地埋式秸稈生物反應堆對草莓生產及土壤肥力的影響

葉靜，翁麗青，鄒平，田雁榕，林輝，符長煥，符建榮，馬軍偉*

(1.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021； 2.余姚市農業科學研究所，浙江 余姚 315400；3.杭州學軍中學，浙江 杭州 310012)

浙江省地處經濟發達地區，農業生產水平較高，土地利用和復種指數高。設施栽培加之長期連作，由于采取了人工措施，改變了局部生態環境，改變了土壤自然條件下的水熱平衡，其溫度、光照、通氣條件和水肥管理等均不同于一般大田，土壤及生態環境出現幾個突出問題，如CO2嚴重虧缺、設施土壤團粒結構被破壞、土壤有機質及養分容量降低、土壤次生鹽漬化趨勢加快等問題。針對上述問題，地埋式秸稈生物反應堆技術將秸稈、畜禽糞便等有機廢棄物混合埋施在大棚或露地土壤種行之間，通過添加高效產氣菌進行生物發酵，利用發酵產生的CO2對大棚進行二氧化碳施肥，解決大棚中二氧化碳嚴重虧缺的問題，利用發酵熱能對土壤起增溫和保溫作用[1-5]。該項技術在我國北方應用較為廣泛，但在南方地區尤其在浙江省鮮有報道。為此，本研究針對長期連作設施栽培土壤，通過地埋式秸稈生物反應堆技術提高草莓產量和品質，旨在提高南方地區越冬作物的產量和品質，同時解決農村廢棄物的無害化處理和資源化利用問題。

1 材料與方法

1.1 供試材料

田間試驗于2014年9月20日至2015年3月30日在浙江省余姚市梁弄鎮亞思味特生態農場(121°5′33″ E， 29°54′34″ N)進行。農場地處浙東四明山麓，海拔68 m，屬亞熱帶南緣，季風型氣候。四季分明，冬夏稍長，春秋略短，平均年日照總時數2 061 h。年均氣溫16.2 ℃。供試土壤為黃斑泥潴育水稻土，試驗前測得耕層(0～20 cm)基礎肥力見表1。供試材料為草莓品種紅頰。

表1 試驗地土壤基礎肥力特征

1.2 處理設計

試驗設常規措施(CK)和地埋式秸稈生物反應堆(BR)2個處理。CK為常規栽培方法，不用秸稈反應堆，在草莓移栽前施新鮮羊糞9 000 kg·hm-2和復合肥(硫基，N 15%、P2O515%、K2O 15%)750 kg·hm-2，坐果后結合滴灌追施速溶性配方肥；BR為翻耕前施新鮮羊糞1 500 kg·hm-2，全層混施；移栽前開溝寬40 cm，深40 cm，溝中埋入稻草15 000 kg·hm-2，新鮮羊糞7 500 kg·hm-2，發酵菌劑30 kg·hm-2拌麩皮混施，分層填埋，每層中均勻含有秸稈、羊糞及菌劑。填埋完畢后覆土，整畦覆蓋地膜后用土鉆在反應堆上部每隔1.5 m打1個小孔作CO2釋放用；坐果后結合滴灌追施速溶性配方肥。每處理1個大棚，大棚面積280 m2，內各有5畦，重復3次。

1.3 取樣與測定

供試樣品采集。試驗開始前隨機取2個處理大棚內0～20 cm耕層土樣1 000 g用于測定土壤基礎肥力。草莓盛果期，每處理隨機采摘5.0 kg果實，用于測定草莓品質。

土壤和果實樣品測定。土壤pH依據NY/T 1121.2—2006《土壤pH的測定》；土壤有機質依據NY/T 1121.6—2006《土壤有機質的測定》；土壤全氮依據HJ 717—2014《凱氏法》；土壤有效磷依據NY/T 1121.2—2014《土壤有效磷的測定》；土壤速效鉀依據NY/T 889—2004《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測定》；草莓中Vc含量依據GB 6195—1986《水果、蔬菜維生素C含量測定法(2，6-二氯靛酚滴定法)》；草莓中可溶總糖依據GB 6194—1986《水果、蔬菜可溶性糖測定法》測定。

土壤CO2通量測定。通過Li-8100A土壤二氧化碳通量監測系統對大棚內土壤進行測定。

土壤溫度動態監測。采用LOGGER 1.8.2溫度自動監測儀，將溫度傳感器分別插入大棚內土表以下5、10、15 cm處，每隔1 d分別在上午和下午定時自動記錄。

1.4 數據分析

數據處理和相關性分析采用Statistica 統計分析軟件包進行。

2 結果與分析

2.1 對草莓產量及品質的影響

表2結果顯示，采用地埋式秸稈生物反應堆技術，草莓產量比常規措施提高9 048 kg·hm-2，增幅達33.2%，效果明顯。相比常規措施，采用地埋式秸稈生物反應堆處理的大棚于2015年1月6日開始采摘，而常規措施的大棚則于2015年1月13日開采，較之晚7 d成熟。地埋式秸稈生物反應堆技術可促進果實成熟，提早上市，還能改善草莓果實品質。可溶性總糖、VC含量和糖酸比分別較常規措施提高33.4%、24.6%和20.2%；從外觀上看，草莓果實表面光澤鮮艷，著色均勻，商品性狀明顯改善。

表2 秸稈生物反應堆對草莓產量及品質的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示在P<0.05水平差異顯著。

2.2 對提高土壤CO2通量的影響

試驗分別于2014年11月17日、12月12日及2015年1月21日對各處理大棚內土壤CO2通量進行測定。結果表明，地埋式秸稈生物反應堆對提高大棚內土壤CO2通量有較大影響，是提高大棚中CO2濃度的根本原因。表3顯示，采用地埋式秸稈生物反應堆技術，土壤CO2通量分別較常規措施提高2.44、2.12、2.05 μmol·m-2·s-1，分別是常規措施的1.8、2.5和2.6倍；測定時棚室中CO2的平均濃度也較常規措施分別提高10.5、25.5和22.7 μL·L-1，增幅2.0%～5.5%。

表3 秸稈反應堆技術對土壤CO2通量的影響

2.3 對設施土溫的影響

圖1顯示，于2014年12月14日至2015年3月20日，隔天對各處理大棚內土表以下5、10、15 cm深處土壤溫度進行定時測定，結果表明，地埋式秸稈生物反應堆處理的大棚土壤增溫效果明顯。采用秸稈生物反應堆技術處理距土表5 cm處的土壤溫度較常規處理提高0～3.5 ℃，平均增溫1.05 ℃；10 cm處增溫幅度為0～4.8 ℃，平均增溫1.35 ℃；15 cm處增溫幅度為0～2.9 ℃，平均增溫0.95 ℃。從測定結果看，秸稈生物反應堆處理對土壤的增溫作用可持續3個月，其中距土表10 cm處的土壤增溫效果最為顯著，最大溫差達4.8 ℃，各土壤層次最大增溫幅度均出現在1月初至2月初，對冬季大棚作物抵御低溫、促進生長發育具有重要意義。

圖1 地埋式秸稈生物反應堆對不同深度土壤溫度的影響

2.4 對土壤肥力的影響

表4顯示，與常規措施比較，地埋式秸稈生物反應堆技術土壤肥力得到較為明顯的改善，相比試驗前的土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀均有不同程度提高；而常規措施的土壤與試驗前比較，土壤有機質、全氮和有效磷則有所下降。其中，最大的區別是土壤有機質的變化。經過一個草莓生長季節后，采用常規措施的土壤有機質從試驗前的46.6 g·kg-1降至40.1 g·kg-1，而采用秸稈生物反應堆處理的土壤有機質則從44.5 g·kg-1升至49.9 g·kg-1。由此認為，埋入土壤深層的秸稈、畜禽糞便等有機物，在經過一個作物季的生物發酵分解后，除了供給作物生長需要，其殘留物對于土壤快速培肥具有重要作用。

表4 秸稈反應堆技術培肥效果

3 小結與討論

地埋式秸稈生物反應堆技術可有效利用秸稈，本試驗結果每公頃可消耗秸稈15 t，可防止因燃燒秸稈所造成的環境污染問題[6]，更重要的是解決了冬季設施栽培條件下的氣溫和地溫偏低、CO2匱缺以及長期連作造成的土壤板結、養分不均等問題。秸稈和畜禽糞便的投入，隨著分解，可為作物持續提供生長所需的養分，滿足作物生長需要，同時外源有機物料礦化和分解可改善土壤通透性，有利于作物根系生長，從而達到增產效果。

地埋式秸稈生物反應堆是將秸稈、畜禽糞便等有機廢棄物混合埋施在設施大棚種植行之間，在生物發酵過程中所產生的CO2可對大棚進行二氧化碳施肥，解決了大棚中二氧化碳嚴重虧缺問題，對提高產量和改善品質起到了至關重要的作用。同時在發酵過程中所產生熱量，可提高大棚內土壤溫度，有利于在冬季低溫氣候條件下的作物生長。

秸稈反應堆處理下，外源有機物進入土壤可以為微生物提供碳源，增強微生物活性，從而增加土壤微生物量[7]，進而促進作物秸稈等廢棄物在土壤中的礦化和腐殖化，最終提高土壤有機質含量和營養元素含量，改善設施土壤局部生態環境。地埋式秸稈生物反應堆技術對土壤其他理化性狀的系統影響有待進一步研究。