水平。就效果來看，T2、T3、T4處理之間效果相差不大，但好于T1。各處理土壤全鹽量與CK相比降幅在18.18%～23.23%，其效果也均達到顯著水平，其中T3和T4效果最好，但兩者差異不明顯。這說明施加菌渣、蚯蚓糞及其輔助添加劑能有效改善土壤的酸化問題以及降低土壤中的全鹽量。

3 討論與結論

良好的土壤環(huán)境是作物生長的基礎，土壤質量的好壞將直接影響作物的生長發(fā)育，進而影響作物的產(chǎn)量與品質。本研究表明，與CK（常規(guī)化肥）相比，各處理均能明顯降低土壤容重，增加孔隙度，減少鹽分含量，提升pH值。本研究還發(fā)現(xiàn)，T3處理（常規(guī)化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞7 500 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2）的土壤容重及全鹽量較其他幾組都低，相應的土壤孔隙度和pH值都大于其他組。分析認為，一方面菌渣中含有大量的纖維素、木質素等碳源，自身容重小，結構疏松，施用后能有效減少土壤的容重、增大孔隙度[15];另一方面施用菌渣可增加土壤中可溶性有機物質的輸入量，有利于土壤大團聚體的形成，提高團聚體的穩(wěn)定性，進一步降低土壤的容重[16]。蚯蚓糞則主要是通過增加大團聚體的數(shù)量，提高土壤團聚體抗侵蝕的能力以降低土壤容重。本試驗中，T2處理（常規(guī)化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞7 500 kg/hm2）降低容重的效果不如T1處理（常規(guī)化肥+菌渣24 000 kg/hm2），說明僅將二者簡單混合其效果不如單施菌渣，還需要其他添加劑。而PAM作為一種人工合成的土壤改良劑，具有微量高效的優(yōu)點，其主要是通過增加土壤大團聚體的數(shù)量，并保持大團聚體和土壤孔隙結構的穩(wěn)定性，來降低土壤的容重，并使效果得以維持并加強。將三者按適當比例混合后，三種配料產(chǎn)生協(xié)同作用：首先菌渣結構的疏松性使土壤本身的容重降低，然后三者又能促進土壤中大團聚體的形成，進一步降低土壤容重，且PAM使之效果保持穩(wěn)定，故T3處理對土壤容重的降低效果最好。而由于容重的減小、孔隙度的增大又有利于土壤中多余的鹽分隨水從栽培區(qū)域排除，同時菌渣和蚯蚓糞作為有機肥還田之后，經(jīng)微生物分解會產(chǎn)生有機酸、酶等物質，有利于土壤鹽分的進一步降低[17]。pH值方面，菌渣和蚯蚓糞多呈中性或弱堿性，施入土壤之后可緩解土壤酸化問題，這與之前的一些研究結果相同[17]。但在試驗過程中還發(fā)現(xiàn)，隨著蚯蚓糞用量的增加，T4處理（常規(guī)化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞10 000 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2）較T3出現(xiàn)土壤含鹽量上升、pH值下降的現(xiàn)象。這是由于蚯蚓糞中可溶性鹽分含量較高，當施加量增多時，會引起土壤鹽分的增加;同時蚯蚓糞中含有大量的活性微生物，當用量增加時，會加快菌渣和蚯蚓糞中的有機物的分解，導致酸化作用加強，使pH值出現(xiàn)下降的現(xiàn)象。但另一方面，蚯蚓糞本身用量的增加又會促使土壤pH值上升，有利于土壤大團聚體的形成，導致容重降低，進而減少鹽分含量。因此蚯蚓糞的用量問題需要進一步試驗優(yōu)化確定。

本研究表明，與CK（常規(guī)化肥）相比各試驗組對馬鈴薯的生長發(fā)育、產(chǎn)量以及品質均有不同程度的提升且均達到顯著水平，這與之前的研究結果類似[18-20]。本研究中馬鈴薯以上各指標的大小排序均為T3處理（常規(guī)化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞7 500 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2）>T2處理（常規(guī)化肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞7 500 kg/hm2）>T1處理（常規(guī)化肥+菌渣24 000 kg/hm2）>CK（常規(guī)化肥），且各處理之間相互差異均達到顯著水平。分析認為，首先菌渣、蚯蚓糞以及PAM作為土壤改良劑，為馬鈴薯的生長發(fā)育提供了良好的土壤環(huán)境，為其增產(chǎn)提質打下基礎;再者菌渣中含有豐富的氮、磷、鉀、有機質、粗蛋白、粗纖維以及其他一些活性物質，營養(yǎng)豐富，是天然優(yōu)質的有機肥，施加后可為馬鈴薯的生長發(fā)育提供所需的各種營養(yǎng)物質;而蚯蚓糞除含以上營養(yǎng)物質外，還含有大量腐殖質、微量元素、植物激素、各種酶類物質，能有效調節(jié)植物多項生理功能，促進營養(yǎng)物質的吸收、轉移與積累，達到增產(chǎn)提質的效果[21-23]。此外，蚯蚓糞中大量的活性有益微生物可加快土壤中有機物的分解速度;同時，PAM施入土壤后，增加了土壤的徑流剝蝕難度，能使土壤中的各種養(yǎng)分得以最大程度的保留，實現(xiàn)保肥效果;水分是馬鈴薯生長發(fā)育過程中的一個重要影響因素，PAM可通過吸水和溶脹兩種方式進行吸水，能顯著提高土壤含水率，為馬鈴薯的生長提供足夠的水分 [24-28]。T3處理綜合了三者的優(yōu)點，擁有良好的土壤、營養(yǎng)、激素及水分等條件，最終實現(xiàn)馬鈴薯的高產(chǎn)、提質，綜合效果最好。

本研究還發(fā)現(xiàn)，T1處理對馬鈴薯的生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質的提升效果與其他試驗組相比也有明顯差異，這表明菌渣配施其他有機肥及添加劑的必要性。分析認為，雖然菌渣中總養(yǎng)分含量豐富，但其中能被直接利用或易降解的只有一部分，在馬鈴薯短短2個月的生育期內，有一大部分營養(yǎng)物質未被分解利用，導致其營養(yǎng)物質相對不足，故提升效果不如其他試驗組。而蚯蚓糞的配施，一方面提供了部分營養(yǎng)物質，另一方面其中所含的大量活性微生物加快了菌渣中部分營養(yǎng)物質的分解速度，增加菌渣的利用率。但對比T4與T3處理發(fā)現(xiàn)，隨著蚯蚓糞用量的增加，兩者的試驗結果相比無明顯差異，甚至出現(xiàn)個別指標下降的現(xiàn)象，表明蚯蚓糞的效果不是隨著添加量的增加而單向遞增，而是有個最佳值，多施不但不會增加效果還會對馬鈴薯的生長造成負面影響，并造成資源的浪費。

在青島市膠州馬鈴薯種植地區(qū)，在施用常規(guī)化肥基礎上施用不同配比菌渣、蚯蚓糞與PAM均能顯著改善馬鈴薯的生長發(fā)育、產(chǎn)量、商品性以及品質等指標，并對馬鈴薯栽培土壤的容重、孔隙度、含鹽量、pH值等理化指標都有明顯的改良作用，對土壤有機質含量具有明顯的提升效果。[JP2]綜合考慮，本試驗以常規(guī)施肥+菌渣12 000 kg/hm2+蚯蚓糞7 500 kg/hm2+PAM 50 kg/hm2[JP]處理效果最佳。同時本試驗僅對菌渣、蚯蚓糞、PAM混施的效果進行了初步研究，后續(xù)還應對連續(xù)幾年的數(shù)據(jù)進行記錄追蹤，其多年施用可能導致的土壤鹽分積累等問題也有待于進一步研究，最終得出優(yōu)化的配施技術，為馬鈴薯的高產(chǎn)提質以及種植區(qū)土壤的改良提供技術支撐。

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收稿日期：2019-08-07

基金項目：山東省重點研發(fā)計劃項目（2018GSF116013）;山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項目“廢棄物學科建設”（CXGC2018E03）;山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系食用菌創(chuàng)新團隊產(chǎn)后加工與菌渣利用崗位專家項目（SDAIT-07-09）

作者簡介：楊正濤（1990—），男，山東招遠人，碩士，主要研究方向為廢棄物資源化。E-mail：804212947@qq.com

通訊作者：姚利（1979—），女，山東臨沭人，碩士，副研究員，主要從事廢棄物資源化研究。E-mail：nkyyaoli@163.com