秸稈生物反應堆對設施‘夏黑’葡萄生長發育的影響

楊桂麗，王昊*，馬文禮，陳永偉，卜建華，靳韋

（寧夏農墾農林牧技術推廣服務中心，寧夏銀川 750001）

我國作為世界農業大國之一，農作物秸稈資源極其豐富。隨著每年糧食產量的不斷增加，所產生的農作物秸稈量還在逐年升高，年均增長率為2.38%[1]。但是我國對農作物秸稈的利用率仍然較低，大部分用作發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，而且還嚴重影響我國的生態環境和人民的生命健康[2-4]。當前，農作物秸稈的資源化利用逐漸成為熱點，利用秸稈生物反應堆技術將秸稈作為可再生資源，對提高土壤肥力和作物產量具有顯著的效果[5-6]。

中國葡萄栽培面積位居世界第二，其中設施葡萄的栽培面積則為全球最大。設施栽培經濟效益顯著高于露地栽培，因此設施葡萄優質豐產栽培相關的技術研究尤為重要[7]。葡萄的生長發育對地溫、氣溫、CO2濃度等環境因素極為敏感。葡萄根系不耐寒，當地溫低于10 ℃時，葡萄停止生長；當地溫達到8～10 ℃以上時，葡萄根系才開始活動，地上部分亦進入傷流物候期；當地溫上升到20～25 ℃時，根系進入生長最旺盛的時期[8]。在寧夏吳忠、賀蘭、中衛等地，當冬季外界溫度在-20 ℃以下時，日光溫室內溫度基本在0 ℃左右，部分地區日光溫室內還會出現短期0 ℃以下的低溫[9]。而通過秸稈生物反應堆技術將這一可再生能源與特殊菌種相結合，利用秸稈發酵產生植物所需的CO2、熱量及礦質元素等，可以有效地提高日光溫室的地溫、氣溫和CO2濃度，改善植株生長發育環境，增強其抗性，從而提高作物的產量與品質[10-12]。本試驗針對寧夏地區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堆技術對設施葡萄生長發育，以及不同土層、不同天氣的溫度變化規律的影響，以期為秸稈生物反應堆技術在設施葡萄生產中的推廣應用提供理論基礎。

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場設施園藝基地日光溫室（長80 m，寬8 m），土壤質地為壤土。試驗采用內置式秸稈生物反應堆，原料選取當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，含有嗜熱側孢霉、芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌，且總菌數≥5×107cfu/g。

1.2 試驗設計和方法

分別為使用秸稈生物反應堆（C1）和未使用秸稈生物反應堆對照（CK），在兩個日光溫室內進行。溫室管理措施保持一致。試驗采用完全隨機設計，溫室內每27.3 m為1個小區，重復3次（前段、中段和后段）。

1.3 測定指標及方法

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。隨機選取小區內9株樹，并在每株上選取1個新生枝條進行標記，分別測定葉片數和新梢長度。

待花序完全脫落后出現果穗時，用游標卡尺測量果穗長度，每10 d測定一次；果實成熟后，采集標記的植株上的果穗，同時隨機選取果穗上中下共20粒果。用游標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量。

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

2 結果與分析

2.1 秸稈生物反應堆對日光溫室地溫及氣溫的影響

圖1顯示，經過秸稈生物反應堆處理的土溫整體表現為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堆技術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 ℃。說明秸稈生物反應堆可以提高日光溫室內空氣的溫度，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，溫室內的低溫對新生枝芽產生凍害有良好的保護作用。

調查發現，地表下10 cm的土層溫度會隨著室內氣溫的變化而發生相應的變化，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查發現，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濟效益。

圖1 秸稈生物反應堆在不同土層晴、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 秸稈生物反應堆對葡萄植株生長發育的影響

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

2.4 秸稈生物反應堆對葡萄品質的影響

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

3 討論與結論

秸稈生物反應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]。本試驗結果顯示，與常規溫室相比，秸稈生物反應堆能使溫室內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果相似。相關研究表明，土壤溫度低于一定溫度時，會直接影響葡萄的生長發育，室溫的提高可以有效防止葡萄萌芽初期低溫對葡萄產生的凍害[15]。秸稈生物反應堆中的菌種通過對秸稈的不斷分解發酵，產生大量的熱量，傳遞到土壤中去，增加土壤的溫度，之后熱量不斷散發到周圍的空氣中，使溫室內的氣溫也不斷提高[16]。

秸稈生物反應堆的使用可以明顯提前設施葡萄的物候期[17]。秸稈生物反應堆的使用可促進葡萄的生長發育，對比常規溫室增加葉片6～8片。果穗長度增加3～5 cm，果實品質優于常規溫室，尤其是在穗質量和果粒數方面有明顯提高[18-20]。因此，該技術在日光溫室葡萄上具有較高的應用價值，值得進一步的推廣應用。

表2 秸稈生物反應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的影響Table 3 Effects of different treatments on grape berry quality