秸秆生物反应堆对设施番茄产量和品质的影响

刘中良 高昕 谷端银 张艳艳 焦娟 高俊杰

摘    要：以番茄（Solanum lycopersicum）品种‘迪维斯为试材，利用内置式秸秆生物反应堆，探讨秸秆生物反应堆用量对设施连作严重地区番茄生长、品质及产量的影响。结果表明，与对照相比，秸秆生物反应堆能明显提高温室CO2浓度和气温，其中，7：00温室CO2浓度为最高，各处理高于对照825～1 162.7 mg·kg-1;气温于14：00最高，各处理较对照提高0.7～2.3 ℃;维生素C含量以T3处理最大，为135.2 mg·kg-1，较对照增加2.7%，但各处理间差异不显著;可溶性糖含量变化趋势与维生素C含量变化趋势类似;有机酸含量以对照最大，为0.38%，处理间差异达显著水平;糖酸比以T1处理最佳，为8.46;各处理设施番茄产量为121 236.0～127 227.0 kg·hm-2，较对照增产3.21%～8.31%。

关键词：秸秆生物反应堆;番茄;产量;品质

中图分类号：S641.2          文献标识码：A         DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.01.002

Abstract： Taking the tomato （Solanum lycopersicum） cultivar 'Dives' as test object， the effect of the straw biological reactor on the facility environment， tomato growth， quality and yield was studied by using the built-in straw biological reactor. The results showed that the straw biological reactor could increase the greenhouse CO2 concentration and air temperature compared with CK， The greenhouse CO2 concentration reached the highest at 7：00 in the morning， which were higher than CK by 825～1 162.7 mg·kg-1， while the air temperature were the highest at 14：00， increased by 0.7～2.3 ℃. The Vc content was the highest under T3 treatment for 135.2 mg·kg-1， and increased by 2.7% compared with CK， there was no significant difference among each treatment. The change trend of soluble sugar content was similar to that of Vc content. The organic acid content of CK was the highest for 0.38%， there were significant difference among each treatment. The sugar-acid ratio under T1 treatment was the best for 8.46. The tomato yield of each treatment were 121 236.0～127 227.0 kg·hm-2， which was 3.21%～8.31% higher than CK.

Key words： straw biological reactor; tomato（Solanum lycopersicum）; yield; quality

我國是一个农业生产大国，也是农业废弃物产出大国[1]。据估算，我国农作物秸秆每年总产量为6.5×108 t左右，其中，玉米秸秆为2.2×108 t，2/3用于废弃或焚烧，不仅造成了资源浪费、环境污染，而且影响着土壤生态系统[2]。番茄（Solanum lycopersicum）为北方秋冬设施蔬菜主栽品种之一，近年来，随着设施蔬菜产业集约化生产的发展，以及种植户对高经济效益的追求，过量肥水等粗放管理问题严重，连作障碍现象日益加剧，导致设施番茄根结线虫等地下病虫害发生传播，土壤盐渍化积累、菌群严重失衡，严重影响了设施番茄产业的可持续发展[3-5]。时立波等[6]研究认为，随着连作年限增加，番茄土壤根结线虫数量随之上升;郭文龙等[7]研究表明，温室次生盐渍化程度与利用年限呈正相关;马宁宁等[8]研究认为，长期连作改变了土壤细菌和真菌多样性。为了解决这一难题，国内外农业科学工作者对秸秆肥料化[9]、基质化[10]、炭质化[11]等方面进行了大量研究。

秸秆生物反应堆技术是农业废弃物资源化利用的一种模式，以调控环境提高作物的产量和品质，目前，在设施黄瓜[12]、西瓜[13]等蔬菜上应用广泛。王宇先等[14]研究表明，反应堆技术处理大棚香瓜气温较常规栽培增加2.39 ℃，产量增加28.46%;刘杰才等[15]研究认为，反应堆处理提高了大棚CO2浓度，增加了黄瓜叶片叶绿素含量，提升光合效率，为增产奠定基础;宋尚成等[16]研究发现，秸秆反应堆处理可显著改善西瓜连作地块微生物数量和酶活性，在黄瓜[17-18]上亦有报道。秸秆反应堆在设施番茄产量和品质方面的研究表明，秸秆反应堆改善了设施温度等环境，提高了番茄光合性能，增加了产量，提升了品质[19-20]。

为探索适宜华北日光温室的番茄秸秆反应堆技术，促进土壤良性循环，实现持续高产优质，本研究重点探讨了山东连作严重地块秸秆反应堆对日光温室环境、番茄产量及品质的影响，旨在为秸秆反应堆合理应用提供参考和依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试番茄品种为‘迪维斯，上海种都种业科技有限公司提供;生物反应堆材料为玉米秸秆，当地大田收获;菌种为‘速腐菌种，北京盛达华泰农业科技有限公司生产;育苗基质为泰安市根沃生物科技有限公司生产。

1.2 试验设计

试验于2017年9月—2018年2月在泰安市农业科学研究院研究示范基地日光温室进行，位于泰安市岱岳区良庄镇（E117°26'，N35°95'）。试验温室地力中等、沙壤土，土壤有机质含量1.25 g·kg-1，碱解氮含量为95.2 mg·kg-1，有效磷含量为48.7 mg·kg-1，速效钾含量为128.1 mg·kg-1。设置3个反应堆量：45 000 （T1），60 000 （T2），75 000 kg·hm-2（T3），以0 kg·hm-2为对照（CK），采用内置式大小行（100 cm×50 cm）铺设玉米秸秆，小行挖1条宽50 cm、深25 cm的沟，把玉米秸秆铺匀填入沟内，行两端露出部分秸秆，以利通气，浇透水，撒施菌种（1 278.5 kg·hm-2），覆土20 cm，每个处理3次重复，随机排列，小区面积48 m2。定植前30 d采用72孔穴盘育苗，播种前将种子放入50～55 ℃热水中浸种15 min，浸种时要不停地搅拌，至水温30 ℃左右，再浸种8 h，置于人工气候室（28 ℃）中催芽，待70%出芽播种。当幼苗茎粗达0.5 cm以上，叶片深绿，无病斑，节间短，株高15～20 cm，真叶4～5片，根系布满基质时定植。9月2日定植，行距50 cm、株距40 cm，33 345 株·hm-2。常规管理，5层果摘心。

1.3 测定项目及方法

利用TPS-Ⅱ便携型光合仪于12月25日测定温室内外的CO2浓度，采用TNHY-4农业环境监测仪测定气温;株高、茎粗分别于定植后15，60 d采用游标卡尺测定，每处理测量10株，重复3次。待第3层果成熟时，测定果实品质指标，维生素C、可溶性糖和有机酸含量分别采用2，6-二氯酚靛酚比色法、蒽酮比色法和滴定法测定[21]。待番茄果实成熟后分批采收，统计不同处理每株番茄的果实数、单果质量和产量。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS 18.0和 Excel软件进行处理并作图。

2 结果与分析

2.1 秸秆生物反应堆对温室CO2浓度和气温日变化的影响

从图1可以看出，7：00—17：00，外界CO2浓度（SW）稳定在420 mg·kg-1左右;而温室内的CO2浓度则呈先降低后上升的趋势，且各处理之间CO2浓度均表现为T3>T2>T1>CK。7：00的CO2浓度为最高，T1，T2，T3以及CK的浓度分别达到2 393.6，2 522.4，2 661.3，1 498.6 mg·kg-1;7：00以后，随着光照强度的增强，以及午间通风的原因，温室内3个处理的CO2浓度急剧下降;到14：00，CK温室的CO2浓度降到最低点，为462.8 mg·kg-1，略高于大气CO2浓度，且没有显著差异;到15：00，T1，T2和T3处理的CO2浓度降到最低点，分别为497.7，526.5，668.4 mg·kg-1，均高于CK和大气中的CO2浓度。

如图2所示，随着日照强度逐步增大，气温急剧上升，到14：00达到最大，其中生物反应堆T1、T2和T3处理温室的气温分别达到27.2，27.8，28.7 ℃，较CK提高0.7～2.3 ℃;14：00以后，各处理的气温逐步降低，到第2天8：00降到最低点。

2.2 生物反应堆对设施番茄生长发育的影响

由表1可知，秸秆生物反应堆的设施番茄株高和茎粗均高于对照，其中，定植后15 d，株高以T3为最大，与T2处理比较差异不显著，二者均显著高于T1处理和CK;茎粗为0.56～0.82 cm，T1、T2和CK间无显著性差异，T3与CK间差异显著。定植后60 d，株高和茎粗均表现为T3>T2>T1>CK，其中T3与T2差异不显著，二者均显著高于CK。

2.3 生物反应堆对设施番茄品质的影响

表2结果显示，不同用量的生物反应堆处理显著提高设施番茄品质。T3处理维生素C含量最大，达135.2 mg·kg-1，较CK增加2.7%;其次依次为T2，T1，分别为134.4，132.8 mg·kg-1，各处理间差异均不显著。可溶性糖含量变化趋势与维生素C含量变化趋势类似，随着生物反应堆量的增加呈现增加趋势，至T3处理达最大，为3.12%，比CK增加0.26个百分点，二者间差异显著，T2，T1与CK间无显著差异。有机酸含量以CK最大，为0.38%，显著高于生物反应堆处理。糖酸比以T1处理最佳，为8.46。

2.4 生物反应堆对设施番茄产量的影响

产量是评价秸秆生物反应堆效益的一项重要指标。由表3可知，单株果数为16.7～19.9个;T3处理平均单果质量最大，为0.205 kg，较CK增加7.89%，与T1，T2处理间无显著差异，与CK间差异显著;各秸秆生物反应堆处理的设施番茄产量为121 236.0～127 227.0 kg·hm-2，较CK （117 463.5 kg·hm-2）增产3.21 %～8.31%，除T2和CK差异不显著外，各处理间差异显著。

3 结论与讨论

本研究表明，秸秆生物反应堆可提高日光温室CO2浓度和气温，有利于设施蔬菜在寒冷季节生长及光合速率提高[22]，这与秸秆生物反应堆填埋后经土壤微生物分解，放出大量CO2、热量等有关。研究结果与叶琳等[19]、李波等[23]研究结果一致。定植后15，60 d的株高均以T3最大，分别为43.8，147.7 cm，茎粗与株高变化趋势类似;这与何志刚等[24]研究认为秸秆反应堆+复合功能菌效果最佳的结果一致。维生素C和可溶性糖含量以T3处理最大，分别为135.2 mg·kg-1和3.12%，较CK分别增加2.7%和0.26个百分点;糖酸比以T1处理最佳，为8.46，这与秸秆腐熟过程中，提高了土壤有机质及植物生长的必需元素与微量元素，改善土壤理化性质有很大关系[25]。也有研究表明，秸秆反应堆不仅能增加土壤有机质含量，而且能有效提高土壤肥力，有机质含量与土壤氮磷钾含量存在着线性相关性，有利于作物高产。对于连作严重设施菜田，秸秆反应堆抑制了地面水分的蒸发，改良了盐渍土，又培肥地力，改善了作物的根部环境[26-27]。本研究中产量以T3处理最高，达127 227.0 kg·hm-2，这与反应堆提高设施连作番茄光合特性、土壤养分等有很大关系。雷帅等[28]研究认为，反应堆可以明显提高设施连作5年地块番茄光合速率15.88%;张雪艳等[29]研究表明，秸秆反应堆可有效增加连作土壤中的有机质、速效氮磷钾含量，降低EC值等。此外，秸秆填埋量也不是越大越好，若填埋过多时，秸秆不容易完全腐爛，容易引起病虫害的发生，并阻碍作物的正常生长。

本研究表明，秸秆生物反应堆可明显提高温室温度、CO2浓度，增加番茄产量，改善品质。通过试验研究证明了秸秆反应堆技术在北方连作障碍严重温室生产蔬菜的可行性。其中，75 000 kg·hm-2下增产效果最好，而秸秆反应堆对土壤性质的长期影响效应还有待深入研究。

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收稿日期：2018-05-29

基金项目：山东省重点研发计划项目（2018GNC110037）;山东省现代农业产业体系蔬菜创新团队项目（SDAIT-05-09）

作者简介：刘中良（1984—），男，山东台儿庄人，农艺师，硕士，主要从事设施蔬菜栽培生理研究工作。

通讯作者简介：高俊杰（1970—），男，山东潍坊人，研究员，博士，主要从事设施蔬菜基质栽培研究工作。