秸稈生物反應堆技術對設施火焰無核葡萄品質的影響

肯吉古麗·蘇力旦，汪志偉，努力亞·艾合買提，古麗加汗·克然木

（新疆維吾爾自治區葡萄瓜果研究所，新疆維吾爾838200）

秸稈生物反應堆技術體系是一套涉及農業增產、提質、增效的有機栽培技術，它和傳統農業技術有本質的差異。傳統農業生產過程中，對于化肥的依賴程度相對較大，而此技術體系的出現明顯改善了這一現象[1]。秸稈生物反應堆技術是在反應堆專用菌種的作用下，將秸稈定向、快速地轉化為植物生長所需要的二氧化碳、熱量、抗病孢子以及有機和無機物，能綜合改變植物生長條件，極大提高產量和品質。其理論依據是植物的光合作用、植物饑餓理論、葉片主被動吸收理論和秸稈礦質元素可循環重復再利用理論。生物反應堆中所選擇的菌種存在多樣性，屬于酵素菌群，包含了以好氧菌為核心的各類有益菌。較之于單一化的種群而言，其明顯具備更強的繁殖以及代謝能力。而酵素菌所分泌的各類酶以及活性物質，被稱作是酵素，又被叫做是農用酶。酵素菌群中包含了多種有益菌和代謝產物，構成了有益生物活性功能團，除了可以對反應堆里的有機物進行分解，還可以對土壤里所包含的礦質元素進行分解與轉化[2]。

該技術實現了物質轉換和資源再利用，綜合改變了作物的生長環境，在微生物的作用下將植物秸稈轉化為作物生長所需的二氧化碳、熱量和有機無機養料，從而大幅度提高瓜果蔬菜的產量和品質[3]。秸稈生物反應堆在工藝和材料方面的要求并不高，簡便的操作就可以實現鏈式能量轉換循環，得到顯著的綜合效應，如同核反應堆[4]。良性循環的生物效應使其成為備受認可的無公害生物技術[5]。秸稈生物反應堆技術在蔬菜方面的應用較多[6-8]，而在葡萄上的應用研究則相對較少。本試驗選取了萌芽數、結果數、果穗重、果粒重、果粒縱橫徑、可溶性固形物、著色度、酸度等指標對火焰無核葡萄的產量和品質進行分析，并對秸稈資源的循環利用模式進行評價，以期探索秸稈的高效利用、縮減生產成本以及解決大田秸稈堆積對環境造成污染的有效途徑[9]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

火焰無核葡萄也叫弗蕾無核，歐亞種，原產美國，由美國Fresno園藝試驗站雜交選育而成。1983年引入我國，1991年引入新疆葡萄瓜果開發研究中心。開始作為資源少量保存，1998年進行嫁接擴繁。

玉米秸稈由新疆維吾爾自治區葡萄瓜果研究所種植，麥草、羊糞和秸稈從農民家購買。試驗使用酵素菌種由山東秸稈生物工程技術中心提供。

1.2 試驗地點

試驗地點安排在新疆葡萄瓜果研究所的科研溫室里。試驗地氣候屬溫帶大陸性氣候，地處庫木塔格山（沙山）北麓，西接火焰山東端，北部為博格達山，中部為吐魯番盆地和哈密盆地，南部為戈壁和沙漠。土壤類型以沙壤土為主，上茬種植西瓜。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗準備及分組

試驗于2018年1～8月在種植火焰無核葡萄的溫室進行，溫室面積為850 m2（8.5 m×100 m）。早春搭建秸稈生物反應堆，本文的秸稈生物反應堆中，分別用秸稈、麥草、麥草+羊糞、秸稈+羊糞、羊糞五種方案來制作生物反應堆，分為5組，并設置對照組（什么都不施）。每個小組處理為6株，每株測3穗。期間根據葡萄的物候期進行不同時期取樣并對相關指標進行測定。

處理 1：秸稈 300 kg/667 m2。

處理 2：麥草 300 kg/667 m2。

處理3：麥草300 kg/667 m2+羊糞300 kg/667 m2。

處理4：秸稈300 kg/667 m2+羊糞300 kg/667 m2。

處理 5：羊糞 300 kg/667 m2。

1.3.2 生物反應堆的搭建

菌種處理：2018年1月2日對菌種進行預處理，按比例先將菌種與有機物混勻，加水攪拌，繼而將混拌產物分別于陰涼處堆置，厚度不超過15 cm，同時觀察溫度計顯示的溫度，一旦其內部溫度過高立即進行翻動，以防止高溫破壞菌種活性，翻動數次后溫度相對穩定，繼續靜置待其充分發酵腐熟后直接投入使用。

生物反應堆的搭建：本試驗于2018年1月7日開始搭建生物反應堆。試驗當中運用的是行間內置式反應堆，在試驗種植行的一邊施有機肥，另一邊則設置反應堆。在反應堆搭建中，首先是在種植行的一邊開溝，開溝的位置與植株的根部有一定距離，約15 cm，溝的寬度為30 cm，深度為40 cm，開溝以后，溝內鋪上有機物（秸稈、麥草、麥草+羊糞、秸稈+羊糞、羊糞五種材料中的一種），鋪面均勻，并將菌種混合物撒在有機物上，然后用鐵鍬輕拍，將菌種震落到有機物的空隙里；鋪好后溝內的有機物厚度約30 cm，而后在有機物上起土回填整平即可。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 葡萄生長發育情況

萌芽數的測定：每組選擇3株葡萄作為樣本，觀察近主蔓的六個母枝，在葡萄萌芽定枝以前記錄芽眼的數量[10]。

結果數的測定：每組選擇3株葡萄作為樣本，每株測定6穗葡萄的結果數，計算每株葡萄平均值結果數。

1.4.2 葡萄產量和品質

產量的測定：在葡萄漿果徹底成熟的條件下，以小區為單位對產量進行計算，對各小區內每株葡萄的果穗數、單果重以及各個果穗果粒數量的平均值進行統計，估算得出各處理組每667 m2的預期產量。

平均單粒重的測定：果實采收完成以后，隨機選擇100粒葡萄用天平稱重進行測量，計算平均值。

平均單穗重的測定：果粒采收完成以后，隨機選擇10穗稱重，若是質量超出天平容量，可分為小穗稱量，求出平均值。

果實著色率的測定：在葡萄漿果徹底成熟的條件下，對果實著色率進行測定，每個小區選取5穗葡萄作為樣本，各自對其完全著色的果粒個數、不完全著色和沒有著色的個數進行統計，對其所占比重進行計算，求出平均值[11]。

可溶性固形物含量的測定：采用手持式糖度計測定。酸度的測定：采用酸堿中和的方法測定總酸含量。

2 結果與分析

2.1 對葡萄萌芽數和結果數的影響

本試驗主要從萌芽數、結果數兩個方面分析了秸稈生物反應堆技術對火焰無核葡萄生長的影響，結果見表1和表2。

表1 秸稈生物反應堆技術對葡萄萌芽數的影響Table 1 Effect of straw bioreactor technology on germination number of grape

表2 秸稈生物反應堆技術對葡萄結果數的影響Table 2 Effect of straw bioreactor technology on number of fruits of grape

從萌芽數來看，秸稈+羊糞組的平均萌芽數最高，為185.50個；羊糞組其次，為184.17個；對照組的最低，為150.00個。從結果數來看，麥草+羊糞組的平均結果數最高，為79.50個；秸稈+羊糞組其次，為77.00個；對照組最低，為39.50個。麥草+羊糞組在萌芽數和結果數都表現較好，可見，羊糞處理有利于植株的萌芽數和結果數的增加。通過對方差進行計算可知，麥草+羊糞組無論是在萌芽數還是在結果數方面，方差都較小，說明數據的波動小，穩定性強。綜合來看，麥草+羊糞處理的生物反應堆能促進火焰無核葡萄的萌芽和結果。

2.2 對葡萄果實生長的影響

本試驗主要從果穗重、果穗長寬、果粒重、果粒縱橫徑、著色度5個指標分析了生物反應堆技術對火焰無核葡萄果實生長的影響，結果見表3。

表3 秸稈生物反應堆技術對葡萄果實生長的影響Table 3 Effect of straw bioreactor technology on fruit growth of grape

從果實各個生長指標來看，除了著色率外，秸稈+羊糞組表現都是最優，果穗重為566.72 g，果穗長寬為20.4 cm×19.1 cm，果粒重為797.58 g，果粒縱橫徑為20.5 cm×19.2 cm；秸稈組、對照組各生長指標均較差；但秸稈+羊糞組的著色情況不是最優的。由此可知，運用秸稈與羊糞結合，能夠有效促進果穗和果粒的增長，使得果實從外觀上來看更加飽滿。可見，對于果實生長情況而言，秸稈+羊糞是比較理想的生物反應堆材料。

著色率的指標中，試驗組的優勢相對于對照組而言并不明顯，而對照組甚至會優于部分試驗組，在該組中，出現了如圖1中著色率較差的果實。分析原因可能是著色期遇低溫，影響葡萄的上色。

圖1 秸稈+羊糞組中著色率較差的果實Fig.1 Fruits with poor color in straw+sheep manure group

2.3 對葡萄果實內在品質的影響

本試驗選擇可溶性固形物和酸度兩個指標對無核葡萄果實的內在品質進行了評價，并對所得數據整理后得到每組的均值和方差，具體結果見表6、7。

表6 秸稈生物反應堆技術對葡萄可溶性固形物的影響Table 6 Effect of straw bioreactor technology on soluble solids of grape

在可溶性固形物指標的測定中，秸稈組最高，為20.80%；麥草+羊糞的次之，達到20.61%，羊糞組最低，為19.41%。對于酸度指標，對照組最高，為0.931 g/L；秸稈+麥草組次之，酸度為0.868 g/L；秸稈、麥草、麥草+羊糞酸度較低，相差不大。

表7 秸稈生物反應堆技術對葡萄酸度的影響Table 7 Effect of straw bioreactor technology on acidity of grape

3 結論

秸稈生物反應堆技術的原料是植物秸稈，不但原料無污染，而且直接利用微生物對植物根部養分、有益微生物數量的改變來改善作物生長環境，能夠把有機物轉變成滿足植物生長需求的二氧化碳、熱量以及有機無機養分，使產量以及品質得以明顯提升[12]。與常規種植相比，采用生物反應堆種植的火焰無核葡萄在品質上有了一定的提高。第一，麥草+羊糞組在萌芽數和結果數都表現優異，能夠對植株的萌芽和結果起到重要作用。第二，秸稈+羊糞生物反應堆能夠促進果穗和果粒的增長，使果實從外觀上來看更加飽滿。第三，對于火焰無核葡萄的內在品質，麥草+羊糞組的表現最為優異，可溶性固形物含量較高，且酸度較低，因此，火焰無核葡萄具有更為良好的口感。

此外，試驗基地葡萄生產采取了綠色果品的生產標準，沒有使用農藥化肥。在試驗過程，初期試驗組的部分葡萄出現了輕微蟲害，在之后反應堆的持續作用下也被有效抑制，所以在反應堆初期使用過程中可能存在效力不足現象。此試驗是在生物反應堆正式應用的第一年開始，因此無法直接確定生物反應堆的全部效力，僅可以充當反應堆搭建以及適宜菌種濃度選取帶來有效的啟示，想要對生物反應堆效益完全發揮出的效果是否與既定研究相符，還需要進行深入的試驗來進行驗證。