革新聚乳酸：揭示聚苯胺、石墨烯纳米片和马来酸酐添加剂对生物降解性、热性能及机械性能的影响

《Future Foods》：Revolutionizing Polylactic Acid: Unveiling the Influence of Polyaniline, Graphene Nanoplatelet, and Maleic Anhydride Additive on Biodegradation, Thermal and Mechanical Properties

　　蘑菇栽培中，采用含20% BVB基料、40%回收土壤、25%新鲜甘蔗渣、10%发酵甘蔗渣及5%碳酸钙+珍珠岩的C3 casing土壤，结合1000 g/m2玉米芯（CM）补充，显著提升白蘑菇产量（干重达6.79%）、组织硬度（3.45）及抗氧化酶活性。研究证实CM补充对产量、蛋白质（3.88% FW）及N、Mg元素含量提升效果优于单独更换casing土壤。优化方案为可持续利用农业废弃物替代传统泥炭土，同时需量化经济与环境效益

　　白色蘑菇（Agaricus bisporus）作为一种营养丰富的食用菌，其种植在全球农业产业中占据重要地位。这项研究旨在探索使用回收材料和甘蔗渣替代传统泥炭作为覆盖土的可行性，同时评估在堆肥中添加玉米粉（CM）对蘑菇产量和营养价值的影响。通过比较不同覆盖土配方和玉米粉添加量对蘑菇生长和质量的综合影响，研究为实现可持续、经济高效的蘑菇种植提供了新的思路。

### 一、研究背景与意义

白色蘑菇因其丰富的营养成分和健康益处而受到广泛欢迎。随着全球对植物性蛋白质需求的增加，传统动物蛋白的高成本、环境影响以及潜在健康问题促使研究者寻找替代品。植物基蛋白，如玉米粉，因其富含碳水化合物和蛋白质，被广泛用于提升堆肥的营养价值。然而，蘑菇的产量和质量不仅受堆肥成分的影响，还与覆盖土的组成密切相关。传统上，泥炭因其良好的保水性和结构特性被用作覆盖土的主要成分。然而，泥炭的开采导致了栖息地破坏和碳排放等问题，这促使研究人员探索更加环保的替代材料。

此外，甘蔗渣作为一种广泛种植的农业副产品，其丰富的纤维和碳水化合物含量使其成为一种潜在的堆肥和覆盖土材料。在伊朗的德兹福尔地区，甘蔗种植广泛，甘蔗渣资源丰富且成本较低，这为使用甘蔗渣作为覆盖土材料提供了良好的基础。研究还发现，通过合理利用农业废弃物，不仅有助于减少环境污染，还能为农民提供额外的经济收益。因此，探索可持续的覆盖土配方和堆肥补充剂对于提升蘑菇产业的经济效益和环境友好性具有重要意义。

### 二、研究方法与实验设计

本研究在伊朗德兹福尔的Jolgeh Dez农业公司进行，采用分块设计的随机完全区组设计（RCBD），设置3个重复。实验区域分为7种不同的覆盖土配方，其中5种基于Jolgeh Dez农业公司的研究结果。覆盖土配方包括：

- **C1**：100%商业泥炭基覆盖土（BVB?，荷兰）
- **C2**：100%商业泥炭覆盖土（Tima Peat?，亚美尼亚）
- **C3**：20% BVB基底、40%回收土壤、25%新鲜甘蔗渣、10%发酵甘蔗渣、5% CaCO? + 珍珠岩
- **C4**：10% BVB基底、50%回收土壤、25%新鲜甘蔗渣、10%发酵甘蔗渣、5% CaCO? + 珍珠岩
- **C5**：20% Tima Peat基底、40%回收土壤、25%新鲜甘蔗渣、10%发酵甘蔗渣、5% CaCO? + 珍珠岩
- **C6**：10% Tima Peat基底、50%回收土壤、25%新鲜甘蔗渣、10%发酵甘蔗渣、5% CaCO? + 珍珠岩
- **C7**：60%回收土壤、25%新鲜甘蔗渣、10%发酵甘蔗渣、5% CaCO? + 珍珠岩

堆肥中的玉米粉补充分为三个水平：

- **S1**：对照（无CM）
- **S2**：1000 g/m2 CM
- **S3**：1500 g/m2 CM

实验过程中，首先制备了堆肥（Phase III compost），包括小麦秸秆、家禽粪便和石膏等原料。随后，根据不同的覆盖土配方和玉米粉补充水平进行种植，并在不同阶段进行测量，包括蘑菇产量、品质和营养成分等。实验持续了26天，以确保全面评估不同处理对蘑菇生长的影响。

### 三、实验结果与分析

#### 1. 蘑菇产量

实验结果显示，S2（1000 g/m2 CM）与C1（100%商业泥炭基覆盖土）的组合产生了最高的蘑菇产量，达到36,669 g/m2，比对照组（31,731 g/m2）提高了15.6%。然而，C4、C5和C6在相同CM补充水平下并未显著区别于C1，表明回收材料在适当补充下同样可以实现较高的产量。这表明，尽管泥炭基覆盖土在某些方面具有优势，但回收材料的使用可以显著降低对泥炭的依赖，同时保持较高的产量。

#### 2. 首批蘑菇产量比例

在首批发菌比例方面，C1（无CM补充）表现最佳，达到60.1%，而其他覆盖土配方在无CM补充时均低于此比例。然而，当添加CM后，首批发菌比例略有下降，表明CM可能对蘑菇的早期生长产生一定抑制作用。因此，需要在补充CM的水平上进行平衡，以确保蘑菇的快速生长和高质量产出。

#### 3. 优质蘑菇比例

C1（无CM补充）在优质蘑菇比例上表现突出，达到97.2%，而其他覆盖土配方在无CM补充时也表现出较高的质量。然而，当添加CM后，优质蘑菇比例有所下降，这可能与CM的高营养成分导致的生长环境变化有关。因此，CM的添加水平需要谨慎控制，以避免对蘑菇质量产生负面影响。

#### 4. 干重百分比

蘑菇的干重百分比在不同覆盖土配方和CM补充水平下表现出显著差异。C1（无CM补充）的干重百分比最低，仅为5.48%，而C3和C4在添加1000和1500 g/m2 CM后干重百分比显著提高，分别达到6.79%和7.38%。这表明，CM的添加有助于提升蘑菇的干重，从而提高其经济价值。

#### 5. 蘑菇亮度指数（L*）

在亮度指数（L*）方面，C1和C2（泥炭基覆盖土）表现出较高的亮度，达到86.9%以上，而C6和C7（回收覆盖土）的亮度指数较低。这可能与泥炭基覆盖土的低pH值和低氧化物含量有关，这些特性有助于防止蘑菇变色。因此，泥炭基覆盖土在保持蘑菇外观质量方面具有优势。

#### 6. 蘑菇组织硬度

蘑菇组织硬度在不同处理下表现出显著差异。C1和C2的硬度较低，而C3在添加1000 g/m2 CM后硬度显著提高，达到3.45，比对照组提高了40.8%。这表明，回收覆盖土与CM的结合可以有效提升蘑菇的硬度，从而改善其口感和市场价值。

#### 7. 抗氧化酶活性

在抗氧化酶活性方面，C1和C2在所有CM补充水平下均表现出较高的CAT（过氧化氢酶）活性，分别达到41.8和40.9 U/min/mg蛋白。这表明，泥炭基覆盖土在促进蘑菇抗氧化能力方面具有优势。此外，C7在添加1500 g/m2 CM后表现出最高的SOD（超氧化物歧化酶）活性，达到94.75 U/min/mg蛋白，比对照组提高了约28.95%。这可能与C7中某些特定成分的激活有关，这些成分可能影响了SOD的活性。

#### 8. 非酶促抗氧化活性

非酶促抗氧化活性方面，C1和C2在添加1000和1500 g/m2 CM后表现出最高的总酚含量，分别达到7.11 GAE/g干重。这表明，泥炭基覆盖土在促进蘑菇非酶促抗氧化能力方面具有显著优势。DPPH（1,1-二苯基-2-三硝基苯肼）活性也显示出类似的趋势，其中S3C1（1500 g/m2 CM + C1）的DPPH活性达到11.28 μmol TE/g干重，比对照组提高了92.5%。这表明，CM的添加对蘑菇的抗氧化活性有显著促进作用。

#### 9. 营养成分

在营养成分方面，蘑菇的蛋白质含量在不同覆盖土配方和CM补充水平下表现出显著差异。S3C2（1500 g/m2 CM + C2）的蛋白质含量最高，达到3.88% FW，比对照组提高了14.12%。这表明，CM的添加对蘑菇蛋白质合成具有重要作用。然而，不同覆盖土配方对蛋白质含量的影响较小，说明CM的补充可能在调节氮代谢方面更为关键。

总可溶性固形物（TSS）含量在不同处理下也表现出显著差异。C1（无CM补充）的TSS含量最高，达到5.32%，而C6和C7在所有处理条件下TSS含量较低。这可能与C6和C7中某些特定成分的缺乏有关。此外，添加CM后，不同覆盖土配方之间的TSS含量差异减小，表明CM可能在调节蘑菇的可溶性固形物积累方面发挥了重要作用。

纤维含量在不同处理下表现出一定的差异。在无CM补充时，C1和C6的纤维含量较高，分别为10.69%和10.50%。然而，添加CM后，不同覆盖土配方之间的纤维含量差异减小，表明CM可能促进了纤维的合成，从而影响了蘑菇的营养结构。

#### 10. 矿物质含量

在矿物质含量方面，氮（N）含量在CM补充水平较高的处理中显著增加，其中S3C2（1500 g/m2 CM + C2）的N含量最高，达到34,400 ppm，比对照组提高了13.9%。这表明，CM的添加对蘑菇的氮代谢有显著促进作用。镁（Mg）含量在回收覆盖土C6和C7中最高，分别达到595.7 ppm和605.9 ppm。这可能与这些覆盖土中某些特定成分的促进作用有关。

锰（Mn）含量在不同覆盖土配方和CM补充水平下表现出显著差异。泥炭基覆盖土（C1和C2）在所有CM补充水平下均表现出较高的Mn含量，这可能与其对微量元素的高保留能力有关。铜（Cu）和锌（Zn）含量在CM补充水平较高的处理中显著增加，表明这些元素的生物利用可能受到CM补充的影响。

### 四、讨论与分析

本研究发现，回收覆盖土与CM的结合在提升蘑菇产量和质量方面具有显著效果。尽管泥炭基覆盖土在某些指标上表现更优，但回收材料的使用可以显著减少对进口泥炭的依赖，同时保持较高的产量和品质。这为实现蘑菇种植的可持续发展提供了可行的替代方案。

在蘑菇产量方面，S2（1000 g/m2 CM）与C1的组合表现最佳，这可能与CM提供的快速能量来源和氮源有关。然而，C4、C5和C6在相同CM补充水平下并未显著区别于C1，表明回收材料在适当补充下同样可以实现高产。

在蘑菇质量方面，C1（无CM补充）的优质蘑菇比例最高，达到97.2%，而其他覆盖土配方在无CM补充时也表现出较高的质量。然而，添加CM后，优质蘑菇比例有所下降，这可能与CM的高营养成分导致的生长环境变化有关。因此，CM的添加水平需要根据具体情况进行调整，以确保蘑菇的高质量产出。

在营养成分方面，CM的添加显著提高了蘑菇的蛋白质含量，这可能与其提供的氮源有关。然而，不同覆盖土配方对蛋白质含量的影响较小，说明CM的补充在调节氮代谢方面更为关键。总可溶性固形物（TSS）含量在不同处理下表现出一定差异，其中C1（无CM补充）的TSS含量最高，而C6和C7的TSS含量较低。这可能与这些覆盖土中某些特定成分的缺乏有关。

在矿物质含量方面，氮（N）含量在CM补充水平较高的处理中显著增加，这可能与CM提供的氮源有关。镁（Mg）含量在回收覆盖土C6和C7中最高，这可能与这些覆盖土中某些特定成分的促进作用有关。锰（Mn）含量在泥炭基覆盖土中最高，这可能与其对微量元素的高保留能力有关。铜（Cu）和锌（Zn）含量在CM补充水平较高的处理中显著增加，这可能与这些元素的生物利用有关。

### 五、结论

本研究的结果表明，回收覆盖土C3、C4和C5在许多关键指标上与商业覆盖土（C1和C2）表现相似，包括首批发菌比例、干重百分比、组织硬度、SOD和GPOX酶活性、TSS、纤维含量以及氮和镁的含量。然而，在某些质量指标如优质蘑菇比例、CAT酶活性以及锰、铜和锌的含量方面，商业覆盖土表现出更优的性能。此外，CM的添加在提升蘑菇产量和质量方面发挥了重要作用，尤其是在提高蛋白质含量和抗氧化活性方面。

尽管回收覆盖土在某些方面表现出色，但C6和C7的添加效果有限，表明这些覆盖土的优化仍需进一步研究。基于本研究的发现，建议采用C3配方（20% BVB基底、40%回收土壤、25%新鲜甘蔗渣、10%发酵甘蔗渣、5% CaCO? + 珍珠岩）作为覆盖土，结合1000 g/m2 CM的补充，以实现与商业覆盖土相当的产量和质量。此外，进一步研究应包括成本效益分析和生命周期评估，以全面评估该方案的经济和环境影响。同时，对覆盖土中微生物群落的分析也有助于识别促进蘑菇生长和发育的有益微生物。