秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室葡萄根圍土壤微環(huán)境及生長(zhǎng)的影響

喬建磊，郭瑞雪，劉 爽，王連君※，肖英奎，秦 陽(yáng)，李永泉，劉屹嘯

（1. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，長(zhǎng)春 130118； 2. 吉林大學(xué)生物與農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130025）

0 引 言

健康的土壤是保障作物優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，然而，由于設(shè)施栽培環(huán)境下高度集約化的生產(chǎn)模式，極易改變?cè)O(shè)施土壤的理化性質(zhì)和微生物環(huán)境，進(jìn)而導(dǎo)致土壤次生鹽漬化、土壤養(yǎng)分失衡等問(wèn)題發(fā)生，嚴(yán)重影響著作物的生長(zhǎng)發(fā)育。因此，改善設(shè)施土壤環(huán)境對(duì)提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要的意義[1]。

近年來(lái)，關(guān)于秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)在中國(guó)北方日光溫室蔬菜生產(chǎn)上的應(yīng)用報(bào)道較多。該技術(shù)利用微生物降解，將秸稈轉(zhuǎn)化為作物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分并釋放熱量，有助于提高根層土壤溫度和改善土壤微生物環(huán)境，促進(jìn)作物高產(chǎn)[2]。在溫室蔬菜生產(chǎn)中，特別是低溫生產(chǎn)季節(jié)，為了減少通風(fēng)引起的熱量散失，溫室常采用封閉式管理，室內(nèi)CO2氣體未能得到及時(shí)補(bǔ)充，CO2虧缺會(huì)影響作物的光合作用，導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降。而在秸稈生物反應(yīng)堆處理下，溫室內(nèi)CO2濃度有所升高，這有利于作物光合物質(zhì)積累。此外，有研究表明，在輪作制度下，土壤耕作層養(yǎng)分消耗較大，設(shè)置秸稈生物反應(yīng)堆能夠調(diào)節(jié)土壤營(yíng)養(yǎng)的平衡。秸稈生物反應(yīng)堆的應(yīng)用還可以降低土壤EC值，具有緩解設(shè)施土壤鹽漬化的作用[3]。宋尚成等[4]研究表明，秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)對(duì)連作土壤能起到良好的修復(fù)效果，顯著提高了土壤有益酶活性和有益微生物數(shù)量。

盡管現(xiàn)有的研究表明秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有較好的應(yīng)用前景，但在不同生產(chǎn)地區(qū)，由于土質(zhì)、氣候環(huán)境等因素不同，生物反應(yīng)堆發(fā)酵所需的條件也有所不同。尤其是吉林省位于中緯度寒冷地區(qū)，氣候具有很強(qiáng)的地域性特征，秸稈生物反應(yīng)堆的應(yīng)用效果受秸稈用量、菌種配比等因素影響，而且目前關(guān)于秸稈生物反應(yīng)堆在果樹(shù)生產(chǎn)上的應(yīng)用研究較少，因此，相關(guān)技術(shù)參數(shù)還待進(jìn)一步探索。本研究結(jié)合吉林省氣候特點(diǎn)，通過(guò)開(kāi)展葡萄內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆栽培試驗(yàn)，分析不同秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)日光溫室栽培條件下葡萄根系周圍（根圍）土壤微環(huán)境及其生長(zhǎng)發(fā)育的影響，以探明北方寒冷地區(qū)葡萄生產(chǎn)中適宜的秸稈用量和菌種配比，對(duì)秸稈發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，為葡萄的優(yōu)質(zhì)、高效及可持續(xù)生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況與供試材料

試驗(yàn)于 2019－2020 年在吉林省長(zhǎng)春市凈月區(qū)（43°82′N，125°35′E）日光溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)點(diǎn)所在地?zé)o霜期為140～150 d，年平均日照時(shí)數(shù)約為2 560 h。土壤質(zhì)地為壤土，0～30 cm 土壤層基本理化性狀：土壤pH值為6.52，有機(jī)質(zhì)為23.8 g/kg，土壤堿解氮、速效磷、速效鉀量分別為95.2、24.7、143.8 mg/kg。供試葡萄品種為“香悅”，籬架栽培，樹(shù)齡為4 a，株距為1.0 m，行距為2.0 m。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2019 年3 月16 日開(kāi)始秸稈生物反應(yīng)堆的搭建。試驗(yàn)采用行間內(nèi)置式玉米秸稈生物反應(yīng)堆，所用菌種為遼寧宏陽(yáng)生物有限公司生產(chǎn)的秸稈生物降解專用菌種。試驗(yàn)共設(shè)計(jì)4 個(gè)處理，分別記為T1、T2、T3 和T4，各處理對(duì)應(yīng)的玉米秸稈用量和發(fā)酵菌種配比如表1 所示，并以常規(guī)栽培作為對(duì)照（CK）。每個(gè)處理3 次重復(fù)。不同處理之間留置1 行作為間隔帶。秸稈生物反應(yīng)堆的搭建步驟：沿著種植行在植株兩側(cè)進(jìn)行開(kāi)溝，開(kāi)溝位置距離葡萄樹(shù)主干20 cm，溝寬50 cm，溝深30 cm，溝長(zhǎng)與葡萄種植行長(zhǎng)相等，如圖1 所示。

表1 秸稈生物反應(yīng)堆各處理物料組成Table 1 Material composition of each straw biological reactor treatment

開(kāi)溝之后，將切好的長(zhǎng)度約為10 cm 的玉米秸稈填充至溝內(nèi)，鋪勻踏實(shí)，然后將預(yù)先處理好的生物發(fā)酵菌料（生物發(fā)酵菌種與麥麩按1∶20 的質(zhì)量比例混合后加清水?dāng)嚢瑁┚鶆蛉鍪┰诮斩捝?，并用鐵鍬輕微拍震，使發(fā)酵菌料與秸稈均勻接觸，之后用土覆蓋秸稈，使反應(yīng)堆上表面略高于溫室地面。反應(yīng)堆搭建后，通過(guò)灌水使秸稈充分浸濕，并采用直徑為12 mm 的鋼筋在反應(yīng)堆上均勻打孔，孔距為20 cm，孔深以穿透秸稈層為準(zhǔn)，使秸稈生物反應(yīng)堆充分透氣。其他管理措施與常規(guī)栽培技術(shù)相同。為了探究秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)下一年葡萄生產(chǎn)的影響，在另外一個(gè)環(huán)境條件相同的日光溫室內(nèi)設(shè)置了同步試驗(yàn)處理，以對(duì)不同秸稈生物反應(yīng)堆的應(yīng)用效果進(jìn)行跟蹤測(cè)定和分析。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 地溫

于葡萄生長(zhǎng)期上午8:00－9:00，采用插入式數(shù)顯電子溫度計(jì)對(duì)距離葡萄樹(shù)主干10 cm處深度為20 cm的土壤溫度進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)處理測(cè)試5 個(gè)點(diǎn)位，然后取平均值。

1.3.2 根系活力

葡萄根系活力的測(cè)定采用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法，用TTC 的還原強(qiáng)度表示脫氫酶活性并作為根系活力的指標(biāo)。

1.3.3 葉片光合色素含量

分別于葡萄新梢生長(zhǎng)期、幼果膨大期和果實(shí)著色期，取不同處理相同部位的葉片進(jìn)行葉綠素和類胡蘿卜素含量測(cè)定，測(cè)定方法采用分光光度法[5]。

1.3.4 葡萄產(chǎn)量的測(cè)定

當(dāng)葡萄的漿果完全成熟時(shí)，分別對(duì)每個(gè)小區(qū)產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并折算為公頃產(chǎn)量。

1.3.5 果實(shí)品質(zhì)的測(cè)定

葡萄果實(shí)中可溶性糖含量釆用蒽酮比色法測(cè)定[6]；可滴定酸含量采用氫氧化鈉滴定法測(cè)定；維生素C 含量采用2，6-二氯靛酚滴定法測(cè)定。

1.3.6 土壤樣品采集與指標(biāo)測(cè)定

1）土壤樣品采集

于葡萄果實(shí)采收后，用土鉆分別采集不同處理區(qū)域0～30 cm 土層的樣品，按混合采樣法取10 個(gè)點(diǎn)的樣品，其中5 個(gè)土樣取自秸稈生物反應(yīng)堆中心位置處，另外5 個(gè)土樣取自距離葡萄樹(shù)主干10 cm 位置處。將采集的土樣挑除植物殘?bào)w和石礫，過(guò)2 mm 篩并混勻。土樣分成兩部分，一部分在4 ℃冰箱保存，用于測(cè)定土壤酶活性和土壤微生物數(shù)量，另一部分風(fēng)干，用于測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量。

2）土壤酶活性

土壤脲酶活性采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定，活性以培養(yǎng)24 h 后每克土產(chǎn)生的銨態(tài)氮的量表示；土壤蔗糖酶活性采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定，活性以培養(yǎng)24 h 后每克土中葡萄糖的量表示；土壤過(guò)氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定，活性以每克土1 h 內(nèi)消耗0.1 mol/L KMnO4的體積數(shù)表示。

3）土壤微生物數(shù)量

土壤微生物數(shù)量測(cè)定采用稀釋平板法，使用選擇性培養(yǎng)基分別測(cè)定土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量。細(xì)菌、真菌和放線菌分別選用牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基、馬丁氏孟加拉紅培養(yǎng)基和改良高氏1 號(hào)培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)，然后對(duì)培養(yǎng)基上的菌落計(jì)數(shù)，計(jì)算出每克干土中3 種微生物的數(shù)量。

4）土壤有機(jī)質(zhì)含量

土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定[7]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2016 和SPSS 14.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理和分析，用Duncan’s 新復(fù)極差法檢驗(yàn)各處理間差異顯著性（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)地溫的影響

不同秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)地溫的影響如表2 所示。在葡萄行間設(shè)置秸稈生物反應(yīng)堆的當(dāng)年，不同處理對(duì)地溫產(chǎn)生了較大的影響。在2019 年4－8 月測(cè)試期間，秸稈生物反應(yīng)堆處理組對(duì)應(yīng)的地溫均明顯高于對(duì)照（CK），且反應(yīng)堆中玉米秸稈用量越大，發(fā)酵產(chǎn)生的熱量越多，越有利于提高地溫。比較反應(yīng)堆中玉米秸稈用量相同、生物發(fā)酵菌種配比不同的處理，可以發(fā)現(xiàn)，在前3 個(gè)月（2019 年6 月10 日之前），生物發(fā)酵菌種配比較高的T3和T4 處理對(duì)應(yīng)的地溫分別高于T1 和T2 處理，這表明在反應(yīng)堆中玉米秸稈用量相同的條件下，生物發(fā)酵菌種配比越高，則秸稈前期發(fā)酵越快，地溫提高的幅度更大。但第2 年地溫?cái)?shù)據(jù)表明，不同處理對(duì)應(yīng)的地溫之間的差異很小，均未達(dá)到顯著水平（P>0.05）。

表2 葡萄行間秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)2019—2020 年地溫的影響Table 2 Effects of straw biological reactor treatments between the rows of grape plants on soil temperature from 2019 to 2020 ℃

2.2 秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)葡萄根系活力的影響

根系活力的強(qiáng)弱直接影響著植株的生長(zhǎng)發(fā)育。由表3可知，在2019 年葡萄新梢生長(zhǎng)期，反應(yīng)堆中秸稈用量較大的T2 和T4 處理對(duì)應(yīng)的植株根系活力均顯著高于對(duì)照（CK），而反應(yīng)堆中秸稈用量較小且生物發(fā)酵菌種配比也較低的T1 處理對(duì)應(yīng)的植株根系活力在該時(shí)期與對(duì)照之間的差異并不顯著，對(duì)于T3 處理而言，雖然反應(yīng)堆中秸稈用量較小，但其生物發(fā)酵菌種配比相對(duì)較高，該處理對(duì)應(yīng)的植株根系活力也顯著高于對(duì)照，這表明在秸稈發(fā)酵前期，反應(yīng)堆中秸稈用量和生物發(fā)酵菌種的配比這2 個(gè)因素對(duì)根系活力都有較大的影響。比較第2 年（2020 年）不同處理植株根系活力數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在行間設(shè)置秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)應(yīng)的葡萄根系活力均顯著高于對(duì)照，而且反應(yīng)堆中秸稈用量較大的處理（T2 和T4）與秸稈用量較小的處理（T1 和T3）之間的差異從新梢生長(zhǎng)期開(kāi)始就達(dá)到了顯著水平，這表明不論反應(yīng)堆中生物發(fā)酵菌種配比高低，秸稈的用量對(duì)下一年葡萄根系活力具有較大的影響。

表3 秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)葡萄不同生育期根系活力的影響Table 3 Effects of straw biological reactor treatments on root activity of different growth stage grape (μg·g-1·h-1)

2.3 秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)葡萄葉片光合色素含量的影響

不同秸稈生物反應(yīng)堆處理下葡萄葉片光合色素含量的變化如圖2 所示。在2019 年葡萄新梢生長(zhǎng)期，秸稈生物反應(yīng)堆處理組對(duì)應(yīng)的葉片葉綠素a 含量均有所提高，但T1、T2、T3 處理與對(duì)照之間的差異并不顯著；從葡萄幼果膨大期開(kāi)始，4 個(gè)處理對(duì)應(yīng)的葉片葉綠素a 含量均顯著高于對(duì)照（P<0.05），其中葉綠素a 含量最高的為T4 處理，T2 處理次之；從葡萄幼果膨大期至果實(shí)著色期，對(duì)照組葉片葉綠素a 含量有較大的降幅，但處理組對(duì)應(yīng)的葉片葉綠素a 含量仍然維持在較高的水平，且T2 處理與T4處理之間的差異越來(lái)越小。而在下一年，秸稈生物反應(yīng)堆處理組對(duì)應(yīng)的葉片葉綠素a 含量從葡萄新梢生長(zhǎng)期開(kāi)始，4 個(gè)處理組均顯著高于對(duì)照。

比較不同秸稈生物反應(yīng)堆處理葡萄葉片葉綠素b 含量發(fā)現(xiàn)，在處理的當(dāng)年，葡萄新梢生長(zhǎng)期各處理之間的差異均不顯著；在幼果膨大期，T3、T4 處理開(kāi)始顯著高于對(duì)照，而到了葡萄果實(shí)著色期，T1、T2 處理與對(duì)照之間的差異也達(dá)到顯著水平。而在處理的下一年，各秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)應(yīng)的葉片葉綠素b 含量從葡萄幼果膨大期開(kāi)始，與對(duì)照組之間的差異均比較明顯。

比較不同處理葡萄葉片類胡蘿卜素含量可以發(fā)現(xiàn)，不論是在秸稈生物反應(yīng)堆處理的當(dāng)年還是下一年，幼果膨大期之前，各處理對(duì)應(yīng)的葡萄葉片類胡蘿卜素含量差異并不明顯，但在葡萄果實(shí)著色期，反應(yīng)堆中秸稈用量較大的T2 和T4 兩個(gè)處理與對(duì)照之間的差異相對(duì)較大。

2.4 秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)葡萄產(chǎn)量的影響

不同秸稈生物反應(yīng)堆處理下的葡萄產(chǎn)量差異如圖3所示。

在葡萄行間設(shè)置秸稈生物反應(yīng)堆處理可以有效提高產(chǎn)量，在處理的當(dāng)年，T1、T2、T3、T4 處理產(chǎn)量分別較對(duì)照增長(zhǎng)了11.5%、16.8%、13.7%、17.2%，且反應(yīng)堆中秸稈用量較高的處理（T2、T4）與秸稈用量較低的處理（T1、T3）之間的差異也達(dá)到顯著水平（P<0.05）；在2020年，各處理組對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量依然明顯高于對(duì)照，但相對(duì)增長(zhǎng)幅度較上一年略小，T1、T2、T3、T4 處理產(chǎn)量相對(duì)增長(zhǎng)幅度依次為9.6%、15.7%、11.5%、14.3%。

2.5 秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)葡萄果實(shí)品質(zhì)的影響

不同秸稈生物反應(yīng)堆處理下的葡萄果實(shí)品質(zhì)差異如表4 所示。

表4 秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)葡萄果實(shí)品質(zhì)的影響Table 4 Effects of straw biological reactor treatments on fruit quality of grape

在葡萄行間設(shè)置秸稈生物反應(yīng)堆處理后，果實(shí)中可溶性糖含量有較明顯的提高，在2019 年，僅T1 處理與對(duì)照之間的差異未達(dá)到顯著水平（P>0.05），而且各處理在下一年（2020 年）對(duì)應(yīng)的果實(shí)可溶性糖含量相對(duì)增幅均有所提高，其中增幅最大的為T2 處理，達(dá)11.89%。比較不同處理葡萄果實(shí)可滴定酸含量可以發(fā)現(xiàn)，在秸稈生物反應(yīng)堆處理的當(dāng)年，果實(shí)中可滴定酸含量變化并不大，各處理之間均無(wú)顯著差異，而在進(jìn)行秸稈生物反應(yīng)堆處理的下一年，各處理對(duì)應(yīng)的果實(shí)可滴定酸含量均有所下降。此外，由表4 還可得知，秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)葡萄果實(shí)中維生素C 含量的影響并不大，在2019 年增幅最大的是T4 處理，增幅僅為3.91%，在2020 年增幅最大的是T2 處理，增幅也僅為4.37%。

2.6 秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

土壤微生物在促進(jìn)土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化及調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)中具有重要作用。從圖4 可以看出，秸稈生物反應(yīng)堆處理可以有效提高葡萄根圍土壤中細(xì)菌和真菌數(shù)量，且反應(yīng)堆中秸稈用量較高的2 個(gè)處理（T2、T4）對(duì)應(yīng)的土壤細(xì)菌數(shù)量與秸稈用量較低的2 個(gè)處理（T1、T3）之間的差異達(dá)到顯著水平（P<0.05），這可能是由于秸稈用量較高的反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量相對(duì)較多，有效提高了地溫，更有利于土壤細(xì)菌的繁殖和代謝；對(duì)于真菌而言，在秸稈生物反應(yīng)堆處理的當(dāng)年（2019 年），4 個(gè)處理與對(duì)照之間的差異均達(dá)到顯著水平，但處理組之間的差異并不顯著，而在下一年（2020 年），秸稈用量較高的處理對(duì)應(yīng)的土壤真菌數(shù)量與秸稈用量較低的處理之間的差異變得越來(lái)越明顯，這可能與秸稈用量較高的處理能夠提供更多適宜土壤真菌繁殖的養(yǎng)分有關(guān)。此外，由圖4 還可得知，秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)土壤放線菌的影響相對(duì)較小，僅在處理的下一年，T2、T4 兩個(gè)處理與對(duì)照之間的差異達(dá)到顯著水平。

2.7 秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)土壤酶活性的影響

不同秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)土壤酶活性的影響如圖5 所示。由圖5 可知，在秸稈生物反應(yīng)堆處理的當(dāng)年（2019 年），葡萄根圍土壤脲酶活性大幅升高，與對(duì)照相比，增幅在38.5%～68.4%，但在下一年（2020 年）其活性相對(duì)穩(wěn)定，而土壤蔗糖酶的活性卻表現(xiàn)出持續(xù)升高的趨勢(shì)，且在下一年各處理較對(duì)照的提升幅度明顯大于當(dāng)年。此外，比較不同處理對(duì)應(yīng)的土壤過(guò)氧化氫酶活性變化可以發(fā)現(xiàn)，在秸稈生物反應(yīng)堆處理下，土壤過(guò)氧化氫酶活性的變化相對(duì)較小，在處理的當(dāng)年，各處理與對(duì)照之間均無(wú)顯著差異（P>0.05），但在下一年，T2 處理與對(duì)照之間的差異達(dá)到顯著水平（P<0.05）。不同處理間土壤酶活性表現(xiàn)出的差異，除了受到土壤溫度影響外，還與土壤中微生物數(shù)量和代謝活動(dòng)相關(guān)。

2.8 秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

不同秸稈生物反應(yīng)堆處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量的差異如圖6 所示。由圖6 可知，在秸稈生物反應(yīng)堆處理的當(dāng)年（2019 年），土壤有機(jī)質(zhì)含量有所升高，4 個(gè)處理組均顯著高于對(duì)照，但T1、T2、T3、T4 處理之間的差異并不顯著（P>0.05）；而在秸稈生物反應(yīng)堆處理的下一年（2020 年），4 個(gè)處理組對(duì)應(yīng)的土壤有機(jī)質(zhì)含量均持續(xù)上升，且上升幅度較上一年更為明顯，不同處理對(duì)應(yīng)的土壤有機(jī)質(zhì)含量表現(xiàn)為T4>T2>T3>T1，且反應(yīng)堆中秸稈用量較高的T2 和T4 處理對(duì)應(yīng)的土壤有機(jī)質(zhì)含量與秸稈用量較低的T1 和T3 處理之間的差異也達(dá)到顯著水平（P<0.05），但反應(yīng)堆中秸稈用量較高的兩個(gè)處理T2 和T4 之間的差異并不顯著（P>0.05）。

2.9 秸稈生物反應(yīng)堆處理效應(yīng)分析

表5 給出了不同秸稈生物反應(yīng)堆處理下葡萄產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)和土壤有機(jī)質(zhì)含量的方差分析結(jié)果。由表5 可知，秸稈用量（因素A）對(duì)試驗(yàn)小區(qū)葡萄產(chǎn)量、果實(shí)可溶性糖含量及第二年土壤有機(jī)質(zhì)含量具有顯著的影響，而發(fā)酵菌種配比（因素B）對(duì)這些指標(biāo)的影響并不顯著，且在本試驗(yàn)所設(shè)計(jì)的秸稈用量和發(fā)酵菌種配比水平下，因素A 與因素B 之間未表現(xiàn)出顯著的的交互作用。因此，再結(jié)合生產(chǎn)成本的投入，生物反應(yīng)堆中秸稈用量選用3.6×104kg/hm2，發(fā)酵菌種配比選用2‰時(shí)效果較佳。

表5 秸稈用量和發(fā)酵菌種配比雙因素試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 5 Variance analysis of treatment results with different straw amounts and fermentation strain ratios

3 討 論

3.1 秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)葡萄根圍土壤微環(huán)境的影響

秸稈作為養(yǎng)分和能量的載體，含有豐富的氮、磷、鉀以及木質(zhì)素、纖維素等有機(jī)物。大量研究表明，秸稈還田腐解后能夠釋放作物生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)元素，還可以調(diào)節(jié)土壤物理結(jié)構(gòu)，改善土壤生物功能，有利于促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)[8]。葡萄設(shè)施栽培是在相對(duì)封閉的環(huán)境條件下進(jìn)行，土壤的理化性質(zhì)和微生物環(huán)境極易變化。加之隨著設(shè)施栽培年限的增長(zhǎng)，土壤常表現(xiàn)出養(yǎng)分失衡、有機(jī)質(zhì)含量降低、鹽漬化、通氣性變差等障礙，尤其是土壤通氣性變差，不僅直接影響著葡萄根系的生長(zhǎng)發(fā)育，還會(huì)使土壤微生物的生長(zhǎng)環(huán)境惡化，進(jìn)一步影響菌根的形成及互利共生效應(yīng)，進(jìn)而影響葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，在設(shè)施栽培環(huán)境下，科學(xué)管理土壤養(yǎng)分和調(diào)節(jié)土壤微生態(tài)環(huán)境是防治土壤退化的重要措施。孫婧等研究表明，秸稈生物反應(yīng)堆通過(guò)纖維素類物質(zhì)產(chǎn)生負(fù)激發(fā)效應(yīng)，從而增加了土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，促進(jìn)微生物代謝，使得更多有效養(yǎng)分被植物吸收，同時(shí)為微生物提供更多碳源[9]。本研究表明，在葡萄行間設(shè)置秸稈生物反應(yīng)堆處理，當(dāng)年地溫得到明顯的提高，而且土壤有機(jī)質(zhì)含量在前兩年表現(xiàn)出持續(xù)上升。

土壤微生物是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，具有推動(dòng)土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和肥力形成的作用，還能促進(jìn)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收[10-12]。段曉婷等研究認(rèn)為，地埋式秸稈反應(yīng)堆處理對(duì)溫室土壤微生物的代謝活性有很大影響，顯著提高了茄子根系周邊土壤中的真菌數(shù)量，進(jìn)而使得土壤有機(jī)質(zhì)含量升高[13]。本研究結(jié)果表明，秸稈生物反應(yīng)堆處理可以有效提高葡萄根圍土壤中細(xì)菌和真菌數(shù)量，且反應(yīng)堆中秸稈用量較高的處理對(duì)應(yīng)的土壤細(xì)菌數(shù)量與秸稈用量較低的處理之間的差異達(dá)到顯著水平（P<0.05），但秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)土壤放線菌的影響相對(duì)較小。

土壤酶是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過(guò)程中的活性物質(zhì)[14-15]，作為生物催化劑參與土壤微生態(tài)環(huán)境中的生化反應(yīng)，對(duì)土壤養(yǎng)分形態(tài)的轉(zhuǎn)化和物質(zhì)循環(huán)起著重要作用，可以表征土壤生物學(xué)活性[16-17]。靳玉婷等研究表明，秸稈還田配施化肥可提高水稻和油菜輪作土壤養(yǎng)分含量，土壤脲酶和磷酸酶對(duì)秸稈還田的響應(yīng)更為敏感[18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈生物反應(yīng)堆處理大幅提高了葡萄根圍土壤脲酶和蔗糖酶的活性。

徐忠山等研究表明，秸稈顆粒還田能夠豐富土壤微生物種類和提高土壤酶活性，進(jìn)而使土壤系統(tǒng)向穩(wěn)定健康的方向發(fā)展[19]。秸稈還田的效果除了受還田方式影響外[20-21]，還與所處地理位置的積溫有關(guān)，積溫較低的區(qū)域秸稈腐解相對(duì)緩慢。謝佳貴等研究發(fā)現(xiàn)，在東北地區(qū)，秸稈直接還田不易完全腐解[22]，秸稈養(yǎng)分釋放不徹底，不能完全補(bǔ)充作物生長(zhǎng)發(fā)育所需的營(yíng)養(yǎng)量，還需配施肥料效果更佳。因此，在寒冷地區(qū)，應(yīng)結(jié)合作物生產(chǎn)模式，采取科學(xué)措施來(lái)提高秸稈還田的利用率，如設(shè)置秸稈生物反應(yīng)堆，通過(guò)添加發(fā)酵菌種來(lái)促進(jìn)秸稈腐解，以充分利用秸稈資源。但秸稈生物反應(yīng)堆中生物發(fā)酵菌種的配比必須合理，如果生物發(fā)酵菌種配比過(guò)高，則秸稈反應(yīng)堆在短期內(nèi)發(fā)酵較快，容易導(dǎo)致土壤局部區(qū)域熱量集中，土壤溫度不穩(wěn)定，不利于作物根系生長(zhǎng)發(fā)育和微生物的代謝活動(dòng)；如果生物發(fā)酵菌種配比過(guò)低，則秸稈腐解緩慢，影響秸稈生物反應(yīng)堆的使用效果。

3.2 葡萄生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)溫室內(nèi)置秸稈生物反應(yīng)堆處理的響應(yīng)

通過(guò)秸稈生物反應(yīng)堆的發(fā)酵腐熟作用可將外源有機(jī)物輸入土壤，改善土壤的微生態(tài)環(huán)境。王昊等研究發(fā)現(xiàn)，在番茄生產(chǎn)上采用秸稈生物反應(yīng)堆處理可以有效改善土壤理化性狀，減少番茄植株發(fā)病率和畸形果率，且使用不同作物的秸稈產(chǎn)生的效應(yīng)也有所不同，以玉米秸稈和水稻秸稈作為生物反應(yīng)堆的物料，土壤有機(jī)質(zhì)的提升幅度表現(xiàn)出一定的差異，但均能增加番茄的產(chǎn)量[23]。本研究發(fā)現(xiàn)，溫室內(nèi)置秸稈生物反應(yīng)堆處理可以有效提高葡萄新梢生長(zhǎng)期、幼果膨大期和果實(shí)著色期的根系活力，促進(jìn)植株對(duì)養(yǎng)分的吸收，而且根系活力的強(qiáng)弱與生物反應(yīng)堆中秸稈的用量密切相關(guān)。

光合作用是作物生產(chǎn)的基礎(chǔ)，而葉片光合色素的含量是影響植物對(duì)光能的吸收、傳遞、分配以及轉(zhuǎn)化的重要因素，與植物的光合作用密切相關(guān)[24-26]。本試驗(yàn)表明，在葡萄行間設(shè)置秸稈生物反應(yīng)堆處理，可以提高葡萄葉片光合色素的含量，尤其是葉綠素a 含量表現(xiàn)明顯，從葡萄幼果膨大期開(kāi)始就顯著高于對(duì)照，這為葡萄增產(chǎn)奠定了一定的基礎(chǔ)。但秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)葡萄葉片類胡蘿卜素含量的影響相對(duì)較小，在處理的當(dāng)年，葡萄果實(shí)著色期之前各處理間的差異均不顯著。此外，本研究表明，秸稈生物反應(yīng)堆處理可以提高葡萄果實(shí)中可溶性糖含量。雖然在處理的當(dāng)年，葡萄果實(shí)中可滴定酸含量變化并不大，各處理之間均無(wú)顯著差異，但在生物反應(yīng)堆處理的下一年，果實(shí)可滴定酸含量有所下降，該指標(biāo)的下降有利于提高葡萄果實(shí)糖酸比和改善果實(shí)風(fēng)味。

4 結(jié) 論

本研究在寒冷地區(qū)日光溫室內(nèi)開(kāi)展了葡萄栽培試驗(yàn)，重點(diǎn)探討了秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)葡萄根圍土壤微環(huán)境及其生長(zhǎng)的影響，主要結(jié)論如下：

1）在葡萄行間設(shè)置秸稈生物反應(yīng)堆的當(dāng)年，地溫得到了明顯提升，且生物反應(yīng)堆中發(fā)酵菌種配比越高，則秸稈在前期發(fā)酵越快，地溫變幅越大，但秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)下一年地溫的影響微小；

2）葡萄行間秸稈生物反應(yīng)堆處理可以有效提高土壤中細(xì)菌和真菌數(shù)量，且反應(yīng)堆中秸稈用量較高的處理（3.6×104kg/hm2）對(duì)應(yīng)的土壤細(xì)菌數(shù)量與秸稈用量較低的處理（2.4×104kg/hm2）之間的差異達(dá)到顯著水平（P<0.05），但秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)土壤放線菌的影響相對(duì)較??；

3）在秸稈生物反應(yīng)堆處理的當(dāng)年，土壤脲酶活性大幅升高，增幅在38.5%～68.4%，但在下一年其活性相對(duì)穩(wěn)定，而土壤蔗糖酶的活性卻表現(xiàn)出持續(xù)升高的趨勢(shì)，且在反應(yīng)堆中秸稈用量相同的條件下，生物發(fā)酵菌種配比為2‰和3‰的處理之間的差異并不顯著（P>0.05）；

4）在葡萄行間設(shè)置秸稈生物反應(yīng)堆，可以有效提高葡萄根系活力和產(chǎn)量，在處理的當(dāng)年，葡萄產(chǎn)量增幅為11.5%～17.2%，且還能促進(jìn)下一年增產(chǎn)，增幅為9.6%～15.7%。

綜上，在寒冷地區(qū)葡萄行間設(shè)置秸稈生物反應(yīng)堆處理可以改善土壤微環(huán)境，進(jìn)而對(duì)葡萄生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生了積極的效應(yīng)，且生物反應(yīng)堆中秸稈用量為3.6×104kg/hm2、發(fā)酵菌種配比為2‰時(shí)處理效果較佳。