木耳菌渣稻苗基质化利用难点及解决技术

程 舒 王艺凝 傅民杰 刘雨佳 吴明根

(延边大学农学院 农学系，吉林 延吉 133000)

我国东北三省(黑龙江、吉林、辽宁)是全球最大的黑木耳[Auriculariaauricula(L.ex Hook.)Underw]生产基地[1-2]，该区域每年投放约76亿袋(17 cm×33 cm的低压乙烯袋)木耳菌袋，按每袋产生约0.3 kg的废弃菌渣计算，可产生228万t的废弃菌渣[3-4]。目前，由于该种植区域缺少有效转化利用废弃菌渣的方法及设备，大部分带着残余菌渣的菌袋被遗弃在木耳基地附近的山沟、地边、路边等地方，不仅污染木耳基地周边生态环境，而且浪费巨大资源[5]。东北三省大部分水稻种植户采用育秧-移栽种稻方式，育苗基质基本上就地取土，加工施用。随着规模化种植水稻的发展，就地取土越来越难，甚至出现部分农户采取政府禁止采取的山地土壤、草甸土、河床土，或乱采农药污染的旱田土等，造成生态环境的破坏和农户不必要的损失[6]，标准化水稻育苗基质的生产供应已成为高产水稻生产技术体系的一项瓶颈问题[7]。

已有研究表明，食用菌菌渣做育秧基质，培育的秧苗植株高大，叶片颜色深绿，根多，根系活力大，能够提高水稻的秧苗素质且能减少土传病害[8-10]，但本课题组在转化利用废弃木耳菌渣作水稻育苗基质的研究过程中发现，利用废弃木耳菌渣作育苗基质，会出现稻苗黄化现象，这种黄化现象随添加普通土比例的增加而减轻。

综上，本研究针对木耳菌渣稻苗基质化利用过程中出现的稻苗黄化问题，拟采用硫酸亚铁溶液对水稻种子进行浸种处理的方法，进行木耳菌渣稻苗基质化利用研究，以期为废弃木耳菌渣水稻育苗基质化利用，提供简便、可行的技术支撑。

1 材料与方法

本研究于2016—2019年在延边大学农学院水稻育苗基地和延边大学农学院实验室进行。

1.1 试验材料

1)菌渣来源。废弃木耳菌渣来源于吉林省敦化市黄泥河镇木耳基地、吉林省汪清县天桥岭木耳基地、吉林省龙井市智新镇木耳基地。废弃木耳菌渣均为自然堆积腐熟。

2)仪器设备。连续流动化学分析仪(QuAAtroAA3)、原子吸收光谱仪(岛津AA-6800)、纤维素分析仪(ANKOM220)、紫外可见分光光度计(天美UV1102)等。

3)其他供试材料。

供试水稻品种：吉粳511。

供试水稻浸种试剂： FeSO4·7H2O、Fe2(SO4)3、FeCl2、MgCl2、MgSO4等均为分析纯，多效唑为四川国光农化股份有限公司生产的“国光”牌可湿性粉剂。

供试化肥(氮磷钾)：硫酸铵、硫酸钾、磷酸二铵。

水稻育苗调理剂：吉林市麦立真农业科技开发有限公司生产的“麦立真”牌。

1.2 试验方法

1.2.1废弃木耳菌渣理化性质的测定

所取不同年份废弃木耳菌渣，经过去残袋、风干、捣碎、过20目土壤筛、105 ℃烘干48 h后，所得的样品用于测定废弃木耳菌渣理化性质。

单位体积质量、饱和持水量、失水量测定：经105 ℃烘干箱烘48 h后所得的废弃木耳菌渣材料装入内径14.5 cm 高30 cm的塑料管内, 上部轻放1 kg实物施压24 h，测定菌渣高度变化，依据测定数据，计算废弃木耳菌渣材料体积及单位体积的废弃木耳菌渣质量；将装入同体积菌渣材料的上述塑料管底部用纱布封口后注入水至底部流水为止，24 h 后(底部已停止流水状态)测定管内水的总质量，并计算饱和持水量S，公式为：

饱和持水量(S)=管内水的总质量(m1)/
管内基质材料质量(m2)

在体积为5 L的容器内装满废弃木耳菌渣后，加入同等体积水，放入80 ℃烘干箱中，每天固定时间测定水的质量变化，并计算前5天内总失水量，g/5d。

菌渣的导电率、盐度、pH测定参照程斐等[11]的方法；碱解氮用流动分析仪测定，速效磷测定采用碱溶液浸提方法，速效钾测定采用火焰光度计法[12]，秧苗基质土壤有效铁含量测定采用DTPA溶液浸提-原子吸收分光光度计法测定，水稻叶片有效铁含量测定采用原子吸收分光光度法[13]，有机质含量采用重铬酸钾容量法-外加热法进行测定。可溶性物质、纤维素、半纤维素、木质素等物质含量的测定方法采用酸碱洗涤法。

1.2.2基质的配制

本研究常规育苗基质为稻田土加1.5%营养调酸剂(其他基质添加量相同)；肥料(硫酸铵、硫酸钾、磷酸二铵)添加量均为基质质量的0.5%。

1.2.3种子浸种、播种处理

硫酸亚铁浸种液浓度为0.014 mol/L，多效唑浸种液浓度为0.051 mmol/L，20 ℃浸种72 h。稻苗育秧采用塑料育秧盘育秧，播量为500 g/m2。

1.2.4秧苗基本素质测定

水稻苗期的发芽率、株高、叶龄、鲜重、干重均采用常规方法测定[14]；叶绿素含量测定采用紫外分光光度法。

1.3 数据处理及方法

本研究各试验数据采用 Excel 2007软件进行处理，图表中数据以均值形式表示。文中数据统计分析采用SPSS 17.0进行分析，各处理间差异显著性分析采用单因素方差分析法，多重比较采用Duncan法。

2 结果与分析

2.1 废弃木耳菌渣理化性质特征

2.1.1不同腐熟度废弃木耳菌渣主要组成成分特征

表1示出基质材料的主要组成成分。可知，木耳菌渣单位体积质量小于常规育苗基质，腐熟基本结束的废弃木耳菌渣单位体积质量较常规育苗基质约轻1倍。不同腐熟年度间单位体积质量随腐熟年度的增加而增加。在菌渣腐熟程度上，可将同体积菌渣质量增加2倍粗略作为判断废弃木耳菌渣腐熟程度的简易指标。由此可知，废弃木耳菌渣作育苗基质可以减轻苗盘运输过程中的劳动强度。

废弃木耳菌渣经过3年自然分解、腐熟发酵过程，纤维素比下降约35%，木质素比下降约70%，半纤维素比变化不大，可溶性物质比增加约40%。本研究认为菌渣主要组成成分的分解变化与微生物的分解作用有关[15]，不同主要组成成分的不同比例变化与分解微生物的种群结构、数量比及其腐熟环境条件相关[16]。总体上，废弃木耳菌渣与常规育苗基质相比，除纤维素、半纤维素比相对较高外，其他主要组成成分比相近，说明经过3年自然堆积腐熟过程，废弃木耳菌渣基本适宜做水稻秧苗基质材料，如果加速腐熟进程，则需添加有机肥氮源、盖膜增温等处理。

表1 基质材料的主要组成成分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

不同地区废弃木耳菌渣经过3年自然分解、腐熟发酵过程，有效氮磷钾含量发生一定的变化(表2)。根据全国第二次土壤普查—土壤养分分级标准可知，经过3年腐熟的木耳菌渣碱解氮含量较低，属四级水平，速效磷、钾以及有机质含量属超一级水平。因此认为速效氮磷钾含量的变化趋势与木材中释放氮磷钾相关的微生物的种群结构、数量及其腐熟的环境条件相关[16]。钾与有机质含量过多也许会阻碍水稻苗期生长，有待进一步验证。

表2 基质材料的主要营养成分Table 2 Main nutrient content of substrate material

2.1.3不同腐熟程木耳菌渣的酸碱性、保水性特征

经过3年腐熟的废弃木耳菌渣，其电导率、盐度、pH较常规育苗基质高，如果将未经处理的3年腐熟废弃木耳菌渣直接利用于水稻育苗基质，很可能产生盐害及碱性过强所引起的各种阻碍秧苗生长的现象[17]。

单位体积的腐熟木耳菌渣饱和持水量较常规育苗基质多3倍以上(表3)，说明腐熟木耳菌渣的吸水能力强；同体积木耳菌渣的失水量也少于常规育苗基质，二者失水趋势变化不一致(图1)，与菌渣相比常规育苗基质前3天失水较多，后两天较少，说明腐熟木耳菌渣的保水能力强。因此认为，木耳菌渣稻苗基质化利用，吸水、保水性好，水分保持稳定，利于稻苗生长，同时又减少了浇水次数，减轻劳动强度。

表3 不同腐熟程度木耳菌渣的综合指标Table 3 Composite indicator of Auricularia fungus residue with different degree of maturity

综上，3年腐熟的废弃木耳菌渣，其主要成分、养分以及酸碱性、保水性等特性，既有利于做秧苗基质的特性，也有不利于做苗基质的特性，不能一概地下“好坏”性结论。

图1 木耳菌渣与常规育苗基质失水量的变化Fig.1 Changes of water loss in Auricularia fungus residue and conventional seedling substrate

2.2 废弃木耳基质水稻育苗基质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质的水稻秧苗形态特征

表4示出不同腐熟程度木耳菌渣配制基质的水稻秧苗形态特征。可知，与常规育苗基质相比，废弃木耳菌渣配制成的育苗基质稻苗株高偏高、叶绿素质量浓度低、叶色偏黄。腐熟菌渣的形态特征优于当年菌渣；添加营养调酸剂或肥料的形态特征优于不添加。结果说明，适当进行调酸处理或添加养分对叶绿素浓度的提高有一定的作用。因此认为，引起稻苗黄化的直接原因不在于亏缺氮元素；虽然对床土进行调酸处理能够缓解稻苗黄化现象，但并不是主因，因为pH 7～8的土壤做苗床土时也不出现这种程度的黄化现象。如果不能解决稻苗黄化现象，废弃木耳菌渣将无法应用于水稻育苗基质中。同时也认为，废弃菌渣的高导电率、高盐分浓度特性也是不利于稻苗正常生长的因素之一。

为进一步了解添加土壤后，水稻秧苗的形态特征，在各废弃木耳菌渣中添加了等体积的常规基质土(不加育苗调理剂)作为一种混土基质。育苗试验结果(表5)表明，经过菌渣混土基质育苗的稻苗，叶绿素含量均有显著性提高，改善了叶色黄化现象；硫酸亚铁溶液浸种处理与对照相比，提高了叶绿素含量，改善了叶色黄化现象且效果显著，但存在株高伸长的现象。综上分析稻苗发生黄化现象的条件认为，废弃木耳菌渣作为水稻育苗基质，存在有效铁含量低的可能性。本研究分析硫酸亚铁溶液浸种处理效果与已有研究的亚铁离子溶液喷施茎叶处理及基质添加铁肥处理效果基本相似[18]。

表4 不同腐熟程度木耳菌渣配制基质的水稻秧苗形态特征Table 4 Morphological characteristics of rice seedling with different maturity of Auricularia fungus residue

表5 硫酸亚铁溶液浸种处理、基质添土处理对水稻秧苗形态特征的影响Table 5 Effects of seed soaking with ferrous sulfate solution and soil addition onmorphological characteristics of rice seedlings

2.2.2木耳菌渣含铁量特征

为验证废弃木耳菌渣是否缺铁，对不同腐熟程度木耳菌渣配制成的基质进行有效铁含量测定，结果见图2。可知，随着木耳菌渣腐熟程度的增加，有效铁含量逐渐增加，但仍均远小于普通土壤，与普通土壤有显著性差异；加入等体积常规基质土时，有效铁含量显著提高。依据全国土壤有效微量元素分级指标，新鲜木耳菌渣有效铁含量达3级标准水平，废弃菌渣属2级水平，腐熟菌渣填加土壤和普通土壤的有效铁含量达到了1级水平。由数值分析可得，除新鲜菌渣以外，其余菌渣有效含铁量未处于严重缺乏状态。因此认为水稻苗期从自养过程转移到异养过程中吸收铁元素能力低，同时基质偏碱性导致的土壤供有效铁能力低，最终导致水稻幼苗体内铁元素的不足而引起了稻苗黄化现象。

不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下图同。Different lowercase letters indicate significant differences between treatments (P<0.05). The same below.图2 不同材料配制的基质有效铁含量Fig.2 Effective iron content of substrate prepared by different materials

2.2.3不同基质中亚铁离子溶液处理水稻稻苗叶片含铁量特征

为进一步验证和分析菌渣的缺铁特征所诱发的稻苗黄化现象和水稻种子采取硫酸亚铁溶液浸种处理的方法控制稻苗黄化现象，分析了硫酸亚铁溶液浸种水稻种子在不同腐熟程度木耳菌渣配制成的基质中生长的秧苗的叶片含铁量，结果见图3。可知，硫酸亚铁溶液浸种均可提高叶片含铁量，与水对照相比差异显著；在不同基质中，叶片含铁量由高到底的排序是常规育苗基质、菌渣+土壤、纯菌渣。因此认为，基质缺有效铁而植株吸收铁受限，最终导致叶片铁元素不足引发了稻苗的黄化现象。

图3 水和硫酸亚铁溶液浸种对稻苗叶片有效铁含量的影响Fig.3 Effects of seed soaking with water and ferrous sulfate solution on the effective iron content of rice seedling leaves

2.3 亚铁离子溶液浸种处理稻种苗期生长特性分析

为了控制亚铁离子溶液浸种处理而引发的株高“过高”的负面影响，进行了硫酸亚铁溶液与多效唑溶液混合浸种的处理。表6示出不同浸种剂浸种水稻秧苗形态特征，可知，经混合溶液处理后的株高既小于硫酸亚铁溶液单一处理和对照，又大于多效唑溶液单一处理，且差异显著；混合溶液处理后的地上物质鲜质量小于单一硫酸亚铁溶液处理，但大于单一多效唑溶液处理；混合溶液处理后的叶色与多效唑溶液处理相同，保持浓绿状态。综上所述，硫酸亚铁溶液与多效唑溶液混合浸种处理控制了株高过高的现象，保证了叶绿素浓度水平，促进了地下部生长。

表6 不同浸种剂浸种水稻秧苗形态特征Table 6 Morphological characteristics of rice seedlings soaked with different soaking agents

本试验研究结果表明，经亚铁离子处理的水稻叶片叶绿素浓度提高的同时还促进株高生长，与其中胚轴的伸长相关[19]。稻苗中胚轴伸长现象也发生在水稻直播过程中还原性强的稻田土壤、水中CO2浓度高、深水灌溉等环境条件下[20-22]。亚铁离子促进水稻中胚轴伸长机理与遗传基础研究结果表明，水稻染色体上存在多位控制促进水稻中胚轴伸长的数量性状座位(QTLs)，并该性状存在加性效应、与亚铁离子的互作效应[23]，说明该性状的控制基因型与环境(亚铁离子浓度)具有互作效应有关，是稻苗对不利环境条件的识别与对策。

3 讨论与结论

在木耳生产基地，木耳菌渣是巨大的环境污染源。依据木耳菌渣的理化性质特征，它是一种大棚土壤、沙漠化土壤、盐碱地、有机质亏缺土壤的改良剂，由于生产菌渣和需求菌渣的区域性距离问题而发生的运费成本高等难题，暂时无法输出大量废弃菌渣有机质资源到有机质欠缺区域。为了有效转化利用菌渣有机质资源，本研究基于菌渣的理化性质特征，进行了水稻育秧基质的研发。

木耳菌渣主要成分为纤维素、半纤维素、木质素，由于自然腐熟缓慢，如果不去除废弃菌渣塑料袋，则会加大腐熟难度。因此，在脱袋基础上，适当提高菌渣N、C质量比，维持湿度，覆盖塑料膜增温，会加快、提高其腐熟进程和腐熟程度。

缺铁型土壤中，经常施硫酸亚铁肥保证作物的正常生长发育[18]。与液面喷施、土壤添加等常规亚铁施法相比，硫酸亚铁溶液浸种处理，即安全又经济。水稻吸收铁元素是亚铁离子形态[24]，亚铁离子暴露于空气当中时，易氧化成3价铁离子，降低有效性的同时，易造成铁元素的过度症。

多效唑是一种控制株高伸长的抑制剂种类[25]。单一使用多效唑易发生植株过矮现象，而且水稻苗期对多效唑的剂量很敏感。

通过研究得知，纯木耳菌渣不适合做水稻育秧基质。当添加同体积稻田土时，取长补短，能保持菌渣的优势理化特性的同时，改善菌渣不适合基质化的理化特性。0.014 mol/L硫酸亚铁与0.051 mmol/L多效唑混合浸种液在20 ℃下浸种处理3 d育出的稻苗(秧龄35 d)，在叶色、株高、鲜重等稻苗素质指标优于对照。