方夢縈, 李玉成, 張學勝, 白 云, 鄧 威, 廖萬雪

(安徽大學 資源與環(huán)境工程學院, 安徽 合肥 230061)

20世紀80年代以來，隨著巢湖流域內(nèi)人口的增加，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，大量工業(yè)廢水及城鎮(zhèn)生活污水進入巢湖，導致湖水的氮、磷等營養(yǎng)鹽濃度增加，湖泊富營養(yǎng)化進程加快[1-5]。近年來，隨著流域內(nèi)工業(yè)“三廢”和合肥城市污染治理力度加大，巢湖地區(qū)點源污染逐漸減輕，農(nóng)村農(nóng)業(yè)面源污染問題逐漸顯現(xiàn)，加上化肥施用超標嚴重，流域內(nèi)開荒建林，水土流失加劇，已成為影響當?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一大重要因素[4-8]。派河作為為巢湖主要入湖支流之一，其水質(zhì)的優(yōu)劣對“引江濟淮”工程和巢湖的水質(zhì)安全具有重要影響，也是巢湖西半湖水體污染的主要來源之一[9-10]。整個派河流域，受傳統(tǒng)農(nóng)林業(yè)種植、經(jīng)營方式和人地矛盾增加的影響，當?shù)卦诹值睾透亟ㄔO(shè)中，全墾、全復整地造林，人為清除林下灌木及枯落物，使地表長時間裸露，荒改林增加，地表自然植被不斷破壞、減少，引發(fā)水土流失[11-12]。同時，為增加產(chǎn)量大量施用肥料，導致肥料利用率低、流失率高，水質(zhì)污染嚴重，農(nóng)業(yè)面源污染較為嚴重[13-14]?？囿H河位于派河流域源頭，該地雨季常暴雨成災，水、土、肥流失嚴重；旱季則水資源短缺。由于當?shù)厝丝诿芏容^大，苗木種植較為廣泛，過度開墾及濫挖、濫伐、荒地改種植經(jīng)濟林等人為的破壞活動，導致土地利用結(jié)構(gòu)不合理，以及較高的化肥施用量造成了當?shù)厮柿魇?、氮磷污染的現(xiàn)狀，攜帶大量泥沙和氮磷營養(yǎng)元的河水匯入派河中，加劇了派河的農(nóng)業(yè)面源污染情況，嚴重影響了派河流域的生態(tài)治理和水土保持工作，進一步加重了巢湖治理的難度。試驗區(qū)位于苦驢河的源頭，主要為丘陵崗地，早期為雜草叢生的荒地，后為增加苗木產(chǎn)量，進行荒改坡，大量使用化肥農(nóng)藥和除草劑，加劇了整體污染狀況。再加上當?shù)氐刭|(zhì)條件，水、肥、氣、熱不協(xié)調(diào)，更是加重了試驗區(qū)的水土、養(yǎng)分的流失和面源污染，并且隨著降雨、徑流進入苦驢河，進而匯入派河。與此同時，該區(qū)域及周邊秸稈資源十分豐富。在傳統(tǒng)的較為粗放的秸稈直接還田模式中，一方面秸稈腐解過程需要吸收土壤中原有的氮素、磷素和水分等營養(yǎng)，可能影響出苗率，造成減產(chǎn)。另一方面，秸稈還田使得病原菌重新回到了土壤中，加重了苗期病害和土傳病害的發(fā)生[15]。而研究[16-19]表明，采用秸稈覆蓋種植大球蓋菇這一技術(shù)，可以不同程度的增加土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、有效氮、有效磷、有效鉀的含量，改變土壤微生物群落，提高紫色土土壤中活性有機碳的形成和累積，增加紫色土土壤碳儲量，且對秸稈有良好的降解能力。因此，本研究從實際生產(chǎn)需求出發(fā)，結(jié)合當?shù)剞r(nóng)耕特征，充分利用秸稈覆蓋種植大球蓋菇改土、降解秸稈的優(yōu)勢，消納當?shù)丶爸苓叺慕斩捄推渌r(nóng)林廢棄物，結(jié)合當?shù)鼗母钠碌母餍枨?，在改地前期利用秸稈覆蓋減少水土流失，改地后期控制雜草、增加土壤肥力，探究秸稈覆蓋種植大球蓋菇這一新型模式對坡地水質(zhì)、雜草、土壤的綜合影響，為當?shù)鼗母钠碌睦眠^程中提供一種高效經(jīng)濟的清水產(chǎn)流技術(shù)，為坡地水源涵養(yǎng)、生態(tài)保育、控草保肥提供技術(shù)支撐。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于安徽省合肥市肥西縣紫蓬鎮(zhèn)新農(nóng)村中一生態(tài)園內(nèi)(116°57′25″E，31°44′43″N)，在苦驢河上游小流域的中南部，屬于亞熱帶和暖溫帶過渡性的副熱帶季風氣候區(qū)，氣候溫和濕潤。平均海拔為67 m，年平均溫度15～16 ℃，1月平均氣溫2～3 ℃，7月平均氣溫28～30 ℃。年日照時間在2 000 h 左右，平均相對濕度為77%。無霜期224～252 d。多年平均降雨量為964.4 mm，多年平均水面蒸發(fā)量為835 mm。土壤類型為紫色土，有機質(zhì)含量為10.53 g/kg，pH值為5.68。該生態(tài)園內(nèi)主要種植大馬士革玫瑰和桃樹。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣地設(shè)置 樣地具體設(shè)置情況詳見表1。 ①EG組。為秸稈覆蓋種植大球蓋菇組。每壟經(jīng)濟作物種植壟和相鄰經(jīng)濟林間行距為2.4 m，經(jīng)濟林種植壟的寬度為0.8 m，在壟間設(shè)置大球蓋菇種植區(qū)和步行區(qū)。其中大球蓋菇種植區(qū)寬度為0.8 m，兩邊為過道，寬度為0.4 m，方面進行日常管理。玫瑰園為EG-R，桃園為EG-P。 ②CK組。對照組。每組均設(shè)置重復處理2～4塊樣地。 ③大球蓋菇種植方式。包括原材料預處理(以小麥秸稈和稻糠按1.5∶4為原材料，就近使用周邊池塘水堆漚自然發(fā)酵兩周左右)、土地準備及整畦和播種與鋪料(采用傳統(tǒng)的3層料2層種的方式播種，從下到上為一層秸稈稻糠、一層菌、一層秸稈稻糠、一層菌、覆土、一層秸稈)。種植大球蓋菇所用的菌料包來自合肥天都靈芝制品有限公司生產(chǎn)的“皖球蓋菇1號”。兩組均按照經(jīng)濟作物的習性，正常澆水施肥。玫瑰園的除草是每月1次，采用人工除草為主，機械除草為輔的方式，將玫瑰園內(nèi)雜草清楚干凈。桃園的除草則采用機械除草為主，人工除草、除草劑為輔的方式，試驗于2018年10月開始，先將種植區(qū)域內(nèi)雜草除盡，保證各處理間初始水平基本一致，然后開始種植大球蓋菇，至2019年10月截至。

表1 樣地具體設(shè)置情況

1.2.2 調(diào)查內(nèi)容及方法 ①雜草調(diào)查。EG組采用倒“W”9點采樣法，為方便采樣，樣方面積為0.64 m2(80 cm×80 cm)，且采樣點位于蘑菇種植壟上，采取該點所在蘑菇種植壟上的平行線為樣方邊界。CK組采用平行跳躍法調(diào)查，選取3塊采樣點，樣方面積為0.64 m2(80 cm×80 cm)，按相同方法采集對應樣方中雜草。各組均在菌絲生長成熟期(4月)、大球蓋菇出菇盛期(6月)、大球蓋菇采收后期8月)3個時期采集雜草樣本。 ②土壤指標調(diào)查。于大球蓋菇菌絲生長成熟期(4月)、大球蓋菇出菇盛期(6月)、大球蓋菇采后期(8月)、大球蓋菇基料腐朽期(10月)，采用S形分別對表層土壤0—20 cm進行采集，多點采集樣品混合后，利用四分法，留下1 kg土壤自然風干后研磨過篩(過100目)待測。 ③水質(zhì)指標調(diào)查。采用直角三角堰，三角堰直角位于坡底水溝地面，每月定期采集每塊樣地順坡地匯入坡底經(jīng)三角堰流入采集桶中的水樣混合樣，測定地表徑流水中氮、磷和SS的含量。

1.2.3 測定項目、方法及數(shù)據(jù)處理 ①雜草數(shù)量、種類及生物多樣性指數(shù)。禾本科雜草以莖稈數(shù)為單位,闊葉雜草以株為單位。 ②土壤有機質(zhì)含量：采用《土壤農(nóng)化分析》中的重鉻酸鉀外容量法。 ③水質(zhì)總氮、總磷和懸浮物(SS)。分別采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法、鉬酸銨分光光度法和抽濾—烘干后測定[20]。 ④玫瑰產(chǎn)量。以本次采摘周期共采摘可用于生加工的玫瑰花鮮重計。

采用Excel 2010對調(diào)查數(shù)據(jù)進行處理繪圖，并采用SPSS 20.0對數(shù)據(jù)進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同時期坡地水質(zhì)的季節(jié)變化

2.1.1 不同時期坡地內(nèi)降雨和SS的季節(jié)變化 對秸稈覆蓋種植大球蓋菇、已經(jīng)達到菌絲生長成熟期后的坡地每月定期進行水樣的采集，測得水中SS含量，并與該地區(qū)2017年至今的降雨數(shù)進行對比，分別得到表2和圖1。桃園開荒前(2017年)降雨量較多且平均，建園時(2018年)降雨量多、隨季節(jié)分布明顯，建園完成所有工程后(2019年)降雨量較少。對比分析圖2可知，隨著降雨量的增加和減少，徑流水中的SS也大致呈現(xiàn)出同一規(guī)律的變化。開荒前降雨量雖多，但是徑流中的SS并不是很大，建園過程中，徑流中的SS則呈現(xiàn)劇烈增加。和對照組相比，秸稈覆蓋種植大球蓋菇對SS的去除在率在18.68%～49.41%之間。其中，桃園SS去除率在18.68%～37.95%之間，玫瑰園SS去除率在21.90%～49.41%，平均去除率分別為25.53%和31.18%，最大去除率均出現(xiàn)在3月，這可能是因為該期間降雨量極少，少量降雨攜帶的泥沙量易被秸稈覆蓋種植的大球蓋菇攔截有關(guān)，且SS的去除率在大球蓋菇的菌落生長期間，波動較為明顯，隨大球蓋菇的生長，形成子實體后，SS去除率較為穩(wěn)定，采收后SS去除率有輕微降低，這可能和表層覆蓋的秸稈減少、性質(zhì)改變，采收帶動的基料蓬松度增加有關(guān)。我們可以看出采用秸稈覆蓋種植大球蓋菇可降低徑流水中SS的含量，去除率與降雨量有直接關(guān)系，且隨著大球蓋菇種植時間的增加，SS去除率會趨于穩(wěn)定。

表2 合肥地區(qū)月降雨量情況

圖1 不同時期坡地懸浮物(SS)變化

2.1.2 不同時期經(jīng)濟林內(nèi)水質(zhì)總氮和總磷的季節(jié)變化 分別對秸稈覆蓋種植大球蓋菇、已經(jīng)達到菌絲生長成熟期后的坡地每月定期進行水樣的采集，測定順坡地匯入坡底水樣的總氮和總磷含量(如圖2所示)。由圖2可知，和對照組相比，兩種不同類型的經(jīng)濟林徑流水中的總氮和總磷均有一定程度的降低。其中，采用秸稈覆蓋種植大球蓋菇，徑流水中總氮含量有明顯降低，且隨著大球蓋菇種植時間的變化，徑流中總氮含量呈現(xiàn)波浪式下降趨勢，而對照組基本均為地表水劣Ⅴ類水質(zhì)標準(總氮含量>2 mg/L[20])，種植大球蓋菇后，水質(zhì)狀況明顯改善，6月與10月水質(zhì)最佳，達到Ⅳ類水標準。桃園總氮含量在1.24～4.59 mg/L之間，平均總氮含量2.70 mg/L；玫瑰園總氮含量在1.20～3.80 mg/L之間，平均總氮含量為2.27 mg/L。采用秸稈覆蓋種植大球蓋菇技術(shù)，徑流水中的總氮去除率在18.37%～67.07%之間，最高值均出現(xiàn)在1月，最低值均出現(xiàn)在8月，這可能和當?shù)氐氖┓柿晳T、耕作方式有關(guān)。桃園和玫瑰園總氮去除率分別在18.37%～60.22%和27.91%～67.07%之間，平均總氮去除率分別為42.68%和50.47%，總氮去除率整體呈現(xiàn)出下降的趨勢。徑流水中總磷含量的變化整體呈現(xiàn)出倒U形，總磷含量先增加，到6月呈現(xiàn)出最高值，后逐漸降低，這和當?shù)亟?jīng)濟林種植施肥習慣及天氣情況有關(guān)。總磷含量在0.02～0.53 mg/L之間，整體情況較好，參考地表水水質(zhì)標準，劣Ⅴ類僅出現(xiàn)在4月和6月。同時與對照組相比，總磷整體降低了21.87%～75.00%，降幅最高點均出現(xiàn)在1月，這可能與尚未耕種施肥有關(guān)。桃園和玫瑰園總磷去除率分別在21.87%～75.00%和26.56%～62.50%之間，平均降幅為45.72%和46.74%，總磷去除率整體呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢，隨著大球蓋菇的采收完成，總磷去除率基本穩(wěn)定?？梢钥闯觯斩捀采w種植大球蓋菇這一技術(shù)對坡地水質(zhì)改善十分有效，總氮和總磷均有不同程度的降低，且這種改善會隨著時間的變化而變化。

圖2 不同時期坡地水質(zhì)變化

2.2 不同時期坡地土壤有機質(zhì)的變化

由圖3可以看出，種植大球蓋菇，能夠增加坡地土壤有機質(zhì)含量，除大球蓋菇采收后期，對照組有機質(zhì)含量明顯高于試驗組外，其他時期，試驗組土壤有機質(zhì)含量均高于對照，尤其是大球蓋菇基料腐朽期增幅最大，分別達到31.94%和58.33%。試驗組的有機質(zhì)含量呈現(xiàn)U形變化，對照組則呈現(xiàn)出不規(guī)則起伏。桃園和玫瑰園土壤有機質(zhì)的平均含量為10.17和11.87 g/kg，平均含量為11.02 g/kg，玫瑰園的平均增長率為16.42%，和建園前土壤有機質(zhì)10.53 g/kg的含量相比，桃園則出現(xiàn)小部分降低，但是仍然可以看出秸稈覆蓋種植大球蓋菇，能夠顯著增加經(jīng)濟林內(nèi)土壤有機質(zhì)含量，且隨著種植時間的增加而增加。

注：MGS，VFS，LHS 和MRS 分別為大球蓋菇菌絲生長期、出菇盛期、采收后和基料腐朽期。下同。

圖3 大球蓋菇生長期內(nèi)坡地土壤有機質(zhì)的變化

2.3 不同時期經(jīng)濟林內(nèi)主要雜草發(fā)生規(guī)律

對不同時期經(jīng)濟林內(nèi)的雜草進行多樣性分析，得到3個多樣性指數(shù)(表3)。

由表3可以看出，不同時期秸稈覆蓋種植大球蓋菇的雜草多樣性指數(shù)不同，大體上呈現(xiàn)出對照組的3個多樣性指數(shù)均大于試驗組，即種植大球蓋菇能夠明顯降低經(jīng)濟林內(nèi)雜草的種類和多樣性，同時隨著大球蓋菇生長時間的增加，雜草的多樣性和種類也明顯降低，且隨著種植時間的增加，試驗組和對照組呈現(xiàn)明顯差異。

綜上所述，種植大球蓋菇能夠明顯控制桃林和玫瑰園內(nèi)雜草的生長，且隨著種植時間的增加呈現(xiàn)良性變化。

注：同行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(p<0.05)。

2.4 秸稈覆蓋種植大球蓋菇對坡地的影響分析

2.4.1 秸稈覆蓋種植大球蓋菇的經(jīng)濟效益分析 由表4可知，秸稈種植大球蓋菇的成本約為5.4×104元/hm2，若利用當?shù)剞r(nóng)林廢棄物，可降低原材料費用，同時，小規(guī)模的種植，人工費可適當降低。收益部分，計算的大球蓋菇價格較低，實際走訪當?shù)厥袌霭l(fā)現(xiàn)，當?shù)卮笄蛏w菇價格在30～50元/kg不等，與季節(jié)有關(guān)，若有較好銷售渠道，收益還會增加，且采收及時，更會增加大球蓋菇的產(chǎn)量。若考慮增加的生態(tài)效益部分，不僅減少了人工除草費用及除草劑使用，還減少了化肥投入，同時消納了秸稈和稻糠，避免直接處理帶來的資源浪費。綜合來看，秸稈覆蓋種植大球蓋菇，能夠勉強維持收支平衡。若輔以一些管理措施和政府補助，會大大增加該模式的經(jīng)濟效益。

表4 秸稈覆蓋種植大球蓋菇成本分析 元/hm2

2.4.2 秸稈覆蓋種植大球蓋菇對經(jīng)濟作物產(chǎn)量及構(gòu)成的影響分析 由表5可知，秸稈覆蓋種植大球蓋菇對玫瑰的產(chǎn)量和各構(gòu)成因子的影響有所不同。由于種植過程中對不斷對玫瑰花的主干直徑進行修剪，故玫瑰直徑、株高和每1 hm2的玫瑰花棵樹基本無變化。而花瓣數(shù)、每1 hm2產(chǎn)量均有一定提高，較對照組分別提高了12.50%和6.35%，因此秸稈覆蓋種植大球蓋菇對大馬士革玫瑰的生長有一定的促進作用。由于桃園中桃樹苗為新種植樹苗，暫未到結(jié)果期，故而無法對桃園中桃樹進行構(gòu)成分析。通過查閱文獻，不難看出秸稈覆蓋種植大球蓋菇這一模式，可以適當增加經(jīng)濟作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

表5 玫瑰產(chǎn)量及構(gòu)成因子

2.4.3 秸稈覆蓋種植大球蓋菇對不同類型經(jīng)濟林的影響分析 秸稈覆蓋種植大球蓋菇對種植不同類型坡地的水質(zhì)改善、土壤有機質(zhì)提高、雜草控制效果不同。從本次試驗中可以看出，玫瑰園效果要略好于桃園的效果，其中水中總氮、總磷和SS的削減率分別增加了15.43%，2.23%和22.15%，有機質(zhì)提高了9.19%，雜草的防控效果也有所增加。這和兩塊坡地種植品種、種植方式及種植時間有較大關(guān)系。尤其是玫瑰園中玫瑰已經(jīng)種植3 a，桃園為剛剛進行荒改坡工程，這為秸稈覆蓋種植大球蓋菇技術(shù)在荒改坡中的應用提供了較好基礎(chǔ)。

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

查閱文獻發(fā)現(xiàn)，在三峽庫區(qū)紫色土柑橘園中間作大球蓋菇，增加了土壤碳氮含量，提升土壤質(zhì)量，有利于TN，AHN，NO3-，AAN和ASN的累積，柑橘/大球蓋菇間作在一定程度上能夠促進紫色土土壤中碳氮組分的形成和累積，增加紫色土土壤養(yǎng)分，尤其是上層土壤[19，21]；在昆明核桃林下種植大球蓋菇,對土壤密度、總孔隙度、通透性均有改良，有效地增加土壤的有機質(zhì)、水解性氮、有效磷和速效鉀[22]；在室內(nèi)拱棚蔬菜種植過程中輪作大球蓋菇,可以增加土壤有機質(zhì)0.41%，減少化肥使用量約30%，改良土壤,防控土傳病害,提高產(chǎn)量,有利于綠色食品的生產(chǎn)[23]。因此不難看出，林下間作套作大球蓋菇對土壤改良的積極影響。

由于該區(qū)域是苦驢河源頭清水產(chǎn)流區(qū),對調(diào)節(jié)坡面徑流、地下徑流以及減少徑流泥沙含量、凈化水質(zhì)等方面具有重要的作用。但是前期坡改荒,涵養(yǎng)林遭受人為破壞，清水產(chǎn)流區(qū)的功能日漸脆弱，造成了土壤侵蝕與水土流失，不能為下游提供足夠的清水。在治理巢湖水質(zhì)過程中，為了保證清水入湖，必須要從全流域著手，從源頭產(chǎn)流區(qū)出發(fā)，逐步治理，采取小流域綜合治理與生態(tài)保護相結(jié)合的措施，使得最終入河入湖水質(zhì)得到改善[24-27]。采用秸稈覆蓋種植大球蓋菇技術(shù)，一方面，降低化肥農(nóng)藥施用，控制污染源，減少徑流中的污染情況，另一方面，利用大球蓋菇可以改良土壤的性質(zhì)，對坡地進行土壤修復，以此達到降低泥沙量和營養(yǎng)元的流失的目的。本次研究中，因地制宜在派河流域上游苦驢河源頭附近利用秸稈在經(jīng)濟林中的套作大球蓋菇，可有效改良該地區(qū)坡地水質(zhì)情況，減少泥沙和養(yǎng)分流失，改良當?shù)赝寥澜Y(jié)構(gòu)，降低化肥農(nóng)藥投入，又具有一定控草效果，尤其是在荒改坡前期，能有效快速控制水肥流失，以達到清水產(chǎn)流的目的。同時，該技術(shù)操作簡單，抗逆性好，有附加價值。但投入成本較高，大規(guī)模生產(chǎn)對人力和管理水平要求較高，限制了該技術(shù)的推廣應用。

3.2 結(jié) 論

從本研究可以看出，無論是桃園，還是玫瑰園，采用秸稈覆蓋種植大球蓋菇的技術(shù)，均能有效降低該地區(qū)坡地徑流水中總氮、總磷和SS的含量，同時增加土壤有機質(zhì)的含量，減少該區(qū)域雜草多樣性和種類，有效降低了該地水肥和水土的流失。式中：在桃園中采用秸稈覆蓋種植大球蓋菇技術(shù)，徑流水中總氮平均降低42.68%，總磷平均降低45.72%，SS平均降低25.53%，土壤有機質(zhì)平均增幅10.17%，在大球蓋菇基料腐朽期增幅達到31.94%。同時，該模式對于桃園內(nèi)雜草的防控效果也十分顯著。桃園內(nèi)雜草的多樣性和種類隨著時間的增加，有明顯的降低。同樣在大馬士革玫瑰園采用秸稈覆蓋內(nèi)套作大球蓋菇的技術(shù)，也可以顯著提高玫瑰園內(nèi)土壤有機質(zhì)含量，平均增長16.42%，在大球蓋菇基料腐朽期增幅達到58.33%。在對該區(qū)域水質(zhì)改善上，平均能夠降低總氮50.47%，總磷46.74%，SS 31.18%。同時，該模式對玫瑰園內(nèi)主要雜草有良好的防控效果。此外，該模式對大馬士革玫瑰的生長有一定的促進作用，單位產(chǎn)量提高了6.35%。

對比兩種不同整地年限的坡地，發(fā)現(xiàn)采用秸稈覆蓋種植大球蓋菇的模式，和當年荒改坡的桃園相比，已種植3 a的玫瑰園中總氮、總磷和SS的削減率分別增加了15.43%，2.23%和22.15%，有機質(zhì)提高了9.19%，差距不是很大。因此，該技術(shù)能在較短的時間內(nèi)較為快速且無害的增加當?shù)丨h(huán)境質(zhì)量，適用于荒改坡的水源涵養(yǎng)工作。再和現(xiàn)階段國內(nèi)其他清水產(chǎn)流技術(shù)相比，園內(nèi)套作秸稈覆蓋種植大球蓋菇，一方面充分利用農(nóng)林廢棄物，無論是秸稈，還是枯枝爛葉，均能作為種植原材料，種植中能發(fā)揮秸稈覆蓋本身保持水、減少蒸發(fā)功效；另一方面，能增加土壤有機質(zhì)，改良土壤狀況，減少約50%的化肥施用，提高養(yǎng)分的利用率，節(jié)省控草成本。