一种利用食用菌轮作修复三七连作土壤的方法及机理

技术领域

本发明涉及一种修复三七连作土壤的方法，具体涉及一种利用食用菌轮作处理三七连作土壤的方法。

背景技术

三七为五加科人参属宿根植物，是中国传统名贵中药材。三七富含三七皂苷、三七多糖、三七素、黄酮等有效成分，具有止血、活血化瘀、消肿定痛、滋补强壮、抗疲劳、耐缺氧、抗衰老、降血脂、降血糖、提高机体免疫功能等作用。具有极高的经济价值。三七的原产区在云南文山和广西田阳的部分地区。其他地方不适宜栽培三七，特别是三七的育苗和出芽，必须在这两个地区气候条件下才能成活。近年来，三七的药用价值和市场需求在逐年增加，导致适宜种植三七的土地都被开发栽培过三七。然而，由于三七存在严重的连作障碍，栽种过三七的土地一般要进行25～30年的玉米、蔬菜、豆科类等植物的轮作才能再次种植三七，导致目前原产地已经稀有未被栽培过三七的土地可利用。三七连作障碍的成因主要有营养失衡、自毒物质累积和根腐病爆发等，主要表现为三七连种过程中益生菌减少病原微生物和增加病害侵染导致复种的三七根腐严重致使三七质量下降、产量降低，甚至绝收。当前业内对三七连作障碍问题的处理方法主要是针对种植过三七的土壤中的病原微生物进行消毒和抑制的处理，包括化学农药土壤消毒法、高温水蒸汽土壤消毒法、火焰煅烧土壤消毒法、益生微生物菌剂添加法、氯化苦土壤熏蒸消毒法。然而，以上方法除氯化苦消毒后再施加大量的益生菌能够实现部分面积推广外，其余方法均处于试验阶段且方法单一，三七生长后期存苗率低、产量低、部分三七农残重金属不达标等，以其方法所述,操作步骤繁琐成本高，难以在三七上推广。氯化苦土壤熏蒸消毒法虽可以在三七种植业上实现规模化推广，但其成本高，且氯化苦毒性高对人畜具有极大危害，在三七种植的过程中甚至出现三七种植户中毒住院险情，因此因其属于高毒化学危险品已被国家列入农业禁用化学药品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用利用食用菌轮作处理三七连作土壤的方法，解决三七连作造成的土壤理化性质恶化、营养失衡、自毒化感物质积累导致微生物群落失衡、病原微生物和土传病害增加的问题。

为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案对三七连作土壤进行轮作处理并在生产上验证的其修复效果，同时对其土壤改良的内在机理进行了研究：

一种利用食用菌轮作修复三七连作土壤的方法，包括如下步骤：

(1)在采挖过三七的连作地栽培竹荪等食用菌，进行第一轮轮作处理，其具体方法为：采挖过三七的土壤揭棚翻耕，进行晾晒。之后挖畦栽培竹荪（或根据季节选择先轮作栽培其他食用菌）。培养料为锯木屑50-80%，玉米芯50-20%,堆料发酵7天。挖畦深20公分，宽60公分，填料播种竹荪或其他食用菌菌种。覆土浇水盖草保湿。根据气温条件，后期搭建遮阳棚，以遮阴出菇。（栽培不同食用菌，其配方好和料处理方法需进行调整）

(2)翻耕覆膜处理具体方法为，将栽培竹荪等食用菌并出菇完成的土壤进行翻耕，洒水，用厚的透明塑料薄膜覆盖，并将边界压实、密封，使连作地中土壤处于厌氧环境，使未完全分解的培养基质继续分解，同时使竹荪菌丝和其他好氧病菌及虫卵进一步死亡。

(3) 继续轮作栽培大球盖菇等食用菌，其具体方法为：将覆盖1月以上的土壤揭膜透气、挖畦、铺料、播种大球盖菇或其他食用菌菌种，播种后覆土、浇水、盖草保湿，使菌丝生长。其培养料为锯木屑50-80%、玉米芯50-20%，堆料发酵7-10天。铺料后根据季节和气温条件及时搭建遮阳棚等待出菇（栽培不同食用菌，其配方和料处理方法需进行调整）。

(4)再次进行翻耕覆膜，其具体方法为：采收完大球盖菇等食用菌后，翻耕土地并浇水覆膜1月以上，使未完全分解的培养料在厌氧条件下继续分解，同时使大球盖菇菌丝、好氧病菌和虫卵死亡。

（5) 继续轮作栽培竹荪或其他食用菌品种，其具体方法为：将覆盖1月以上的土壤揭膜透气、挖畦、铺料、第三轮播种竹荪或其他食用菌菌种，播种后覆土、浇水、盖草保湿，使菌丝生长。其培养料为锯木屑、竹片等0-80%、玉米芯、稻草等80-20%，其他培养原料若干比例，堆料发酵2-10天。铺料播种后根据菌丝生长情况和气温条件及时搭建遮阳棚等待出菇（栽培不同食用菌，其配方和料处理方法需进行调整）。

(6)再次进行翻耕覆膜，其具体方法为：采收完所栽食用菌后，翻耕土地并浇水覆膜1月以上，使未完全分解的培养料在厌氧条件下继续分解，同时使食用菌菌丝、好氧病菌和三七根结线虫等虫卵进一步死亡。

(7)揭膜透气，其具体方法为：覆膜发酵结束后进行揭膜透气，使土壤微生物达到新的平衡。等待时机再次栽培三七。

（8）对不同食用菌轮作前后土壤微生物群落进行检测分析，其具体方法为：利用高通测序的方法对轮作与不轮作以及不同轮作处理前后的土壤微生物群落进行了比较分析，初步研究了食用菌轮作对土壤修复作用的内在机理。

更进一步的技术方案是，步骤（1)中的连作地耕翻30cm左右，晾晒7～10天，挖畦20cm深、填料厚度20-30公分，培养料的铺料量约5吨/亩，播种竹荪或其他食用菌菌种后，处理三七连作土壤时竹荪栽培的覆土厚度由正常栽培覆土厚度为5cm,增加至覆土8-10cm，促进竹荪等菌丝更多地向土壤中生长，以增加菌丝与土壤的密切接触，加强处理效果。

更进一步的技术方案是，步骤（2），翻耕深度为40公分，方法式利用大耕土机进行深翻耕，之后利用旋耕机将翻耕上来的20公分土壤打碎并充分混合；覆盖塑料之前，向土壤洒水以排除土壤间隙空气，薄膜厚度为0.5mm,且不破损不透气，四周用土壤封边。

更进一步的技术方案是，步骤（3）中栽培大球盖菇等的覆土层是8-10公分，比普通栽培大球盖菇覆土层为3-5公分厚一倍多，目的也是为了调大球盖菇菌丝，使其大量在覆土层生长，以增加菌丝与土壤的密切接触，加强处理效果。。

更进一步的技术方案是，步骤（4），翻耕深度为30公分深翻耕；覆盖塑料之前，向土壤洒水以排除土壤间隙空气，薄膜厚度为0.5cm,且不破损不透气，四周用土壤封边。

更进一步的技术方案是，步骤（1）、（3）、（5）中，栽培竹荪或其他食用菌。其中培养料根据该菌种所需进行调整，比如竹荪培养料为锯木屑、竹片50-100%、玉米芯50-0%，堆料发酵5-10天；草菇培养料为稻草、玉米芯，堆料发酵3-5天；等。

更进一步的技术方案是，步骤（6）中，再次进行翻耕覆膜，其具体方法为：此次翻耕深度为30cm，覆膜1月后揭膜透气。

更进一步的技术方案是，步骤（7）中揭膜透气，其具体方法为：轮作处理后的三七连作土壤进行最后一次翻耕处理，使再次恢复土壤自然微生物生态后，按照三七栽培的标准程序打垄再移栽三七种苗。此次翻耕深度为20-30公分。

（9）更进一步的技术方案是，步骤（8）土壤微生物群落比较分析，其具体方法为：在对三七连作土壤进行处理过程中设置未处理和仅覆膜处理的双对照；对处理土壤和未处理土壤、覆膜处理和未覆膜处理土壤同时取样，所有土壤样本均提取总DNA，并利用不同微生物特异性引物对其中的细菌、真菌、放线菌等微生物群落进行基因扩增、建库和高通测序分析，通过微生物群落比较分析阐明了轮作和未轮作土壤微生物群落的结构和生态效应。土壤取样方法，采取S型取样法，每处理样地取3个样本，每样本按照S型曲线取5个样点混合成1个样本，每个样点采取5-20cm土层的土壤。土壤样本的微生物群落分析步骤包括，取土壤样本2g,抽提其中的总DNA，对其中的细菌和放线菌等原核生物的16S基因片段进行扩增并建库，采取第三代高通测序的方法进行原核微生物多样性及丰度分析；对土壤样本中真菌DNA的ITS序列进行扩增并建库，同样采取第三代高通测序的方法进行土壤真菌多样性分析和丰度分析。以研究经过食用菌轮作处理前后土壤微群落的结构所发生的变化，并分析了其生态效应。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

利用食用菌轮作，强力改善土壤营养成分和理化环境；通过食用菌菌丝在基质和上下层土壤中的生长造成厌氧和产酸条件并释放杀菌物质，杀死其中的病原微生物和虫卵；通过食用菌菌丝在土壤中无孔不入地生长，改善土壤板结状态，形成疏松透气的土壤结构。通过辅以土壤覆膜处理，利用土壤本身所含厌氧或兼性厌氧菌分解其中未分解完全的基质并进一步造成厌氧环境，同时使竹荪菌丝、好氧病菌进一步死亡。通过食用菌轮作，向土壤施入大量秸秆、木屑等有机质，这些有机质被分解后遗留大量营养成分在土壤中，调节了土壤的营养平衡和理化状态。本发明利用自然轮作的方法，生态修复三七连作土壤，从而使三七籽条的二年存苗率达90%以上。

附图说明

图1是各处理土壤丰度位列前20的优势细菌群落结构。其中S1为栽培大球盖菇又覆膜处理后的土壤样本；S2为栽培2轮竹荪又覆膜处理后的土壤样本；S3为仅覆膜处理不轮作样本；S4为栽培三七后不做任何处理土壤样本。

图2是各处理土壤丰度位列前20的优势真菌群落结构。其中S1为栽培大球盖菇又覆膜处理后的土壤样本；S2为栽培2轮竹荪又覆膜处理后的土壤样本；S3为仅覆膜处理不轮作土壤样本；S4为栽培三七后不做任何处理土壤样本。

具体实施方法

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

2018年06月在文山学院三七研究院砚山实验基地1，开始着手一种利用食用菌轮作修复三七连作土壤的方法，包括如下步骤：

1、在采挖过三七的连作地选取60m

2、翻耕覆膜处理，具体方法为：将栽培过红托竹荪并出菇完成的土壤进行深翻耕40cm，利用喷灌洒水将土壤缝隙中的空气排除，用厚的透明塑料薄膜覆盖土壤，并将边界压实、密封1月，使连作地中土壤的处于微厌氧环境，使未完全分解的培养基质继续分解，同时使大球盖菇菌丝死亡。对照区同样进行翻耕，并选择对“照区1”进行覆膜处理。

3、2019年5月份，在试验区继续轮作栽培棘托竹荪，其具体方法为：将覆盖1月以上的“实验区”和“对照区1”的塑料薄膜揭开，给土壤透气、再在“实验区”挖畦、铺料、播种竹荪菌种，之后覆土、浇水、盖草保湿，使菌丝生长。其中，栽培用培养料为锯木屑60%、玉米芯40%，堆料发酵7-10天；挖畦深20公分，宽60公分。铺料栽培后根据季节、气温条件和菌丝生长情况及时搭建遮阳棚等待竹荪出菇。一般8-9月份开始出菇，10月份加盖小拱棚以促进棘托竹荪出菇完成。对照区1和对照区2空置。

4、翻耕覆膜，其具体方法为：采收完竹荪后，2019.11月翻耕土地30cm，浇水覆膜1月以上，使未完全分解的培养料在厌氧条件下继续分解，同时使竹荪菌丝和残存的好氧病原菌及虫卵进一步死亡。其中“对照区1”一同进行翻耕并再次覆膜处理，“对照区2”空置。

5、揭膜翻耕，其具体方法为：覆膜发酵结束后，进行揭膜翻耕20cm，透气使土壤达到新的生态平衡。等待时机再次栽培三七。

6、按照标准方法采集棘托竹荪种植完成并覆膜处理后的土壤样本记为土壤样本S2-1,S2-2,S2-3; 同时取对照1和对照区2的土壤样本，分别标记为S3-1,S3-2,S3-3和S4-1,S4-2,S4-3，每个样本踢出杂物后去5-10g溶解到采样器中，常温寄送中科院程度生物所进行高通测序分析。

8、2020.1月移栽三七种苗（后续三七栽培管理方法参考专利CN201811269860.X）。移栽前按照标准方法进行起垄，之后在实验区和对照区同时移栽同一批次一年生三七，每空移栽数为130株。三七移栽后水肥管理过程中，全部使用水溶性肥料，浇水的同时借助喷灌装置将水溶性肥料均匀滴至土层内部。施用的水溶性肥料为有机肥、复合肥、磷酸二铵；有机肥中氮、二氧化磷和氧化钾含量之和占比为12.0％，复合肥中氮磷钾比为15:15:30，磷酸二铵中氮与五氧化二磷比为18:46。浇水和施肥的具体用量和时间为：一年生三七移栽后第1个月浇水三次，每次用水量为6m

一年生三七移栽后第3个月浇水三次，用水量分别为6m

一年生三七移栽后第5个月浇水两次，每次用水量为5m

一年生三七移栽后第11个月浇水一次，用水量为5m

一年生三七栽后第13个月浇水三次，每次用水量为5m

一年生三七种苗移栽后第15个月浇水三次，用水量分别为6m

一年生三七移栽后第17个月浇水两次，每次用水量为5m

一年生三七移栽后第23月浇水一次，用水量为4m

按照上述种植方法，于移栽后4个月至22个月收集相关试验数据，包括出苗率、存苗率、生物量和根腐病的发病率。相关数据详见表1、表2。

实施例2

2018年5月在文山学院三七研究院砚山实验基地2，开始着手一种利用食用菌轮作修复三七连作土壤的方法，包括如下步骤：

1、在采挖过三七的连作地选取60m

2、翻耕覆膜处理，具体方法为：将栽培过棘托竹荪，并出菇完成的土壤进行翻耕，利用喷灌洒水将土壤缝隙中的空气排除，用厚的透明塑料薄膜覆盖土壤，并将边界压实、密封1月，使连作地中土壤的处于微厌氧环境，使未完全分解的培养基质继续分解，同时使竹荪菌丝和残存的好氧病原菌及虫卵进一步死亡。对照区同样进行翻耕，并选择对“照区1”进行覆膜处理。

3、2018年11月份，在试验区继续轮作栽培大球盖菇，其具体方法为：将覆盖1月以上的“实验区”和“对照区1”的塑料薄膜揭开，给土壤透气。对实验区挖畦栽培大球盖菇。其中，栽培大球盖菇培养料为锯木屑70%，玉米芯30%,堆料发酵14天。栽培时，挖畦深20公分，宽60公分，填料播种大球盖菇菌种，每平方米1袋菌种。之后，在播种过的培养料上覆土、浇水、盖松毛保湿。根据气温条件，春节后搭建遮阳棚，以遮阴出菇。2019年3-4月份出菇采收完成。

3、翻耕覆膜，其具体方法为：采收完大球盖菇后，翻耕土地，浇水覆膜1月以上，使未完全分解的培养料在厌氧条件下继续分解，同时使大球盖菇菌丝和残存的好氧病原菌及虫卵进一步死亡。其中“对照区1”一同进行翻耕并再次覆膜处理，“对照区2”空置。

4、2019年5月份，在实验区再次轮作栽培棘托竹荪，其具体方法为：将覆盖1月以上的“实验区”和“对照区1”的塑料薄膜揭开，给土壤透气。在实验区挖畦栽培棘托竹荪，两个对照区空置。其中，栽培竹荪培养料为锯木屑60%，玉米芯40%,堆料发酵10天。栽培时，挖畦深20公分，宽60公分，填料播种大球盖菇菌种，每平方米1袋菌种。之后，在播种过的培养料上覆土、浇水、盖松毛保湿。根据气温条件，春节后搭建遮阳棚，以遮阴出菇。2019年9-10月份出菇采收完成。

5、翻耕覆膜，其具体方法为：采收完棘托竹荪后，翻耕土地30公分，浇水覆膜1月以上，使未完全分解的培养料在厌氧条件下继续分解，同时使棘托竹荪菌丝和残存的好氧病原菌及虫卵进一步死亡。其中“对照区1”一同进行翻耕并再次覆膜处理，“对照区2”空置。

6、揭膜翻耕，其具体方法为：覆膜发酵结束后，进行揭膜翻耕透气，使土壤重新达到自然生态平衡。等待时机再次栽培三七。

7、2020年1月移栽三七种苗（后续三七栽培管理方法参考专利CN201811269860.X）。移栽前按照标准方法进行起垄，之后在实验区和对照区同时移栽同一批次一年生三七，每空移栽数为130株，后续管理方法同实施例1.

按照上述种植方法，于移栽后4个月至22个月收集相关试验数据，包括出苗率、存苗率、生物量和根腐病的发病率。相关数据详见表1、表2。

实施例3

2018年9月在文山学院三七研究院砚山实验基地3，开始着手一种利用食用菌轮作修复三七连作土壤的方法，包括如下步骤：

1、在采挖过三七的连作地选取60m

2、2018年9月份，在试验区轮作栽培大球盖菇，其具体方法为：对实验区挖畦栽培大球盖菇。其中，栽培大球盖菇培养料为锯木屑70%，玉米芯30%,堆料发酵14天。栽培时，挖畦深20公分，宽60公分，填料25cm播种大球盖菇菌种，每平方米1袋菌种。之后，在播种过的培养料上覆土、浇水、盖松毛保湿。根据气温条件，春节前搭建遮阳棚，以遮阴出菇。2019年3-4月份出菇采收完成。对照区1和对照区2空置。

3、翻耕覆膜，其具体方法为：采收完大球盖菇后，翻耕土地，浇水覆膜1月以上，使未完全分解的培养料在厌氧条件下继续分解，同时使大球盖菇菌丝和残存的好氧病菌及虫卵进一步死亡。其中“对照区1”一同进行翻耕并一同进行覆膜处理，“对照区2”空置。

4、揭膜透气，2019.5月份在实验区再次挖畦栽培棘托竹荪，两个对照区空置。其中，栽培竹荪培养料为锯木屑60%，玉米芯40%,堆料发酵10天。栽培时，挖畦深20公分，宽60公分，填料播种棘托竹荪菌种，每平方米1袋菌种。之后，在播种过的培养料上覆土、浇水、盖松毛保湿。根据菌丝生长情况和气温条件，春节后搭建遮阳棚，以遮阴出菇。2019年7-8月份出菇采收完成。

5、翻耕覆膜，其具体方法为：采收完棘托竹荪后，翻耕土地，浇水覆膜1月以上，使未完全分解的培养料在厌氧条件下继续分解，同时使棘托竹荪菌丝和残存的好氧病菌及虫卵进一步死亡。其中“对照区1”一同进行翻耕并一同进行覆膜处理，“对照区2”空置。

其具体方法为：实验区和对照区1机型翻耕、浇水、覆膜处理1月。覆膜发酵结束后，进行揭膜透气，使土壤重新达到自然生态平衡。等待时机再次栽培三七。

6、按照标准取样方法，取大球盖菇栽培完成并进行覆膜处理后的土壤，送中科院程度生物所进行微生物群落分析。土样本编号为S1-1，S1-2，S1-3.

7、移栽三七种苗（后续三七栽培管理方法参考专利CN201811269860.X）。具体方法为：2020年1月，移栽前按照标准方法进行起垄，之后在实验区和对照区同时移栽同一批次一年生三七，每空移栽数为130株。三七移栽后水肥管理参照实施例1.

按照上述种植方法，于移栽后4个月至22个月收集相关试验数据，包括出苗率、存苗率、生物量和根腐病的发病率。相关数据详见表1、表2。

表1不同处理平均出苗率、存苗率及生物量

表2.三七生长过程中根腐病的发病率

表1可见，与未进行任何处理（阳性对照）相比，实施例1、2、3方法利用食用菌轮作处理的三七连作土壤后再次栽培三七，极大地减少了病害的发生率，提高了三七的平均出苗率、存苗率及生物量。同时也显示，与阳性对照和未轮作栽培食用菌处理相比，仅仅浇水覆膜的处理（对照1）可以部分延长三七的存苗时间、在很小的程度上减少了根腐病的发生率，无明显解决三七连作问题的作用。

由表2可知，实验例1、2和3处理地块上栽培的三七在不同时期的平均发病率远远低于各自的对照。三个地块的对照2和对照1分别在第一年和第二年的雨季即每年7-8月份大量发病，经过雨季后的9月份存苗率小于5%。而实施例1、2、3每年的雨季无大量发病，秋冬季存苗率良好，至采挖期存苗率仍在85%以上，且从二年七开始每年秋季均能正常结果结红籽。可以说明本发明提供的一种利用食用菌轮作改良三七连作土壤的方法极大地减少了三七生长过程中根腐病的发生，极显著提高了三七的存苗率、有利于解决三七连作障碍问题。

之前经过自然旱作轮作的方法一般经过25年的旱作才可以慢慢缓解土传病害，最终达到恢复到正常水平。有研究进行水旱轮作，利用水稻和其他旱作间隔进行土壤修复，仍然在15年内效果甚微。本发明竹荪等食用菌交替进行2-3轮的轮作处理即可见到明显效果。再次过程中，我们对不同的轮作品种处理过程中土壤的微生态变化进行了跟踪研究和比较分析。结果如图1，图2 所示。

由图1可见，轮作栽培竹荪后的土壤细菌与栽培大球盖菇和各项对照有显著差异。表现为栽培竹荪后，土壤中鞘氨醇单胞菌属（

之前有研究报道，利用栽培羊肚菌的方法进行三七连作土壤的处理，效果甚微。本研究也发现，仅利用大球盖菇对三七连作土壤进行修复效果也不明显。本研究发现，竹荪栽培对三七连作土壤修复有独特的效果。其中，图1页显示了其内在机理之一。

图2显示，在栽培过三七的连作地进行竹荪轮作后，其土壤曲霉类病原微生物（