稻殼覆施技術對棚內濕度的調控效果以及番茄長勢和晚疫病抗性的影響

王成港，趙琳，趙麗麗，艾聰聰，盛慧，王玉姣，孟哲，朱春原，李壯，張修國*

（1.山東師范大學生命科學學院，山東 濟南 250013；2.山東農業大學植物保護學院/山東省蔬菜病蟲生物學重點實驗室，山東 泰安 271018；3.山東業大學生命科學學院，山東 泰安 271018）

稻殼為稻粒脫殼后的殘留物，產量占稻谷加工生產線原糧總量的20%。稻殼是農業生產中重要的生物資源，據國家統計局公布的2020年全國糧食生產數據，我國年稻谷產量為2 118.5億kg，其中稻殼產量約423.7億kg，且稻谷產量呈逐年上升趨勢，因此稻殼產量勢必逐年增加[1]。稻殼主要由纖維素、半纖維素、木質素，以及少量灰分和其他成分組成[2]。在夏季高溫季節將稻殼堆積使其溫度高達40℃以上處理1個月左右，易于促進纖維分解菌、半纖維分解菌、芽孢桿菌、放線菌、蛋白分解菌等適宜高溫環境條件的有益微生物大量生存與繁殖，加速稻殼纖維、蛋白等有機物的分解，增加稻殼堆積物的有機營養物質含量。國內研究報道，秸稈反應堆耕施于日光溫室菜田，可有效提高土壤溫度和有機質含量，促進蔬菜健壯生長，增強蔬菜作物的抗病性[3～5]。大量研究表明，秸稈和稻殼還田覆蓋可以明顯促進作物生長，有效改善土壤環境，提高蔬菜產量和品質[6～11]。但截至目前，將經反應堆處理的稻殼適時在冬季大棚蔬菜行間覆施，有關稻殼覆施技術對蔬菜大棚生態環境的調控效果以及對蔬菜生長和抗病性的影響效果評價尚缺乏研究。

番茄（Solanum lycopersicum）是中國乃至世界許多國家大面積種植的果菜類蔬菜，也是中國設施蔬菜栽培面積較大的蔬菜作物之一[12～14]。長期以來，傳統栽培技術難以持續提高番茄產量和改善果實品質，也難以持續有效控制番茄晚疫病和其他病害的發生與為害，且病害防治主要依靠化學農藥。室溫20～25℃、相對濕度80%以上有利于番茄晚疫病的發生與為害[15]。因此，生產上迫切需要研創新型高效綠色栽培技術，以有效改善大棚生態環境，促進番茄健壯生長，提高植株抗病性，減少化學農藥的施用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

番茄品種為紅燈籠，由濟南市萊蕪明利蔬菜種植專業合作社提供。

稻殼購自濟寧市任城區農副產品市場。在夏季高溫季節，將稻殼堆積并覆膜密封后高溫自然處理20～30 d，備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2020年10月～2021年6月在濟南市萊蕪明利蔬菜合作社大棚內進行。2020年10月12日將番茄苗定植在行距0.9 m、行長8 m的高壟上，緩苗期在行間覆蓋施用稻殼。試驗行間稻殼用量設10 kg（T1）、15 kg（T2）和20 kg（T3）3個處理，以未覆施稻殼處理為對照（CK）。每大棚進行1個處理，3次重復。大棚番茄其他管理措施同常規。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 大棚室內濕度。番茄定植前，每棚室內均均勻選擇5處，將空氣濕度計懸掛于距地面高約0.6 m處。分別在番茄幼苗期、開花坐果期、結果期、成熟期，利用空氣濕度計連續3 d進行濕度記錄，每天記錄時間為6：00至翌日6：00，間隔3 h記錄1次。將連續3 d的平均濕度作為該番茄生育期的棚內濕度。

1.2.2.2 番茄植株地上部生長指標。分別在番茄幼苗期、開花坐果期、結果期、成熟期，每棚室內均采用5點取樣法，每個點均選擇5株番茄，測定株高（植株基部至最高處的長度）、莖粗（莖最大粗度）和葉面積。其中，株高測量采用卷尺；莖粗測量采用游標卡尺；葉面積根據葉片長×寬計算得到，每株番茄均選擇植株中部3片葉，利用直尺測量葉長和葉寬。

1.2.2.3 番茄根系生長指標。分別在番茄幼苗期、開花坐果期、結果期、成熟期，每棚室內均采用5點取樣法，每點均選擇5株番茄，測定植株根系干重和根系活力。其中，根系干重測定采用萬分之一天平；根系活力測定采用TTC法[16]。

1.2.2.4 番茄植株葉綠素含量和光合參數。分別在番茄幼苗期、開花坐果期、結果期、成熟期，每棚室內均采用5點取樣法，每點均選擇葉片充分展開的番茄植株5株，測定葉片葉綠素含量和光合參數（光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率）。其中，葉綠素含量測定采用丙酮乙醇混合液法；光合參數測定采用Li-6400型便攜式光合測定系統。

1.2.2.5 番茄晚疫病發生與為害。分別在番茄幼苗期、開花坐果期、結果期、成熟期，每棚室內均采用5點取樣法，每點均選擇5株番茄，根據番茄晚疫病分級標準（表1），調查番茄晚疫病的發生情況。每7 d調查1次，連續調查3次。

表1 番茄晚疫病分級標準Table 1 Grading standard of tomato late blight

根據公式，計算病情指數和相對防效：

病情指數=∑（各級病葉數×各級代表植）/（調查總葉數×最高級代表值）×100

相對防效=（對照病情指數-處理病情指數）/對照病情指數×100%

1.2.3 數據處理方法 采用Microsoft office 2010和Graphpad prism 8.0軟件進行數據處理、制表和繪圖，采用SPSS 18.0統計軟件進行數據的差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同用量稻殼覆施處理對番茄生育期棚內濕度的影響

高濕是導致番茄晚疫病發生的關鍵因子。濕度增大會導致番茄晚疫病發生嚴重，降低濕度則有利于抑制番茄疫霉菌的繁殖與侵染。

所有處理的棚內濕度均隨番茄生育進程而逐漸升高；但同一生育期，稻殼覆施處理的棚內濕度均＜CK，指標值隨稻殼用量的增加而逐漸降低，且除T1處理成熟期外，其他稻殼覆施處理各時期的指標值均與CK差異達到了顯著水平，幼苗期、開花坐果期、結果期、成熟期棚內濕度分別較同期CK降低了11.65%～40.16%、17.26%～42.21%、17.04%～37.05%和11.26%～34.88%（表2）。

表2 不同用量稻殼覆施處理對番茄生育期棚內濕度的影響Table 2 Effect of different rice husk mulching treatments on humidity in greenhouse during tomato growth period

不同用量稻殼覆施處理的棚內濕度差異較大。幼苗期和成熟期，3個處理的棚內濕度差異均達到了顯著水平；開花坐果期，T3處理的棚內濕度明顯較低，而T1與T2處理差異不顯著；結果期，T2與T3處理的棚內濕度差異不顯著，但二者均與T1處理差異達到了顯著水平。

可以看出，采用稻殼覆施技術可以顯著降低大棚番茄生育期的棚內濕度，其中T3處理效果最好。

2.2 不同用量稻殼覆施處理對大棚番茄植株長勢的影響

所有處理的大棚番茄株高、莖粗、葉面積、根系活力和根系干重均隨番茄生育進程而逐漸增加；但同一生育期，稻殼覆施處理的指標值均＞CK，且指標值均隨稻殼用量的增加而逐漸增加，但不同用量處理的影響效果不盡相同，其中T3處理的所有指標值均與CK差異達到了顯著水平，T2處理除幼苗期和結果期葉面積外的其他指標與CK差異也均達到了顯著水平，而T1處理大多數時期指標值與CK差異不顯著（表3）。

表3 不同用量稻殼覆施處理對大棚番茄植株生長的影響Table 3 Effects of different rice husk mulching treatments on tomato plant growth in greenhouse

不同用量稻殼覆施處理的番茄地上部生長和根系發育指標差異較大。T3處理的指標值均為最高，與T1處理相比，除成熟期株高差異不大外，其他指標差異均達到了顯著水平；與T2處理相比，大多數時期差異不顯著。

所有處理的根系活力均隨番茄生育進程而逐漸升高；但同一生育期，稻殼覆施處理的根系活力均＞CK，指標值隨稻殼用量的增加而逐漸增加，且除T1處理成熟期和幼苗期外，其他稻殼覆施處理各時期的指標值均與CK差異達到了顯著水平。不同用量稻殼覆施處理的根系活力差異較大，番茄生育期T2與T3處理的根系活力始終差異不顯著，但二者均與T1處理差異達到了顯著水平。

所有處理的根系干重均隨番茄生育進程而逐漸升高；但同一生育期，稻殼覆施處理的根系干重均＞CK，指標值隨稻殼用量的增加而逐漸增加，且除T1處理幼苗期和成熟期外，其他稻殼覆施處理各時期的指標值均與CK差異達到了顯著水平。不同用量稻殼覆施處理的根系活力差異較大，幼苗期和結果期，3個處理的根系干重差異均達到了顯著水平；開花坐果期和成熟期，T2與T3處理的根系干重差異不顯著，但二者均與T1處理差異達到了顯著水平。

可以看出，采用稻殼覆施技術可以提高大棚番茄生育期的根系活力，促進植株地上部和根系良好生長，其中T3處理效果最好。

2.3 不同用量稻殼覆施處理對大棚番茄葉片光合參數的影響

2.3.1 葉綠素含量 所有處理的大棚番茄葉綠素含量均隨番茄生育進程呈先增加后降低的變化，且指標值均以幼苗期最低，最高值除T3處理出現在開花結果期外其他處理均出現在結果期；但同一生育期，稻殼覆施處理的番茄葉綠素含量均＞CK，指標值均隨稻殼用量的增加而逐漸增大，且除T1處理成熟期外，其他稻殼覆施處理各時期的指標值均與CK差異達到了顯著水平（圖1）。

圖1 不同用量稻殼覆施處理對番茄葉片葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of different rice husk mulching treatments on chlorophyll content in tomato leaves

不同用量稻殼覆施處理的番茄葉綠素含量差異較大。幼苗期和成熟期，3個處理的葉綠素含量差異均達到了顯著水平；開花坐果期和結果期，T3處理的葉綠素含量明顯較高，而T1與T2處理差異不顯著。

可以看出，采用稻殼覆施技術可以明顯提高大棚番茄生育期的葉片葉綠素含量，其中T3處理效果最好。

2.3.2 葉片光合特性 所有處理的大棚番茄葉片光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率均隨番茄生育進程呈先增加后降低的變化，且除氣孔導度為T2處理在開花坐果期最大、其他處理均在結果期最大外，其他3個指標均以結果期最大；但同一生育期，稻殼覆施處理的指標值均顯著＞CK，且指標值均隨稻殼用量的增加而逐漸增大，而不同用量處理的影響效果不盡相同，其中T3處理的所有指標值在大多數時期與T1和T2處理差異較大（表4）。可以看出，采用稻殼覆施技術可明顯增強大棚番茄生育期的葉片光合作用，其中T3處理效果最好。

表4 不同用量稻殼覆施處理對番茄葉片光合特性的影響Table 4 Effects of different rice husk mulching treatments on photosynthetic characteristics of tomato leaves

2.4 不同用量稻殼覆施處理對番茄番茄晚疫病的防治效果

所有處理的番茄晚疫病發生程度均隨番茄生育進程呈逐漸加重趨勢（圖2），與棚內濕度逐漸增大的變化趨勢一致。幼苗期至成熟期，隨著番茄營養生長—營養生長與生殖生長并進—生殖生長的發育進程，番茄需水量增加，灌水次數增多，致使棚室內相對濕度逐漸增大，有利于番茄疫霉菌的繁殖、傳播與侵染，易導致番茄晚疫病發生為害程度逐漸加重。

圖2 不同用量稻殼覆施處理對番茄晚疫病發生的影響Fig.2 Effects of different rice husk mulching treatments on the occurrence of tomato late blight

同一生育期，除了開花結果期的T1處理，稻殼覆施處理的番茄晚疫病病情指數均顯著＜CK，且指標值隨著稻殼用量的增加而逐漸降低，相對防效為19.1%～44.9%。

不同用量稻殼覆施處理的番茄病情指數差異較大。結果期和成熟期，3個處理的病情指數差異均達到了顯著水平；幼苗期和開花坐果期，T2與T3處理的病情指數差異不顯著，但二者均與T1處理差異達到了顯著水平。

可以看出，采用稻殼覆施技術可明顯降低大棚番茄生育期晚疫病的發生程度，其中T3處理防效最好。

3 結論與討論

稻殼經高溫堆積反應后有益微生物數量和有機營養物質含量增加，覆施于保護地菜田后，可以改善保護地蔬菜的生長環境，促進蔬菜生長發育，提高植株的抗病性，但不同蔬菜品種的指標變化不盡相同。目前，國內外對稻殼在蔬菜種植上的應用研究主要集中在覆蓋稻殼生物反應堆[17]、施用稻殼生物炭[2，18]、稻殼復配基質栽培[19]等。前人關于稻殼覆蓋對設施番茄的影響報道較多，但大多是針對促進番茄生長發育、改善土壤環境、提高番茄產量和品質進行的，缺乏稻殼覆施處理對大棚生態環境的調控和番茄抗病性的影響效果評估。許多關于促進大棚番茄長勢的研究只是注重了稻殼處理對大棚番茄單方面影響的比較，未從稻殼不同施用量對番茄植株地上部生長、根系發育、光合效率和抗病性等多方面進行綜合評價，無法客觀顯示覆施稻殼處理與大棚番茄各方面指標變化的聯系。本試驗中，在大棚番茄緩苗期于行間覆施不同用量經反應堆處理的稻殼，通過對不同用量稻殼覆施處理下大棚番茄生育期棚內濕度以及番茄株高、莖粗、葉面積、根系活力、根系干重、光合效率和抗病性等指標的差異顯著性分析，比較全面、客觀地評價了稻殼覆施技術對大棚番茄長勢和抗病性的增強效果。

株高、莖粗、葉面積、根系活力、根系干重和光合效率是反映植物生長活力的指標，將這些指標進行綜合分析才能客觀反映出不同用量稻殼覆施對大棚番茄長勢的促進效果。前人研究表明，秸稈處理作物能夠提高葉綠素含量和光合效率，增強作物長勢[3，20～24]；大棚覆蓋稻殼處理可以改善大棚土壤環境，提高土壤有機質含量，促進作物株高和莖粗生長[6]；稻殼生物反應堆栽培技術能夠增強大棚甜瓜的長勢[17]；稻殼還田可以提高設施青椒的品質和產量[25]；稻殼覆蓋可以提高辣椒葉片葉綠素含量，增強植株長勢[26]。本研究條件下，試驗用量稻殼覆施處理的大棚番茄株高、莖粗、葉面積、根系活力、根系干重和光合效率均高于未覆施稻殼處理（CK），采用稻殼覆施技術可以促進大棚番茄長勢和光合作用的提高，這與前人研究結果一致。綜合來看，在行長8 m、行距0.9 m的大棚番茄行間覆施經反應堆處理的稻殼20 kg，對促進番茄不同生育期的植株地上部和根系長勢均具有突出效果。稻殼覆施技術是促進大棚番茄長勢的新型栽培技術，研究結果可為大棚生產上稻殼覆施量的確定提供有效依據。

病情指數是反映番茄晚疫病發病率與嚴重度的綜合指標。棚內相對濕度反映了大棚番茄的生長環境情況，降低棚內濕度是減少番茄晚疫病流行發生的關鍵。前人研究結果和生產實踐表明，秸稈生物反應堆降解可以產生多種有益微生物，改善土壤環境，減少土傳病害的流行發生，提高作物的抗病性[27～29]；秸稈還田淹水處理能夠改善辣椒生產大棚的土壤環境，從而有效防控辣椒疫病的發生[30]；秸稈生物反應堆處理能有效改善土壤環境，對黃瓜根結線蟲病和枯萎病具有一定的防治作用[5]。以往研究成果大多是關于秸稈處理對蔬菜作物抗病性的影響，而有關稻殼處理對保護地蔬菜作物的病害防控報道相對較少，且數據不夠全面、客觀。本研究條件下，不同用量稻殼覆施處理的大棚番茄生育期棚內相對濕度和番茄病情指數均顯著降低，且二者變化趨勢一致，說明采用稻殼覆施技術可以顯著降低大棚番茄生育期的棚內濕度，從而有效抑制番茄晚疫病的發生與為害。采用稻殼覆蓋栽培技術，不僅可以改良土壤環境，增強植株長勢，還可以降低棚內相對濕度，改善大棚生態環境，從而有效抑制病害的發生與為害。本研究結果顯示，在行長8 m、行距0.9 m的大棚番茄行間覆施經反應堆處理的稻殼20 kg，對降低番茄晚疫病發病率和發病程度均具有突出效果。本研究結果為生產中推廣應用稻殼覆蓋栽培技術進行設施保護地番茄晚疫病等病害的防控提供了技術支撐。

本研究結果表明，大棚番茄緩苗期在行長8 m、行距0.9 m的番茄行間覆施經反應堆處理的稻殼20 kg，不僅可有效增強不同生育期番茄的植株長勢，還可明顯抑制番茄晚疫病的發生與為害。稻殼覆施栽培技術通過降低棚內空氣濕度、增強大棚番茄長勢，有效抑制大棚蔬菜病害的發生與為害，減少農藥用量，有望成為我國北方地區保護地番茄生產的新型綠色栽培技術。本研究建立的設施蔬菜新型無公害栽培技術，實施成本低、操作方便、節時節力，便于在我國北方設施蔬菜產區大面積推廣應用，可以為我國綠色蔬菜產業發展提供有效的技術支撐；還可以將稻殼資源合理化利用，有效降低稻殼隨意丟棄造成的環境污染，有助于實現經濟可持續發展，實現發展綠色農業的理念。