王 昊，韋 峰，張戰(zhàn)勝，遲海峰，馬文禮,謝靜波

(寧夏農(nóng)墾農(nóng)林牧技術(shù)推廣服務(wù)中心,寧夏 銀川 750001)

根據(jù)經(jīng)濟產(chǎn)量和作物秸稈系數(shù)推算，我國每年產(chǎn)生的作物秸稈量為7億～8億t，年均增長為2.38%[1]。目前，作物秸稈已有部分被用于發(fā)電和提煉秸稈燃料等用途，但仍有50%左右的秸稈無法利用[2]。大多數(shù)選擇焚燒處理，既污染環(huán)境，又容易引起火災(zāi)。秸稈還田是當(dāng)今世界上普遍重視的一項培肥地力的增產(chǎn)措施，既杜絕了大氣污染，又有增肥增產(chǎn)作用,作物秸稈的殘體能為土壤提供可速效利用的碳和氮，且提供其他養(yǎng)分，提高土壤肥力[3]。有研究者將作物秸稈利用到設(shè)施蔬菜的生產(chǎn)中，發(fā)明了秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)。

中國是世界上番茄栽培面積最大、生產(chǎn)總量最多的國家。確保設(shè)施番茄穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)是當(dāng)前主要的研究目的。番茄根系生長適宜的地溫為18～20℃，最低為13℃。土壤溫度低于一定值時，直接影響番茄的光合效率和生長發(fā)育，低于8.2℃的夜溫處理會降低番茄的根系活力，會抑制植株對礦質(zhì)元素的吸收和運輸[4-5]。冬季低溫是北方設(shè)施番茄主要面臨的問題之一，根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，日光溫室在冬季-20℃以下的外界溫度下,寧夏境內(nèi)的吳忠、賀蘭、彭陽、中衛(wèi)設(shè)施內(nèi)溫度都在0℃左右,最冷月份1月夜間平均溫度都在3.7～13.3℃左右，紅寺堡溫室內(nèi)則出現(xiàn)了短期的0℃以下低溫[6]，很難保證日光溫室的正常生產(chǎn)，甚至產(chǎn)生危害。而通過采用秸稈反應(yīng)堆技術(shù)對設(shè)施番茄的生產(chǎn)有積極的影響，可以有效提高地溫，并且隨著根區(qū)溫度的增加，番茄的株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積、葉綠素含量、光合速率、蒸騰速率、產(chǎn)量均增加[7]。針對設(shè)施番茄，有學(xué)者對秸稈反應(yīng)堆的原料選擇、秸稈腐熟劑、果實品質(zhì)和設(shè)施內(nèi)環(huán)境等方面進行了研究[8-12]，但結(jié)論不一。針對設(shè)施內(nèi)的土壤狀況、不同土層溫度變化規(guī)律等方面的研究仍有不足，秸稈反應(yīng)堆對冬春茬番茄增產(chǎn)的原理尚不清楚。本文通過探究設(shè)施冬春茬番茄在不同秸稈反應(yīng)堆下的生長情況，及填埋秸稈后不同天氣、不同土層溫度晝夜變化規(guī)律，以期得到秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)對番茄增產(chǎn)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2016年11月30日選取‘粉宴1號’番茄苗(苗齡30 d)為試材，定植于寧夏農(nóng)墾平吉堡奶牛場農(nóng)7隊日光溫室(溫室內(nèi)可種植土地長82 m，寬7 m)，土壤質(zhì)地為壤土。試驗采用內(nèi)置式秸稈反應(yīng)堆，反應(yīng)堆原料選取當(dāng)年作物收獲后粉碎的玉米秸稈和水稻秸稈，使用量為52 500 kg/hm2。腐熟劑選用秸稈腐熟劑，含有嗜熱側(cè)孢霉、芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌，且菌數(shù)≥5 000萬/g。試驗種植模式為起壟覆膜滴灌種植，在試驗日光溫室內(nèi)每27.3 m為一段，分為前段、中段和后段。各段設(shè)計定植壟21壟，壟間距130 cm，壟面寬80 cm(壟面下填充秸稈反應(yīng)堆)，壟上采用雙行定植，株距40 cm、行距40 cm。

1.2 試驗設(shè)計及方法

以“粉宴1號”番茄苗為研究對象，試驗設(shè)計3個處理，分別為玉米秸稈反應(yīng)堆C1，水稻秸稈反應(yīng)堆C2和無填充物CK(對照)。

試驗采用完全隨機設(shè)計，每7壟為1個小區(qū)，重復(fù)3次(前段、中段和后段)。

1.3 測定指標(biāo)及方法

不同深度土層溫度變化規(guī)律的測定：作物定植后，在定植壟中間安裝溫度記錄儀，記錄土壤不同土層(地表下10、20、30 cm)和空氣(果實生長點上方10 cm處)溫度變化。

不同土層深度土壤狀況數(shù)據(jù)測定：在作物采收結(jié)束后，測定C1、C2和CK處理下土壤不同深度的土壤容重、有機質(zhì)含量(用重鉻酸鉀容量法)、全鹽量，各重復(fù)3次。

番茄植株生長狀況數(shù)據(jù)測定：隨機選取小區(qū)內(nèi)30株番茄進行標(biāo)記，每隔3 d，測定標(biāo)記植株株高、莖粗、葉片數(shù)和SPAD值；番茄開始收獲后測定番茄根系生長情況、單果重和產(chǎn)量。

植株畸形果率和植株發(fā)病率的數(shù)據(jù)調(diào)查：果實成熟后，隨機選取小區(qū)內(nèi)30株番茄，統(tǒng)計畸形果率和植株發(fā)病率(主要測定植株晚疫病、霜霉病、灰霉病和白粉病)。畸形果率=(畸形果數(shù)量/調(diào)查總果實數(shù)量)×100%；植株發(fā)病率=(感病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù))×100%。以上各重復(fù)3次。

內(nèi)置式秸稈反應(yīng)堆的制作方法：在定植壟下開挖深30 cm、寬80 cm的秸稈填埋槽，槽內(nèi)鋪置秸稈52 500 kg/hm2；鋪置后，將秸稈腐熟劑(15 kg/hm2)和水以1∶100的比例混勻，用噴霧器均勻噴灑至填埋槽內(nèi)的秸稈上；噴灑后，將開挖出的原土回填至填埋槽，秸稈上覆蓋土壤高度為25～30 cm，形成寬80 cm的壟面；用直徑為1 cm的鋼管垂直壟面間隔20 cm均勻打孔(使秸稈堆有空氣進入)，深度30 cm左右，到秸稈層為宜；最后用滴灌將定植壟滴透。

溫度采用溫濕度記錄儀(型號：L95-2)測定。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2013軟件處理,SPSS 14.0軟件ANOVA模塊進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈生物反應(yīng)堆對番茄根系土壤溫度的影響

秸稈生物反應(yīng)堆對日光溫室微氣候，尤其是土壤溫度有非常積極的影響。圖1為2017年1月晴天與陰天的24 h平均溫度下不同秸稈生物反應(yīng)堆在不同土層的溫度變化。經(jīng)過秸稈生物反應(yīng)堆處理的土壤溫度整體表現(xiàn)為C1>C2>CK，溫室升溫前(0～8 h)，C1比C2高2～3℃，比CK高5～6℃，說明通過秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)可以有效提高作物根系溫度。通過研究發(fā)現(xiàn)，地表下10 cm隨著室內(nèi)空氣溫度變化會發(fā)生相應(yīng)的變化，而地表下20和30 cm的土壤溫度變化幅度依次減小，說明秸稈生物反應(yīng)堆對外界氣體交換有一定的緩沖作用。通過晴天和陰天不同天氣狀況下調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在未揭苫增溫的情況下，土壤溫度要高于空氣溫度。而陰天條件下，揭苫前，土壤溫度變化規(guī)律為30 cm>20 cm>10 cm，尤其是10 cm處，C1、C2比CK高出5～6℃，并且CK在不同土層的溫度均表現(xiàn)出持續(xù)下降，而C1、C2則相對穩(wěn)定。說明秸稈生物反應(yīng)堆會產(chǎn)生熱量，并且熱量會逐層向上傳導(dǎo)，在夜間為根系土壤提供部分熱源。

2.2 不同秸稈生物反應(yīng)堆對番茄根系土壤理化性質(zhì)的影響

秸稈生物反應(yīng)堆對土壤理化性狀的改善有顯著作用。由表1可知，土壤容重在不同土層均表現(xiàn)為C1C2>CK，并且C1高于C2，C1、C2均顯著高于CK，說明應(yīng)用秸稈生物反應(yīng)堆可以顯著增加根系土壤有機質(zhì)含量，而玉米秸稈效果更好。測定土壤全鹽量后發(fā)現(xiàn)，C1

圖1 不同的秸稈生物反應(yīng)堆在不同土層晴、陰天24 h的溫度變化

處理容重(g/cm3)0～10cm10～20cm20～30cm有機質(zhì)(g/kg)全鹽量(g/kg)C11.38a1.33a1.29a12.32b0.86aC21.39a1.34a1.32a10.26b0.92aCK1.41a1.39a1.48b5.46a1.25b

注：不同字母表示在P<0.05水平下差異顯著，下同。

2.3 不同秸稈反應(yīng)堆對番茄植株生長的影響

由圖2可以看出，番茄植株在生長前期，株高和莖粗并無差異，但進入生長中期(定植后40 d左右)，莖粗和株高整體表現(xiàn)為C1>C2>CK，C1、C2顯著高于CK，但是進入后期(定植后90 d左右)，株高則表現(xiàn)為無顯著差異。說明使用秸稈生物反應(yīng)堆可以有效增加植株的莖粗，在一段時期內(nèi)可以提高番茄的株高。根據(jù)測量、統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，在葉片數(shù)和花朵數(shù)上沒有明顯的變化規(guī)律，說明秸稈生物反應(yīng)堆對番茄的葉片生長和花形成并無有益效果。

2.4 不同秸稈生物反應(yīng)堆對番茄根系相關(guān)性狀的影響

使用秸稈生物反應(yīng)堆對番茄根系具有顯著的促進作用。由表2可知，在根系數(shù)量、根系鮮重、根系干重中，都表現(xiàn)出C1>C2>CK，且根系鮮重和干重C1、C2顯著高于CK，在根系長度中，C2>C1>CK，且C1、C2顯著高于CK，C1、C2之間并無顯著差異。說明，使用秸稈生物反應(yīng)堆可以有效增加番茄植株的根系質(zhì)量，為植株健康生長提供有利基礎(chǔ)。

圖2 不同秸稈生物反應(yīng)堆下番茄生長性狀的變化

表2 不同秸稈生物反應(yīng)堆對番茄根系的影響

2.5 不同秸稈生物反應(yīng)堆對番茄產(chǎn)量相關(guān)因素的影響

由表3可以看出，使用秸稈生物反應(yīng)堆可以顯著提高番茄的產(chǎn)量。在單果重和產(chǎn)量上，表現(xiàn)出C1>C2>CK，且C1顯著高于CK；畸形果率表現(xiàn)出C1

表3 不同秸稈生物反應(yīng)堆對番茄產(chǎn)量相關(guān)因素的影響

3 討論與結(jié)論

使用秸稈生物反應(yīng)堆可以有效地提高地溫，解決冬季溫室低溫的問題，袁冬貞等[10]也有類似的研究結(jié)果。本試驗發(fā)現(xiàn)使用秸稈生物反應(yīng)堆后，較對照，能使溫室內(nèi)土壤溫度不同程度地提高，尤其是夜間，增溫效果顯著。溫室夜間的熱源主要來源于白天太陽輻射，土壤吸熱后進行放熱，但是遭遇連陰天，則需要其他熱源供應(yīng)。秸稈生物反應(yīng)堆會形成熱源，其熱量主要來自作物秸稈腐爛分解過程，其好氧發(fā)酵過程，會產(chǎn)生大量的熱量[8]。根據(jù)本試驗發(fā)現(xiàn)，這部分熱量會向上傳導(dǎo)，從而使作物根系土壤溫度在24 h內(nèi)保持一定的緩沖，利于作物生長，尤其是遭遇連陰天，沒有太陽輻射的情況下，對產(chǎn)量的提高有積極的作用。研究表明，當(dāng)番茄植株營養(yǎng)面積達到一定量時，地溫越高越有利于番茄秧苗的生長，并且有利于產(chǎn)量的增加[13]。

使用秸稈生物反應(yīng)堆可有效改善土壤理化性狀，改善溫室微氣候，減少植株發(fā)病率和畸形果率。通過試驗發(fā)現(xiàn)，使用玉米和水稻秸稈生物反應(yīng)堆，有機質(zhì)較對照分別增加6.86和4.80 g/kg，全鹽含量較對照減少0.39和0.33 g/kg。秸稈生物反應(yīng)堆對番茄根系土壤有積極的改善作用，這是由于作物秸稈等有機物料不僅含有植物所需的各種營養(yǎng)元素，而且還含有大量的有機物質(zhì)，是一種完全肥料。相關(guān)試驗發(fā)現(xiàn)，施用秸稈的處理在作物生育期內(nèi)土壤中的速效氮、磷、鉀含量均高于不施用秸稈的土壤[14-15]。

通過研究發(fā)現(xiàn)，使用秸稈生物反應(yīng)堆對番茄有顯著的增產(chǎn)效果。使用玉米和水稻秸稈生物反應(yīng)堆，產(chǎn)量較對照分別增加22.7%和10.4%，效果明顯，與其他相關(guān)報道一致[16-17]。原因可能在于使用秸稈生物反應(yīng)堆后，提高了番茄植株根系的溫度，改善了根系土壤理化性質(zhì)，調(diào)節(jié)了溫室微氣候，使植株健壯，提高了番茄根系質(zhì)量，增強了植株抗病性，從而保障了番茄植株生長所需各種條件，促使番茄豐產(chǎn)、高產(chǎn)。

試驗發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈生物反應(yīng)堆在增溫效果和增產(chǎn)效果上要優(yōu)于水稻秸稈反應(yīng)堆。這可能是由于使用玉米秸稈在改善土壤理化性狀方面要優(yōu)于使用水稻秸稈。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈在腐解率、產(chǎn)生有機質(zhì)與其他養(yǎng)分和對于土壤活性的提高等方面都要優(yōu)于水稻秸稈[18]。這主要是因為玉米秸稈的碳水化合物(438.29 g/kg)較水稻秸稈(328.63 g/kg)高30.3%，纖維素則低29.5%。木質(zhì)素/碳水化合物或木質(zhì)素/氮值低，有利于秸稈降解；反之，抑制作物秸稈降解，碳水化合物容易降解，木質(zhì)素較難降解[19-20]。這就促使玉米秸稈腐解過程速度快且較為完全，增溫速度較快，腐解產(chǎn)生的養(yǎng)分較多。

綜上所述，在日光溫室內(nèi)，應(yīng)用內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)后，改善了溫室小氣候環(huán)境，提高地溫，健壯了植株，降低溫室番茄病情指數(shù)，顯著增加番茄產(chǎn)量。而其中尤以玉米秸稈生物反應(yīng)堆的效果明顯，值得進一步推廣使用。

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