張彩虹,姜魯艷,鄒 平,馬 艷,吐爾遜娜依
(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所,烏魯木齊 830091;2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部林果棉與設(shè)施農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)科學(xué)觀測實驗站,烏魯木齊 830091)
新疆耕地缺乏,而設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展用地主要集中在農(nóng)區(qū)土壤肥沃的老農(nóng)田和熟地,與大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)爭地的矛盾突出,近年來戈壁設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速推進(jìn),帶動了戈壁日光溫室產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。然而,落后的經(jīng)濟(jì)及栽培條件導(dǎo)致非耕地日光溫室內(nèi)基質(zhì)連茬耕作,造成基質(zhì)中殘留大量病原菌,鹽堿化嚴(yán)重,極大地影響非耕地日光溫室蔬菜可持續(xù)生產(chǎn)。根際微生物參與了作物生長發(fā)育的全過程,是維持健康基質(zhì)生態(tài)系統(tǒng)的重要部分。鹽漬化、低溫、連作等逆境生產(chǎn)條件導(dǎo)致日光溫室作物根際微生物發(fā)生變化,其組成隨著逆境程度及年限發(fā)生變化,基質(zhì)中有益微生物的數(shù)量急劇減少,而病原菌的數(shù)量會增多,占據(jù)主要位置,從而嚴(yán)重破壞作物根際微生物群落的平衡,抑制了基質(zhì)微生物正常生長,降低作物抗病性,導(dǎo)致基質(zhì)肥力下降、作物產(chǎn)量和品質(zhì)大幅降低[1-3]。因此,為減少化肥農(nóng)藥的使用,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,研究合理的基質(zhì)消毒工藝是實現(xiàn)非耕地日光溫室基質(zhì)生產(chǎn)的有效途徑。
試驗于2018年9月17日~2019年2月20日在烏魯木齊西山農(nóng)牧場戈壁日光溫室內(nèi)進(jìn)行,試驗地位于43.63° N,87.23° E。試驗溫室朝向均為坐北朝南,東西延長。供試?yán)苯菲贩N為‘干椒5號’。
栽培基質(zhì)為棉秸稈:蛭石:堆肥發(fā)酵羊糞(體積比為3:2:1),基質(zhì)已經(jīng)連續(xù)使用3年,試驗地共計32個基質(zhì)栽培槽,面積為168 m2,其中熱水消毒處理基質(zhì)栽培槽24個,面積126 m2,未處理(對照)基質(zhì)栽培槽8個,面積42 m2。土壤熱水消毒于2018年9月4日進(jìn)行。
◆高溫?zé)崴幚?/p>
深翻平整基質(zhì)后,在處理基質(zhì)槽表面鋪設(shè)耐高溫?zé)崴喂?,加蓋保溫塑料布,用燃煤將消毒機(jī)內(nèi)冷水加熱到97.5℃后,打開閥門持續(xù)將熱水從消毒機(jī)爐體內(nèi)注入熱水分配器,調(diào)節(jié)流量后經(jīng)耐高溫?zé)崴喂芄嗳朐耘嗖蹆?nèi),滴管出口溫度76℃。用溫度傳感器檢測基質(zhì)槽內(nèi)30 cm處基質(zhì)溫度,保持30 cm處基質(zhì)溫度在50~60℃并持續(xù)3 h,停止供水。
◆試驗定植及管理
熱水消毒3 天后揭開基質(zhì)槽表面的塑料布,待基質(zhì)可進(jìn)行種植時,于9月4日將事先準(zhǔn)備好的辣椒苗(4葉1心)進(jìn)行定植。辣椒整個生育期處理和對照均按照統(tǒng)一的栽培管理制度進(jìn)行田間管理,每3~5天澆灌1次相同質(zhì)量的水,并隨水施用相同質(zhì)量的肥料。
分別在辣椒定植期、開花期和結(jié)果盛期、拉秧期,取根際基質(zhì)進(jìn)行各項指標(biāo)的測定,隨機(jī)取樣,3次重復(fù);在辣椒的成熟期測定產(chǎn)量并取無病害的果實進(jìn)行品質(zhì)測定。
◆基質(zhì)微生物數(shù)量測定
采用涂平板計數(shù)法測定根際基質(zhì)微生物數(shù)量。試驗采用的培養(yǎng)基如下[4-5]:真菌培養(yǎng)采用馬丁氏培養(yǎng)基;放線菌培養(yǎng)采用高氏一號培養(yǎng)基;細(xì)菌培養(yǎng)采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基。將田間采集的基質(zhì)樣品置于4℃冰箱內(nèi)保存,取10.0 g基質(zhì),用 90.0 mL無菌水稀釋,振蕩混勻20 min,隨后逐漸加入無菌水將基質(zhì)原液稀釋成不同濃度梯度的微生物懸濁液,隨后進(jìn)行平板培養(yǎng)。一周后觀察平板中菌落的外觀、長勢,鑒定并統(tǒng)計菌落數(shù),做好記錄。
◆果實產(chǎn)量及品質(zhì)測定
在果實成熟期,每個重復(fù)隨機(jī)選取10株,用天平(佰倫斯電子天平,中國,測量精度為0.1 g)測量單果重及單株產(chǎn)量,并換算成畝產(chǎn)量[6-7];選取大小和色澤一致的果實進(jìn)行品質(zhì)分析,果實可溶性固形物利用阿貝折射儀測定[8],可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[8-9],維生素C含量采用鉬藍(lán)比色法測定[9]。
采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及作圖,采用SPSS 19.0進(jìn)行顯著性分析。
研究表明,高溫?zé)崴幚韺|(zhì)理化性質(zhì)有一定程度的影響,如圖1所示,其中高溫?zé)崴幚淼幕|(zhì)pH在定植期略低于對照CK,pH為6.1,而在開花期、結(jié)果期、拉秧期經(jīng)高溫?zé)崴幚淼幕|(zhì)pH顯著高于對照CK,pH在7.5~7.7。高溫?zé)崴幚韺|(zhì)EC的影響也較大,在番茄生長不同時期熱水處理基質(zhì)EC較對照CK均有所減小。對基質(zhì)中有機(jī)質(zhì)含量的測試結(jié)果顯示,高溫?zé)崴幚盹@著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量,與對照CK相比提高了42.1%。這說明高溫?zé)崴幚韺τ诨|(zhì)功能的恢復(fù)具有明顯的促進(jìn)作用。
基質(zhì)微生物種群的數(shù)量與基質(zhì)質(zhì)量息息相關(guān),高質(zhì)量的微生物種群數(shù)量是保證基質(zhì)肥力的前提[10]。本試驗對高溫?zé)崴竞蠹拔聪具B作3年的基質(zhì)樣品中的根際微生物數(shù)量進(jìn)行分析。從圖2 可以看出,高溫?zé)崴幚磉^的辣椒根際基質(zhì)細(xì)菌數(shù)量隨生育期延長呈現(xiàn)先升后降的趨勢,在結(jié)果盛期細(xì)菌數(shù)量達(dá)到最高峰,之后細(xì)菌數(shù)量下降;未消毒處理(對照)細(xì)菌數(shù)量在開花期達(dá)到峰值,隨后下降。高溫?zé)崴幚磉^的辣椒根際基質(zhì)中細(xì)菌的數(shù)量高于對照,且隨生育期延長這種差異越顯著。在定植期,高溫?zé)崴幚砝苯犯H基質(zhì)中細(xì)菌的數(shù)量僅比對照高2.12%;在結(jié)果盛期,比對照高達(dá) 19.36%,顯著高于對照。
未經(jīng)消毒處理的經(jīng)過3年連作的辣椒根際基質(zhì)放線菌的數(shù)量隨生育期延長呈先升后降的趨勢,在結(jié)果盛期放線菌數(shù)量達(dá)到最高值,之后急劇下降(圖3)。而高溫?zé)崴咎幚砗蟮睦苯犯H基質(zhì)放線菌的數(shù)量隨生育期的延長一直呈上升趨勢。高溫?zé)崴咎幚砗罄苯犯H基質(zhì)放線菌數(shù)量均高于對照,且隨生育期延長差異越顯著,到結(jié)果盛期,高溫?zé)崴咎幚砝苯犯H基質(zhì)放線菌數(shù)量比對照高 21.33%。
高溫?zé)崴竞罄苯犯H基質(zhì)真菌數(shù)量在各生長期均低于對照,在結(jié)果盛期,比對照低11.92%,達(dá)到顯著水平(圖4)。高溫?zé)崴咎幚砗螅|(zhì)細(xì)菌/真菌比值隨生育期的延長而不斷下降;而對照的細(xì)菌/真菌比值先升后降,在開花期達(dá)到最高值,之后急劇下降。高溫?zé)崴咎幚砘|(zhì)細(xì)菌/真菌比值在各生長期均高于對照,且在結(jié)果盛期差距達(dá)到最大值,比對照高37.24%。
表1 高溫?zé)崴緦苯樊a(chǎn)量及品質(zhì)的影響
從表1可以看出,高溫?zé)崴咎幚砘|(zhì)栽培辣椒的產(chǎn)量和品質(zhì)性狀(可溶性蛋白、可溶性糖、維生素 C)要比未消毒處理基質(zhì)栽培的辣椒高23.9%、11.65%、8%、18.3%。結(jié)果表明,隨著種植年限的增加,基質(zhì)連作障礙顯現(xiàn),對基質(zhì)進(jìn)行高溫?zé)崴咎幚砜捎行p少連作障礙對辣椒產(chǎn)量及品質(zhì)的影響。
維持良好的根際土壤微環(huán)境是保證作物產(chǎn)量、提升作物品質(zhì)的重要方式之一[11]。因此,本實驗探究高溫?zé)崴緦|(zhì)理化性質(zhì)及辣椒根際基質(zhì)微環(huán)境的影響,分析基質(zhì)理化性質(zhì)、基質(zhì)中微生物數(shù)量、辣椒產(chǎn)量及品質(zhì),對于解析高溫?zé)崴緦|(zhì)微環(huán)境的影響、為基質(zhì)消毒技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)具有重要意義。
土壤微生物參與土壤中所有的生物和化學(xué)反應(yīng),其數(shù)量和活性直接關(guān)系到土壤環(huán)境的平衡。前人多項研究表明,作物連作后,基質(zhì)主要菌群的變化趨勢接近。連作會導(dǎo)致基質(zhì)中有害真菌數(shù)量驟升,而有益細(xì)菌、放線菌數(shù)量則顯著降低,因此降低基質(zhì)營養(yǎng)水平[12-13];在本實驗研究中,高溫?zé)崴咎岣吡嘶|(zhì)pH及有機(jī)質(zhì)含量,降低了基質(zhì)EC,同時辣椒根際基質(zhì)中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量高于對照,且隨著生育期延長差異越顯著。高溫?zé)崴咎幚砝苯犯H基質(zhì)真菌數(shù)量低于對照,細(xì)菌/真菌比值顯著高于對照。高溫?zé)崴究捎行Ы档陀泻φ婢暮?,而提升有益?xì)菌和放線菌的含量,對于提升基質(zhì)質(zhì)量具有重要意義。
基于上述結(jié)果,高溫?zé)崴幚磉^的辣椒根際基質(zhì)中細(xì)菌、放線菌的數(shù)量高于對照,且隨生育期延長這種差異越顯著;到結(jié)果盛期,高溫?zé)崴幚砝苯犯H基質(zhì)中細(xì)菌、放線菌的數(shù)量比對照分別高19.36%、21.33%,顯著高于對照。高溫?zé)崴竞罄苯犯H基質(zhì)真菌數(shù)量均低于對照,在結(jié)果盛期,比對照低 11.92%。高溫?zé)崴咎幚砘|(zhì)細(xì)菌/真菌比值均顯著高于對照,在結(jié)果盛期達(dá)到最大值,比對照高達(dá)37.24%。
結(jié)果表明,高溫?zé)崴究商岣呋|(zhì)營養(yǎng)水平,為作物提供更好的生長環(huán)境,用高溫?zé)崴咎幚磉^的基質(zhì)栽培辣椒,產(chǎn)量和品質(zhì)性狀(可溶性蛋白、可溶性糖、維生素 C)要比用未消毒處理基質(zhì)栽培的辣椒高23.9%、11.65%、8%、18.3%。