秸稈生物反應堆對設施番茄產量和品質的影響

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，利用內置式秸稈生物反應堆，探討秸稈生物反應堆用量對設施連作嚴重地區番茄生長、品質及產量的影響。結果表明，與對照相比，秸稈生物反應堆能明顯提高溫室CO2濃度和氣溫，其中，7：00溫室CO2濃度為最高，各處理高于對照825～1 162.7 mg·kg-1;氣溫于14：00最高，各處理較對照提高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與維生素C含量變化趨勢類似;有機酸含量以對照最大，為0.38%，處理間差異達顯著水平;糖酸比以T1處理最佳，為8.46;各處理設施番茄產量為121 236.0～127 227.0 kg·hm-2，較對照增產3.21%～8.31%。

關鍵詞：秸稈生物反應堆;番茄;產量;品質

中圖分類號：S641.2? ? ? ? ? 文獻標識碼：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

我國是一個農業生產大國，也是農業廢棄物產出大國[1]。據估算，我國農作物秸稈每年總產量為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、環境污染，而且影響著土壤生態系統[2]。番茄（Solanum lycopersicum）為北方秋冬設施蔬菜主栽品種之一，近年來，隨著設施蔬菜產業集約化生產的發展，以及種植戶對高經濟效益的追求，過量肥水等粗放管理問題嚴重，連作障礙現象日益加劇，導致設施番茄根結線蟲等地下病蟲害發生傳播，土壤鹽漬化積累、菌群嚴重失衡，嚴重影響了設施番茄產業的可持續發展[3-5]。時立波等[6]研究認為，隨著連作年限增加，番茄土壤根結線蟲數量隨之上升;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;馬寧寧等[8]研究認為，長期連作改變了土壤細菌和真菌多樣性。為了解決這一難題，國內外農業科學工作者對秸稈肥料化[9]、基質化[10]、炭質化[11]等方面進行了大量研究。

秸稈生物反應堆技術是農業廢棄物資源化利用的一種模式，以調控環境提高作物的產量和品質，目前，在設施黃瓜[12]、西瓜[13]等蔬菜上應用廣泛。王宇先等[14]研究表明，反應堆技術處理大棚香瓜氣溫較常規栽培增加2.39 ℃，產量增加28.46%;劉杰才等[15]研究認為，反應堆處理提高了大棚CO2濃度，增加了黃瓜葉片葉綠素含量，提升光合效率，為增產奠定基礎;宋尚成等[16]研究發現，秸稈反應堆處理可顯著改善西瓜連作地塊微生物數量和酶活性，在黃瓜[17-18]上亦有報道。秸稈反應堆在設施番茄產量和品質方面的研究表明，秸稈反應堆改善了設施溫度等環境，提高了番茄光合性能，增加了產量，提升了品質[19-20]。

為探索適宜華北日光溫室的番茄秸稈反應堆技術，促進土壤良性循環，實現持續高產優質，本研究重點探討了山東連作嚴重地塊秸稈反應堆對日光溫室環境、番茄產量及品質的影響，旨在為秸稈反應堆合理應用提供參考和依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試番茄品種為‘迪維斯，上海種都種業科技有限公司提供;生物反應堆材料為玉米秸稈，當地大田收獲;菌種為‘速腐菌種，北京盛達華泰農業科技有限公司生產;育苗基質為泰安市根沃生物科技有限公司生產。

1.2 試驗設計

試驗于2017年9月—2018年2月在泰安市農業科學研究院研究示范基地日光溫室進行，位于泰安市岱岳區良莊鎮（E117°26'，N35°95'）。試驗溫室地力中等、沙壤土，土壤有機質含量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。設置3個反應堆量：45 000 （T1），60 000 （T2），75 000 kg·hm-2（T3），以0 kg·hm-2為對照（CK），采用內置式大小行（100 cm×50 cm）鋪設玉米秸稈，小行挖1條寬50 cm、深25 cm的溝，把玉米秸稈鋪勻填入溝內，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，每個處理3次重復，隨機排列，小區面積48 m2。定植前30 d采用72孔穴盤育苗，播種前將種子放入50～55 ℃熱水中浸種15 min，浸種時要不停地攪拌，至水溫30 ℃左右，再浸種8 h，置于人工氣候室（28 ℃）中催芽，待70%出芽播種。當幼苗莖粗達0.5 cm以上，葉片深綠，無病斑，節間短，株高15～20 cm，真葉4～5片，根系布滿基質時定植。9月2日定植，行距50 cm、株距40 cm，33 345 株·hm-2。常規管理，5層果摘心。

1.3 測定項目及方法

利用TPS-Ⅱ便攜型光合儀于12月25日測定溫室內外的CO2濃度，采用TNHY-4農業環境監測儀測定氣溫;株高、莖粗分別于定植后15，60 d采用游標卡尺測定，每處理測量10株，重復3次。待第3層果成熟時，測定果實品質指標，維生素C、可溶性糖和有機酸含量分別采用2，6-二氯酚靛酚比色法、蒽酮比色法和滴定法測定[21]。待番茄果實成熟后分批采收，統計不同處理每株番茄的果實數、單果質量和產量。

1.4 數據處理

試驗數據采用SPSS 18.0和 Excel軟件進行處理并作圖。

2 結果與分析

2.1 秸稈生物反應堆對溫室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）穩定在420 mg·kg-1左右;而溫室內的CO2濃度則呈先降低后上升的趨勢，且各處理之間CO2濃度均表現為T3>T2>T1>CK。7：00的CO2濃度為最高，T1，T2，T3以及CK的濃度分別達到2 393.6，2 522.4，2 661.3，1 498.6 mg·kg-1;7：00以后，隨著光照強度的增強，以及午間通風的原因，溫室內3個處理的CO2濃度急劇下降;到14：00，CK溫室的CO2濃度降到最低點，為462.8 mg·kg-1，略高于大氣CO2濃度，且沒有顯著差異;到15：00，T1，T2和T3處理的CO2濃度降到最低點，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，隨著日照強度逐步增大，氣溫急劇上升，到14：00達到最大，其中生物反應堆T1、T2和T3處理溫室的氣溫分別達到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。

2.2 生物反應堆對設施番茄生長發育的影響

由表1可知，秸稈生物反應堆的設施番茄株高和莖粗均高于對照，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，株高和莖粗均表現為T3>T2>T1>CK，其中T3與T2差異不顯著，二者均顯著高于CK。

2.3 生物反應堆對設施番茄品質的影響

表2結果顯示，不同用量的生物反應堆處理顯著提高設施番茄品質。T3處理維生素C含量最大，達135.2 mg·kg-1，較CK增加2.7%;其次依次為T2，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與維生素C含量變化趨勢類似，隨著生物反應堆量的增加呈現增加趨勢，至T3處理達最大，為3.12%，比CK增加0.26個百分點，二者間差異顯著，T2，T1與CK間無顯著差異。有機酸含量以CK最大，為0.38%，顯著高于生物反應堆處理。糖酸比以T1處理最佳，為8.46。

2.4 生物反應堆對設施番茄產量的影響

產量是評價秸稈生物反應堆效益的一項重要指標。由表3可知，單株果數為16.7～19.9個;T3處理平均單果質量最大，為0.205 kg，較CK增加7.89%，與T1，T2處理間無顯著差異，與CK間差異顯著;各秸稈生物反應堆處理的設施番茄產量為121 236.0～127 227.0 kg·hm-2，較CK （117 463.5 kg·hm-2）增產3.21 %～8.31%，除T2和CK差異不顯著外，各處理間差異顯著。

3 結論與討論

本研究表明，秸稈生物反應堆可提高日光溫室CO2濃度和氣溫，有利于設施蔬菜在寒冷季節生長及光合速率提高[22]，這與秸稈生物反應堆填埋后經土壤微生物分解，放出大量CO2、熱量等有關。研究結果與葉琳等[19]、李波等[23]研究結果一致。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類似;這與何志剛等[24]研究認為秸稈反應堆+復合功能菌效果最佳的結果一致。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個百分點;糖酸比以T1處理最佳，為8.46，這與秸稈腐熟過程中，提高了土壤有機質及植物生長的必需元素與微量元素，改善土壤理化性質有很大關系[25]。也有研究表明，秸稈反應堆不僅能增加土壤有機質含量，而且能有效提高土壤肥力，有機質含量與土壤氮磷鉀含量存在著線性相關性，有利于作物高產。對于連作嚴重設施菜田，秸稈反應堆抑制了地面水分的蒸發，改良了鹽漬土，又培肥地力，改善了作物的根部環境[26-27]。本研究中產量以T3處理最高，達127 227.0 kg·hm-2，這與反應堆提高設施連作番茄光合特性、土壤養分等有很大關系。雷帥等[28]研究認為，反應堆可以明顯提高設施連作5年地塊番茄光合速率15.88%;張雪艷等[29]研究表明，秸稈反應堆可有效增加連作土壤中的有機質、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，若填埋過多時，秸稈不容易完全腐爛，容易引起病蟲害的發生，并阻礙作物的正常生長。

本研究表明，秸稈生物反應堆可明顯提高溫室溫度、CO2濃度，增加番茄產量，改善品質。通過試驗研究證明了秸稈反應堆技術在北方連作障礙嚴重溫室生產蔬菜的可行性。其中，75 000 kg·hm-2下增產效果最好，而秸稈反應堆對土壤性質的長期影響效應還有待深入研究。

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收稿日期：2018-05-29

基金項目：山東省重點研發計劃項目（2018GNC110037）;山東省現代農業產業體系蔬菜創新團隊項目（SDAIT-05-09）

作者簡介：劉中良（1984—），男，山東臺兒莊人，農藝師，碩士，主要從事設施蔬菜栽培生理研究工作。

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