不同菌種秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室黃瓜生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

袁冬貞，廖允成，趙建興，霍子華，楊 飛，劉 楊

(1 西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2 陜西省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，陜西 西安 710003)

秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)是利用微生物菌種將農(nóng)作物秸稈定向轉(zhuǎn)化成作物生長(zhǎng)所需要的二氧化碳、熱量、抗病孢子、有機(jī)和無機(jī)養(yǎng)料等，達(dá)到改善設(shè)施內(nèi)土壤理化性狀、提高作物光合效率、促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育及提早成熟、減少化肥和農(nóng)藥施用量的目的，從而獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟農(nóng)產(chǎn)品的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生物工程創(chuàng)新技術(shù)[1-3]。研究表明，應(yīng)用該技術(shù)后能夠有效解決冬季溫室內(nèi)的低溫冷害、二氧化碳虧缺、連作重茬障礙等限制設(shè)施瓜菜生產(chǎn)的突出問題[3-4]。

黃瓜是經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、栽培面積廣、深受廣大生產(chǎn)者和消費(fèi)者喜愛的蔬菜品種[5-7]。黃瓜作為喜溫性蔬菜，一般光合作用最適溫度為25～30 ℃，二氧化碳飽和點(diǎn)不高于1 600 μL/L，而在設(shè)施生產(chǎn)中，棚體密閉及低溫和低CO2是制約其高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的主要因素[8-10]。有研究表明，應(yīng)用秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)可以較好地解決這一問題[11-14]。但實(shí)踐表明，該技術(shù)的應(yīng)用效果與配套使用的菌種關(guān)系密切，且不同菌種的使用效果不盡相同。在實(shí)際生產(chǎn)中，與秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)配套應(yīng)用的菌種品種多亂雜，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況選擇合適的菌種，是秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)成功推廣應(yīng)用的關(guān)鍵，但目前針對(duì)陜西關(guān)中地區(qū)這一特定環(huán)境適用菌種的研究還鮮見報(bào)道。為此，本研究選擇了陜西省生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的7種微生物菌種，通過栽培試驗(yàn)和室內(nèi)環(huán)境因子測(cè)定，研究了秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)配套應(yīng)用不同菌種對(duì)溫室黃瓜生長(zhǎng)環(huán)境及產(chǎn)量的影響，以期為秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)在關(guān)中地區(qū)溫室蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用及配套菌種的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試菌種品種有：西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院的Z1(T1)、西安德龍生物科技有限公司的腐桿菌(T2)、山東天合生物工程技術(shù)有限公司的世明生物反應(yīng)堆專用菌種001 (T3)、福建寧德市益榮生物工程有限公司的“盧博士”有機(jī)液肥(T4)、遼寧宏陽生物有限公司的秸稈生物降解專用菌種(T5)、沈陽市綠源生物技術(shù)研究所的秸稈發(fā)酵復(fù)合菌劑(T6)、北京三農(nóng)嘉華有機(jī)生物技術(shù)有限公司的有機(jī)物料腐熟劑(T7)。以不使用菌種為對(duì)照(CK)，試驗(yàn)于2009-11-2010-06在陜西渭南華縣畢家鄉(xiāng)拾村的3個(gè)日光溫室中進(jìn)行，供試日光溫室結(jié)構(gòu)一致，土壤條件相同，管理措施一致，溫室長(zhǎng)為50 m，寬為8 m。采用行下內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆，黃瓜品種為津優(yōu)30號(hào)。

1.2 方 法

2009-11-01開溝，8個(gè)處理按單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，每小區(qū)3畦，畦長(zhǎng)7.5 m，寬1.8 m，小區(qū)面積40.5 m2。日光溫室東西走向，畦長(zhǎng)與棚長(zhǎng)垂直，在每小區(qū)之間從南至北、由棚頂至地面掛一塑料膜，設(shè)置保護(hù)區(qū)，消除各處理之間小氣候差異的影響。

本研究采用行下內(nèi)置式反應(yīng)堆，具體操作為開溝、鋪秸稈、撒菌種、覆土、澆水、整壟、打孔和定植。11-01，在小行位置(種植行)開溝，溝寬60 cm，溝深25 cm，開溝長(zhǎng)度與行長(zhǎng)相等，開挖土壤按等量分置溝的兩邊。每小區(qū)開3條溝，種植3畦。開溝完畢后，在溝內(nèi)鋪放玉米秸稈，厚度30 cm，鋪完踏實(shí)后，溝兩頭露出10 cm秸稈茬。將試驗(yàn)固體菌種(包括T1、T3、T5、T6、T7，用量120 kg/hm2，使用前按1 kg菌種摻20 kg麥麩，加水20 kg，混合拌勻，堆積4 h)均勻撒在秸稈上，并用鐵锨輕拍一遍，使菌種與秸稈均勻接觸；液體菌種稀釋相應(yīng)倍數(shù)(其中T2用量75 kg/hm2，菌種稀釋200倍；T4用量15 kg/hm2，菌種稀釋100倍)后，均勻噴灑在秸稈上。將溝兩邊的土回填于秸稈上，覆土厚度25 cm，形成種植壟，并將壟面整平。覆土3 d后，在壟間澆水，濕透秸稈。澆水3 d后，將壟間和壟面分別找平，秸稈上土層厚度保持20 cm左右。在壟上按30 cm×20 cm的面積用12號(hào)鋼筋打2行孔，深度以穿透秸稈層為準(zhǔn)，以促進(jìn)氧氣發(fā)酵和秸稈轉(zhuǎn)化。距澆第一水10 d后再澆一次水，每次澆水必須澆勻。11-20定植，定植后6 d澆一次透水。待能進(jìn)地時(shí)迅速打一遍孔，以后打孔位置與前次錯(cuò)位，生長(zhǎng)期內(nèi)每月打孔1～2次。

1.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)及測(cè)定方法

1.3.1 土壤溫度 2009-12-20早上08:30，用水銀溫度計(jì)在每處理內(nèi)的中軸線上，按照南、北、中部測(cè)定黃瓜根部10 cm地溫，以3點(diǎn)平均值作為觀察值。

1.3.2 秸稈層厚度 試驗(yàn)中秸稈層鋪設(shè)厚度統(tǒng)一為30 cm。2010-06-05，對(duì)經(jīng)過秸稈反應(yīng)堆分解的秸稈剖面厚度進(jìn)行測(cè)定。用標(biāo)尺在每處理內(nèi)的中軸線上，按照南、北、中部，挖開秸稈生物反應(yīng)堆土層，測(cè)量分解后秸稈的剩余厚度，以3點(diǎn)平均值作為觀察值。

1.3.3 黃瓜生長(zhǎng)性狀和產(chǎn)量 2010-03-01，在每處理內(nèi)按照對(duì)角線確定5個(gè)點(diǎn)，以交叉點(diǎn)為中心向南北兩側(cè)成對(duì)連續(xù)考察，共計(jì)10株，分別考察株高、莖粗和單果質(zhì)量。

1.3.4 黃瓜病害發(fā)生情況調(diào)查 白粉病是當(dāng)?shù)攸S瓜生產(chǎn)中的主要病害，3-4月份是高發(fā)期。03-15，測(cè)定溫室內(nèi)黃瓜白粉病的發(fā)生情況。黃瓜白粉病病情分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[15]為：0級(jí)，全株無??；1級(jí)，全株1/4以下的葉片有少數(shù)病斑；2級(jí)，全株1/2以下的葉片有少量病斑或1/4以下的葉片有較多的病斑；3級(jí)，全株3/4以下的葉片發(fā)病或部分葉片變黃枯死；4級(jí)，全株3/4以上的葉片發(fā)病或1/4以上葉片變黃枯死。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，按以下公式計(jì)算病情指數(shù)、發(fā)病率和相對(duì)防效：

病情指數(shù)=∑[(各級(jí)病株數(shù)×相對(duì)應(yīng)級(jí)數(shù)值)]/(調(diào)查總株數(shù)×最高級(jí)代表值)×100；

發(fā)病率=染病株數(shù)/調(diào)查總株數(shù)×100%；

相對(duì)防效=(對(duì)照區(qū)病情指數(shù)-處理區(qū)病情指數(shù))/對(duì)照區(qū)病情指數(shù)×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用SPSS 19.0軟件和Microsoft Office Excel 2003進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同菌種秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室土壤溫度的影響

由表1可知，與對(duì)照相比，各菌種處理均不同程度地提高了土壤溫度，但不同菌種間存在差異。處理T3和T5對(duì)土壤溫度的提高幅度較大，與對(duì)照相比分別提高3.3和3.1 ℃；其次是T1，較對(duì)照提高了2.4 ℃。

表1 不同菌種秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室土壤溫度、秸稈厚度和黃瓜生長(zhǎng)的影響

2.2 不同菌種秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)秸稈分解效果的影響

由表 1可以看出，各菌種處理較對(duì)照秸稈的分解效果好，其秸稈厚度均有所減少。對(duì)照處理的秸稈厚度為3.5 cm，T5、T3、T7、T2、T1、T4、T6菌種處理的秸稈厚度分別較對(duì)照下降1.0，0.9，0.6，0.5，0.4，0.4和0.2 cm，其中T3、T5處理的秸稈厚度與對(duì)照的差異達(dá)到了顯著水平。

2.3 不同菌種秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室黃瓜生長(zhǎng)的影響

從表1可以看出，應(yīng)用不同菌種的秸稈反應(yīng)堆后，黃瓜的株高、莖粗等生長(zhǎng)情況明顯優(yōu)于對(duì)照，但以世明生物反應(yīng)堆專用菌種001的效果最為明顯，黃瓜平均株高較對(duì)照提高26.8 cm，平均莖粗較對(duì)照增加2.1 mm，單果質(zhì)量較對(duì)照增加了44.9 g。其他菌種也不同程度地促進(jìn)了黃瓜生長(zhǎng)，增加了黃瓜單果質(zhì)量。

2.4 不同菌種秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室黃瓜成熟期的影響

由表1可知，各處理以T5成熟采收最早，較對(duì)照提前7 d成熟；其次是T3和T1，分別較對(duì)照提前6和5 d成熟，其他處理與對(duì)照成熟時(shí)間較為接近。

2.5 不同菌種秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)黃瓜產(chǎn)量的影響分析

由表2可知，7個(gè)菌種處理均可以提高黃瓜產(chǎn)量，其中T3、T5、T1處理的產(chǎn)量較高，均達(dá)105 kg/hm2以上，顯著高于對(duì)照，而其他菌種處理的產(chǎn)量與對(duì)照差異未達(dá)顯著水平。

表2 不同菌種秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室黃瓜產(chǎn)量的影響

7個(gè)菌種處理中，以T3的增產(chǎn)效果最為明顯，增產(chǎn)率達(dá)到32.5%；T5和T1的增產(chǎn)效果稍遜于T3。結(jié)合前文研究結(jié)果可知，這2個(gè)處理提高地溫的作用較T3弱，其地溫較T3分別低0.2和0.9 ℃；另外，其對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的促進(jìn)作用也不及T3強(qiáng)，綜合表現(xiàn)不如T3。T4是液體有機(jī)肥，雖操作簡(jiǎn)便，但其提高地溫的作用沒有其他菌種明顯，對(duì)黃瓜的生長(zhǎng)促進(jìn)作用稍弱。T2、T6、T7處理的增溫作用和對(duì)秸稈的分解作用相當(dāng)，綜合表現(xiàn)相似，增產(chǎn)效果差異不大。

2.6 不同菌種秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室黃瓜白粉病的影響

由圖1可知，本試驗(yàn)除T6處理外，其余6種菌種處理(T1、T2、T3、T4、T5、T7)的黃瓜白粉病發(fā)病率及病情指數(shù)均低于對(duì)照CK。其中T3處理效果最為明顯，發(fā)病率為33.27%，病情指數(shù)僅為24.44，均為最低值，而其相對(duì)防效最高，達(dá)到42.12%，顯著高于其他處理，表明T3的生防效果最好。

圖1 不同菌種秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室黃瓜白粉病發(fā)病情況的影響

3 討 論

菌種通過分解植物秸稈，可以達(dá)到釋放CO2、提高地溫、防治土傳病害、有機(jī)改良土壤的作用[16-19]。

冬季低溫是設(shè)施黃瓜生產(chǎn)所面臨的主要問題之一，本研究通過比較7種秸稈生物反應(yīng)堆配套用菌種后發(fā)現(xiàn)，7種菌種均能使溫室土壤溫度有不同程度的提高，表明應(yīng)用秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)能夠提高土壤溫度，這與前人的研究結(jié)果[20-26]基本一致。在供試7個(gè)菌種中，處理T3(山東天合生物工程技術(shù)有限公司的世明生物反應(yīng)堆專用菌種001)對(duì)土壤溫度的提高幅度最大，其次是T5(遼寧宏陽生物有限公司的秸稈生物降解專用菌種)和T1(西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院的Z1)。

應(yīng)用秸稈生物反應(yīng)堆能夠提高土壤溫度、改善土壤理化性質(zhì)、提高溫室內(nèi)的CO2濃度，可通過改善植株生長(zhǎng)環(huán)境促進(jìn)植株光合作用，進(jìn)而促進(jìn)植株生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量[27-28]。本研究結(jié)果表明，不同菌種處理對(duì)黃瓜株高、莖粗、單果質(zhì)量均有明顯的提高作用，其中處理 T3、T5、T1作用最好，產(chǎn)量均超過105 kg/hm2，與對(duì)照相比增產(chǎn)率均在20%以上。這表明秸稈生物反應(yīng)堆可以顯著促進(jìn)黃瓜生長(zhǎng)，進(jìn)而提高黃瓜產(chǎn)量。同時(shí)，各菌種處理均使黃瓜成熟期提前，收獲期延長(zhǎng)，從而進(jìn)一步提高了產(chǎn)量。

由于設(shè)施中的相對(duì)高溫高濕環(huán)境，導(dǎo)致植物病害發(fā)生較為頻繁，黃瓜病害發(fā)生嚴(yán)重是制約設(shè)施黃瓜生產(chǎn)的另一個(gè)主要因素[29]。應(yīng)用秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)，可以有效提高作物抗病能力，降低作物病害的發(fā)病率[12]。本研究結(jié)果顯示，除T6處理外，其余6種菌種處理的溫室黃瓜白粉病發(fā)病率均低于對(duì)照，且7種菌種處理溫室黃瓜白粉病的病情指數(shù)均低于對(duì)照。其中T3處理的發(fā)病率為33.27%，病情指數(shù)僅為24.44，均為最低值，而其相對(duì)防效最高，達(dá)到42.12%，顯著高于其他處理，表明T3菌系的生防效果最好。

綜上所述，對(duì)溫室黃瓜栽培來講，供試的7種菌種在秸稈生物反應(yīng)堆上應(yīng)用時(shí)，均有增加地溫、提高產(chǎn)量、降低作物發(fā)病程度的效果，尤以T3、T5和T1表現(xiàn)最為明顯，與對(duì)照之間達(dá)到了顯著性差異水平。其中山東天合生物工程技術(shù)有限公司的世明生物反應(yīng)堆專用菌種001(T3)因其在陜西及其他省份使用多年，應(yīng)用效果穩(wěn)定，在本試驗(yàn)中綜合效果優(yōu)于其他參試菌種，因此可在關(guān)中地區(qū)溫室黃瓜生產(chǎn)中示范推廣。秸稈生物降解專用菌種(T5)效果次之，但目前市場(chǎng)上單位面積使用價(jià)格較世明生物反應(yīng)堆專用菌種001低50%左右，可在效益稍低的作物上使用。由于Z1生產(chǎn)的時(shí)間較短，在應(yīng)用技術(shù)上還需進(jìn)一步深入研究。

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