地埋式秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)草莓生產(chǎn)及土壤肥力的影響

葉靜，翁麗青，鄒平，田雁榕，林輝，符長(zhǎng)煥，符建榮，馬軍偉*

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.余姚市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，浙江 余姚 315400；3.杭州學(xué)軍中學(xué)，浙江 杭州 310012)

浙江省地處經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平較高，土地利用和復(fù)種指數(shù)高。設(shè)施栽培加之長(zhǎng)期連作，由于采取了人工措施，改變了局部生態(tài)環(huán)境，改變了土壤自然條件下的水熱平衡，其溫度、光照、通氣條件和水肥管理等均不同于一般大田，土壤及生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)幾個(gè)突出問(wèn)題，如CO2嚴(yán)重虧缺、設(shè)施土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)被破壞、土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分容量降低、土壤次生鹽漬化趨勢(shì)加快等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，地埋式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)將秸稈、畜禽糞便等有機(jī)廢棄物混合埋施在大棚或露地土壤種行之間，通過(guò)添加高效產(chǎn)氣菌進(jìn)行生物發(fā)酵，利用發(fā)酵產(chǎn)生的CO2對(duì)大棚進(jìn)行二氧化碳施肥，解決大棚中二氧化碳嚴(yán)重虧缺的問(wèn)題，利用發(fā)酵熱能對(duì)土壤起增溫和保溫作用[1-5]。該項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)北方應(yīng)用較為廣泛，但在南方地區(qū)尤其在浙江省鮮有報(bào)道。為此，本研究針對(duì)長(zhǎng)期連作設(shè)施栽培土壤，通過(guò)地埋式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)提高草莓產(chǎn)量和品質(zhì)，旨在提高南方地區(qū)越冬作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，同時(shí)解決農(nóng)村廢棄物的無(wú)害化處理和資源化利用問(wèn)題。

1 材料與方法

1.1 供試材料

田間試驗(yàn)于2014年9月20日至2015年3月30日在浙江省余姚市梁弄鎮(zhèn)亞思味特生態(tài)農(nóng)場(chǎng)(121°5′33″ E， 29°54′34″ N)進(jìn)行。農(nóng)場(chǎng)地處浙東四明山麓，海拔68 m，屬亞熱帶南緣，季風(fēng)型氣候。四季分明，冬夏稍長(zhǎng)，春秋略短，平均年日照總時(shí)數(shù)2 061 h。年均氣溫16.2 ℃。供試土壤為黃斑泥潴育水稻土，試驗(yàn)前測(cè)得耕層(0～20 cm)基礎(chǔ)肥力見(jiàn)表1。供試材料為草莓品種紅頰。

表1 試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)肥力特征

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)常規(guī)措施(CK)和地埋式秸稈生物反應(yīng)堆(BR)2個(gè)處理。CK為常規(guī)栽培方法，不用秸稈反應(yīng)堆，在草莓移栽前施新鮮羊糞9 000 kg·hm-2和復(fù)合肥(硫基，N 15%、P2O515%、K2O 15%)750 kg·hm-2，坐果后結(jié)合滴灌追施速溶性配方肥；BR為翻耕前施新鮮羊糞1 500 kg·hm-2，全層混施；移栽前開(kāi)溝寬40 cm，深40 cm，溝中埋入稻草15 000 kg·hm-2，新鮮羊糞7 500 kg·hm-2，發(fā)酵菌劑30 kg·hm-2拌麩皮混施，分層填埋，每層中均勻含有秸稈、羊糞及菌劑。填埋完畢后覆土，整畦覆蓋地膜后用土鉆在反應(yīng)堆上部每隔1.5 m打1個(gè)小孔作CO2釋放用；坐果后結(jié)合滴灌追施速溶性配方肥。每處理1個(gè)大棚，大棚面積280 m2，內(nèi)各有5畦，重復(fù)3次。

1.3 取樣與測(cè)定

供試樣品采集。試驗(yàn)開(kāi)始前隨機(jī)取2個(gè)處理大棚內(nèi)0～20 cm耕層土樣1 000 g用于測(cè)定土壤基礎(chǔ)肥力。草莓盛果期，每處理隨機(jī)采摘5.0 kg果實(shí)，用于測(cè)定草莓品質(zhì)。

土壤和果實(shí)樣品測(cè)定。土壤pH依據(jù)NY/T 1121.2—2006《土壤pH的測(cè)定》；土壤有機(jī)質(zhì)依據(jù)NY/T 1121.6—2006《土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定》；土壤全氮依據(jù)HJ 717—2014《凱氏法》；土壤有效磷依據(jù)NY/T 1121.2—2014《土壤有效磷的測(cè)定》；土壤速效鉀依據(jù)NY/T 889—2004《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測(cè)定》；草莓中Vc含量依據(jù)GB 6195—1986《水果、蔬菜維生素C含量測(cè)定法(2，6-二氯靛酚滴定法)》；草莓中可溶總糖依據(jù)GB 6194—1986《水果、蔬菜可溶性糖測(cè)定法》測(cè)定。

土壤CO2通量測(cè)定。通過(guò)Li-8100A土壤二氧化碳通量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)大棚內(nèi)土壤進(jìn)行測(cè)定。

土壤溫度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。采用LOGGER 1.8.2溫度自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀，將溫度傳感器分別插入大棚內(nèi)土表以下5、10、15 cm處，每隔1 d分別在上午和下午定時(shí)自動(dòng)記錄。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理和相關(guān)性分析采用Statistica 統(tǒng)計(jì)分析軟件包進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)草莓產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

表2結(jié)果顯示，采用地埋式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)，草莓產(chǎn)量比常規(guī)措施提高9 048 kg·hm-2，增幅達(dá)33.2%，效果明顯。相比常規(guī)措施，采用地埋式秸稈生物反應(yīng)堆處理的大棚于2015年1月6日開(kāi)始采摘，而常規(guī)措施的大棚則于2015年1月13日開(kāi)采，較之晚7 d成熟。地埋式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)可促進(jìn)果實(shí)成熟，提早上市，還能改善草莓果實(shí)品質(zhì)。可溶性總糖、VC含量和糖酸比分別較常規(guī)措施提高33.4%、24.6%和20.2%；從外觀上看，草莓果實(shí)表面光澤鮮艷，著色均勻，商品性狀明顯改善。

表2 秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)草莓產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示在P<0.05水平差異顯著。

2.2 對(duì)提高土壤CO2通量的影響

試驗(yàn)分別于2014年11月17日、12月12日及2015年1月21日對(duì)各處理大棚內(nèi)土壤CO2通量進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明，地埋式秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)提高大棚內(nèi)土壤CO2通量有較大影響，是提高大棚中CO2濃度的根本原因。表3顯示，采用地埋式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)，土壤CO2通量分別較常規(guī)措施提高2.44、2.12、2.05 μmol·m-2·s-1，分別是常規(guī)措施的1.8、2.5和2.6倍；測(cè)定時(shí)棚室中CO2的平均濃度也較常規(guī)措施分別提高10.5、25.5和22.7 μL·L-1，增幅2.0%～5.5%。

表3 秸稈反應(yīng)堆技術(shù)對(duì)土壤CO2通量的影響

2.3 對(duì)設(shè)施土溫的影響

圖1顯示，于2014年12月14日至2015年3月20日，隔天對(duì)各處理大棚內(nèi)土表以下5、10、15 cm深處土壤溫度進(jìn)行定時(shí)測(cè)定，結(jié)果表明，地埋式秸稈生物反應(yīng)堆處理的大棚土壤增溫效果明顯。采用秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)處理距土表5 cm處的土壤溫度較常規(guī)處理提高0～3.5 ℃，平均增溫1.05 ℃；10 cm處增溫幅度為0～4.8 ℃，平均增溫1.35 ℃；15 cm處增溫幅度為0～2.9 ℃，平均增溫0.95 ℃。從測(cè)定結(jié)果看，秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)土壤的增溫作用可持續(xù)3個(gè)月，其中距土表10 cm處的土壤增溫效果最為顯著，最大溫差達(dá)4.8 ℃，各土壤層次最大增溫幅度均出現(xiàn)在1月初至2月初，對(duì)冬季大棚作物抵御低溫、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育具有重要意義。

圖1 地埋式秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)不同深度土壤溫度的影響

2.4 對(duì)土壤肥力的影響

表4顯示，與常規(guī)措施比較，地埋式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)土壤肥力得到較為明顯的改善，相比試驗(yàn)前的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀均有不同程度提高；而常規(guī)措施的土壤與試驗(yàn)前比較，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷則有所下降。其中，最大的區(qū)別是土壤有機(jī)質(zhì)的變化。經(jīng)過(guò)一個(gè)草莓生長(zhǎng)季節(jié)后，采用常規(guī)措施的土壤有機(jī)質(zhì)從試驗(yàn)前的46.6 g·kg-1降至40.1 g·kg-1，而采用秸稈生物反應(yīng)堆處理的土壤有機(jī)質(zhì)則從44.5 g·kg-1升至49.9 g·kg-1。由此認(rèn)為，埋入土壤深層的秸稈、畜禽糞便等有機(jī)物，在經(jīng)過(guò)一個(gè)作物季的生物發(fā)酵分解后，除了供給作物生長(zhǎng)需要，其殘留物對(duì)于土壤快速培肥具有重要作用。

表4 秸稈反應(yīng)堆技術(shù)培肥效果

3 小結(jié)與討論

地埋式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)可有效利用秸稈，本試驗(yàn)結(jié)果每公頃可消耗秸稈15 t，可防止因燃燒秸稈所造成的環(huán)境污染問(wèn)題[6]，更重要的是解決了冬季設(shè)施栽培條件下的氣溫和地溫偏低、CO2匱缺以及長(zhǎng)期連作造成的土壤板結(jié)、養(yǎng)分不均等問(wèn)題。秸稈和畜禽糞便的投入，隨著分解，可為作物持續(xù)提供生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分，滿足作物生長(zhǎng)需要，同時(shí)外源有機(jī)物料礦化和分解可改善土壤通透性，有利于作物根系生長(zhǎng)，從而達(dá)到增產(chǎn)效果。

地埋式秸稈生物反應(yīng)堆是將秸稈、畜禽糞便等有機(jī)廢棄物混合埋施在設(shè)施大棚種植行之間，在生物發(fā)酵過(guò)程中所產(chǎn)生的CO2可對(duì)大棚進(jìn)行二氧化碳施肥，解決了大棚中二氧化碳嚴(yán)重虧缺問(wèn)題，對(duì)提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)起到了至關(guān)重要的作用。同時(shí)在發(fā)酵過(guò)程中所產(chǎn)生熱量，可提高大棚內(nèi)土壤溫度，有利于在冬季低溫氣候條件下的作物生長(zhǎng)。

秸稈反應(yīng)堆處理下，外源有機(jī)物進(jìn)入土壤可以為微生物提供碳源，增強(qiáng)微生物活性，從而增加土壤微生物量[7]，進(jìn)而促進(jìn)作物秸稈等廢棄物在土壤中的礦化和腐殖化，最終提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和營(yíng)養(yǎng)元素含量，改善設(shè)施土壤局部生態(tài)環(huán)境。地埋式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)對(duì)土壤其他理化性狀的系統(tǒng)影響有待進(jìn)一步研究。