鄒浩然，劉軒溢，張 豪，李倩儒，陳曉峰

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院，山東 264670）

隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加速，國家對生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求日益提升[1]。生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和綠色環(huán)保的應(yīng)用前景[2-3]。近年來，作為生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要組成部分，如何解決農(nóng)村面源污染之一的農(nóng)作物秸稈以及農(nóng)作物生產(chǎn)廢棄物（包括作物修剪枝條等）的綜合利用研究與應(yīng)用逐漸提上日程[4-5]。當(dāng)前，國家對秸稈作物的綜合利用率期望值為85%，而山東省作為全國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)第一大省，每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量達(dá)到9 000 萬t，枝條修剪量也超過322 萬t，如此龐大的農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量對生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)是一種挑戰(zhàn)[6-7]。

秸稈和枝條還田是農(nóng)作物廢棄物綜合利用的重要途徑[8]。前人研究表明，秸稈通過微生物的腐化分解可以為植物提供豐富的速效養(yǎng)分，增強(qiáng)土壤肥力，從而提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，農(nóng)作物廢棄物還田可以增加土壤微生物數(shù)量和有機(jī)碳含量[9-14]。在農(nóng)作物栽培中，秸稈和枝條的主要還田方式有粉碎直接還田、過腹還田、沼液還田、碳化還田、覆蓋還田等[14-15]；耕作方式主要有常規(guī)耕作、淺耕、深耕、深松等[16-17]。秸稈還田是改良土壤結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)的有效手段[2,13]，在大田生產(chǎn)及設(shè)施作物栽培中均有廣泛應(yīng)用。秸稈還田在設(shè)施栽培中除了可以增加土壤養(yǎng)分含量外，還可以增加土壤溫度和CO2濃度，以滿足作物的生長需要[18-22]。

農(nóng)作物廢棄物還田技術(shù)已在我國研究與應(yīng)用多年，但其研究方向主要集中在農(nóng)作物秸稈還田方面[23-25]。在山東、遼寧等果業(yè)生產(chǎn)大省，缺乏果樹枝條還田技術(shù)方面的研究與應(yīng)用[7]。因此，本試驗旨在通過對比秸稈還田和果樹枝條還田在設(shè)施栽培中的應(yīng)用效果差異，為農(nóng)作物廢棄物還田的發(fā)展和利用提供理論參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020 年在山東省留格莊鎮(zhèn)前楊臺村進(jìn)行。試驗所用溫室為鋼結(jié)構(gòu)日光溫室，日光溫室內(nèi)土壤為壤土，土質(zhì)均勻、肥力良好，前茬作物為葉菜。選取日光溫室中段15 塊同等面積的栽培區(qū)域作為試驗小區(qū)，每小區(qū)面積10 m×1.2 m。

1.2 試驗材料

試驗所用網(wǎng)紋甜瓜品種為‘魯厚甜1 號’，由農(nóng)戶自行育苗，待幼苗長至三葉一心時（2020 年2月10 日）定植。

水稻秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈來源于當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)生產(chǎn)田收獲后的干燥秸稈，經(jīng)機(jī)器碾壓、切段，形成長3 cm 左右的細(xì)碎小段。砂梨枝條，來自當(dāng)?shù)厣袄鎴@，經(jīng)過機(jī)器粉碎、干燥、高溫殺菌處理，形成長度≤1 cm、直徑≤3 mm 的碎段。所有秸稈和枝條在還田前，參照劉天平[26]的方法進(jìn)行滅蟲殺卵處理。

1.3 試驗處理與方法

1.3.1 試驗設(shè)計

網(wǎng)紋甜瓜于2020 年2 月10 日定植，雙行種植，每小區(qū)定植50 株，行株距為50 cm×40 cm。定植前20 d 統(tǒng)一施肥，每667 m2施腐熟雞糞5 000 kg、氮磷鉀（15-15-15）復(fù)合肥30 kg，并深翻。定植前7 d，將4 種試驗材料均勻撒在試驗小區(qū)，每小區(qū)還田材料用量均為18 kg，采用小型機(jī)械深翻60 cm。定植7 d 后，測定溫室內(nèi)0～60 cm 土層土壤的理化性狀（表1）。共設(shè)5 個處理：T1 處理，水稻秸稈粉碎還田；T2 處理，玉米秸稈粉碎還田；T3處理，小麥秸稈粉碎還田；T4 處理，梨樹枝條粉碎還田；對照（CK），無還田材料處理，其他管理方式同常規(guī)栽培[27]。

表1 網(wǎng)紋甜瓜定植前各處理土壤理化性狀

1.3.2 土壤理化性狀及微生物數(shù)量的測定

網(wǎng)紋甜瓜定植1 周后，每15 d 測定1 次土壤溫度（土壤30 cm 深處的溫度），統(tǒng)一測定時間為6：00。

果實采收結(jié)束后及時采集土樣進(jìn)行土壤理化性狀及微生物數(shù)量的測定。土壤理化性狀測定采用5 點(diǎn)取樣法，取樣深度0～60 cm。取樣結(jié)束后將樣本分為2 份，分別用來測定土壤基本理化性狀和土壤微生物含量，其中土壤理化性狀（pH 值及全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量）的測定參考王秋菊、鮑根生、王媚臻等[28-30]的方法，土壤微生物（細(xì)菌、真菌、放線菌）數(shù)量的測定參考崔月貞等[31]的方法。

1.3.3 網(wǎng)紋甜瓜生長發(fā)育狀況及果實品質(zhì)的測定

記錄各處理網(wǎng)紋甜瓜授粉和采收日期。采收結(jié)束后對各試驗小區(qū)平均單瓜重進(jìn)行稱量[32-33]，計算總產(chǎn)量，并及時拔出瓜蔓，采用孫曉華等[34]和姚黎等[35]的方法測量株高、主根長、莖粗。

每個處理隨機(jī)選取10 個甜瓜進(jìn)行果實營養(yǎng)品質(zhì)的測定，測定部位為果實中部肉質(zhì)，可溶性固形物含量采用WZS-20 手持式糖度計（上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司）測定，維生素C 含量采用鉬藍(lán)比色法測定[36]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019 及SPSS 19.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，用LSD 法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同作物廢棄物還田對網(wǎng)紋甜瓜生長發(fā)育和果實品質(zhì)的影響

由表2 可知，與CK 相比，4 個還田處理的授粉日期和采收日期均提前，株高、莖粗和主根長度均增加。其中，以T3 處理效果最為顯著，授粉日期提前5 d，采收日期提前4 d，株高增加21 cm。

表2 不同處理對網(wǎng)紋甜瓜植株生長發(fā)育的影響

從表3 可知，除T1 處理外，其他3 個還田處理的可溶性固形物含量均顯著高于CK；T3 和T4處理維生素C 含量高于CK，且達(dá)顯著水平；4 個還田處理的單瓜重均高于CK，其中T2、T3 處理差異達(dá)顯著水平，分別達(dá)1.85、1.87 kg。

表3 不同處理對網(wǎng)紋甜瓜果實品質(zhì)的影響

2.2 不同作物廢棄物還田對日光溫室內(nèi)土壤溫度的影響

由表4 可知，與CK 相比，4 個還田處理均可不同程度地提高土壤溫度，土壤溫度升高幅度總體呈先升高后降低的趨勢，尤其在定植后的前1 個多月（2 月10 日至3 月18 日），隨著秸稈和枝條的降解，增溫明顯，土壤溫度提高了1.4～3.1 ℃。后續(xù)隨著生產(chǎn)的進(jìn)行和室外氣溫的升高，秸稈降解完成，各處理與CK 地溫相差不大。

表4 不同處理的土壤溫度

2.3 不同作物廢棄物還田對日光溫室內(nèi)土壤理化性狀及土壤微生物數(shù)量的影響

由表5 可以看出，4 個還田處理的土壤養(yǎng)分含量均有不同程度的提高，其中，T2 處理的土壤全氮、全鉀、速效磷含量分別提高了25.5%、77.2%、124.4%；T4 處理的土壤速效氮含量提高了28.5%；T1 處理的土壤速效鉀和土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高了36.6%、36.9%；T3 處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量提高了39.2%。

表5 采收后不同處理的土壤養(yǎng)分含量

作物廢棄物還田在提高土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量方面效果顯著（表6），4 個還田處理的土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量均顯著高于CK，其中，T3 處理的土壤細(xì)菌數(shù)量提高了258.2%，T1 處理的土壤放線菌數(shù)量提高了3 711.8%。在真菌數(shù)量方面，T1 和T2 處理與CK 差異顯著。

表6 不同處理的土壤微生物數(shù)量

3 討論與結(jié)論

玉米秸稈、小麥秸稈和果樹枝條是北方常見的幾種農(nóng)業(yè)廢棄物，具有廣泛的應(yīng)用前景[4,7]。本試驗通過對4 種常見的農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行還田研究，結(jié)果表明，秸稈和梨樹枝條深埋降解均有促進(jìn)網(wǎng)紋甜瓜植株的生長和提高果實營養(yǎng)品質(zhì)的作用，同時可使網(wǎng)紋甜瓜成熟期提前4～5 d，該結(jié)論與前人研究結(jié)果[11,37-39]一致。

楊濱娟等[20]通過秸稈配施不同比例化肥試驗，發(fā)現(xiàn)秸稈還田有明顯提高地溫的作用。趙鵬等[40]研究表明，秸稈還田可以提高土壤最低溫度，降低土壤最高溫度，減小土壤溫度的振幅。本試驗結(jié)果表明，秸稈和枝條還田可以提高土壤溫度，在網(wǎng)紋甜瓜定植后的前1 個多月效果尤為顯著，而網(wǎng)紋甜瓜生長最適溫度為25～32 ℃，因此秸稈與枝條還田可有效促進(jìn)網(wǎng)紋甜瓜前期的生長發(fā)育。同時，秸稈與枝條的降解，可以提高土壤的速效養(yǎng)分、全量養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)作物的生長，這與李亭亭[41]、趙繼浩等[42]、梅楠等[43]的研究結(jié)果一致。趙鵬等[44]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈和枝條還田可使空氣中CO2濃度提高50%以上，本試驗由于條件限制，未能對設(shè)施內(nèi)CO2濃度進(jìn)行測定，有待進(jìn)一步研究。

土壤微生物在生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位，參與土壤物質(zhì)循環(huán)與能量流動[45]。前人研究認(rèn)為[13,20,40]，秸稈還田可以提高土壤細(xì)菌、放線菌等多種根際微生物數(shù)量，與本試驗結(jié)果相符。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照相比，農(nóng)業(yè)廢棄物還田可以明顯提高土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量，而對真菌數(shù)量作用效果不明顯，該結(jié)果與趙鵬等[40]、王廷峰等[45]、王理德等[46]的研究結(jié)果不同，原因可能是化肥抑制了真菌的生長和繁殖[47]。

王月寧等[48-49]研究表明，秸稈和枝條還田均可提高土壤速效元素的含量，尤其是鉀元素的含量，能有效促進(jìn)植株生長發(fā)育，提高作物產(chǎn)量。韓圓圓等[25]研究表明，果樹枝條還田可提高土壤中多種微量元素的含量，與本試驗研究結(jié)果相符。本試驗通過秸稈與果樹枝條的對比，認(rèn)為果樹枝條經(jīng)過合理處理后可以達(dá)到秸稈還田的標(biāo)準(zhǔn)，可替代秸稈進(jìn)行還田。

本試驗通過田間觀察發(fā)現(xiàn)，不同秸稈與枝條的腐解速率不同。農(nóng)作物秸稈均呈先快后慢的趨勢，前期速率相差明顯，后期分解速率減慢，差異不明顯，與戴志剛、代文才等[50-51]研究結(jié)果相近。與農(nóng)作物秸稈相反，梨樹枝條腐解呈先慢后快的趨勢，原因可能是前期枝條中的木質(zhì)素等物質(zhì)難以分解，這也與趙鵬等[41,45]的研究結(jié)果相近。

綜上所述，秸稈和梨樹枝條還田可以提高土壤養(yǎng)分含量，減緩?fù)寥鲤B(yǎng)分的消耗，并可提高網(wǎng)紋甜瓜果實營養(yǎng)品質(zhì)。但本試驗受限于規(guī)模，在果樹枝條還田對病蟲害與土傳病害傳播等方面，以及對設(shè)施內(nèi)CO2濃度的影響等領(lǐng)域仍有一定的空缺，有待深入研究。