秸稈生物反應(yīng)堆對設(shè)施‘夏黑’葡萄生長發(fā)育的影響

楊桂麗，王昊*，馬文禮，陳永偉，卜建華，靳韋

（寧夏農(nóng)墾農(nóng)林牧技術(shù)推廣服務(wù)中心，寧夏銀川 750001）

我國作為世界農(nóng)業(yè)大國之一，農(nóng)作物秸稈資源極其豐富。隨著每年糧食產(chǎn)量的不斷增加，所產(chǎn)生的農(nóng)作物秸稈量還在逐年升高，年均增長率為2.38%[1]。但是我國對農(nóng)作物秸稈的利用率仍然較低，大部分用作發(fā)電和秸稈燃料被焚燒，小部分則直接被丟棄在田間。秸稈的焚燒和丟棄不僅造成資源浪費，而且還嚴(yán)重影響我國的生態(tài)環(huán)境和人民的生命健康[2-4]。當(dāng)前，農(nóng)作物秸稈的資源化利用逐漸成為熱點，利用秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)將秸稈作為可再生資源，對提高土壤肥力和作物產(chǎn)量具有顯著的效果[5-6]。

中國葡萄栽培面積位居世界第二，其中設(shè)施葡萄的栽培面積則為全球最大。設(shè)施栽培經(jīng)濟(jì)效益顯著高于露地栽培，因此設(shè)施葡萄優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)栽培相關(guān)的技術(shù)研究尤為重要[7]。葡萄的生長發(fā)育對地溫、氣溫、CO2濃度等環(huán)境因素極為敏感。葡萄根系不耐寒，當(dāng)?shù)販氐陀?0 ℃時，葡萄停止生長；當(dāng)?shù)販剡_(dá)到8～10 ℃以上時，葡萄根系才開始活動，地上部分亦進(jìn)入傷流物候期；當(dāng)?shù)販厣仙?0～25 ℃時，根系進(jìn)入生長最旺盛的時期[8]。在寧夏吳忠、賀蘭、中衛(wèi)等地，當(dāng)冬季外界溫度在-20 ℃以下時，日光溫室內(nèi)溫度基本在0 ℃左右，部分地區(qū)日光溫室內(nèi)還會出現(xiàn)短期0 ℃以下的低溫[9]。而通過秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)將這一可再生能源與特殊菌種相結(jié)合，利用秸稈發(fā)酵產(chǎn)生植物所需的CO2、熱量及礦質(zhì)元素等，可以有效地提高日光溫室的地溫、氣溫和CO2濃度，改善植株生長發(fā)育環(huán)境，增強(qiáng)其抗性，從而提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)[10-12]。本試驗針對寧夏地區(qū)冬季日光溫室葡萄生長過程中存在的地溫低、生育期遲等問題，研究利用秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)對設(shè)施葡萄生長發(fā)育，以及不同土層、不同天氣的溫度變化規(guī)律的影響，以期為秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)在設(shè)施葡萄生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試材為4年生‘夏黑’葡萄，地點位于寧夏吳忠市巴浪湖農(nóng)場設(shè)施園藝基地日光溫室（長80 m，寬8 m），土壤質(zhì)地為壤土。試驗采用內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆，原料選取當(dāng)年收獲后粉碎的玉米秸稈，使用量為52.5 t/hm2；腐熟劑選用秸稈腐熟劑，含有嗜熱側(cè)孢霉、芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌，且總菌數(shù)≥5×107cfu/g。

1.2 試驗設(shè)計和方法

分別為使用秸稈生物反應(yīng)堆（C1）和未使用秸稈生物反應(yīng)堆對照（CK），在兩個日光溫室內(nèi)進(jìn)行。溫室管理措施保持一致。試驗采用完全隨機(jī)設(shè)計，溫室內(nèi)每27.3 m為1個小區(qū)，重復(fù)3次（前段、中段和后段）。

1.3 測定指標(biāo)及方法

將電子溫度計插于溫室距離葡萄樹干50 cm處的不同土層（地表下10、30、50 cm）。同時，地面上方150 cm處放置一個溫度記錄儀，記錄24 h地溫及室溫變化，采集時間間隔為1 h。隨機(jī)選取小區(qū)內(nèi)9株樹，并在每株上選取1個新生枝條進(jìn)行標(biāo)記，分別測定葉片數(shù)和新梢長度。

待花序完全脫落后出現(xiàn)果穗時，用游標(biāo)卡尺測量果穗長度，每10 d測定一次；果實成熟后，采集標(biāo)記的植株上的果穗，同時隨機(jī)選取果穗上中下共20粒果。用游標(biāo)卡尺測定果穗的長度以及果粒的橫徑與縱徑，用天平測定果穗和果粒質(zhì)量。

溫度采用杭州路格科技有限公司生產(chǎn)的溫濕度記錄儀（型號：L95-2）進(jìn)行測定。試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件和SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈生物反應(yīng)堆對日光溫室地溫及氣溫的影響

圖1顯示，經(jīng)過秸稈生物反應(yīng)堆處理的土溫整體表現(xiàn)為C1＞CK。晴天在未升起棉被前C1比CK平均溫度高1～1.5 ℃；陰天棉被未升起時，C1比CK平均溫度高1.5～2 ℃。說明通過秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)可以有效提高土壤溫度，這對解決北方冬季日光溫室葡萄地溫偏低的問題具有重要意義。

通過圖1看出，在晴天C1氣溫比CK高2～4.5 ℃，而陰天C1氣溫比CK高1～3.5 ℃。說明秸稈生物反應(yīng)堆可以提高日光溫室內(nèi)空氣的溫度，這對于冬季夜間溫度過低尤其是下雪扣棚無法通過陽光升溫時，溫室內(nèi)的低溫對新生枝芽產(chǎn)生凍害有良好的保護(hù)作用。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地表下10 cm的土層溫度會隨著室內(nèi)氣溫的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，尤其晴天變化較為明顯，而地表下30 cm和50 cm的土壤溫度變化幅度依次減小，甚至陰天50 cm的土層溫度基本無變化。說明秸稈生物反應(yīng)堆對外界空氣交換有一定的緩沖作用。通過在晴天和陰天不同天氣狀況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，土壤溫度均高于空氣溫度，陰天條件下差別更為顯著。

表1 不同處理對葡萄物候期的影響Table 1 Effects of different treatments on the phenological period of grapes/(月/日)

2.2 秸稈生物反應(yīng)堆對葡萄物候期的影響

由表1可以看出，在相同的管理情況下，C1比CK萌芽期提前5 d，初花期提前3 d，成熟期提前6 d。說明使用秸稈生物反應(yīng)堆有助于日光溫室葡萄物候期的提前，從而使葡萄提前上市，在一定程度上提高日光溫室葡萄的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 秸稈生物反應(yīng)堆在不同土層晴、陰天24 h的溫度變化Figure 1 24 h temperature change of straw bioreactor in different soil layers on sunny and cloudy days

2.3 秸稈生物反應(yīng)堆對葡萄植株生長發(fā)育的影響

葡萄植株在生長前期C1葉片數(shù)與CK并無差異，但進(jìn)入中期葉片數(shù)C1＞CK，說明使用秸稈生物反應(yīng)堆可以有效增加葡萄的葉片數(shù)。葡萄新梢長度前期C1顯著高于CK，這個優(yōu)勢一直延續(xù)到中后期（表2）。說明使用秸稈生物反應(yīng)堆可以有效增加新梢長度。

2.4 秸稈生物反應(yīng)堆對葡萄品質(zhì)的影響

使用秸稈生物反應(yīng)堆對于提高葡萄穗質(zhì)量、果粒數(shù)以及果實縱徑具有顯著影響，表現(xiàn)為C1＞CK，且差異顯著；果穗長度、粒質(zhì)量以及果實橫徑方面，也均表現(xiàn)為C1＞CK，但無顯著差異（表3）。說明使用秸稈生物反應(yīng)堆可以在一定程度上提高果實品質(zhì)。

3 討論與結(jié)論

秸稈生物反應(yīng)堆的使用能夠有效的解決北方冬季日光溫室溫度低的問題[13]。本試驗結(jié)果顯示，與常規(guī)溫室相比，秸稈生物反應(yīng)堆能使溫室內(nèi)的氣溫和地溫有不同程度的提高，尤其是夜間以及連陰天，增溫效果更為明顯，這與王昊等[14]在日光溫室番茄上的試驗結(jié)果相似。相關(guān)研究表明，土壤溫度低于一定溫度時，會直接影響葡萄的生長發(fā)育，室溫的提高可以有效防止葡萄萌芽初期低溫對葡萄產(chǎn)生的凍害[15]。秸稈生物反應(yīng)堆中的菌種通過對秸稈的不斷分解發(fā)酵，產(chǎn)生大量的熱量，傳遞到土壤中去，增加土壤的溫度，之后熱量不斷散發(fā)到周圍的空氣中，使溫室內(nèi)的氣溫也不斷提高[16]。

秸稈生物反應(yīng)堆的使用可以明顯提前設(shè)施葡萄的物候期[17]。秸稈生物反應(yīng)堆的使用可促進(jìn)葡萄的生長發(fā)育，對比常規(guī)溫室增加葉片6～8片。果穗長度增加3～5 cm，果實品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)溫室，尤其是在穗質(zhì)量和果粒數(shù)方面有明顯提高[18-20]。因此，該技術(shù)在日光溫室葡萄上具有較高的應(yīng)用價值，值得進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

表2 秸稈生物反應(yīng)堆下葡萄生長性狀的變化Table 2 Changes of grape growth characteristics under the straw bioreactor

表3 不同處理對葡萄果實品質(zhì)的影響Table 3 Effects of different treatments on grape berry quality