秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)設(shè)施番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

劉中良 高昕 谷端銀 張艷艷 焦娟 高俊杰

摘? ? 要：以番茄（Solanum lycopersicum）品種‘迪維斯為試材，利用內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆，探討秸稈生物反應(yīng)堆用量對(duì)設(shè)施連作嚴(yán)重地區(qū)番茄生長(zhǎng)、品質(zhì)及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，與對(duì)照相比，秸稈生物反應(yīng)堆能明顯提高溫室CO2濃度和氣溫，其中，7：00溫室CO2濃度為最高，各處理高于對(duì)照825～1 162.7 mg·kg-1;氣溫于14：00最高，各處理較對(duì)照提高0.7～2.3 ℃;維生素C含量以T3處理最大，為135.2 mg·kg-1，較對(duì)照增加2.7%，但各處理間差異不顯著;可溶性糖含量變化趨勢(shì)與維生素C含量變化趨勢(shì)類(lèi)似;有機(jī)酸含量以對(duì)照最大，為0.38%，處理間差異達(dá)顯著水平;糖酸比以T1處理最佳，為8.46;各處理設(shè)施番茄產(chǎn)量為121 236.0～127 227.0 kg·hm-2，較對(duì)照增產(chǎn)3.21%～8.31%。

關(guān)鍵詞：秸稈生物反應(yīng)堆;番茄;產(chǎn)量;品質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：S641.2? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.01.002

Abstract： Taking the tomato （Solanum lycopersicum） cultivar 'Dives' as test object， the effect of the straw biological reactor on the facility environment， tomato growth， quality and yield was studied by using the built-in straw biological reactor. The results showed that the straw biological reactor could increase the greenhouse CO2 concentration and air temperature compared with CK， The greenhouse CO2 concentration reached the highest at 7：00 in the morning， which were higher than CK by 825～1 162.7 mg·kg-1， while the air temperature were the highest at 14：00， increased by 0.7～2.3 ℃. The Vc content was the highest under T3 treatment for 135.2 mg·kg-1， and increased by 2.7% compared with CK， there was no significant difference among each treatment. The change trend of soluble sugar content was similar to that of Vc content. The organic acid content of CK was the highest for 0.38%， there were significant difference among each treatment. The sugar-acid ratio under T1 treatment was the best for 8.46. The tomato yield of each treatment were 121 236.0～127 227.0 kg·hm-2， which was 3.21%～8.31% higher than CK.

Key words： straw biological reactor; tomato（Solanum lycopersicum）; yield; quality

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，也是農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出大國(guó)[1]。據(jù)估算，我國(guó)農(nóng)作物秸稈每年總產(chǎn)量為6.5×108 t左右，其中，玉米秸稈為2.2×108 t，2/3用于廢棄或焚燒，不僅造成了資源浪費(fèi)、環(huán)境污染，而且影響著土壤生態(tài)系統(tǒng)[2]。番茄（Solanum lycopersicum）為北方秋冬設(shè)施蔬菜主栽品種之一，近年來(lái)，隨著設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)集約化生產(chǎn)的發(fā)展，以及種植戶對(duì)高經(jīng)濟(jì)效益的追求，過(guò)量肥水等粗放管理問(wèn)題嚴(yán)重，連作障礙現(xiàn)象日益加劇，導(dǎo)致設(shè)施番茄根結(jié)線蟲(chóng)等地下病蟲(chóng)害發(fā)生傳播，土壤鹽漬化積累、菌群嚴(yán)重失衡，嚴(yán)重影響了設(shè)施番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3-5]。時(shí)立波等[6]研究認(rèn)為，隨著連作年限增加，番茄土壤根結(jié)線蟲(chóng)數(shù)量隨之上升;郭文龍等[7]研究表明，溫室次生鹽漬化程度與利用年限呈正相關(guān);馬寧寧等[8]研究認(rèn)為，長(zhǎng)期連作改變了土壤細(xì)菌和真菌多樣性。為了解決這一難題，國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)科學(xué)工作者對(duì)秸稈肥料化[9]、基質(zhì)化[10]、炭質(zhì)化[11]等方面進(jìn)行了大量研究。

秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)是農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的一種模式，以調(diào)控環(huán)境提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，目前，在設(shè)施黃瓜[12]、西瓜[13]等蔬菜上應(yīng)用廣泛。王宇先等[14]研究表明，反應(yīng)堆技術(shù)處理大棚香瓜氣溫較常規(guī)栽培增加2.39 ℃，產(chǎn)量增加28.46%;劉杰才等[15]研究認(rèn)為，反應(yīng)堆處理提高了大棚CO2濃度，增加了黃瓜葉片葉綠素含量，提升光合效率，為增產(chǎn)奠定基礎(chǔ);宋尚成等[16]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈反應(yīng)堆處理可顯著改善西瓜連作地塊微生物數(shù)量和酶活性，在黃瓜[17-18]上亦有報(bào)道。秸稈反應(yīng)堆在設(shè)施番茄產(chǎn)量和品質(zhì)方面的研究表明，秸稈反應(yīng)堆改善了設(shè)施溫度等環(huán)境，提高了番茄光合性能，增加了產(chǎn)量，提升了品質(zhì)[19-20]。

為探索適宜華北日光溫室的番茄秸稈反應(yīng)堆技術(shù)，促進(jìn)土壤良性循環(huán)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，本研究重點(diǎn)探討了山東連作嚴(yán)重地塊秸稈反應(yīng)堆對(duì)日光溫室環(huán)境、番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，旨在為秸稈反應(yīng)堆合理應(yīng)用提供參考和依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試番茄品種為‘迪維斯，上海種都種業(yè)科技有限公司提供;生物反應(yīng)堆材料為玉米秸稈，當(dāng)?shù)卮筇锸斋@;菌種為‘速腐菌種，北京盛達(dá)華泰農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn);育苗基質(zhì)為泰安市根沃生物科技有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017年9月—2018年2月在泰安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院研究示范基地日光溫室進(jìn)行，位于泰安市岱岳區(qū)良莊鎮(zhèn)（E117°26'，N35°95'）。試驗(yàn)溫室地力中等、沙壤土，土壤有機(jī)質(zhì)含量1.25 g·kg-1，堿解氮含量為95.2 mg·kg-1，有效磷含量為48.7 mg·kg-1，速效鉀含量為128.1 mg·kg-1。設(shè)置3個(gè)反應(yīng)堆量：45 000 （T1），60 000 （T2），75 000 kg·hm-2（T3），以0 kg·hm-2為對(duì)照（CK），采用內(nèi)置式大小行（100 cm×50 cm）鋪設(shè)玉米秸稈，小行挖1條寬50 cm、深25 cm的溝，把玉米秸稈鋪勻填入溝內(nèi)，行兩端露出部分秸稈，以利通氣，澆透水，撒施菌種（1 278.5 kg·hm-2），覆土20 cm，每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)排列，小區(qū)面積48 m2。定植前30 d采用72孔穴盤(pán)育苗，播種前將種子放入50～55 ℃熱水中浸種15 min，浸種時(shí)要不停地?cái)嚢?，至水?0 ℃左右，再浸種8 h，置于人工氣候室（28 ℃）中催芽，待70%出芽播種。當(dāng)幼苗莖粗達(dá)0.5 cm以上，葉片深綠，無(wú)病斑，節(jié)間短，株高15～20 cm，真葉4～5片，根系布滿基質(zhì)時(shí)定植。9月2日定植，行距50 cm、株距40 cm，33 345 株·hm-2。常規(guī)管理，5層果摘心。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

利用TPS-Ⅱ便攜型光合儀于12月25日測(cè)定溫室內(nèi)外的CO2濃度，采用TNHY-4農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀測(cè)定氣溫;株高、莖粗分別于定植后15，60 d采用游標(biāo)卡尺測(cè)定，每處理測(cè)量10株，重復(fù)3次。待第3層果成熟時(shí)，測(cè)定果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)，維生素C、可溶性糖和有機(jī)酸含量分別采用2，6-二氯酚靛酚比色法、蒽酮比色法和滴定法測(cè)定[21]。待番茄果實(shí)成熟后分批采收，統(tǒng)計(jì)不同處理每株番茄的果實(shí)數(shù)、單果質(zhì)量和產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0和 Excel軟件進(jìn)行處理并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室CO2濃度和氣溫日變化的影響

從圖1可以看出，7：00—17：00，外界CO2濃度（SW）穩(wěn)定在420 mg·kg-1左右;而溫室內(nèi)的CO2濃度則呈先降低后上升的趨勢(shì)，且各處理之間CO2濃度均表現(xiàn)為T(mén)3>T2>T1>CK。7：00的CO2濃度為最高，T1，T2，T3以及CK的濃度分別達(dá)到2 393.6，2 522.4，2 661.3，1 498.6 mg·kg-1;7：00以后，隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)，以及午間通風(fēng)的原因，溫室內(nèi)3個(gè)處理的CO2濃度急劇下降;到14：00，CK溫室的CO2濃度降到最低點(diǎn)，為462.8 mg·kg-1，略高于大氣CO2濃度，且沒(méi)有顯著差異;到15：00，T1，T2和T3處理的CO2濃度降到最低點(diǎn)，分別為497.7，526.5，668.4 mg·kg-1，均高于CK和大氣中的CO2濃度。

如圖2所示，隨著日照強(qiáng)度逐步增大，氣溫急劇上升，到14：00達(dá)到最大，其中生物反應(yīng)堆T1、T2和T3處理溫室的氣溫分別達(dá)到27.2，27.8，28.7 ℃，較CK提高0.7～2.3 ℃;14：00以后，各處理的氣溫逐步降低，到第2天8：00降到最低點(diǎn)。

2.2 生物反應(yīng)堆對(duì)設(shè)施番茄生長(zhǎng)發(fā)育的影響

由表1可知，秸稈生物反應(yīng)堆的設(shè)施番茄株高和莖粗均高于對(duì)照，其中，定植后15 d，株高以T3為最大，與T2處理比較差異不顯著，二者均顯著高于T1處理和CK;莖粗為0.56～0.82 cm，T1、T2和CK間無(wú)顯著性差異，T3與CK間差異顯著。定植后60 d，株高和莖粗均表現(xiàn)為T(mén)3>T2>T1>CK，其中T3與T2差異不顯著，二者均顯著高于CK。

2.3 生物反應(yīng)堆對(duì)設(shè)施番茄品質(zhì)的影響

表2結(jié)果顯示，不同用量的生物反應(yīng)堆處理顯著提高設(shè)施番茄品質(zhì)。T3處理維生素C含量最大，達(dá)135.2 mg·kg-1，較CK增加2.7%;其次依次為T(mén)2，T1，分別為134.4，132.8 mg·kg-1，各處理間差異均不顯著。可溶性糖含量變化趨勢(shì)與維生素C含量變化趨勢(shì)類(lèi)似，隨著生物反應(yīng)堆量的增加呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，至T3處理達(dá)最大，為3.12%，比CK增加0.26個(gè)百分點(diǎn)，二者間差異顯著，T2，T1與CK間無(wú)顯著差異。有機(jī)酸含量以CK最大，為0.38%，顯著高于生物反應(yīng)堆處理。糖酸比以T1處理最佳，為8.46。

2.4 生物反應(yīng)堆對(duì)設(shè)施番茄產(chǎn)量的影響

產(chǎn)量是評(píng)價(jià)秸稈生物反應(yīng)堆效益的一項(xiàng)重要指標(biāo)。由表3可知，單株果數(shù)為16.7～19.9個(gè);T3處理平均單果質(zhì)量最大，為0.205 kg，較CK增加7.89%，與T1，T2處理間無(wú)顯著差異，與CK間差異顯著;各秸稈生物反應(yīng)堆處理的設(shè)施番茄產(chǎn)量為121 236.0～127 227.0 kg·hm-2，較CK （117 463.5 kg·hm-2）增產(chǎn)3.21 %～8.31%，除T2和CK差異不顯著外，各處理間差異顯著。

3 結(jié)論與討論

本研究表明，秸稈生物反應(yīng)堆可提高日光溫室CO2濃度和氣溫，有利于設(shè)施蔬菜在寒冷季節(jié)生長(zhǎng)及光合速率提高[22]，這與秸稈生物反應(yīng)堆填埋后經(jīng)土壤微生物分解，放出大量CO2、熱量等有關(guān)。研究結(jié)果與葉琳等[19]、李波等[23]研究結(jié)果一致。定植后15，60 d的株高均以T3最大，分別為43.8，147.7 cm，莖粗與株高變化趨勢(shì)類(lèi)似;這與何志剛等[24]研究認(rèn)為秸稈反應(yīng)堆+復(fù)合功能菌效果最佳的結(jié)果一致。維生素C和可溶性糖含量以T3處理最大，分別為135.2 mg·kg-1和3.12%，較CK分別增加2.7%和0.26個(gè)百分點(diǎn);糖酸比以T1處理最佳，為8.46，這與秸稈腐熟過(guò)程中，提高了土壤有機(jī)質(zhì)及植物生長(zhǎng)的必需元素與微量元素，改善土壤理化性質(zhì)有很大關(guān)系[25]。也有研究表明，秸稈反應(yīng)堆不僅能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，而且能有效提高土壤肥力，有機(jī)質(zhì)含量與土壤氮磷鉀含量存在著線性相關(guān)性，有利于作物高產(chǎn)。對(duì)于連作嚴(yán)重設(shè)施菜田，秸稈反應(yīng)堆抑制了地面水分的蒸發(fā)，改良了鹽漬土，又培肥地力，改善了作物的根部環(huán)境[26-27]。本研究中產(chǎn)量以T3處理最高，達(dá)127 227.0 kg·hm-2，這與反應(yīng)堆提高設(shè)施連作番茄光合特性、土壤養(yǎng)分等有很大關(guān)系。雷帥等[28]研究認(rèn)為，反應(yīng)堆可以明顯提高設(shè)施連作5年地塊番茄光合速率15.88%;張雪艷等[29]研究表明，秸稈反應(yīng)堆可有效增加連作土壤中的有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀含量，降低EC值等。此外，秸稈填埋量也不是越大越好，若填埋過(guò)多時(shí)，秸稈不容易完全腐爛，容易引起病蟲(chóng)害的發(fā)生，并阻礙作物的正常生長(zhǎng)。

本研究表明，秸稈生物反應(yīng)堆可明顯提高溫室溫度、CO2濃度，增加番茄產(chǎn)量，改善品質(zhì)。通過(guò)試驗(yàn)研究證明了秸稈反應(yīng)堆技術(shù)在北方連作障礙嚴(yán)重溫室生產(chǎn)蔬菜的可行性。其中，75 000 kg·hm-2下增產(chǎn)效果最好，而秸稈反應(yīng)堆對(duì)土壤性質(zhì)的長(zhǎng)期影響效應(yīng)還有待深入研究。

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收稿日期：2018-05-29

基金項(xiàng)目：山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018GNC110037）;山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系蔬菜創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（SDAIT-05-09）

作者簡(jiǎn)介：劉中良（1984—），男，山東臺(tái)兒莊人，農(nóng)藝師，碩士，主要從事設(shè)施蔬菜栽培生理研究工作。

通訊作者簡(jiǎn)介：高俊杰（1970—），男，山東濰坊人，研究員，博士，主要從事設(shè)施蔬菜基質(zhì)栽培研究工作。