廢棄菌糠在石漠化地區植被恢復中的應用

覃勇榮++姚宗理++張龍真++李季穗++楊旭光++郭俊

摘 要： 為促進石漠化地區綠色發展，利用廢棄菌糠為栽培基質，研究了菌糠發酵過程溫度的變化，及其在不同壓力處理條件下的保水特性，并以任豆種子為試驗材料，測定其在純菌糠基質和菌糠-黏土-尾礦混合基質中的發芽率和發芽勢，以及幼苗移栽野外后的成活率和植株高度，探討石漠化地區植被恢復的技術和方法。結果表明：（1）廢棄菌糠經發酵處理4周后即可以作為栽培基質使用；（2）粘土和菌糠以1∶4的質量比混合時，栽培基質的粘結效果較好；（3）沖壓成型壓力對栽培基質料塊的保水性和任豆種子發芽率均有一定的影響，沖壓力為50 kN時，任豆種子在純菌糠基質的發芽率和發芽勢較高，沖壓力為20 kN時，7∶2∶1質量比的菌糠-粘土-尾礦混合基質中，任豆種子的發芽率和發芽勢較高；（4）純菌糠基質或黏土-菌糠-尾礦混合基質，均可作為任豆幼苗栽培的基質使用，但后者的效果比前者更好；（5）對廢棄菌糠進行必要的發酵處理，適當添加黏土、尾礦或其它基質，并對移栽后的幼苗進行有效的護理，不僅可以提高移栽成活率，還可以保證苗木質量。

關鍵詞： 巖溶地區；石漠化；廢棄菌糠；任豆；植被恢復

中圖分類號：X171.4 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.12.020

Application of Abandoned Edible Fungus Chaff in Vegetation Restoration in Karst Rocky Desertification Area

QIN Yongrong， YAO Zongli， ZHANG Longzhen， LI Jisui， YANG Xuguang， GUO Jun

（School of Chemistry and Biol-engineering， Hechi University， Yizhou， Guangxi 546300， China）

Abstract： In order to promote the green development of karst rocky desertification areas， the abandoned edible fungus chaff was used as plant cultivation substrates in vegetation restoration of the regions. The change of temperature was measured in the process of edible fungus chaff fermentation. The water retention characteristics of the materials were also studied under different pressure. In this study， Zenia insignis seeds were used as experimental material， its germination potential and germination rate were tested respectively in single matrix of edible fungus chaff or mixed matrix made of abandoned edible fungus chaff， clay and mine tailing. The survival rate and height of seedlings were measured after it was transplanted in the field. The project was to probe the techniques and methods of vegetation restoration in karst rocky desertification areas. The results showed that the abandoned edible fungus chaff could be used as cultivation matrix after fermentation four weeks. When clay and edible fungus chaff were mixed with the mass ratio of 1∶4， the bonding effect of growing media was better. Stamping pressure had some effects on water retention of the cultivation material block and the germination rate of Zenia insignis seeds. When the pressure was 50 kN， the germination potential and germination rate of the seeds in single edible fungus chaff matrix was higher. While the pressure was 20 kN， the germination potential and germination rate of the seeds was higher in mixed matrix made of abandoned edible fungus chaff， clay and mine tailing with the mass ratio of 7∶2∶1. Both fungus chaff and mixed matrix could be used as cultivation substrate in Zenia insignis seedlings planting， but the latter was better than that of former. In order to increase the survival rate and guarantee the quality of seedlings after transplanting， it was necessary to ferment the abandoned fungus chaff， and adding some clay， mine tailing and other material to make mixed cultivation matrix， take effective management and protection for the seedlings after transplanting.

Key words： karst areas；karst rocky desertification；abandoned edible fungus chaff； Zenia insignis；vegetation recovery

石漠化（Karst rocky desertification）是指在亞熱帶脆弱的喀斯特地質背景下，受人類不合理社會經濟活動的干擾破壞，造成土壤嚴重侵蝕，基巖大面積裸露，土地生產力嚴重下降，地表出現類似荒漠化景觀的土地退化過程[1]。廣西被譽為“有色金屬之鄉”，已發現和探明的有色金屬礦產資源有41種，占64種有色金屬的64% [2]，但是，由于人口過度增長以及不合理的資源開發，導致我國西南地區的植被破壞和尾礦無序堆積問題比較嚴重，并引發了一系列的環境污染事件和社會問題[3-4]。石漠化是區域性的環境問題，被稱為我國最嚴重的生態地質災害，已成為制約區域經濟可持續發展的重要障礙[5]，因此，石漠化治理迫在眉睫。

任豆樹（Zenia insignis）又名“砍頭樹”，為蘇木科（Caesalpiniaceae）任豆屬（Zenia）落葉大喬木，主要分布于兩廣和云貴等?。▍^），是我國西南地區常見樹種，被列為國家Ⅱ級重點保護植物[6]。任豆樹是喀斯特巖溶地區的適生樹種，也是石漠化治理的優良先鋒樹種[7-8]。國內學者對食用菌菌糠的成分及再利用問題進行了一些研究，但通常是將其作為食用菌栽培輔料或飼料再利用居多[9-12]，關于廢棄菌糠在石漠化地區植被恢復中的應用研究卻鮮有報道。

菌糠具有良好的透氣性和保水性，能有效改善土壤理化性狀和植物根際環境，因而在土壤改良和作物栽培中具有較大的潛在價值[13]。植物移栽后，菌糠不僅可以為幼苗儲存適當的水分，還能為其生長提供一定的養分。廢棄菌糠在石漠化地區植被恢復中的應用，有利于解決缺水少土對植物生長的影響問題[14]。在不添加任何外源化學藥品的前提下，將菌糠、粘土和尾礦按照適當比例混合之后，作為當地造林先鋒樹種（任豆樹）栽培的基質，并開展植被恢復相關技術研究，通過對菌糠進行無害化處理而實現資源再利用，是一種環境友好的技術方法[15]。該研究旨在改善脆弱的喀斯特生態環境，實現生態與經濟共贏。

1 材料和方法

1.1 研究區域概況

本研究的種子發芽試驗地點和野外栽培樣地均位于廣西宜州市境內。種子發芽試驗在河池學院植物學實驗室進行，野外栽培試驗在宜州市城北王八山樣地進行。宜州位于廣西壯族自治區中部偏北，地處北回歸線以北，地理坐標為N24°30.633′， E108°39.100′，屬于九萬大山余脈，為土山丘陵和石山峰林的交錯混雜地帶，屬亞熱帶季風氣候區，氣候溫和，熱量豐富，年平均氣溫19.6～20.3 ℃ ，年平均降雨量1 300～1 525 mm[16]。王八山樣地的地理坐標為N24°30.870′， E108°39.903′，海拔高度為161 m，坡度45～50°，植被覆蓋率約為50%，優勢種為類蘆（Neyraudia reynaudiana），伴生種為五節芒（Miscanthus floridulus）和地果（Ficus tikoua），灌木的種類和數量甚少，偶見黃荊（Vitex negundo）等陽生植物。因為王八山原為宜州城北的采石場和石灰生產基地，采石時必須將地表的土層和植被剝離，所以采石場廢棄之后，植被恢復過程緩慢，植物種類單一，屬于在次生裸地上進行的植物群落演替的早期階段，只有適應能力較強的先鋒物種可以定居和繁殖，并逐漸形成地表植被覆蓋。

1.2 試驗材料

本試驗使用的材料主要有：廢棄菌糠（采自河池學院食用菌栽培基地和宜州瑞康盛豐食用菌廠）；陳年尾礦（采自河池市南丹縣大廠鎮長坡礦露天尾礦壩）；任豆種子（從昆明美地品牌店網購）；鋼管（外徑180 mm，內徑168 mm、長度500 mm，從紅旗碳鋼管店網購）；粘土（采自宜州市城北王八山）；牛皮紙（從河池學院圖書館收集的出版物外包裝材料）；紗布（從當地百貨商店購買）。

1.3 主要儀器

試驗過程中使用的主要儀器見表1。

1.4 試驗步驟和方法

（1）加工器具。將鋼管縱向對半鋸開，做成可自由開關和上鎖的模具，用于將廢棄菌糠等植物栽培基質沖壓成型。

（2） 菌糠處理。本著廢物利用、環境友好、因地制宜、成本低廉的原則[17]，將收集的廢棄菌糠搬運到實驗室附近的空地進行脫袋處理并適當澆水，當含水量達到50%～60%后，將其堆成高度≥1 m、寬度約1.5 m的梯形長堆，每周噴水一次，使菌棒吸水后外表皮軟化，用鐵鍬將堆的外表拍實，使菌棒間緊實后再覆蓋薄膜進行發酵。每隔7 d翻堆1次，共翻堆3次。氣溫較高時，35 d左右即可使堆料（廢棄菌糠）發酵成熟 [18]。將發酵成熟的菌糠平鋪于太陽底下暴曬，每天翻動3次，直至稱量時達到恒質量即可除去自由水并殺滅雜菌。

（3）尾礦處理。本試驗使用的尾礦采自河池市南丹縣大廠鎮長坡礦的露天尾礦壩，原因是該尾礦壩已有多年的堆放歷史，且南丹尾礦資源全國罕見，其形成機理獨特[19]，但是20世紀八九十年代提煉有色金屬之后的尾礦往往得不到妥善處理，目前尚未被綜合利用[20]。將從尾礦壩采集回來的尾礦自然晾干之后，按一定配比與經過堆漚發酵處理的菌糠混合作為任豆栽培的基質。

（4）菌糠理化特性分析。主要是觀察菌糠的外觀，測定其含水率、pH值、吸水性和保水性，并根據測定數據提出相應的技術方案[21]。據文獻報道，廢棄菌糠可提供植物生長需要的營養成分，具有良好的吸水和保水特性，可改良土壤，提高肥力[22]，菌糠能使土壤中的全氮增加 18.18%、有效磷增加 42.47%、有機質增加16.51%[23]，菌糠的物理學特性直接影響菌糠的通氣、透氣、持水、導熱、抗蝕等各種功能，是反映菌糠質量的一個重要方面[24]。

（5）基質配比試驗。先用粘土和菌糠按1∶2、1∶3、1∶4和1∶5的質量比加水混合，以便篩選出適宜粘性的土/糠配比。在試驗中發現，當粘土和菌糠以1∶4的比例加水混合時，粘結效果最好，適合沖壓成型。因此，以該比例的粘土為基礎，將尾礦和菌糠按0∶1、1∶7、2∶6、3∶5、4∶4、5∶3、6∶2、7∶1和1∶0的體積比，將兩種基質混合栽培任豆，然后根據任豆種子的發芽和生長情況確定最佳配比。結果發現，當尾礦和菌糠以1∶7的體積比混合時，任豆種子的發芽和幼苗生長情況最佳。

（6）栽培基質沖壓成型。根據幼苗成活率最高的基質配比，將菌糠、粘土和尾礦等栽培基質按照一定比例充分混合，稱質量，用噴壺均勻噴水至含水量達10%左右，選擇不同壓力梯度，用微機控制電子萬能試驗機將栽培基質沖壓成圓筒狀的料塊（每個壓力梯度沖壓3個重復）。第1次試驗的栽培基質均為菌糠，沖壓壓力分別為0，10，20，30，40，50，60 kN；第2次試驗的栽培基質則為菌糠、黏土和尾礦混合物，沖壓壓力改為0，5，10，15，20，25，30 kN。由于在栽培基質中添加了黏土和尾礦之后，其物理性狀發生了改變，因此，沖壓時壓力做了相應的調整。

（7）栽培基質的吸水和保水特性分析。分別從不同壓力處理的栽培基質中，隨機選取3塊料塊進行吸水和保水性試驗，具體做法是：讓圓筒狀的栽培基質料塊吸足水分之后，分別稱量其平均質量，根據吸水前后的質量差，就可以計算其最大吸水量。栽培基質料塊飽和吸水后，將其在自然狀態下放置，每周按固定時間測定其質量變化，直到質量不再有明顯變化為止，根據實測數據繪制不同栽培基質含水量的變化曲線，可以直觀地反映不同壓力沖壓處理的栽培基質的保水性能。

（8）種子發芽試驗。隨機選取50 g任豆種子進行催芽試驗，用70 ℃熱水浸泡30 min[25]，清洗干凈種子表面的殘留物后，撈起晾干水分即可進行人為控制條件下的種子發芽試驗。具體做法為：將濕紗布疊成3層鋪于培養皿底部，隨機選取90粒晾干水分的種子均勻鋪在紗布上，再覆蓋3層濕紗布，置于28 ℃的生化培養箱進行通風培養。3 d統計1次種子發芽的數目，計算發芽勢；7 d再統計1次發芽的數目，計算發芽率[26]。發芽勢和發芽率的計算如下。

發芽勢=（播種后3 d的種子發芽數/種子總數）×100% （1）

發芽率=（播種后7 d的種子發芽數/種子總數）×100% （2）

（9）點種處理。用前述（8）的方法處理種子，點種前在栽培基質料塊正面均勻打16個直徑約6 mm的小孔，每個孔洞內放入1粒種子，覆土厚度約2 cm后適當淋水。一般播后3 d萌動，發芽后2～5 d為發芽高峰期，14～15 d發芽終止[27]。

（10）間苗補苗。種子萌發10 d左右，要根據種子發芽和幼苗生長情況及時間苗補苗，確保每個孔洞均有一株健壯幼苗，視苗木生長情況，做好相關的病蟲害防治工作。

（11）幼苗日常管理。待發芽結束后進行日常護理，即每隔1～2 d對幼苗均勻噴灑適量自來水，及時清理栽培基質上的雜草和雜菌（通常有酢漿草和鬼傘菌等）。每2周按固定時間測量1次植株的高度，觀察和記錄幼苗生長情況。

（12）野外移栽。待植株的平均高度達到15 cm時，就可以將其移植到事先選定的石漠化比較嚴重的坡地進行人工造林。移栽時，應選擇山坡中下部等比較適合人工造林的地段，如棄耕地和縫隙泥土較多的荒坡地[28]，每月中旬（15號）分別用游標卡尺和鋼卷尺測量每個植株的地莖和高度，并統計成活幼苗的數量和生長情況，檢查蟲害程度，做好防蟲防旱措施。

1.5 數據處理分析

每種不同的試驗處理均做3個重復試驗，結果取平均值。數據的統計分析和作圖分別用Microsoft Office和Origin 7.5等軟件進行。根據各個植株的地莖和高度的變化，比較任豆幼苗在不同試驗處理情況下的生長情況。

2 結果與分析

2.1 菌糠發酵過程中的溫度變化

由圖1可知，菌糠發酵1周后（7月18日）溫度達到最高值，隨后逐漸回落，第4周的時候（8月7日），溫度基本穩定在33.5 ℃左右，表明菌糠已經發酵成熟，此時可以將其搬到烈日下平鋪暴曬，每天至少翻動3次，使其吸附的自然水分徹底蒸發，同時，太陽輻射中的紫外線也可以達到消除雜菌的目的，避免不利因素對任豆種子發芽勢和發芽率的影響。

2.2 菌糠的保水能力

用不同壓力將菌糠沖壓成型后，其保水能力的測定結果見圖2。

由圖2可知，沖壓栽培基質料塊時，通常是施加的壓力越大，飽和吸水后其質量減少的速率就越慢，說明栽培基質料塊的保水能力與沖壓力有一定的關系，但是沖壓力的增大不僅會增加成本，而且包裝料塊的牛皮紙也容易被撐破。

2.3 任豆種子的發芽情況

2.3.1 自然條件下任豆種子的發芽率 進行任豆種子發芽試驗前，隨機測量部分任豆種子的3個形態指標（表2），以便在栽培基質料塊上打孔點種時，合理控制好孔洞的大小。

第1次發芽試驗的種子數目分別為20粒、15粒和16粒，最高發芽率為66.67%，最低為50%，平均為56.67%；第2次發芽試驗的種子數目分別為18粒、17粒和11粒，最高發芽率為60.00%，最低為36.67%，平均發率為51.11%。從兩次發芽試驗的結果來看，任豆種子的發芽率都比較低。

2.3.2 混合基質對任豆種子發芽的影響 由試驗可知，當黏土和菌糠以1∶4的質量比進行混合時，其粘結效果較好，材料不易散開，容易沖壓成形。在此配比的基礎上，將尾礦和菌糠按不同比例混合作為栽培基質時，任豆種子的發芽勢和發芽率試驗結果見圖3。

由圖3可知，當尾礦和菌糠的質量比為0∶1～4∶4時，發芽勢≥40%，發芽率≥50%，隨后均逐漸下降，可以將菌糠、粘土和尾礦按照7∶2∶1的質量比混合，該基質配比的任豆種子發芽效果較好。

2.3.3 不同壓力處理栽培基質對任豆種子發芽的影響 對栽培基質施加不同壓力處理后，任豆種子的發芽勢和發芽率均有一定的差異，試驗結果見圖4和圖5。

由圖4和圖5可知：若是使用純菌糠基質，當壓力為50 kN時，任豆種子的發芽率和發芽勢均達到最大值；若是使用菌糠與黏土及尾礦組成的混合基質，則在壓力為20 kN時，任豆種子的發芽率即達到最大值。因此，可以根據基質的類型，選擇相應的壓力沖壓栽培基質料塊。

2.3.4 野外移栽試驗 移栽野外的任豆幼苗成活率及株高見圖6和圖7。隨著時間的推移，移栽后任豆幼苗的成活率均有不同程度的下降，平均株高則略有增加，但變化不明顯。

3 討 論

廢棄菌糠含有可供植物生長的多種營養元素、酶類及生物活性物質，其中，粗蛋白質9.80%～18.20%、粗纖維5.00%～30.73%、粗脂肪1.1%～3.5%、鈣2.34%～9.55%、總磷0.36%～1.10%，氮1.274%、鉀1.45%，是理想的植物栽培基質[9]。根據廢棄菌糠理化特性，探討廢棄菌糠育苗的關鍵技術，尋找植物移栽的可行方案，是提高移栽幼苗成活率的重要前提。

利用廢棄菌糠作為植物栽培基質，一定要將其進行發酵處理，所有栽培基質和栽培輔料均需在烈日下徹底暴曬，避免雜菌等不良因素對種子萌發和幼苗生長的影響。栽培基質沖壓成型時，應將石塊、塑料菌袋、尼龍繩子等雜物撿除，避免損壞沖壓設備，或對幼苗移栽環境造成不良影響。

選擇大小合適的苗木進行移栽，也是提高成活率的關鍵。移栽前，至少要進行為期7 d的煉苗處理，幼苗移栽應選擇在春夏低溫多雨季節，移栽幼苗時，可采用挖穴定植的方式進行，洞穴的大小適當，保留幼苗基部約10 cm高的栽培基質料塊，剩余部分料塊與泥土充分混合之后留在樹坑中。覆土定根之后，在幼苗根部周圍預留一個寬20 cm、深2～3 cm的儲水坑，用來收集雨水。同時，做好防護措施，以防動物對幼苗的傷害。每月定期觀察記錄苗木的生長情況，清除周圍的雜草，并將其平鋪于根部周圍，防止水分過度蒸發對幼苗生長的不良影響。

影響幼苗成活率有諸多因素，本研究中任豆幼苗移栽后成活率逐月下降，一個方面可能是因為移栽前煉苗時間不夠，幼苗的適應能力較差所造成的；二可能是移栽的季節不合適，12月份至次年2月份恰逢冬季，大氣降雨較少，土壤含水量較低，干旱影響了幼苗的成活率；三是病蟲害的侵擾，也對幼苗的成活率造成一定的影響，因為從本試驗的任豆種子發芽率試驗中可知，試驗研究使用的種子質量并不是太好，最高發芽率也只有66%左右。

4 結 論

研究表明：（1）廢棄菌糠經過發酵處理，可以單獨或與黏土及尾礦適當比例混合后，作為任豆栽培的基質使用；（2）粘土和菌糠以1∶4的質量比混合時，混合栽培基質的粘結效果較好；（3）沖壓力對栽培基質料塊的保水性和任豆種子發芽率均有一定的影響，沖壓力為50 kN時，任豆種子在純菌糠基質的發芽率和發芽勢最佳，沖壓力為20 kN時，7∶2∶1質量比的菌糠、粘土和尾礦混合基質中任豆種子的發芽率和發芽勢較高；（4）雖然純菌糠基質或黏土-菌糠-尾礦混合基質均可作為任豆栽培的基質使用，但從栽培材料的前期處理及野外移栽的效果看，后者的效果比前者更好。

總而言之，廢棄菌糠可以作為任豆種子發芽和幼苗栽培的基質，應用于石漠化地區的植被恢復重建。但是，為了取得更好的效果，應對廢棄菌糠進行必要的發酵處理，適當添加黏土、尾礦或其它基質，并對移栽后的幼苗進行有效的護理，以提高任豆幼苗的成活率和生長質量。

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