程 舒 王藝凝 傅民杰 劉雨佳 吳明根

(延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)系，吉林 延吉 133000)

我國東北三省(黑龍江、吉林、遼寧)是全球最大的黑木耳[Auriculariaauricula(L.ex Hook.)Underw]生產(chǎn)基地[1-2]，該區(qū)域每年投放約76億袋(17 cm×33 cm的低壓乙烯袋)木耳菌袋，按每袋產(chǎn)生約0.3 kg的廢棄菌渣計(jì)算，可產(chǎn)生228萬t的廢棄菌渣[3-4]。目前，由于該種植區(qū)域缺少有效轉(zhuǎn)化利用廢棄菌渣的方法及設(shè)備，大部分帶著殘余菌渣的菌袋被遺棄在木耳基地附近的山溝、地邊、路邊等地方，不僅污染木耳基地周邊生態(tài)環(huán)境，而且浪費(fèi)巨大資源[5]。東北三省大部分水稻種植戶采用育秧-移栽種稻方式，育苗基質(zhì)基本上就地取土，加工施用。隨著規(guī)?；N植水稻的發(fā)展，就地取土越來越難，甚至出現(xiàn)部分農(nóng)戶采取政府禁止采取的山地土壤、草甸土、河床土，或亂采農(nóng)藥污染的旱田土等，造成生態(tài)環(huán)境的破壞和農(nóng)戶不必要的損失[6]，標(biāo)準(zhǔn)化水稻育苗基質(zhì)的生產(chǎn)供應(yīng)已成為高產(chǎn)水稻生產(chǎn)技術(shù)體系的一項(xiàng)瓶頸問題[7]。

已有研究表明，食用菌菌渣做育秧基質(zhì)，培育的秧苗植株高大，葉片顏色深綠，根多，根系活力大，能夠提高水稻的秧苗素質(zhì)且能減少土傳病害[8-10]，但本課題組在轉(zhuǎn)化利用廢棄木耳菌渣作水稻育苗基質(zhì)的研究過程中發(fā)現(xiàn)，利用廢棄木耳菌渣作育苗基質(zhì)，會出現(xiàn)稻苗黃化現(xiàn)象，這種黃化現(xiàn)象隨添加普通土比例的增加而減輕。

綜上，本研究針對木耳菌渣稻苗基質(zhì)化利用過程中出現(xiàn)的稻苗黃化問題，擬采用硫酸亞鐵溶液對水稻種子進(jìn)行浸種處理的方法，進(jìn)行木耳菌渣稻苗基質(zhì)化利用研究，以期為廢棄木耳菌渣水稻育苗基質(zhì)化利用，提供簡便、可行的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

本研究于2016—2019年在延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院水稻育苗基地和延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.1 試驗(yàn)材料

1)菌渣來源。廢棄木耳菌渣來源于吉林省敦化市黃泥河鎮(zhèn)木耳基地、吉林省汪清縣天橋嶺木耳基地、吉林省龍井市智新鎮(zhèn)木耳基地。廢棄木耳菌渣均為自然堆積腐熟。

2)儀器設(shè)備。連續(xù)流動化學(xué)分析儀(QuAAtroAA3)、原子吸收光譜儀(島津AA-6800)、纖維素分析儀(ANKOM220)、紫外可見分光光度計(jì)(天美UV1102)等。

3)其他供試材料。

供試水稻品種：吉粳511。

供試水稻浸種試劑： FeSO4·7H2O、Fe2(SO4)3、FeCl2、MgCl2、MgSO4等均為分析純，多效唑?yàn)樗拇▏廪r(nóng)化股份有限公司生產(chǎn)的“國光”牌可濕性粉劑。

供試化肥(氮磷鉀)：硫酸銨、硫酸鉀、磷酸二銨。

水稻育苗調(diào)理劑：吉林市麥立真農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)的“麥立真”牌。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1廢棄木耳菌渣理化性質(zhì)的測定

所取不同年份廢棄木耳菌渣，經(jīng)過去殘袋、風(fēng)干、搗碎、過20目土壤篩、105 ℃烘干48 h后，所得的樣品用于測定廢棄木耳菌渣理化性質(zhì)。

單位體積質(zhì)量、飽和持水量、失水量測定：經(jīng)105 ℃烘干箱烘48 h后所得的廢棄木耳菌渣材料裝入內(nèi)徑14.5 cm 高30 cm的塑料管內(nèi), 上部輕放1 kg實(shí)物施壓24 h，測定菌渣高度變化，依據(jù)測定數(shù)據(jù)，計(jì)算廢棄木耳菌渣材料體積及單位體積的廢棄木耳菌渣質(zhì)量；將裝入同體積菌渣材料的上述塑料管底部用紗布封口后注入水至底部流水為止，24 h 后(底部已停止流水狀態(tài))測定管內(nèi)水的總質(zhì)量，并計(jì)算飽和持水量S，公式為：

飽和持水量(S)=管內(nèi)水的總質(zhì)量(m1)/
管內(nèi)基質(zhì)材料質(zhì)量(m2)

在體積為5 L的容器內(nèi)裝滿廢棄木耳菌渣后，加入同等體積水，放入80 ℃烘干箱中，每天固定時間測定水的質(zhì)量變化，并計(jì)算前5天內(nèi)總失水量，g/5d。

菌渣的導(dǎo)電率、鹽度、pH測定參照程斐等[11]的方法；堿解氮用流動分析儀測定，速效磷測定采用堿溶液浸提方法，速效鉀測定采用火焰光度計(jì)法[12]，秧苗基質(zhì)土壤有效鐵含量測定采用DTPA溶液浸提-原子吸收分光光度計(jì)法測定，水稻葉片有效鐵含量測定采用原子吸收分光光度法[13]，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法進(jìn)行測定?？扇苄晕镔|(zhì)、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)含量的測定方法采用酸堿洗滌法。

1.2.2基質(zhì)的配制

本研究常規(guī)育苗基質(zhì)為稻田土加1.5%營養(yǎng)調(diào)酸劑(其他基質(zhì)添加量相同)；肥料(硫酸銨、硫酸鉀、磷酸二銨)添加量均為基質(zhì)質(zhì)量的0.5%。

1.2.3種子浸種、播種處理

硫酸亞鐵浸種液濃度為0.014 mol/L，多效唑浸種液濃度為0.051 mmol/L，20 ℃浸種72 h。稻苗育秧采用塑料育秧盤育秧，播量為500 g/m2。

1.2.4秧苗基本素質(zhì)測定

水稻苗期的發(fā)芽率、株高、葉齡、鮮重、干重均采用常規(guī)方法測定[14]；葉綠素含量測定采用紫外分光光度法。

1.3 數(shù)據(jù)處理及方法

本研究各試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Excel 2007軟件進(jìn)行處理，圖表中數(shù)據(jù)以均值形式表示。文中數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 17.0進(jìn)行分析，各處理間差異顯著性分析采用單因素方差分析法，多重比較采用Duncan法。

2 結(jié)果與分析

2.1 廢棄木耳菌渣理化性質(zhì)特征

2.1.1不同腐熟度廢棄木耳菌渣主要組成成分特征

表1示出基質(zhì)材料的主要組成成分。可知，木耳菌渣單位體積質(zhì)量小于常規(guī)育苗基質(zhì)，腐熟基本結(jié)束的廢棄木耳菌渣單位體積質(zhì)量較常規(guī)育苗基質(zhì)約輕1倍。不同腐熟年度間單位體積質(zhì)量隨腐熟年度的增加而增加。在菌渣腐熟程度上，可將同體積菌渣質(zhì)量增加2倍粗略作為判斷廢棄木耳菌渣腐熟程度的簡易指標(biāo)。由此可知，廢棄木耳菌渣作育苗基質(zhì)可以減輕苗盤運(yùn)輸過程中的勞動強(qiáng)度。

廢棄木耳菌渣經(jīng)過3年自然分解、腐熟發(fā)酵過程，纖維素比下降約35%，木質(zhì)素比下降約70%，半纖維素比變化不大，可溶性物質(zhì)比增加約40%。本研究認(rèn)為菌渣主要組成成分的分解變化與微生物的分解作用有關(guān)[15]，不同主要組成成分的不同比例變化與分解微生物的種群結(jié)構(gòu)、數(shù)量比及其腐熟環(huán)境條件相關(guān)[16]?？傮w上，廢棄木耳菌渣與常規(guī)育苗基質(zhì)相比，除纖維素、半纖維素比相對較高外，其他主要組成成分比相近，說明經(jīng)過3年自然堆積腐熟過程，廢棄木耳菌渣基本適宜做水稻秧苗基質(zhì)材料，如果加速腐熟進(jìn)程，則需添加有機(jī)肥氮源、蓋膜增溫等處理。

表1 基質(zhì)材料的主要組成成分Table 1 Main components of substrate material

2.1.2不同腐熟程度木耳菌渣N、P、K元素含量特征

不同地區(qū)廢棄木耳菌渣經(jīng)過3年自然分解、腐熟發(fā)酵過程，有效氮磷鉀含量發(fā)生一定的變化(表2)。根據(jù)全國第二次土壤普查—土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)可知，經(jīng)過3年腐熟的木耳菌渣堿解氮含量較低，屬四級水平，速效磷、鉀以及有機(jī)質(zhì)含量屬超一級水平。因此認(rèn)為速效氮磷鉀含量的變化趨勢與木材中釋放氮磷鉀相關(guān)的微生物的種群結(jié)構(gòu)、數(shù)量及其腐熟的環(huán)境條件相關(guān)[16]。鉀與有機(jī)質(zhì)含量過多也許會阻礙水稻苗期生長，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

表2 基質(zhì)材料的主要營養(yǎng)成分Table 2 Main nutrient content of substrate material

2.1.3不同腐熟程木耳菌渣的酸堿性、保水性特征

經(jīng)過3年腐熟的廢棄木耳菌渣，其電導(dǎo)率、鹽度、pH較常規(guī)育苗基質(zhì)高，如果將未經(jīng)處理的3年腐熟廢棄木耳菌渣直接利用于水稻育苗基質(zhì)，很可能產(chǎn)生鹽害及堿性過強(qiáng)所引起的各種阻礙秧苗生長的現(xiàn)象[17]。

單位體積的腐熟木耳菌渣飽和持水量較常規(guī)育苗基質(zhì)多3倍以上(表3)，說明腐熟木耳菌渣的吸水能力強(qiáng)；同體積木耳菌渣的失水量也少于常規(guī)育苗基質(zhì)，二者失水趨勢變化不一致(圖1)，與菌渣相比常規(guī)育苗基質(zhì)前3天失水較多，后兩天較少，說明腐熟木耳菌渣的保水能力強(qiáng)。因此認(rèn)為，木耳菌渣稻苗基質(zhì)化利用，吸水、保水性好，水分保持穩(wěn)定，利于稻苗生長，同時又減少了澆水次數(shù)，減輕勞動強(qiáng)度。

表3 不同腐熟程度木耳菌渣的綜合指標(biāo)Table 3 Composite indicator of Auricularia fungus residue with different degree of maturity

綜上，3年腐熟的廢棄木耳菌渣，其主要成分、養(yǎng)分以及酸堿性、保水性等特性，既有利于做秧苗基質(zhì)的特性，也有不利于做苗基質(zhì)的特性，不能一概地下“好壞”性結(jié)論。

圖1 木耳菌渣與常規(guī)育苗基質(zhì)失水量的變化Fig.1 Changes of water loss in Auricularia fungus residue and conventional seedling substrate

2.2 廢棄木耳基質(zhì)水稻育苗基質(zhì)化利用的可行性分析

2.2.1不同腐熟程度木耳菌渣配制基質(zhì)的水稻秧苗形態(tài)特征

表4示出不同腐熟程度木耳菌渣配制基質(zhì)的水稻秧苗形態(tài)特征。可知，與常規(guī)育苗基質(zhì)相比，廢棄木耳菌渣配制成的育苗基質(zhì)稻苗株高偏高、葉綠素質(zhì)量濃度低、葉色偏黃。腐熟菌渣的形態(tài)特征優(yōu)于當(dāng)年菌渣；添加營養(yǎng)調(diào)酸劑或肥料的形態(tài)特征優(yōu)于不添加。結(jié)果說明，適當(dāng)進(jìn)行調(diào)酸處理或添加養(yǎng)分對葉綠素濃度的提高有一定的作用。因此認(rèn)為，引起稻苗黃化的直接原因不在于虧缺氮元素；雖然對床土進(jìn)行調(diào)酸處理能夠緩解稻苗黃化現(xiàn)象，但并不是主因，因?yàn)閜H 7～8的土壤做苗床土?xí)r也不出現(xiàn)這種程度的黃化現(xiàn)象。如果不能解決稻苗黃化現(xiàn)象，廢棄木耳菌渣將無法應(yīng)用于水稻育苗基質(zhì)中。同時也認(rèn)為，廢棄菌渣的高導(dǎo)電率、高鹽分濃度特性也是不利于稻苗正常生長的因素之一。

為進(jìn)一步了解添加土壤后，水稻秧苗的形態(tài)特征，在各廢棄木耳菌渣中添加了等體積的常規(guī)基質(zhì)土(不加育苗調(diào)理劑)作為一種混土基質(zhì)。育苗試驗(yàn)結(jié)果(表5)表明，經(jīng)過菌渣混土基質(zhì)育苗的稻苗，葉綠素含量均有顯著性提高，改善了葉色黃化現(xiàn)象；硫酸亞鐵溶液浸種處理與對照相比，提高了葉綠素含量，改善了葉色黃化現(xiàn)象且效果顯著，但存在株高伸長的現(xiàn)象。綜上分析稻苗發(fā)生黃化現(xiàn)象的條件認(rèn)為，廢棄木耳菌渣作為水稻育苗基質(zhì)，存在有效鐵含量低的可能性。本研究分析硫酸亞鐵溶液浸種處理效果與已有研究的亞鐵離子溶液噴施莖葉處理及基質(zhì)添加鐵肥處理效果基本相似[18]。

表4 不同腐熟程度木耳菌渣配制基質(zhì)的水稻秧苗形態(tài)特征Table 4 Morphological characteristics of rice seedling with different maturity of Auricularia fungus residue

表5 硫酸亞鐵溶液浸種處理、基質(zhì)添土處理對水稻秧苗形態(tài)特征的影響Table 5 Effects of seed soaking with ferrous sulfate solution and soil addition onmorphological characteristics of rice seedlings

2.2.2木耳菌渣含鐵量特征

為驗(yàn)證廢棄木耳菌渣是否缺鐵，對不同腐熟程度木耳菌渣配制成的基質(zhì)進(jìn)行有效鐵含量測定，結(jié)果見圖2?？芍?，隨著木耳菌渣腐熟程度的增加，有效鐵含量逐漸增加，但仍均遠(yuǎn)小于普通土壤，與普通土壤有顯著性差異；加入等體積常規(guī)基質(zhì)土?xí)r，有效鐵含量顯著提高。依據(jù)全國土壤有效微量元素分級指標(biāo)，新鮮木耳菌渣有效鐵含量達(dá)3級標(biāo)準(zhǔn)水平，廢棄菌渣屬2級水平，腐熟菌渣填加土壤和普通土壤的有效鐵含量達(dá)到了1級水平。由數(shù)值分析可得，除新鮮菌渣以外，其余菌渣有效含鐵量未處于嚴(yán)重缺乏狀態(tài)。因此認(rèn)為水稻苗期從自養(yǎng)過程轉(zhuǎn)移到異養(yǎng)過程中吸收鐵元素能力低，同時基質(zhì)偏堿性導(dǎo)致的土壤供有效鐵能力低，最終導(dǎo)致水稻幼苗體內(nèi)鐵元素的不足而引起了稻苗黃化現(xiàn)象。

不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下圖同。Different lowercase letters indicate significant differences between treatments (P<0.05). The same below.圖2 不同材料配制的基質(zhì)有效鐵含量Fig.2 Effective iron content of substrate prepared by different materials

2.2.3不同基質(zhì)中亞鐵離子溶液處理水稻稻苗葉片含鐵量特征

為進(jìn)一步驗(yàn)證和分析菌渣的缺鐵特征所誘發(fā)的稻苗黃化現(xiàn)象和水稻種子采取硫酸亞鐵溶液浸種處理的方法控制稻苗黃化現(xiàn)象，分析了硫酸亞鐵溶液浸種水稻種子在不同腐熟程度木耳菌渣配制成的基質(zhì)中生長的秧苗的葉片含鐵量，結(jié)果見圖3?？芍?，硫酸亞鐵溶液浸種均可提高葉片含鐵量，與水對照相比差異顯著；在不同基質(zhì)中，葉片含鐵量由高到底的排序是常規(guī)育苗基質(zhì)、菌渣+土壤、純菌渣。因此認(rèn)為，基質(zhì)缺有效鐵而植株吸收鐵受限，最終導(dǎo)致葉片鐵元素不足引發(fā)了稻苗的黃化現(xiàn)象。

圖3 水和硫酸亞鐵溶液浸種對稻苗葉片有效鐵含量的影響Fig.3 Effects of seed soaking with water and ferrous sulfate solution on the effective iron content of rice seedling leaves

2.3 亞鐵離子溶液浸種處理稻種苗期生長特性分析

為了控制亞鐵離子溶液浸種處理而引發(fā)的株高“過高”的負(fù)面影響，進(jìn)行了硫酸亞鐵溶液與多效唑溶液混合浸種的處理。表6示出不同浸種劑浸種水稻秧苗形態(tài)特征，可知，經(jīng)混合溶液處理后的株高既小于硫酸亞鐵溶液單一處理和對照，又大于多效唑溶液單一處理，且差異顯著；混合溶液處理后的地上物質(zhì)鮮質(zhì)量小于單一硫酸亞鐵溶液處理，但大于單一多效唑溶液處理；混合溶液處理后的葉色與多效唑溶液處理相同，保持濃綠狀態(tài)。綜上所述，硫酸亞鐵溶液與多效唑溶液混合浸種處理控制了株高過高的現(xiàn)象，保證了葉綠素濃度水平，促進(jìn)了地下部生長。

表6 不同浸種劑浸種水稻秧苗形態(tài)特征Table 6 Morphological characteristics of rice seedlings soaked with different soaking agents

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，經(jīng)亞鐵離子處理的水稻葉片葉綠素濃度提高的同時還促進(jìn)株高生長，與其中胚軸的伸長相關(guān)[19]。稻苗中胚軸伸長現(xiàn)象也發(fā)生在水稻直播過程中還原性強(qiáng)的稻田土壤、水中CO2濃度高、深水灌溉等環(huán)境條件下[20-22]。亞鐵離子促進(jìn)水稻中胚軸伸長機(jī)理與遺傳基礎(chǔ)研究結(jié)果表明，水稻染色體上存在多位控制促進(jìn)水稻中胚軸伸長的數(shù)量性狀座位(QTLs)，并該性狀存在加性效應(yīng)、與亞鐵離子的互作效應(yīng)[23]，說明該性狀的控制基因型與環(huán)境(亞鐵離子濃度)具有互作效應(yīng)有關(guān)，是稻苗對不利環(huán)境條件的識別與對策。

3 討論與結(jié)論

在木耳生產(chǎn)基地，木耳菌渣是巨大的環(huán)境污染源。依據(jù)木耳菌渣的理化性質(zhì)特征，它是一種大棚土壤、沙漠化土壤、鹽堿地、有機(jī)質(zhì)虧缺土壤的改良劑，由于生產(chǎn)菌渣和需求菌渣的區(qū)域性距離問題而發(fā)生的運(yùn)費(fèi)成本高等難題，暫時無法輸出大量廢棄菌渣有機(jī)質(zhì)資源到有機(jī)質(zhì)欠缺區(qū)域。為了有效轉(zhuǎn)化利用菌渣有機(jī)質(zhì)資源，本研究基于菌渣的理化性質(zhì)特征，進(jìn)行了水稻育秧基質(zhì)的研發(fā)。

木耳菌渣主要成分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，由于自然腐熟緩慢，如果不去除廢棄菌渣塑料袋，則會加大腐熟難度。因此，在脫袋基礎(chǔ)上，適當(dāng)提高菌渣N、C質(zhì)量比，維持濕度，覆蓋塑料膜增溫，會加快、提高其腐熟進(jìn)程和腐熟程度。

缺鐵型土壤中，經(jīng)常施硫酸亞鐵肥保證作物的正常生長發(fā)育[18]。與液面噴施、土壤添加等常規(guī)亞鐵施法相比，硫酸亞鐵溶液浸種處理，即安全又經(jīng)濟(jì)。水稻吸收鐵元素是亞鐵離子形態(tài)[24]，亞鐵離子暴露于空氣當(dāng)中時，易氧化成3價(jià)鐵離子，降低有效性的同時，易造成鐵元素的過度癥。

多效唑是一種控制株高伸長的抑制劑種類[25]。單一使用多效唑易發(fā)生植株過矮現(xiàn)象，而且水稻苗期對多效唑的劑量很敏感。

通過研究得知，純木耳菌渣不適合做水稻育秧基質(zhì)。當(dāng)添加同體積稻田土?xí)r，取長補(bǔ)短，能保持菌渣的優(yōu)勢理化特性的同時，改善菌渣不適合基質(zhì)化的理化特性。0.014 mol/L硫酸亞鐵與0.051 mmol/L多效唑混合浸種液在20 ℃下浸種處理3 d育出的稻苗(秧齡35 d)，在葉色、株高、鮮重等稻苗素質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于對照。