茭白鞘葉地埋式生物反應堆對大棚草莓生長及土壤肥力的影響

翁麗青，葛鑫濤，潘麗卿

（1.浙江余姚市農業技術推廣服務總站，315400；2.杭州余杭區運河街道博溪家庭農場）

茭白植株高大，生物產量高，茭白鞘葉的生物質量占茭白植株總質量的50%～70%，每667 m2雙季茭當年產生的鮮鞘葉在5 000 kg以上，僅浙江省1 a的茭白鞘葉鮮質量就在150萬t以上[1]。茭白采收季節，大量的茭白鞘葉拋棄在田頭、路旁、河溝等地，或被焚燒，造成嚴重的環境污染和資源浪費。茭白鞘葉綜合利用主要可作為農田肥料、食用菌栽培基質、動物飼料、工藝品等[2，3]。地埋式秸稈生物反應堆技術，又稱二氧化碳緩釋富氧秸稈發酵技術，是一項全新的農業增產提質的有機栽培技術[4]。該技術依據有機物質的微生物代謝原理，利用微生物菌種發酵作物秸稈釋放CO2，為設施蔬菜光合作用提供CO2原料，同時產生蔬菜生長所需要的熱量[5]。該技術在我國北方應用較為廣泛，但在南方地區鮮有報道。針對這一現狀，筆者以茭白鞘葉作為地埋式秸稈的原料，將茭白鞘葉、畜禽糞便等有機廢棄物混合埋施在大棚行株間，通過添加高效產氣菌進行生物發酵，通過發酵產生CO2解決大棚中CO2嚴重虧缺的問題，利用發酵熱能增溫保溫[6，7]。

本研究旨在提高大棚草莓的產量和品質，同時解決農業廢棄物茭白鞘葉的無害化處理和資源化利用問題。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試草莓品種為紅頰，茭白鞘葉為當年夏茭采收時留下的新鮮鞘葉。發酵菌為上海聯業農業科技有限公司生產的微生物腐稈劑，有效活菌數≥5×108個/g。

1.2 試驗方法

①試驗設計 試驗于2019年9月10日至2020年4月10日在浙江省余姚市丈亭鎮姚東蔬菜種植場內進行，供試大棚寬6 m，長75 m，種5畦，每畦2行，即行距60 cm、株距22 cm，每667 m2種5 050株。設3個處理，分別為常規處理（CK）、反應堆BR1和反應堆BR2。常規處理：每667 m2施1 000 kg羊糞+150 kg菜餅+50 kg復合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15，下同）作基肥；BR1：667 m2施1 000 kg茭白鞘葉+1 000 kg羊糞+150 kg菜餅+50 kg復合肥+3 kg發酵菌劑作基肥；BR2：667 m2施2 000 kg茭白鞘葉+1 000 kg羊糞+150 kg菜餅+50 kg復合肥+6 kg發酵菌劑作基肥。3次重復，每個小區1個大棚，面積450 m2，共9個大棚，大棚內環境和土壤條件基本一致。9個大棚從左至右排列如下：CK、BR1、BR2、BR1、BR2、CK、BR2、CK、BR1。草莓于9月10日移栽，基肥于草莓移栽前2 d施入，移栽前開溝寬40 cm、深40 cm，溝中埋入茭白鞘葉，加復合肥、羊糞、發酵菌與菜餅混施，分層填埋，每層中均含有茭白鞘葉、復合肥、羊糞和發酵菌，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，用于釋放CO2。每處理均追肥3次，分別為2019年12月2日、2020年2月6日和2月22日，每667 m2追施復合肥15 kg。

②采樣及測定a.土壤樣品采集。試驗開始前取每個小區大棚內0～20 cm耕作層土樣，用于測定土壤基礎肥力。采用蛇形布點采樣，避免采集田埂、溝邊的土樣，每個大棚采10個點的土樣，充分混合后，用四分法留取1 kg土樣。試驗結束后采用同樣的方法取每小區內0～20 cm耕作層土樣1 kg用于再次測定土壤肥力。草莓盛果期，每個小區采摘3.0 kg果實，用于測定草莓品質。

b.土壤和果實樣品測定。土壤有機質含量依據NY/T 1121.2-2006《土壤有機質的測定》測定；土壤全氮含量依據HJ 717-2014《凱氏法》測定；土壤有效磷含量依據NY/T 1121.2-2014《土壤有效磷的測定》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》測定；草莓中可溶性總糖含量依據GB 6194-1986《水果、蔬菜可溶性糖測定法》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）》測定；糖酸比測定如下：試樣浸出液用0.1 mol/L氫氧化鈉標準溶液進行電位滴定，以pH值=8.1為滴定終點，糖酸比=可溶性總糖（%）/可滴定酸度（%）[8]。

c.土壤CO2通量監測。通過Li-8100A土壤CO2通量監測系統實現連續監測。為去除邊際效應，取大棚中間的1條畦進行試驗，在畦上平均取3個點，每個點監測3次，3次監測時間分別為2019年11月18日、12月13日和2020年1月22日。

d.土壤溫度動態監測。采用LOGGER 1.8.2溫度自動監測儀，在每個小區距棚邊3 m處設1個點，將溫度傳感器分別插入大棚內土表以下5、10、15 cm處，2019年12月15日 至2020年3月20日，每隔1 d于10：00定時自動記錄。試驗于2019年11月2日覆蓋大棚膜，11月2日至12月5日大棚晚上以密閉保溫為主，白天氣溫升高后兩頭和兩邊通風降濕，12月5日后不再通風，直至翌年3月底。土壤溫度測定從2019年12月15日持續至2020年3月20日。

每次采收按實記載小區產量，每個小區定點8株考察單果質量。

1.3 數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2003和SPSS 25.0統計軟件處理，方差分析用Duncan's新復極差法。

2 結果與分析

2.1 對大棚草莓生長及產量的影響

由表1可知，采用地埋式秸稈處理的草莓始收期明顯比常規處理早，能明顯促進果實成熟，提早上市。其中BR2上市最早，比CK（常規處理）早8 d。平均單果質量以BR2最高，與BR1無顯著差異。相比對照，BR1和BR2單果質量更大，存在顯著差異。產量以BR2最高，每667 m2產量為2 658.7 kg，比對照增產629.4 kg，增產31.02%；BR1比對照增產22.10%（表2）。由此可見，使用茭白鞘葉反應堆技術對大棚草莓增產效果顯著。

表1 茭白鞘葉地埋式反應堆對大棚草莓生育期的影響

表2 茭白鞘葉地埋式反應堆對大棚草莓單果質量、產量及品質的影響

2.2 對大棚草莓品質的影響

表2結果表明，采用茭白鞘葉地埋式反應堆能使草莓可溶性總糖、VC含量和糖酸比有不同程度提高，與CK相比，BR2可溶性總糖、VC含量和糖酸比分別提高35.54%、25.41%和21.30%；BR1比CK的可溶性總糖、VC含量和糖酸比分別提高31.42%、22.76%和19.47%。

表3 茭白鞘葉地埋式反應堆對土壤溫度的影響 ℃

2.3 對設施內土壤溫度的影響

結果表明（表3），地埋式秸稈生物反應堆處理大棚土壤增溫效果明顯。采用地埋式秸稈生物反應堆BR1處理距土表5 cm處的土壤溫度較常規處理日平均增溫0.84℃；10 cm處日平均增溫1.02℃；15 cm處日平均增溫0.95℃。反應堆BR2處理距土表5 cm處的土壤溫度較常規處理日平均增溫1.00℃；10 cm處日平均增溫1.29℃；15 cm處日平均增溫1.25℃。從測定結果看（圖1），秸稈生物反應堆處理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，對冬季大棚作物防凍增溫、促進果實生長發育具有重要意義。

2.4 對提高土壤CO2通量的影響

由表4可知，采用BR1地埋式秸稈反應堆技術，3次測定的土壤CO2通量分別比常規提高2.40、2.12、2.05 μmol·m-2·s-1，分別是對照常規處理的1.78、2.49和2.59倍；采用BR2地埋式秸稈反應堆技術，土壤CO2通量分別比對照提高2.53、2.26、2.20 μmol·m-2·s-1，分別是對照的1.87、2.66和2.78倍。BR1處理的棚室CO2濃度分別比對照高8.54、20.52、22.65 μL/L，增幅為1.6%～5.4%；BR2處理的分 別 比 對 照 高21.47、27.20、35.19 μL/L，增 幅 為4.0%～8.4%。

圖1 設施中土壤溫度變化趨勢

2.5 對土壤肥力的影響

結果表明（表5），地埋式秸稈生物反應堆技術處理的土壤肥力得到較為明顯的改善，相比試驗前，土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀均有不同程度提高；而對照（常規處理）的土壤與試驗前相比，土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量均有所下降。其中土壤有機質含量的變化最大，常規處理的土壤有機質含量從試驗前的37.7 g/kg降至35.9 g/kg，降幅達4.77%。而采用秸稈反應堆處理BR1的土壤有機質含量從34.9 g/kg升 至40.3 g/kg，升幅15.47%，BR2則從34.5 g/kg升 至40.9 g/kg，升幅達18.55%。由此認為，埋入土壤深層的茭白鞘葉、畜禽糞便等有機物，經過生物發酵分解后，除了供給作物生長需要外，其殘留物對于土壤快速培肥具有促進作用，同時能改善土壤團粒結構，使土壤變得更加疏松透氣。

3 討論與結論

秸稈生物反應堆在北方應用普遍，其對植物的生長發育均有不同的促進作用，如提前花期、提高品質和產量等[9]。本試驗研究結果表明，每667 m2填埋2 000 kg茭白鞘葉，能使草莓產量達到2 658.7 kg/667 m2，比CK增產31.02%；可溶性總糖、VC含量和糖酸比分別比CK提高35.54%、25.41%和21.30%；反應堆處理可有效提高大棚內土壤溫度、CO2通量及土壤有機質含量，相比CK，BR2處理日平均最大增溫可達到1.29℃，CO2通量提高1.87～2.78倍，土壤有機質含量可提高0.64%。在地埋式生物反應堆處理下，茭白鞘葉分解的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[10]，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。地埋式秸稈反應堆對土壤微生物及其他理化性狀的影響有待于進一步研究。

表5 茭白鞘葉地埋式反應堆對土壤肥力的影響

以茭白鞘葉作為地埋式秸稈的原料，將茭白鞘葉、畜禽糞便等有機廢棄物混合埋施在大棚行株間，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CO2施肥，解決大棚中CO2嚴重虧缺的問題，利用發酵熱能對土壤起增溫和保溫作用，有利于大棚作物在冬季低溫條件下正常生長，具有一定的推廣應用潛力。