壟溝填埋秸稈對SSC番茄生長及其微環境的影響

楊佳佳，劉義飛，劉文科,

(1. 塔里木大學 植物科學學院，南疆特色果樹高效優質栽培與深加工技術國家地方聯合工程實驗室，新疆阿拉爾 843300； 2.中國農業科學院 農業環境與可持續發展研究所，農業農村部設施農業節能與廢棄物處理重點實驗室，北京 100081)

壟溝填埋秸稈是一項利用農作物秸稈資源，促進溫室作物生長，提高作物產量的新型農業提質增產的創新技術[1]。在反季節蔬菜生產中，由于溫室通風量減少，冬季溫度低，光合作用消耗等原因，導致溫室CO2虧缺，地溫低，已成為制約蔬菜優質高產的主要因素[2-3]。因此，補充CO2，提高溫室溫度和地溫是日光溫室冬季生產必要的增產措施。秸稈可以在微生物的作用下進行發酵，此過程會產生熱量、CO2、礦物質和有機質，可以提高溫室地溫和CO2濃度，增加土壤養分，顯著提高養分利用效率[4-5]。另外，秸稈發酵還可以增加土壤有機碳，提高設施土壤可持續生產力，減少秸稈導致的環境污染問題[6-7]。研究表明，在日光溫室內應用秸稈發酵技術均能提高地溫和CO2濃度，提高草莓光合速率[8]，促進番茄生長發育[9-10]。

植物在生長發育過程中，根系生理功能受許多因素的影響，溫度是影響其生長的重要因素[11]，適宜的根區溫度能夠保證植物的正常生長。前人研究表明，增加植株根區溫度可以促進番茄生長[12]，提高黃瓜產量和氮肥利用率[13]等。CO2是作物光合作用制造有機物的主要原料之一，溫室中由于光合作用消耗而使CO2嚴重虧缺，CO2不足使作物的光合速率降低，成為設施蔬菜生產的重要限制因素[14-16]。前人研究表明，增施CO2可以促進草莓生長[17]，提高櫻桃番茄品質[18]等。因此，在設施蔬菜栽培生產中，提高根區溫度，補充CO2是一項必要的增產措施。

該試驗以番茄為材料，使用土壟內嵌式基質栽培(Soil ridged substrate-embedded cultivation，SSC)[19]方法，采用壟溝填埋秸稈雞糞復合發酵物技術，通過填埋番茄秸稈和玉米秸稈與發酵雞糞的不同配比研究填埋不同配比秸稈對番茄生長及溫室微環境的影響，以期為南疆設施蔬菜生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況及試驗材料

試驗于2018年8月-2019年4月在新疆阿拉爾市塔里木大學園藝實驗站的日光溫室內進行，試驗日光溫室長21 m，跨度8 m，脊高3.6 m。試驗地土壤有機質9.86 g·kg-1，全氮2.85 g·kg-1，速效磷43.72 mg·kg-1，速效鉀 198.83 mg·kg-1，pH 8.5，電導率 0.73 mS·cm-1。試驗地地理位置80°30′～81°58′ E，40°22′～40°57′ N，平均海拔1 100 m，全年無霜期為220 d，年平均氣溫為10.7 ℃，有效積溫為 4 113 ℃，年均降水量為40.1～82.5 mm，年均蒸發量為 1 876.6～2 558.9 mm，年日照2 900 h，屬于暖溫帶大陸干旱荒漠氣候區。供試材料為從南疆周邊團場收集的番茄秸稈和玉米秸稈，晾干并粉碎為 3～5 cm后按照不同質量比混合。雞糞為在阿拉爾市周邊養雞場收集后腐熟、曬干并碾碎，與秸稈按比例混合。番茄栽培品種為‘金鵬1號’。試驗材料的理化性狀見表1。

1.2 試驗設計

設置9個處理，未填埋秸稈為對照(CK)，處理1(S1)為番茄秸稈∶雞糞=5∶1，處理2(S2)為番茄秸稈∶雞糞=6∶1，處理3(S3)為番茄秸 稈∶雞糞=7∶1，處理4(S4)為番茄秸稈∶雞糞=8∶1，處理5(T1)為玉米秸稈∶雞糞=5∶1，處理6(T2)為玉米秸稈∶雞糞=6∶1，處理7(T3)為玉米秸稈∶雞糞=7∶1，處理8(T4)為玉米秸稈∶雞糞=8∶1。試驗采用土壟內嵌式基質栽培，2018年8月9日起壟，土壟上底寬22 cm，下底寬42 cm，高15 cm，長600 cm，壟與壟之間的距離為60 cm；栽培袋的規格為長300 cm，寬12 cm，高16 cm。8月10日，將粉碎的秸稈與雞糞混合均勻后填埋在2個土壟之間，秸稈用量約為4 000 kg·(667 m2)-1，雞糞用量約為570 kg·(667 m2)-1，尿素用量為10 kg·(667 m2)-1，填埋深度為20 cm，其中填埋秸稈深度為15 cm，表面覆5 cm厚的土，每隔1周澆1次水，并用鋼筋“Z”形扎洞。番茄采用穴盤育苗，8月27日三葉一心時定植，株距35 cm，行距60 cm，每個處理種植17棵，重復3次，營養液配方為日本園試配方，滴灌，整枝方式為單干整枝，2019年2月1日開始采收第1 穗果。

表1 試驗材料的理化性狀Table 1 Physicochemical properties of experimental materials

1.3 測定項目及方法

采用卷尺測量地面到植株生長點的株高；游標卡尺測量植株主莖離根部5 cm處的莖粗；葉片數為從子葉以上第1片葉算起至頂部縱徑大于5 cm的葉片；葉綠素測量儀TYS-A(浙江托普云農科技股份有限公司生產)測定葉片葉綠素SPAD值；采用烘干法測量番茄植株地上部和地下部生物量；根區溫度的測定點為栽培壟中心軸線位置和中心軸線到壟下底邊直線距離的中心處，埋深為7.5 cm[22]，采用手持多路溫度測試儀AT4808(常州安柏精密儀器有限公司生產)采集；測定CO2釋放量是先在壟溝填埋秸稈處用鋼筋扎洞，用密封的紙箱罩住秸稈填埋處，再將設施農業環境數據遠程采集系統(新疆大漠華維農業科技有限公司生產)的CO2傳感器放入，在紙箱的周圍再用土密封，待數據穩定后開始連續記錄CO2釋放量變化[23]。

1.4 統計分析

采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05對數據進行統計分析、顯著性分析并作圖。

2 結果與分析

2.1 壟溝填埋復合發酵物對番茄根區溫度的影響

壟溝填埋復合發酵物對番茄根區溫度影響較大，由圖1和圖2可看出，10月8日3：00-10月13日3：00，不同配比的番茄秸稈和玉米秸稈的最低根區溫度均出現在8:30左右，最高根區溫度均出現在16:00左右，所有處理的根區溫度均高于CK，其中以S2、T4處理的根區溫度最高。綜合分析，壟溝填埋復合發酵物均能不同程度地提高番茄的根區溫度，填埋比例為番茄秸稈∶雞糞= 6∶1時表現最好，填埋比例為玉米秸稈∶雞糞= 8∶1次之，分別比CK最低根區溫度提高 1.93 ℃、1.63 ℃，最高根區溫度提高2.78 ℃、 1.53 ℃，說明壟溝填埋復合發酵物用來提高番茄根區溫度具有可行性。

圖1 不同配比的雞糞與番茄秸稈發酵物填埋處理5 d番茄根區溫度變化Fig.1 Changes of root-zone temperature affected by tomato straw and chicken manure mixture fermentation with different ratios during 5 continuous days

圖2 不同配比的雞糞與玉米秸稈發酵物填埋處理5 d番茄根區溫度變化Fig.2 Changes of root-zone temperature affected by corn straw and chicken manure mixture fermentation with different ratios during 5 continuous days

2.2 壟溝填埋復合發酵物對CO2釋放量的影響

2.2.1 壟溝填埋復合發酵物連續5 d的CO2釋放量變化 壟溝填埋復合發酵物對CO2釋放量影響較大，由圖3可看出，10月8日3：00-10月13日3：00，最低CO2釋放量出現在16：00左右，最高CO2釋放量出現在8：00左右，所有處理的CO2釋放量均高于CK，其中以S2處理的CO2釋放量最高。綜合分析，所有配比復合發酵物均能不同程度地提高CO2釋放量，填埋比例為番茄秸稈∶雞糞=6∶1時，CO2釋放量最高，比CK的最低釋放量和最高釋放量分別高205 mg·m-3和222 mg·m-3，說明壟溝填埋復合發酵物可以明顯提高CO2釋放量。

2.2.2 壟溝填埋復合發酵物的CO2釋放量平均值變化 壟溝填埋復合發酵物對CO2釋放量平均值的影響較大，由圖4可看出，10月8日3：00-10月13日3：00，所有處理CO2釋放量的平均值均顯著高于CK，具體表現為S2>T2>T4>T3>S4>S3>T1>S1>CK。綜合比較發現，其中填埋比例為番茄秸稈∶雞糞=6∶1時，CO2釋放量的平均值最大，比CK增加了 37.37%，說明壟溝填埋復合發酵物可以顯著提高CO2釋放量的平均值。

2.3 壟溝填埋復合發酵物對番茄生長的影響

2.3.1 壟溝填埋復合發酵物對番茄株高、莖粗和葉片數的影響 壟溝填埋不同配比番茄秸稈和玉米秸稈對番茄植株的生長影響差異較大(表2)，所有處理中，S2處理的番茄株高表現最好且顯著

圖3 不同配比的復合發酵物填埋處理5 d的CO2釋放量變化Fig.3 Changes of CO2 release affected by compound fermentation material with different ratios during 5 continuous days

圖上不同小寫字母表示各處理差異顯著(P<0.05) Different lowercase letters were significantly different(P<0.05)

表2 不同配比的復合發酵物填埋處理番茄株高、莖粗和葉片數變化
Table 2 Changes of plant height, steam diameter and leaf number of tomatoes affected bycompound fermentation material with different ratios

處 理Treatment定植后40 d 40 days after transplantation株高/cm Plant height莖粗/mm Steam diameter葉片數LeavesCK79.11±3.48 b10.74±0.28 c11.44±0.29 bS180.56±2.01 ab11.26±0.35 abc12.44±0.34 abS290.00±1.95 a12.59±0.66 a12.33±0.32 aS379.89±2.14 ab12.07±0.53 abc12.33±0.33 abS488.56±4.3 ab12.01±0.43 abc12.22±0.28 abT182.22±3.93 ab11.63±0.29 abc12.00±0.33 abT286.89±3.39 ab12.16±0.49 ab12.00±0.24 abT384.44±4.09 ab11.96±0.33 abc12.00±0.41 abT483.11±2.14 ab11.08±0.25 bc12.67±0.29 a

注：數值表示“平均值±標準誤”；同列數據后不同小寫字母表示各處理差異顯著(P<0.05)。下同。

Note：The data in the table represents “average ± standard error”; values marked with different letters in the column were significantly different (P<0.05). The same below.

高于CK，比CK增加13.77%；S2、T2處理的莖粗顯著高于CK，分別比CK增加17.23%和 13.22%；S2、T4處理的葉片數顯著高于CK，分別比CK增加7.78%和10.75%。綜合比較發現，S2處理的株高、莖粗、葉片數表現較好，說明填埋比例為番茄秸稈∶雞糞=6∶1時，可以促進番茄植株的生長。

2.3.2 填埋復合發酵物對番茄葉片葉綠素SPAD值的影響 填埋不同配比番茄秸稈和玉米秸稈對番茄的葉片葉綠素SPAD值影響差異較大(表3)。由表3可知，S2、T3處理葉片葉綠素SPAD值顯著高于CK，分別比CK增加 13.46%、16.32%和8.80%、14.48%，說明填埋比例為番茄秸稈∶雞糞=6∶1和玉米秸稈∶雞糞=7∶1時，可以顯著促進番茄葉綠素SPAD值的增加。

表3 不同配比的復合發酵物填埋處理番茄葉片葉綠素SPAD值的變化Table 3 Changes of chlorophyll SPAD value of tomatoes leaves affected by compound fermentation material with different ratios

2.3.3 壟溝填埋復合發酵物對番茄生物量的影響 壟溝填埋秸稈復合發酵物對番茄生物量具有顯著的促進作用。由表4可知，S2、T4處理的地上部鮮質量和地下部干質量顯著高于CK，S2處理的地上部干質量顯著高于CK，S2、T3處理的地下部鮮質量顯著高于CK，其余處理高于CK，但與CK無顯著性差異。綜合分析，S2、T4處理對番茄生物量影響較大，說明填埋比例為番茄秸稈∶雞糞=6∶1和玉米秸稈∶雞糞=8∶1時，對番茄生物量有顯著的促進作用。

表4 不同配比的復合發酵物填埋處理番茄生物量變化Table 4 Changes of tomato biomass affected by compound fermentation material with different ratios

3 結論與討論

在南疆冬季日光溫室蔬菜生產中，根區溫度低、CO2虧缺是限制蔬菜生產的主要因素。秸稈可以在土壤微生物的作用下發酵，產生大量熱量和釋放CO2，提高溫室溫度和增加CO2含量[20-21]。因此，本研究對壟溝填埋不同配比番茄秸稈和玉米秸稈對根區溫度、CO2釋放量及番茄生長的影響作了研究討論，試驗結果顯示，S2、T4處理的根區溫度表現最好，分別較CK的最低溫度和最高溫度提高了1.93 ℃、1.63 ℃和 2.78 ℃、1.53 ℃；S2處理的平均CO2釋放量高于其他處理，比CK提高了37.37%；S2處理并能促進番茄的生長，主要表現在提高了番茄的株高、莖粗、葉片數、葉片葉綠素SPAD值和番茄生 物量。

目前，尚未有人對番茄秸稈和玉米秸稈與雞糞的不同配比進行比較分析，王昊等[22]將玉米秸稈與水稻秸稈進行比較，發現使用玉米秸稈效果更佳。胡曉婷[23]將番茄秸稈進行堆肥處理，發現番茄廢棄物中含有較高的養分和水分，其中有機質占70%～95%，取得了較好的效果。筆者推測，番茄秸稈效果較好的原因可能是番茄秸稈發酵時溫度較其他秸稈發酵溫度高，并且含有較高的養分和水分，因為在秸稈發酵過程中溫度和水分是重要的影響因素[24]。因此，在冬季日光溫室蔬菜生產中，根據需求目標，可以有針對性地選擇壟溝填埋配比，以提高根區溫度為目的時，番茄秸稈∶雞糞=6∶1和玉米秸稈∶雞糞=8∶1時效果最好；以產生CO2和促進植株生長為目的時，番茄秸稈∶雞糞=6∶1時效果最好。如前所述，壟溝填埋秸稈，可以有效解決日光溫室內CO2虧缺及地溫低等問題，并且秸稈與動物糞便發酵還可以提高土壤肥力[25]，改善土壤理化性質[26]，從而促進植物生長發育。秸稈的循環利用不僅可以有效降低生產和肥料成本，還有效解決了農業廢棄物處理問題，既環保又經濟[27]。