秸稈生物反應堆在白玉黃瓜生產上的應用

陳曉峰，韓家晨，徐國帥，孟祥詞，隋好林

（中國農業(yè)大學煙臺研究院，山東煙臺264670）

海陽白玉黃瓜是國家著名的地理標志農產品，因其良好的外觀和較高的營養(yǎng)價值而廣受市場歡迎[1]。近幾年，隨著白玉黃瓜種植生產效益增加，露地和設施栽培規(guī)模不斷擴大，但是白玉黃瓜由于受限于品種特點，秋冬及早春反季節(jié)栽培極易受低溫、CO2氣體虧缺等環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)植株長勢弱甚至凍害現(xiàn)象的發(fā)生，影響產量和品質，而在實際生產中多采用秸稈還田技術來解決這些問題。

秸稈生物反應堆技術是在特定的技術條件下，利用秸稈發(fā)酵過程中釋放的熱量、CO2、礦物質元素和有機質等物質來改善作物生產環(huán)境，進而實現(xiàn)增產、增收[2-4]。同時，該技術應用還可降低設施栽培中作物對水分、化肥和農藥的需求，實現(xiàn)資源循環(huán)利用，在設施蔬菜栽培上應用較為廣泛[5-8]，但未見在白玉黃瓜栽培中的應用研究。

本試驗對內置式秸稈生物反應堆技術在日光溫室秋冬茬白玉黃瓜生產應用效果進行了研究，旨在為該技術在黃瓜生產上的應用提供科學參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試白玉黃瓜品種為鮮明三號；供試菌種為山東世明生物反應堆蔬菜專用菌種和疫苗。

1.2 試驗地選擇

試驗在山東海陽市“愛農家庭農場”進行。試驗在3 個日光溫室內進行，每個棚室面積均為700 m2（70 m×10 m），其中，2 棟進行秸稈生物反應堆試驗，1 棟作為對照（CK）。

1.3 行下式內置式秸稈生物反應堆建造

1.3.1 定植前的準備

1.3.1.1 開溝、鋪秸稈 在定植前20 d，每個溫室施有機肥10 m3，深翻、摟平。定植前15 d，在定植行挖溝，溝寬60 cm、深20 cm，溝長與行長相等，2 個定植行之間留出80 cm 管理通道。在挖好的定植溝內順向鋪設干玉米秸稈，填平踏實的秸稈厚度約30 cm，溝兩頭的秸稈露出15 cm，每公頃秸稈用量約為75 000 kg。

1.3.1.2 撒菌種、做畦、澆水 每個溫室需用秸稈反應堆專用菌種10 kg，菌種制備參考顧俊榮等[9]方法。將處理完的菌種均勻撒在秸稈上，然后撒上餅肥，用鍬拍打秸稈使菌種和餅肥上下均勻，每公頃需用餅肥1 500 kg。秸稈上覆土20 cm 左右，拍實以后做成高畦。白玉黃瓜在定植前10 d 澆水，第1 次澆大水、濕透秸稈，以后根據墑情澆水。

1.3.1.3 施疫苗、打孔 每公頃用疫苗75 kg，疫苗處理方法與拌菌種相同。于第1 次澆水后3～4 d，將處理好的疫苗撒到畦面上，用镢頭與表層土壤混勻，找平起壟，然后在畦面上打3 排通氣孔，孔距20～30 cm。白玉黃瓜定植后需重新打孔，作物生長過程需要及時打孔。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 溫室內氣溫、地溫和CO2濃度 從定植次日開始，每20 d 記錄一次處理與對照溫室內的氣溫和地溫（溫室東、中、西3 個位置），采用ZDR-20 型智能溫濕度記錄儀于上午揭覆蓋物前對溫室內20 cm 處地溫進行測定。從定植次日開始，每30 d測定一次溫室內植株冠層CO2濃度（溫室東、中、西3 個位置），測定時間為上午揭覆蓋物后（臨近通風前）。利用TPS-2 型便攜型光合儀測定溫室內CO2濃度。每次測定重復3 次，取平均值。

1.4.2 白玉黃瓜生長發(fā)育時期 作物生長全過程記錄定植期、始花期、始收期、盛果期、拉秧時間。

1.4.3 果實品質和產量 第4 茬黃瓜成熟時取果實樣品進行品質指標的測定，參考劉猷紅等[10]的測定方法，Vc 含量用鉬藍比色法，可溶性糖含量用蒽酮比色法，可溶性蛋白質含量采用考馬斯亮藍法，總酸含量采用NaOH 中和法，硝酸鹽含量采用水楊酸-濃硫酸比色法。作物產量為累計產量。

1.4.4 生產效益 從開始收獲到采收結束，分別記錄每次采收的黃瓜質量、銷售價格。

1.5 數(shù)據處理

采用Excel 2016 和SPSS 18.0 軟件對試驗數(shù)據進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 秸稈生物反應堆技術對日光溫室內氣溫、地溫的影響

大量研究證實，應用秸稈生物反應堆技術可提高日光溫室的氣溫和地溫[2-9]，尤其對地溫影響較為明顯[4-9]。從表1 可以看出，白玉黃瓜生長周期中，處理和對照溫室內氣溫、地溫變化規(guī)律相似，只是地溫的變化相對氣溫的變化較為平緩。應用秸稈生物反應堆技術后，處理溫室內氣溫比CK 提高0.5～3.9 ℃，即使在最寒冷的2 月份，溫室內最低氣溫也不低于10.8 ℃，黃瓜生長不至于停止，此時，對照溫室內氣溫約為7 ℃，出現(xiàn)了植株生長緩慢、掉花掉果的現(xiàn)象；應用秸稈生物反應堆技術后，處理溫室地溫比CK 提高1.1～6.8 ℃，定植60 d 后，由于秸稈分解達到峰值，熱量大量產生，對處理溫室內地溫的影響較大，此時正值黃瓜盛果期，極大地提高了黃瓜根部溫度，促進了植株生長。

表1 日光溫室內氣溫、地溫調查結果 ℃

2.2 秸稈生物反應堆技術對溫室內CO2 濃度的影響

蔬菜作物生長所需要的CO2濃度一般在800～1 000 μL/L[10-12]，個別品種飽和濃度甚至超過1 500 μL/L。研究表明，設施蔬菜秋冬茬栽培中，清晨揭開覆蓋物后2 h（未通風前），溫室內CO2隨著作物光合作用的進行，濃度迅速降低，最低濃度約為100 μL/L 左右，導致作物光合作用遲緩[11-15]，因此，解決溫室內CO2虧缺問題，是設施蔬菜生產的關鍵。從表2 可以看出，定植后前2 次CO2濃度測定，處理溫室較對照高出430～580 μL/L；隨著秸稈降解進入高峰期，中間2 次測定中，處理溫室內較對照CO2濃度高出950～1 190 μL/L；后期處理溫室CO2濃度增幅有所降低，但仍高于1 000 μL/L。處理溫室內CO2濃度測量平均值為1 385 μL/L，而對照為624 μL/L，處理溫室CO2濃度是對照溫室的2.2 倍。日光溫室內較高濃度的CO2可以促進植株的光合反應，進而促進作物生長與產量提升。

表2 通風前黃瓜冠層CO2 濃度調查結果 μL/L

2.3 秸稈生物反應堆技術對白玉黃瓜生長發(fā)育的影響

從表3 可以看出，應用秸稈生物反應堆技術后，處理溫室黃瓜植株始花期比對照提早2 d，始收期提前5 d，盛果期提前18 d，拉秧期推后23 d。田間觀察也發(fā)現(xiàn)，處理的白玉黃瓜植株表現(xiàn)為長速快，株高、節(jié)數(shù)增加，而對照溫室內植株在定植后60 d 左右，部分植株由于低溫的影響出現(xiàn)了頂端生長點受凍現(xiàn)象，這與其他研究結果相符合[7-9，16-18]，說明秸稈生物反應堆技術可明顯促進瓜類作物的生長發(fā)育。

表3 白玉黃瓜生長周期調查結果 年-月-日

2.4 秸稈生物反應堆技術對白玉黃瓜產量和品質的影響

高產、優(yōu)質是日光溫室蔬菜生產的主要目標，在設施作物栽培中利用秸稈生物反應堆技術可大幅度提升作物產量和品質[6-9，16-17]。由表4 可知，應用秸稈生物反應堆技術白玉黃瓜果實產量提高25.5%，這與何宗均等[17-19]研究結果相符合，說明該技術利用對蔬菜作物產量提升有很大的作用。與對照相比，應用秸稈生物反應堆技術可提高白玉黃瓜果實干物質、Vc 含量、可溶性糖、可溶性蛋白質含量，分別比CK 提高16.9%、37.3%、18.7%、18.5%，NO3-含量則減少45.9%。處理和對照果實可滴定酸含量沒有差異。秸稈降解使得土壤中各種元素含量均衡增加[19-21]，由于蔬菜硝酸鹽含量主要受施氮量的影響，因此，日光溫室內應用秸稈生物反應堆技術可大幅減少化肥的施用，使得果實中硝酸鹽含量明顯降低。同時，處理溫室內白玉黃瓜果實可溶性糖含量有明顯增加，在可滴定酸含量相對穩(wěn)定的情況，糖酸比增大，味道濃郁，瓜形正，商品合格率達到89%以上。

表4 秸稈反應堆技術對白玉黃瓜果實品質及產量的影響

2.5 秸稈生物反應堆技術對白玉黃瓜生產效益的影響

從表5 可以看出，應用秸稈生物反應堆技術處理后溫室內白玉黃瓜產量、產值明顯高于對照。處理溫室白玉黃瓜產量為137 536 kg/hm2，平均單價為3.12 元/kg，對照產量為109 625 kg/hm2，平均單價為2.93 元/kg，處理比對照增產27 911 kg/hm2；每公頃效益增加10 500 元。處理溫室應用秸稈生物反應堆技術在生產費用投入上與對照相差不大，主要是因為處理溫室的澆水、施肥和噴藥次數(shù)明顯少于對照。

表5 每公頃生產費用和效益比較 元

3 結論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，日光溫室白玉黃瓜生產中應用秸稈生物反應堆技術可顯著改善溫室內作物生長環(huán)境，其中，氣溫提高0.5～3.9 ℃，地溫提高1.1～6.8 ℃，CO2濃度平均提高約760 μL/L，可有效緩解日光溫室秋冬季蔬菜生產中面臨的低溫和CO2供給不足的問題。同時，溫室環(huán)境因素的改變，白玉黃瓜生長周期延長，植株性狀得到提升，主要病蟲害發(fā)生得到抑制，產品提早上市5 d，整個收獲期延長30 d，產量提高25.5%左右，果實品質獲得較大提升，效益有了明顯提高。應用秸稈生物反應堆技術，在減少勞力和人工費投入的前提下，每公頃增加效益與多投入資金的比值為35∶1。

在日光溫室白玉黃瓜生產中應用秸稈生物反應堆技術，真正做到了不施（或少施）農藥、化肥，澆水次數(shù)也大為減少，既節(jié)約了成本，又實現(xiàn)了農作物廢棄物的綜合利用，在改善農村環(huán)境的同時，還可以生產無公害農產品。應在保護地生產上大面積示范推廣該技術，以更好發(fā)揮秸稈生物反應堆技術的增產效果。