秸秆生物反应堆对大棚葡萄产量和品质的影响

王 颖，孙启原，李金英，王连君

（1.吉林农业大学园艺学院，吉林 长春130118；2.合肥学院，安徽 合肥 230601）

秸秆生物反应堆技术是一项以微生物菌种、植物疫苗等为原料，将农作物秸秆进行定向分解，从而为作物的生长提供所需的二氧化碳、热量、有机质、矿质元素等必要元素的技术[1]。秸秆生物反应堆能够极好的取代传统化肥，不但能在不对土壤造成负面影响的情况下满足植物对生长要素的需求，长期使用还能反馈周围的土壤环境，使土壤疏松透气、肥力充足，是一项可持续产生效益的先进技术。而值得肯定的是，这项技术产生的各种生物效应都是良性循环的，是一项真正的无公害生产技术。将该技术应用于大棚葡萄生产，必将提高葡萄品质，提高经济效益，以促进我国葡萄产业的可持续发展。本试验在大棚葡萄生产中应用内置式秸秆生物反应堆技术，对比不同菌种浓度对“寒香蜜”、“藤稔”两种葡萄的生长发育及产量和品质的影响，尝试找到最佳菌种施用浓度，为广大果农采用该技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

3a生大棚“藤稔”葡萄，“寒香蜜”葡萄。试验用菌种为辽宁宏阳生物有限公司的秸秆生物降解专用菌种，主要成分含量：酵母菌、乳酸菌、光合菌、硝化细菌和放线菌等微生物大于150亿个/g。秸秆反应堆材料为干燥玉米秸秆、麦麸、发酵好的干鹿粪等。

1.2 试验方法

1.2.1试验地点

试验在吉林省长春市绿园区绿丰集团校外教学实践基地进行，大棚为塑料薄膜大棚，入口设在大棚一侧，通风条件良好。大棚占地面积468m2，耕层土壤为壤土。

1.2.2 试验设计

试验以种植寒香蜜葡萄的大棚为大棚1，以种植藤稔葡萄的大棚为大棚2，按行进行小组设置。由于存在边界效应，选取位于中间位置的种植行为试验行，并从大棚入口起第5个植株开始，每5个植株设为1个试验小组，每2个小组之间设置3个植株作为隔离组，依次进行。试验施用菌种浓度从100～180kg/hm2，每10kg/hm2为1个梯度，共设9种菌种施用浓度。每种浓度为1个处理，每个处理设3次重复，在试验行内进行随机排列，每个大棚内共27个试验小组，同时每个大棚内选取1个空白对照组，采取相同的工艺进行挖土及回填，但是不添加秸秆和反应物。

1.2.3 秸秆反应堆的铺设

试验在2013年1～10月之间进行，于1月15日搭建秸秆生物反应堆，采用行间内置式秸秆生物反应堆，于试验种植行一侧堆有机肥，另一侧搭建反应堆。首先于试验所在种植行一侧平行于种植行进行开沟，开沟位置距离植株根部约20cm，沟宽30cm，深40cm，长度与每小区实际长度相等；开沟之后在沟内铺设第一层秸秆，铺匀踏实，将处理好的菌种与麦麸的混合物均匀撒在秸秆上，用铁锹略微拍震，使之填补进秸秆之间的空隙中；之后铺设第二层秸秆，铺匀踏实后将处理好的菌种与麦麸的混合物均匀撒在秸秆上，同样用铁锹拍震后踏实，此时沟内秸秆厚度约30cm；最后在秸秆之上将起土回填一部分，沟两头露出10cm左右秸秆茬，以便及时补充反应堆所需氧气。反应堆建好后，立即进行灌水，灌水过程中要保证秸秆完全被浸湿，灌水之后将剩余的起土进行回填，使秸秆上土层厚度约15cm，填土后反应堆略高于原来地面。此时在反应堆上以20cm为间距进行打孔，打孔时保证完全穿透秸秆层。生长期内每月打孔1～2次，每次打孔位要错开[2]。

1.3 项目测定

1.3.1 大棚葡萄生长发育情况的相关测定

定期观察并记录各处理与对照相应的物候期；每组取10个结果母枝，于葡萄定枝前记录萌发芽眼占结果母枝芽眼总数的百分率平均值以计算葡萄萌芽率；每组取5个果穗，计算葡萄结果数占总开花数的百分率平均值作为葡萄自然结果率；叶绿素为第4～5节功能叶片的叶绿素含量，用分光光度计法进行测定。

1.3.2 大棚葡萄产量和品质的测定1.3.2.1 大棚葡萄产量的测定

当葡萄的浆果完全成熟时，以每个小组为单位分别进行计产，记录每小组内每株葡萄的平均果穗数、平均单果重以及平均每个果穗上的果粒数，进而估算每个处理的预期产量（kg/667m2）。

1.3.2.2 大棚葡萄品质的测定

盛果期各处理每个重复随机采摘5个葡萄果穗进行外观品质和内在品质的测定。采用蒽酮比色法测定可溶性总糖含量；采用折光仪测定可溶性固形物含量；采用NaOH滴定法测定有机酸含量[2-3]。

2 结果与分析

2.1 秸秆生物反应堆技术处理对大棚葡萄生长发育的影响

2.1.1 不同菌种浓度处理对大棚葡萄物候期的影响

表1列出了不同菌种浓度处理下，2个葡萄品种进入相应物候期的日期。由表1可以看出：藤稔葡萄在各菌种浓度处理下均比对照提前进入萌芽期（提前 3～5d）和开花期（提前 3～7d），在100～160kg/hm2菌种浓度处理下，提前了果实成熟期，但在170kg/hm2和180kg/hm2菌种浓度处理下延迟了果实成熟期；对于寒香蜜葡萄来说，不同菌种浓度处理对寒香蜜葡萄的萌芽期、开花期影响较小，浆果开始成熟期明显提前，在120～170kg/hm2菌种浓度处理下，缩短了果实成熟的时间，但是180kg/hm2菌种浓度处理对葡萄果实的成熟有着较显著的抑制。说明秸秆生物反应堆技术处理对葡萄物候期有一定的影响，不同菌种浓度均可提前花期，在120～150kg/hm2浓度范围内可使葡萄果实提前成熟1周左右，可提高经济效益20%左右，但高浓度（170～180kg/hm2）的菌种却可使葡萄的成熟期延迟。

表1 不同菌种浓度处理对葡萄物候期的影响

2.1.2 不同菌种浓度处理对大棚葡萄萌芽率和自然坐果率的影响

表2表明：秸秆生物反应堆技术应用后对同一品种葡萄萌芽率的影响效果差异不显著，但随着处理浓度的提高，均呈现增加趋势；技术的应用对坐果率的影响较大，随着处理浓度的升高，坐果率出现先是上升而后下降的趋势。可以看出藤稔葡萄在150kg/hm2菌种浓度处理下可显著提高坐果率，坐果率增加12.24%；寒香蜜葡萄在150kg/hm2菌种浓度处理下坐果率增加了10.53%。观察中发现两个葡萄品种在170kg/hm2和180kg/hm2菌种浓度处理下产生了很多徒长枝，尤以180kg/hm2菌种浓度处理为多，如果不经处理一定会在第2年之后对葡萄的萌芽率产生不利的影响。这些结果说明秸秆生物反应堆技术处理会不同程度地促进葡萄植株的营养生长和生殖生长，但高浓度的菌种处理会过多的促进葡萄植株的营养生长，反而抑制了生殖生长。对两个葡萄品种来说，藤稔葡萄对于菌种浓度带来的变化较为敏感。

表2 不同菌种浓度处理下葡萄萌芽率和坐果率的变化

2.1.3 不同菌种浓度处理对大棚葡萄叶片叶绿素含量的影响

由图1、图2可见：藤稔葡萄和寒香蜜葡萄在各个处理条件下叶片叶绿素含量均呈现先升高后下降的趋势，在180kg/hm2菌种浓度处理下藤稔葡萄叶片叶绿素含量显著低于其他处理和对照，在120～160kg/hm2菌种浓度处理下叶片叶绿素含量显著高于对照，其中以150kg/hm2菌种浓度处理值为最高；寒香蜜葡萄叶片叶绿素含量也以150kg/hm2菌种浓度处理值为最高。表明两种葡萄对于不同菌种浓度的敏感程度不同，使其叶片叶绿素含量达到最高值的最适菌种施用浓度在120～160kg/hm2之间。

图1 不同菌种浓度处理下藤稔葡萄叶片叶绿素含量

图2 不同菌种浓度处理下寒香蜜葡萄叶片叶绿素含量

2.2 秸秆生物反应堆技术处理对大棚葡萄产量的影响

根据实际调查测得的平均单果重（kg）、单穗平均果粒数（个），以及每株葡萄平均所结的果穗数（个），估算出平均果穗重（kg），平均株产量（kg）及667m2平均产量（kg）的均值列于表3。结果表明：不同菌种浓度处理下的藤稔葡萄产量是呈现明显规律性的，以120～150kg/hm2浓度处理效果最佳，与对照相比均达到显著或极显著水平，160kg/hm2菌种浓度处理效果其次，170kg/hm2菌种浓度处理效果较差，180kg/hm2菌种浓度处理效果最差的变化规律。从寒香蜜葡萄的产量来看，150kg/hm2菌种浓度处理下，株产和667m2平均产量均达到显著水平，其他处理与对照相比不显著。说明不同菌种浓度的施用对不同品种葡萄的产量有着不同的影响。

表3 葡萄产量的相关估算值

藤稔葡萄在150kg/hm2浓度处理下产生的超高产量可视为秸秆生物反应堆的作用所致，与空白组对照后发现，180kg/hm2浓度处理下两种葡萄一致表现出的低产量与菌种施用浓度过高是有着直接关系的，原因是该处理下反应堆在植株生殖生长旺盛的时期恰恰很好地发挥着促进营养生长的作用，从而抑制了生殖生长。

2.3 秸秆生物反应堆技术处理对大棚葡萄品质的影响

2.3.1 秸秆生物反应堆技术处理对大棚葡萄外观品质的影响

在试验中通过观察发现，应用了秸秆生物反应堆的葡萄，相对于未应用的葡萄叶色更深，叶片多呈浓绿色，叶面积大幅提高而叶片加厚，产生了肉眼可见的差异，可见反应堆对植株的营养生长促进作用显著（图3），若反应堆持续保持最大效力将会在后期抑制葡萄的生殖生长。应用了秸秆生物反应堆之后的葡萄看起来更加健壮，通过手拉等物理方式发现它们的叶片和果穗不易脱落，且对物理损伤的抵抗及修复能力较未应用秸秆生物反应堆的葡萄有着显著提高，两种葡萄植株外观均在150kg/hm2菌种浓度处理下表现最优。值得注意的是，在180kg/hm2菌种浓度处理下虽然也出现了上述效应，但是在同一株葡萄上往往体现出以下差异，如：一部分叶片浓绿肥厚，另一些则看起来发育不良、叶色极浅、叶片不足手掌大，看起来仿佛两株处在不同生长期的葡萄密植在一起一样；部分枝条徒长严重，一部分枝条则发育不良，每株葡萄所结的果穗数相对其他组减少了1～2穗（图3.4），严重影响了葡萄产量；同一果穗上，部分葡萄果粒膨大很快，提前于对照组的葡萄染色完全，但是剩下接近一半的果粒直到采收都呈现青绿色或半绿半紫（图3.2），且果粒较小，虽然口感几乎相同，但严重影响了整个果穗的外观品质，且部分果穗排列不紧密，出现易落果等现象。

图3 不同菌种浓度处理下葡萄植株和果实外观

通过观察发现，应用了秸秆生物反应堆的藤稔葡萄在120～150kg/hm2菌种浓度处理下果穗显著增大，果粒着生较紧密，纵横径大幅提高，且着色率较高，着色深度大，着色较匀；果皮较厚、较坚韧，果粒比空白组饱满，质感较硬；果汁酸度较低，口感更好，更加适合鲜食。应用了秸秆生物反应堆的寒香蜜葡萄果穗更大，果粒着生极其紧密，外观匀称，着色较好，口感甜度较高，酸度较低，有明显的蜜糖香味；果皮较薄、较脆，易受物理损伤，试验组比空白组果皮略厚，韧性有所提高；果粒内果汁很多，比空白组的更浓稠。

180kg/hm2浓度处理下，试验组的葡萄则体现出显著的劣势，首先果粒大小不一，藤稔葡萄部分果穗只有几个大果粒完全着色，其他果粒一律没有着色完全；果实酸度较高，口感发涩，明显低于空白组，果粒弹性较差，果皮较其他处理显著增厚，占单果重的很大比例。除此之外，120～140kg/hm2和160kg/hm2浓度处理和150kg/hm2菌种浓度处理之间的区别不大，但以150kg/hm2菌种浓度处理下果实外观品质最佳（图版3.1，图3.3）。

2.3.2 秸秆生物反应堆技术处理对大棚葡萄糖酸含量的影响

表4显示了不同菌种浓度处理下2种葡萄果实可溶性糖含量的对比，可以看到对葡萄来说3种浓度处理下变化幅度不超过2mg/g，但是仍体现出了很显著的规律性。藤稔葡萄可溶性糖含量在150kg/hm2浓度处理下最高，与其他处理和对照达到显著水平，为20.68%；在120～140kg/hm2和160kg/hm2菌种浓度处理下其次，可溶性糖含量为19.59%和19.99%；在170kg/hm2和180kg/hm2菌种浓度处理下最低，可溶性糖含量分别为17.62%和17.10%；有机酸含量随着处理菌种浓度的提高呈现逐步上升趋势，在180kg/hm2菌种浓度处理下达到显著水平，而糖酸比则呈现先升高后下降的趋势。对于寒香蜜葡萄来说，可溶性糖含量在150kg/hm2和160kg/hm2菌种浓度处理下数值高于其他处理和对照，但各处理和对照均未达到显著水平；有机酸含量随着处理浓度的升高呈现逐步下降趋势，故而糖酸比呈现逐渐上升趋势。

综合来看，随着菌种处理浓度的提高，葡萄可溶性糖含量呈现先升高后下降趋势，有机酸含量呈现逐步下降趋势，由此可以认为一定浓度的菌种处理可提高葡萄果实含糖量，降低含酸量，提高糖酸比值；但过于高浓度的菌种处理下会不利于葡萄果实糖分的累积，对葡萄果实口感和营养价值将会造成很大损失，故而认为在120～160kg/hm2菌种浓度范围内的处理对葡萄果实品质的提高有较好的作用，最适菌种浓度为150kg/hm2。

表4 不同菌种浓度处理下葡萄糖酸含量

3 讨论

秸秆作为微生物的养料，在腐烂分解过程中提高了土壤有机质和无机养分含量，改善了土壤理化性质，增强了保肥、保水能力，培肥了地力[4]。秸秆生物反应堆对果蔬的生长发育均有不同的促进作用，如提前花期、提高品质和产量等[5-8]，进而节约成本，增加了经济效益。

以往的研究证实秸秆生物反应堆的效力自搭建起是逐渐升高的，菌种施用浓度一般为130～150kg/hm2，搭建反应堆时间从秋季至春季[9-10]。本试验秸秆生物反应堆搭建时间为早春，从试验结果来看，菌种浓度对反应堆的效力可产生不同程度的影响，是随着菌种浓度的升高而升高的，这与前人研究的结果一致[5，11]，但对于葡萄生长发育及果实品质来说则并不是随着菌种浓度的升高而促进和改善，而是呈现先升高后抑制的现象。分析其原因认为搭建反应堆的时间应在葡萄采收后一定时间进行，以确保反应堆从葡萄开始生长时就发挥最大效力，而到了花期之后反应堆的效力自然降低或进行一定人为控制使其效力适当降低。试验中虽然发现两个葡萄品种对反应堆菌种浓度的要求有着一定程度的差别，但综合来看，在早春搭建反应堆时适合的菌种浓度应为150kg/hm2，考虑到节约成本，认为秋季搭建反应堆最适菌种浓度为180kg/hm2。让广大果农能够直接依照该标准进行生产，达到最大生产效益。

试验基地葡萄生产的执行标准为绿色果品生产标准，不使用农药和化肥。试验中发现前期一些试验组的葡萄发生了轻微虫害，但是随着反应堆效力的发挥，这些虫害自然得到了抑制，这提示了我们在反应堆建成前期不能忽略其效力不足带来的损失。通过估算秸秆生物反应堆技术的应用对大棚葡萄栽培的增收效益显著，可增加20%以上的经济效益，能够有效提高果品品质，且完全符合生产绿色果品的相关标准，引用该技术将对北方各省经济和果树产业的发展带来很大进步。

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［2］邹琦.植物生理学实验指导［M］.3版.北京：中国农业出版社，2000：56-86.

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