秸稈和枝條還田對日光溫室網(wǎng)紋甜瓜生長發(fā)育的影響*

鄒浩然，劉軒溢，張 豪，李倩儒，陳曉峰

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院，山東 264670）

隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的加速，國家對生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求日益提升[1]。生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和綠色環(huán)保的應(yīng)用前景[2-3]。近年來，作為生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要組成部分，如何解決農(nóng)村面源污染之一的農(nóng)作物秸稈以及農(nóng)作物生產(chǎn)廢棄物（包括作物修剪枝條等）的綜合利用研究與應(yīng)用逐漸提上日程[4-5]。當(dāng)前，國家對秸稈作物的綜合利用率期望值為85%，而山東省作為全國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)第一大省，每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量達(dá)到9 000 萬t，枝條修剪量也超過322 萬t，如此龐大的農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量對生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)是一種挑戰(zhàn)[6-7]。

秸稈和枝條還田是農(nóng)作物廢棄物綜合利用的重要途徑[8]。前人研究表明，秸稈通過微生物的腐化分解可以為植物提供豐富的速效養(yǎng)分，增強(qiáng)土壤肥力，從而提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，農(nóng)作物廢棄物還田可以增加土壤微生物數(shù)量和有機(jī)碳含量[9-14]。在農(nóng)作物栽培中，秸稈和枝條的主要還田方式有粉碎直接還田、過腹還田、沼液還田、碳化還田、覆蓋還田等[14-15]；耕作方式主要有常規(guī)耕作、淺耕、深耕、深松等[16-17]。秸稈還田是改良土壤結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)的有效手段[2,13]，在大田生產(chǎn)及設(shè)施作物栽培中均有廣泛應(yīng)用。秸稈還田在設(shè)施栽培中除了可以增加土壤養(yǎng)分含量外，還可以增加土壤溫度和CO2濃度，以滿足作物的生長需要[18-22]。

農(nóng)作物廢棄物還田技術(shù)已在我國研究與應(yīng)用多年，但其研究方向主要集中在農(nóng)作物秸稈還田方面[23-25]。在山東、遼寧等果業(yè)生產(chǎn)大省，缺乏果樹枝條還田技術(shù)方面的研究與應(yīng)用[7]。因此，本試驗(yàn)旨在通過對比秸稈還田和果樹枝條還田在設(shè)施栽培中的應(yīng)用效果差異，為農(nóng)作物廢棄物還田的發(fā)展和利用提供理論參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020 年在山東省留格莊鎮(zhèn)前楊臺村進(jìn)行。試驗(yàn)所用溫室為鋼結(jié)構(gòu)日光溫室，日光溫室內(nèi)土壤為壤土，土質(zhì)均勻、肥力良好，前茬作物為葉菜。選取日光溫室中段15 塊同等面積的栽培區(qū)域作為試驗(yàn)小區(qū)，每小區(qū)面積10 m×1.2 m。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用網(wǎng)紋甜瓜品種為‘魯厚甜1 號’，由農(nóng)戶自行育苗，待幼苗長至三葉一心時(shí)（2020 年2月10 日）定植。

水稻秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈來源于當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)生產(chǎn)田收獲后的干燥秸稈，經(jīng)機(jī)器碾壓、切段，形成長3 cm 左右的細(xì)碎小段。砂梨枝條，來自當(dāng)?shù)厣袄鎴@，經(jīng)過機(jī)器粉碎、干燥、高溫殺菌處理，形成長度≤1 cm、直徑≤3 mm 的碎段。所有秸稈和枝條在還田前，參照劉天平[26]的方法進(jìn)行滅蟲殺卵處理。

1.3 試驗(yàn)處理與方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

網(wǎng)紋甜瓜于2020 年2 月10 日定植，雙行種植，每小區(qū)定植50 株，行株距為50 cm×40 cm。定植前20 d 統(tǒng)一施肥，每667 m2施腐熟雞糞5 000 kg、氮磷鉀（15-15-15）復(fù)合肥30 kg，并深翻。定植前7 d，將4 種試驗(yàn)材料均勻撒在試驗(yàn)小區(qū)，每小區(qū)還田材料用量均為18 kg，采用小型機(jī)械深翻60 cm。定植7 d 后，測定溫室內(nèi)0～60 cm 土層土壤的理化性狀（表1）。共設(shè)5 個(gè)處理：T1 處理，水稻秸稈粉碎還田；T2 處理，玉米秸稈粉碎還田；T3處理，小麥秸稈粉碎還田；T4 處理，梨樹枝條粉碎還田；對照（CK），無還田材料處理，其他管理方式同常規(guī)栽培[27]。

表1 網(wǎng)紋甜瓜定植前各處理土壤理化性狀

1.3.2 土壤理化性狀及微生物數(shù)量的測定

網(wǎng)紋甜瓜定植1 周后，每15 d 測定1 次土壤溫度（土壤30 cm 深處的溫度），統(tǒng)一測定時(shí)間為6：00。

果實(shí)采收結(jié)束后及時(shí)采集土樣進(jìn)行土壤理化性狀及微生物數(shù)量的測定。土壤理化性狀測定采用5 點(diǎn)取樣法，取樣深度0～60 cm。取樣結(jié)束后將樣本分為2 份，分別用來測定土壤基本理化性狀和土壤微生物含量，其中土壤理化性狀（pH 值及全氮、全磷、全鉀、速效氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量）的測定參考王秋菊、鮑根生、王媚臻等[28-30]的方法，土壤微生物（細(xì)菌、真菌、放線菌）數(shù)量的測定參考崔月貞等[31]的方法。

1.3.3 網(wǎng)紋甜瓜生長發(fā)育狀況及果實(shí)品質(zhì)的測定

記錄各處理網(wǎng)紋甜瓜授粉和采收日期。采收結(jié)束后對各試驗(yàn)小區(qū)平均單瓜重進(jìn)行稱量[32-33]，計(jì)算總產(chǎn)量，并及時(shí)拔出瓜蔓，采用孫曉華等[34]和姚黎等[35]的方法測量株高、主根長、莖粗。

每個(gè)處理隨機(jī)選取10 個(gè)甜瓜進(jìn)行果實(shí)營養(yǎng)品質(zhì)的測定，測定部位為果實(shí)中部肉質(zhì)，可溶性固形物含量采用WZS-20 手持式糖度計(jì)（上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司）測定，維生素C 含量采用鉬藍(lán)比色法測定[36]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019 及SPSS 19.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，用LSD 法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同作物廢棄物還田對網(wǎng)紋甜瓜生長發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)的影響

由表2 可知，與CK 相比，4 個(gè)還田處理的授粉日期和采收日期均提前，株高、莖粗和主根長度均增加。其中，以T3 處理效果最為顯著，授粉日期提前5 d，采收日期提前4 d，株高增加21 cm。

表2 不同處理對網(wǎng)紋甜瓜植株生長發(fā)育的影響

從表3 可知，除T1 處理外，其他3 個(gè)還田處理的可溶性固形物含量均顯著高于CK；T3 和T4處理維生素C 含量高于CK，且達(dá)顯著水平；4 個(gè)還田處理的單瓜重均高于CK，其中T2、T3 處理差異達(dá)顯著水平，分別達(dá)1.85、1.87 kg。

表3 不同處理對網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)品質(zhì)的影響

2.2 不同作物廢棄物還田對日光溫室內(nèi)土壤溫度的影響

由表4 可知，與CK 相比，4 個(gè)還田處理均可不同程度地提高土壤溫度，土壤溫度升高幅度總體呈先升高后降低的趨勢，尤其在定植后的前1 個(gè)多月（2 月10 日至3 月18 日），隨著秸稈和枝條的降解，增溫明顯，土壤溫度提高了1.4～3.1 ℃。后續(xù)隨著生產(chǎn)的進(jìn)行和室外氣溫的升高，秸稈降解完成，各處理與CK 地溫相差不大。

表4 不同處理的土壤溫度

2.3 不同作物廢棄物還田對日光溫室內(nèi)土壤理化性狀及土壤微生物數(shù)量的影響

由表5 可以看出，4 個(gè)還田處理的土壤養(yǎng)分含量均有不同程度的提高，其中，T2 處理的土壤全氮、全鉀、速效磷含量分別提高了25.5%、77.2%、124.4%；T4 處理的土壤速效氮含量提高了28.5%；T1 處理的土壤速效鉀和土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高了36.6%、36.9%；T3 處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量提高了39.2%。

表5 采收后不同處理的土壤養(yǎng)分含量

作物廢棄物還田在提高土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量方面效果顯著（表6），4 個(gè)還田處理的土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量均顯著高于CK，其中，T3 處理的土壤細(xì)菌數(shù)量提高了258.2%，T1 處理的土壤放線菌數(shù)量提高了3 711.8%。在真菌數(shù)量方面，T1 和T2 處理與CK 差異顯著。

表6 不同處理的土壤微生物數(shù)量

3 討論與結(jié)論

玉米秸稈、小麥秸稈和果樹枝條是北方常見的幾種農(nóng)業(yè)廢棄物，具有廣泛的應(yīng)用前景[4,7]。本試驗(yàn)通過對4 種常見的農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行還田研究，結(jié)果表明，秸稈和梨樹枝條深埋降解均有促進(jìn)網(wǎng)紋甜瓜植株的生長和提高果實(shí)營養(yǎng)品質(zhì)的作用，同時(shí)可使網(wǎng)紋甜瓜成熟期提前4～5 d，該結(jié)論與前人研究結(jié)果[11,37-39]一致。

楊濱娟等[20]通過秸稈配施不同比例化肥試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)秸稈還田有明顯提高地溫的作用。趙鵬等[40]研究表明，秸稈還田可以提高土壤最低溫度，降低土壤最高溫度，減小土壤溫度的振幅。本試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈和枝條還田可以提高土壤溫度，在網(wǎng)紋甜瓜定植后的前1 個(gè)多月效果尤為顯著，而網(wǎng)紋甜瓜生長最適溫度為25～32 ℃，因此秸稈與枝條還田可有效促進(jìn)網(wǎng)紋甜瓜前期的生長發(fā)育。同時(shí)，秸稈與枝條的降解，可以提高土壤的速效養(yǎng)分、全量養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)作物的生長，這與李亭亭[41]、趙繼浩等[42]、梅楠等[43]的研究結(jié)果一致。趙鵬等[44]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈和枝條還田可使空氣中CO2濃度提高50%以上，本試驗(yàn)由于條件限制，未能對設(shè)施內(nèi)CO2濃度進(jìn)行測定，有待進(jìn)一步研究。

土壤微生物在生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位，參與土壤物質(zhì)循環(huán)與能量流動[45]。前人研究認(rèn)為[13,20,40]，秸稈還田可以提高土壤細(xì)菌、放線菌等多種根際微生物數(shù)量，與本試驗(yàn)結(jié)果相符。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照相比，農(nóng)業(yè)廢棄物還田可以明顯提高土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量，而對真菌數(shù)量作用效果不明顯，該結(jié)果與趙鵬等[40]、王廷峰等[45]、王理德等[46]的研究結(jié)果不同，原因可能是化肥抑制了真菌的生長和繁殖[47]。

王月寧等[48-49]研究表明，秸稈和枝條還田均可提高土壤速效元素的含量，尤其是鉀元素的含量，能有效促進(jìn)植株生長發(fā)育，提高作物產(chǎn)量。韓圓圓等[25]研究表明，果樹枝條還田可提高土壤中多種微量元素的含量，與本試驗(yàn)研究結(jié)果相符。本試驗(yàn)通過秸稈與果樹枝條的對比，認(rèn)為果樹枝條經(jīng)過合理處理后可以達(dá)到秸稈還田的標(biāo)準(zhǔn)，可替代秸稈進(jìn)行還田。

本試驗(yàn)通過田間觀察發(fā)現(xiàn)，不同秸稈與枝條的腐解速率不同。農(nóng)作物秸稈均呈先快后慢的趨勢，前期速率相差明顯，后期分解速率減慢，差異不明顯，與戴志剛、代文才等[50-51]研究結(jié)果相近。與農(nóng)作物秸稈相反，梨樹枝條腐解呈先慢后快的趨勢，原因可能是前期枝條中的木質(zhì)素等物質(zhì)難以分解，這也與趙鵬等[41,45]的研究結(jié)果相近。

綜上所述，秸稈和梨樹枝條還田可以提高土壤養(yǎng)分含量，減緩?fù)寥鲤B(yǎng)分的消耗，并可提高網(wǎng)紋甜瓜果實(shí)營養(yǎng)品質(zhì)。但本試驗(yàn)受限于規(guī)模，在果樹枝條還田對病蟲害與土傳病害傳播等方面，以及對設(shè)施內(nèi)CO2濃度的影響等領(lǐng)域仍有一定的空缺，有待深入研究。