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菌糠指食用菌废渣，是栽培食用菌后剩下的废弃栽培基质，主要由棉籽壳、锯木屑、稻草、玉米芯、甘蔗渣以及多种秸秆等农副产品组成[1-2]。食用菌具有较高的营养价值，中国作为最大的食用菌生产国之一，伴随而来的是相当可观的菌糠产量[3]。据统计，2022 年我国食用菌总产量达 4222.54 万 t，研究发现，每生产 1 kg 的食用菌约产生 3.25～5.47 kg 的菌糠[1，4-6]，按这个比例计算， 2022 年我国菌糠的产量可达 1.37 亿～2.31 亿 t。另有如日本、韩国、法国等其他盛产食用菌的国家，导致菌糠产量规模庞大[3]，废弃菌糠处理不容忽视。当前，我国对于菌糠的资源化利用仍不成熟，处置方式仍以露天堆置、丢弃、焚烧、填埋等传统方式为主，但是这些传统的处置方式并不能对菌糠中的成分充分利用，这不仅是一种资源浪费，还会增加环境负担[7-9]。
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近些年来，有相关研究表明，菌糠可以用于再次栽培食用菌、生产有机肥、制作无土栽培基质、生物修复、挖掘活性物质、制作饲料、制作生物炭和活性炭、制作动物养殖垫料、可再生能源生产等方面[1，6，9-16]。另外，菌糠被用于土壤修复的思路逐渐兴起后，研究发现，菌糠可作为土壤改良剂、复合矿物质肥和微生物肥的原料，对于土壤有显著的改良作用[17]。目前我国正面临着严峻的土壤污染问题，据《全国土壤污染状况调查公报》 （2014 年）结果显示，我国土壤监测点位超标率达到 16.1%，其中重度污染点位比例为 1.1%，耕地土壤点位超标率为 19.4%[18]。工矿业、农业等人为活动以及土壤环境背景值高是造成土壤污染或超标的主要原因，例如，农业生产中过量使用或不当处理含有过量的氮、磷等化学物质的化肥、农药，工业活动中未得到妥善处置的含有重金属、有机物的废弃物和排放物等[19]。全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，土壤质量问题已成为制约中国农业发展的突出问题。因此，探索一种有效的方法来改良土壤质量，提高土壤肥力和作物产量，是当前农业发展的重要课题之一。菌糠在土壤修复和改良方面的应用对于资源的循环利用、保障农业可持续发展以及提高农作物产量具有重要的意义。本研究将针对菌糠对土壤的修复和改良研究进行阐述，为菌糠在资源循环利用、土壤治理和农业领域的应用提供参考。
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1 菌糠的组成及特征
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食用菌培养料主要由棉籽壳、锯木屑、稻草、玉米芯、甘蔗渣以及多种秸秆等农副产品组成，此外，培养料中还会根据需要添加一定量的糖类、氮源、 pH 值调节剂等。而食用菌对培养料营养成分的利用率约为 15%～25%，所以已种过食用菌之后的栽培基质仍残留有丰富的营养物质[20]，如蛋白质、氨基酸、菌类多糖及铁、钙、锌、镁等中微量元素和维生素等[21-23]。同时，栽培食用菌后的菌糠里残留大量的菌丝体[24]，这些菌丝体中也含有丰富的蛋白质、脂肪、氨基酸、酶类、多种维生素以及微量元素。
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菌糠的营养成分取决于栽培菌种、栽培所用原料以及栽培环境等因素[25-26]。相比于以木屑为原料的菌糠，以棉籽壳为原料的菌糠的氮、磷、钾、钙等元素含量较高，而纤维素含量则较低[26-29]。有相关研究表明，杏鲍菇菌糠的大部分矿质元素均高于金针菇菌糠[27]，综合指标均优于海鲜菇菌糠、姬菇菌糠、香菇菌糠[28]。这是由于菌糠中各种成分的含量与不同栽培原料中各成分的含量以及栽培的食用菌品种对各成分的转移程度有直接的关系[29]。
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菌糠作为一种含有丰富营养物质的资源，在修复与改良土壤方面发挥着重要的作用，主要体现在多个方面，包括增加土壤有机质含量、改善土壤结构、提高微生物活性以及提供植物生长所需的养分。菌糠中的有机质含量较高，施入土壤能够提高土壤有机质含量[30]。菌糠疏松多孔，具有良好的透气性，菌糠施入土壤能够进一步分解转化为具有良好通气性能、蓄水能力的腐殖质，可以有效改良土壤的透气性，增强土壤保水保肥能力[31]。此外，菌糠腐熟物料中的微生物群落可以促进土壤中养分的循环和释放，提高土壤肥力[32]。菌糠的这些特点对于修复酸化土壤、重金属和有机物污染土壤、改良盐碱土壤等具有良好的应用价值 （表1）。
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2 菌糠修复酸化土壤
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土壤酸化是土壤中氢离子不断增加的过程，是土壤形成与发育过程中普遍存在的自然过程[33]。土壤酸化会导致土壤板结，加速土壤矿物质养分的淋失[34]，降低土壤中营养元素的有效性，使土壤的保肥和供肥能力下降[35]，影响土壤微生物活性，影响作物生长。另外，在土壤酸化的情况下，土壤有毒金属元素得到释放和活化，对作物根系产生毒害作用，影响作物品质[36]。土壤酸化可造成农作物减产 20%～50%，甚至更高或绝收[37]。有研究表明，我国土壤酸化面积在不断扩大，强酸性土壤（pH 值 <5.5）的面积已经从 20 世纪 80 年代的约 0.1127 亿 hm2 增加长到 21 世纪初的 0.1507 亿 hm2[38]。我国的土壤酸化在亚热带地区已十分突出，尤其在江西、福建、广东、广西、湖南、浙江等省（ 区、市） 表现较为严重[36-39]。土壤酸化作为土壤退化的重要表现之一不容忽视。
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石灰被广泛应用于酸化土壤的改良[40]，石灰能够在短时间内改善土壤 pH 值[41]，但是长期施用石灰会导致土壤的“复酸化”和硬化[42]，并且会导致 Mg2+ 和 NO3- 等矿物质营养物质浸出损失增加[43-44]。生物质炭也可用于酸化土壤的修复，但是长期施用生物质炭会导致部分无法在土壤中被分解的多环芳烃积累，造成土壤的次生污染[34]。近年来，有相关研究表明，工业废弃物也可用于酸化土壤的改良，但工业废弃物中均含有部分有害重金属，存在造成土壤次生污染的可能性[34]。
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土壤酸化后，盐基阳离子减少，Al3+ 和 H+ 增加，而菌糠中有机质含量丰富，能够通过与 Al3+ 形成有机复合物降低交换性铝的含量，从而减轻酸化土壤的铝毒害作用[45]。魏岚等[46]在研究碱渣、蘑菇菇渣、污泥、泥炭等土壤调理剂对酸化土壤的调节作用和对辣椒生长、产量、品质的影响时，指出施用菌渣后不仅能提高土壤 pH 值，降低酸性土壤交换性铝含量，而且提高了土壤中有机质、速效氮、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性镁含量，同时能降低酸性土壤活性铝对辣椒的毒害作用，使辣椒品质和产量均得到显著提升，其中以碱渣 + 菇渣处理的效果最为显著。曹健等[47]利用草菇渣的发酵产物为主要原料，和土壤改良剂混合配成有机肥料，施入种植红葱的土壤中，结果表明，这种有机肥可提高土壤中交换性钙和镁含量，达到中和土壤酸性的目的，并且降低了土壤的电导率，达到了平衡土壤养分、改善土壤理化性质的效果；与此同时，红葱的品质和产量也得到了提高。陈雯雯等[48] 在江西旱地红壤、海南砖红壤和赤红壤 3 种类型的酸性土壤中施入菌渣、熟牛粪进行试验研究，发现施用菌渣处理和菌渣-熟牛粪处理能有效提高土壤 pH 值、有机质和土壤养分含量、土壤可培养细菌数量、土壤微生物生物量碳含量和花生产量。综上，菌糠可以有效改良酸化土壤，且当菌糠与其他土壤改良剂或是其他堆肥发酵物配合使用时效果相对更好。
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3 菌糠修复盐碱土壤
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盐碱地是我国重要的后备土地，根据联合国教科文组织和粮农组织不完全统计，全世界盐碱地的面积为 9.5438 亿 hm2，其中我国为 0.9913 亿 hm2。对比第二、三次全国土地调查数据，总体来看，我国盐碱土壤面积呈现增长的趋势[49]。我国盐碱地类型多，分布广，从热带到寒温带、滨海到内陆、湿润地区到极端干旱区均有分布，主要分布在西北、东北、华北和沿海地区[50]。盐碱化会抑制土壤中有机质的累积，降低土壤肥力，同时土壤的孔隙变小，透水透气性变差，微生物活动也受到限制，从而使土壤的理化性质变差，影响到作物的正常生长[30，51]。重度盐碱化土地较难生长作物，导致其大面积闲置和撂荒，土地资源浪费。若对盐碱土壤进行改良和治理，不仅可以增加农业种植面积和作物产量，缓解粮食危机，而且对保障我国耕地和粮食生产安全、严守国家耕地红线以及保障土地资源可持续利用具有重大意义[30，52]。
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食用菌菌糠中含有丰富的有机质和矿质元素，可以作为有机物料充当改良盐碱地的优质碳源[53]。菌糠的 pH 值随培养基质不同而变化，多为弱酸性、弱碱性或中性，选择 pH 值呈酸性的菌糠施入土壤可以降低土壤 pH 值，并且可能菌糠通过微生物分解产生有机酸以及土壤中的二氧化碳积累中和土壤氢氧根离子所致，使得土壤 pH 值降低，对于 pH 值呈碱性的盐碱土壤具有修复作用[54-55]。石堃等[56]在研究猴头菇菌糠作为土壤的改良剂对滩涂盐碱土壤主要理化性质的影响时得出，添加菌糠改良后的盐碱土壤 pH 值、全盐量均比原盐碱土明显降低，有机质含量明显增加，土壤中有效钾、氮、磷含量均增加，并且土壤容重变小，孔隙度增大，微团聚体数量增加。谢修鸿等[57]在苏打盐碱土上施用黑木耳菌糠后发现，黑木耳菌糠可以促进微团聚体的团聚，增加土壤孔隙度，土壤可溶盐组成中 CO3 2- 和 HCO3- 的含量随菌糠用量增加而减少。这些都说明施用菌糠可以改善盐碱土壤中的盐分含量及组成，调节土壤 pH 值，改善土壤理化性质，使土壤的成分向优化土壤结构的方向转化。
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此外，有研究表明，菌糠搭配其他的改良剂或与其他发酵物堆肥后施入盐碱土壤比单一施用菌糠的改良效果更好[13]。在菌糠还田时，以腐解菌糠物料作为碳源、搭载硫酸铝改良剂对盐碱地稻田养分性状具有明显的改良和优化作用[58-59]。王玥等[60]发现盐碱土壤添加木耳菌糠和鸡粪混合堆肥可以有效提高农作物产量，并且作物生产指标好于仅添加木耳菌糠的盐碱土壤。
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4 菌糠修复重金属污染土壤
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随着城市化的发展，重金属污染日益严重，土壤重金属污染也受到了广泛关注[61-65]。其中，农业用地所受到的重金属污染较为严重[66]，有研究表明我国设施农田土壤重金属含量呈现一定的空间分布规律，南部地区土壤镉、铅和汞含量最高，北部地区土壤砷、铜、锌和铬含量最高，西北部地区土壤镍含量最高，并且镉污染最严重，其次为汞污染[67]。土壤重金属污染所具有的隐蔽性、滞后性、累积性、不可逆性等特点，不但会对生态系统产生严重和不可逆的影响、危害人体健康并且治理难度较大，治理周期较长[68-69]。重金属污染不仅会对生态环境造成严重的影响，还会通过口服摄入、口鼻吸入以及皮肤接触而进入人体，最终危害人体健康[61-62，70-71]。因此重金属污染土壤的改良和修复至关重要。
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菌糠含有丰富的纤维素、半纤维素、菌丝体和有机物，以及相对较大的表面积[72-73]、发达的微孔结构和一些官能团如羟基、酚基、羧基和巯基，这使得菌糠可以与重金属离子结合，并通过吸附、离子交换、络合和沉淀控制土壤中金属配合物的吸附、形成及活性[74-75]，降低其生物利用度，从而减少进入植物体内的重金属含量，减少对人体健康的危害，并且达到土壤重金属的固化和去除的目的[72]。Chen 等[76] 应用 3 种菌糠替代 25% 的氮肥，通过短期实地研究，3 种菌糠替代比常规施肥能显著增加土壤的有机质、总磷和总钾含量，而土壤中的总镉、铅和砷含量均有所降低，此外，研究发现，与化肥相比，所有菌糠置换都增加了变形菌的相对丰度。可以看出，菌糠部分替代化肥可以提高土壤养分和减少重金属，从而进一步改善微生物多样性和群落组成。Wei 等[71]发现添加 4% 菌糠对镉的固定化和土壤改良效果最好，它降低了镉的可交换部分率，增加了其残留部分率，土壤 pH 值、电导率、阳离子交换能力、酶活性均有所提高。使用菌糠改良重金属污染土壤并不仅仅是像传统方法那样将污染物从一个阶段转移到另一个阶段[74，77-79]，而是成本相对低廉，效果更全面。
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图1 重金属和有机物污染点位超标率[18]
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5 菌糠修复有机物污染土壤
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土壤中的有机污染物主要包括农药、多环芳烃类、多氯联苯、二噁英、石油类污染物以及其它包括增塑剂、阻燃剂、表面活性剂、燃料类以及酚类和亚硝胺物质，其中，有机氯农药、多氯联苯、二噁英、多溴联苯醚、全氟和多氟烷基类化合物等一些有机污染物具有长期残留性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性，能够在大气环境中长距离迁移并能沉积回地面，对人类健康和环境具有严重的危害。
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菌糠中含有丰富的营养物质和菌丝体，这有助于生物降解土壤中的有机污染物[80-83]。菌糠中仍残留有许多酶类，能够通过氧化催化自由基的形成，使有机物污染物分子中的键不稳定，进而去除有机污染物[84]。菌糠中含有大量的有机质，可以通过离子交换和质子化、氢键、范德华力、配位体交换、阳离子桥和水桥等各种不同机制与土壤有机物结合，形成难以进入生物体细胞膜的大分子或极性很强的分子，从而降低有机污染物的毒性[45]。Jia 等[74]通过香菇菌糠对重金属镉和二氯苯混合污染的土壤修复潜力研究，指出香菇菌糠可以提高土壤生物活性以及木质素分解酶的含量，从而改善二氯苯的去除效果，并且，常规和灭菌的香菇菌糠施入土壤后均可降低土壤中镉的可提取性。 Antón-Herrero 等[85]对杏鲍菇、香菇、平菇和双孢蘑菇 4 种菌糠进行了生物修复石油烃污染土壤的评估，结果表明，相对于对照，菌糠的应用显著改善了石油烃的降解，对 C10 至 C35 的脂肪烃和芳烃的去除是有效的，其中最有效的是双孢蘑菇。Zhou 等[86]比较了新鲜和风干的平菇、杏鲍菇和黑木耳菌糠引起的老化污染土壤中多环芳烃的消散率，在用新鲜杏鲍菇菌糠改良土壤时多环芳烃的消散率最高。Ge 等[87]研究表明，16 种多环芳烃在土壤中的降解效率随着杏鲍菇菌糠施用比例和频率的增加而增加，施用菌糠后，土壤中多环芳烃降解菌的生物量和酶活性增加，多环芳烃的降解效率与多环芳烃降解菌的生物量和大多数土壤酶的活性呈正相关，并且观察到由于添加杏鲍菇菌糠，多环芳烃 C—C 键断裂，多环芳烃被裂解。
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6 菌糠修复和改良土壤的方式及优缺点
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菌糠修复和改良土壤的方式多种多样，可以直接施入土壤，发酵堆肥后施入土壤，可与作物轮作 （米菇轮作），制成生物炭基肥，与石膏或改良剂混施等。相对于农家肥和氮磷钾肥料，菌糠碳氮比值较低，直接施入土壤，可以为植物提供更多的养分及较高的养分利用率，增加土壤在干旱条件下的保水性[88]。将菌糠堆肥后施入土壤，不仅改善了土壤基本化学性质，而且与单施化肥相比，同时增强了土壤酶活性，提高了土壤微生物数量，并改变了土壤微生物群落组成及其多样性[89]。此外，米菇轮作（大球盖菇-玉米轮作）的方式比作物轮作（小麦-玉米轮作）更能促进秸秆降解、提高土壤肥力，改善土壤结构和增加经济效益[90]。而菌糠生物炭化，比腐熟和晾晒处理具有更好的改良效果[91]。朱彦谚[92]研究表明，木耳菌糠制备的水热炭对苏打盐碱土进行改良具有良好的应用潜力，且水热炭改良苏打盐碱土种植水稻后土壤的理化性质得到了进一步改善，从而促进了水稻幼苗的生长，降低了苏打盐碱土对水稻幼苗的盐碱胁迫。董宁[93]以菌糠配施石膏和硫酸铝改良苏打盐碱土，结果显示较单独施用菌糠及单独施加石膏和硫酸铝改良效果显著。相对于其他的土壤改良剂（如农家肥、化肥、农作物秸秆、石膏和硫酸铝等），菌糠不仅可以改善土壤的理化性质，增加土壤的肥力，还可以提高作物的抗逆性和产量[9]，具有抗菌活性[94]，可以降低病害发生率[95-96]，并且成本低，效果也更好。然而菌糠利用的相关技术研究虽然取得一定进展，但尚不足以广泛应用于实际，技术转化及落地仍然需要时间。
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7 总结与展望
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菌糠具有容重小、质地疏松、颗粒结构丰富、透气性好、保水保肥能力强等特点，这些性质决定了其对于盐碱土壤、酸性土壤、重金属以及有机物污染土壤具有良好的改良和修复作用。菌糠作为有机成分施加到土壤中，有利于土壤团粒结构的形成[60，97]，改良土壤容重[56，98]，增加土壤的田间持水量[99]，提高土壤的保水能力[45]，改良土壤孔隙度[56-57，100]，增加土壤的透气性[101]，促进植物生长[47-48]，利用菌糠修复和改良土壤，不仅有助于环境保护，而且对农业可持续发展具有潜在价值。然而，栽培的食用菌及其基质种类繁多，导致菌糠的理化性质不同、质量参差不齐，有必要开展菌糠资源化利用的评估，研发适宜的菌糠肥料化技术，多途径加大对技术转化和推广力度。
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综上所述，未来在菌糠修复和改良土壤方面的研究建议从以下几个方面着手：
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（1）加强菌糠在土壤修复和改良方面的作用机理研究。目前对于菌糠修复和改良土壤的机理研究还较为浅薄。需要重点研究菌糠施入土壤后物质的迁移转化规律，以及不同作物对于菌糠改良土壤的生长及生理生态响应机制。这将为科学的利用菌糠修复和改良土壤提供依据和方向，并助力最大程度地提高作物的产量和品质。
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（2）研发基于菌糠资源化评估的肥料化技术。随着人们对食药用菌需求的增加，菌糠的产量越来越多。未来需要明确不同来源菌糠的性质和差异，评估菌糠的质量和等级，为其资源化利用提供科学分析。针对不同污染或退化类型土壤的修复和改良需求，研发适宜的菌糠肥料化技术，包括菌糠的还田方式、比例和时间，配合的耕作措施和作物种植品种等。
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（3）多途径协同推进菌糠肥料的技术转化和推广。早在 20 多年以前就有菌糠改良土壤的相关研究[102]，但是至今这种方法仍未在实际土壤改良中得到广泛的应用。技术转化及实地应用受多种因素影响，与技术效果、市场需求、经济成本以及政策引导等息息相关。
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总之，未来应该从全产业链角度，既要注重应用基础研究，探索如何将研究成果转化为农业实践，又要与相关农业政策相协调，因地制宜研发菌糠资源化利用技术，健全地方规范化和标准化的菌糠利用技术体系，打造以菌糠为纽带的农林草湿多生态系统循环发展模式，促进区域生态系统可持续发展。另外，除了利用土壤改良剂或调节剂来改良和修复退化或污染的土壤之外，应该从源头减少或杜绝土壤退化及污染的发生，加强对于土壤资源的保护和合理利用，因此需要在土壤施肥施药过程中做到无害化或减害化，菌糠作为生物废弃资源源于生态系统，将菌糠作为有机物料归于土壤，可增加其肥力，改善其结构，对农业生态系统健康以及农作物安全有一定保障作用。
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摘要
随着食用菌菌糠产量的增加，菌糠处理方式也将趋于多样化。食用菌菌糠中含有丰富的有机质和营养元素，然而传统的处置方式不仅会对菌糠资源造成浪费，更会对环境造成污染。近年来，关于食用菌菌糠的资源化利用方式研究逐渐兴起，通过简述菌糠在修复污染土壤和改良退化土壤方面的研究，提出未来关于菌糠修复和改良土壤方面研究的建议，以期为菌糠在环境治理和农业领域的应用提供参考，为其高效利用提供理论依据。
Abstract
With the increase in the yield of spent mushroom substrate（SMS），the treatment methods of the SMS would also tend to be diversified. The SMS contained rich organic matter and nutrient elements. However，the traditional disposal methods not only wasted the SMS resources，but also caused pollution to the environment. In recent years，research on the resource utilization way of SMS had gradually emerged. By briefly describing the research on the remediation of polluted soil and the improvement of degraded soil by SMS，suggestioned for future research on the remediation and improvement of soils by SMS were put forward，to provide a reference for the application of SMS in environmental management and agricultural field，and provide a theoretical basis for its efficient utilization.
Keywords
spent mushroom substrate ； soil improvement ； remediation ； resource utilization