秸秆生物反应堆对设施‘夏黑’葡萄生长发育的影响

2020-10-29杨桂丽王昊马文礼陈永伟卜建华靳韦

中外葡萄与葡萄酒 2020年6期

杨桂丽，王昊*，马文礼，陈永伟，卜建华，靳韦

（宁夏农垦农林牧技术推广服务中心，宁夏银川 750001）

我国作为世界农业大国之一，农作物秸秆资源极其丰富。随着每年粮食产量的不断增加，所产生的农作物秸秆量还在逐年升高，年均增长率为2.38%[1]。但是我国对农作物秸秆的利用率仍然较低，大部分用作发电和秸秆燃料被焚烧，小部分则直接被丢弃在田间。秸秆的焚烧和丢弃不仅造成资源浪费，而且还严重影响我国的生态环境和人民的生命健康[2-4]。当前，农作物秸秆的资源化利用逐渐成为热点，利用秸秆生物反应堆技术将秸秆作为可再生资源，对提高土壤肥力和作物产量具有显著的效果[5-6]。

中国葡萄栽培面积位居世界第二，其中设施葡萄的栽培面积则为全球最大。设施栽培经济效益显著高于露地栽培，因此设施葡萄优质丰产栽培相关的技术研究尤为重要[7]。葡萄的生长发育对地温、气温、CO2浓度等环境因素极为敏感。葡萄根系不耐寒，当地温低于10 ℃时，葡萄停止生长；当地温达到8～10 ℃以上时，葡萄根系才开始活动，地上部分亦进入伤流物候期；当地温上升到20～25 ℃时，根系进入生长最旺盛的时期[8]。在宁夏吴忠、贺兰、中卫等地，当冬季外界温度在-20 ℃以下时，日光温室内温度基本在0 ℃左右，部分地区日光温室内还会出现短期0 ℃以下的低温[9]。而通过秸秆生物反应堆技术将这一可再生能源与特殊菌种相结合，利用秸秆发酵产生植物所需的CO2、热量及矿质元素等，可以有效地提高日光温室的地温、气温和CO2浓度，改善植株生长发育环境，增强其抗性，从而提高作物的产量与品质[10-12]。本试验针对宁夏地区冬季日光温室葡萄生长过程中存在的地温低、生育期迟等问题，研究利用秸秆生物反应堆技术对设施葡萄生长发育，以及不同土层、不同天气的温度变化规律的影响，以期为秸秆生物反应堆技术在设施葡萄生产中的推广应用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试材为4年生‘夏黑’葡萄，地点位于宁夏吴忠市巴浪湖农场设施园艺基地日光温室（长80 m，宽8 m），土壤质地为壤土。试验采用内置式秸秆生物反应堆，原料选取当年收获后粉碎的玉米秸秆，使用量为52.5 t/hm2；腐熟剂选用秸秆腐熟剂，含有嗜热侧孢霉、芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌，且总菌数≥5×107cfu/g。

1.2 试验设计和方法

分别为使用秸秆生物反应堆（C1）和未使用秸秆生物反应堆对照（CK），在两个日光温室内进行。温室管理措施保持一致。试验采用完全随机设计，温室内每27.3 m为1个小区，重复3次（前段、中段和后段）。

1.3 测定指标及方法

将电子温度计插于温室距离葡萄树干50 cm处的不同土层（地表下10、30、50 cm）。同时，地面上方150 cm处放置一个温度记录仪，记录24 h地温及室温变化，采集时间间隔为1 h。随机选取小区内9株树，并在每株上选取1个新生枝条进行标记，分别测定叶片数和新梢长度。

待花序完全脱落后出现果穗时，用游标卡尺测量果穗长度，每10 d测定一次；果实成熟后，采集标记的植株上的果穗，同时随机选取果穗上中下共20粒果。用游标卡尺测定果穗的长度以及果粒的横径与纵径，用天平测定果穗和果粒质量。

温度采用杭州路格科技有限公司生产的温湿度记录仪（型号：L95-2）进行测定。试验数据采用Excel 2010软件和SPSS 22.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆生物反应堆对日光温室地温及气温的影响

图1显示，经过秸秆生物反应堆处理的土温整体表现为C1＞CK。晴天在未升起棉被前C1比CK平均温度高1～1.5 ℃；阴天棉被未升起时，C1比CK平均温度高1.5～2 ℃。说明通过秸秆生物反应堆技术可以有效提高土壤温度，这对解决北方冬季日光温室葡萄地温偏低的问题具有重要意义。

通过图1看出，在晴天C1气温比CK高2～4.5 ℃，而阴天C1气温比CK高1～3.5 ℃。说明秸秆生物反应堆可以提高日光温室内空气的温度，这对于冬季夜间温度过低尤其是下雪扣棚无法通过阳光升温时，温室内的低温对新生枝芽产生冻害有良好的保护作用。

调查发现，地表下10 cm的土层温度会随着室内气温的变化而发生相应的变化，尤其晴天变化较为明显，而地表下30 cm和50 cm的土壤温度变化幅度依次减小，甚至阴天50 cm的土层温度基本无变化。说明秸秆生物反应堆对外界空气交换有一定的缓冲作用。通过在晴天和阴天不同天气状况调查发现，土壤温度均高于空气温度，阴天条件下差别更为显著。

表1 不同处理对葡萄物候期的影响Table 1 Effects of different treatments on the phenological period of grapes/(月/日)

2.2 秸秆生物反应堆对葡萄物候期的影响

由表1可以看出，在相同的管理情况下，C1比CK萌芽期提前5 d，初花期提前3 d，成熟期提前6 d。说明使用秸秆生物反应堆有助于日光温室葡萄物候期的提前，从而使葡萄提前上市，在一定程度上提高日光温室葡萄的经济效益。

图1 秸秆生物反应堆在不同土层晴、阴天24 h的温度变化Figure 1 24 h temperature change of straw bioreactor in different soil layers on sunny and cloudy days

2.3 秸秆生物反应堆对葡萄植株生长发育的影响

葡萄植株在生长前期C1叶片数与CK并无差异，但进入中期叶片数C1＞CK，说明使用秸秆生物反应堆可以有效增加葡萄的叶片数。葡萄新梢长度前期C1显著高于CK，这个优势一直延续到中后期（表2）。说明使用秸秆生物反应堆可以有效增加新梢长度。

2.4 秸秆生物反应堆对葡萄品质的影响

使用秸秆生物反应堆对于提高葡萄穗质量、果粒数以及果实纵径具有显著影响，表现为C1＞CK，且差异显著；果穗长度、粒质量以及果实横径方面，也均表现为C1＞CK，但无显著差异（表3）。说明使用秸秆生物反应堆可以在一定程度上提高果实品质。

3 讨论与结论

秸秆生物反应堆的使用能够有效的解决北方冬季日光温室温度低的问题[13]。本试验结果显示，与常规温室相比，秸秆生物反应堆能使温室内的气温和地温有不同程度的提高，尤其是夜间以及连阴天，增温效果更为明显，这与王昊等[14]在日光温室番茄上的试验结果相似。相关研究表明，土壤温度低于一定温度时，会直接影响葡萄的生长发育，室温的提高可以有效防止葡萄萌芽初期低温对葡萄产生的冻害[15]。秸秆生物反应堆中的菌种通过对秸秆的不断分解发酵，产生大量的热量，传递到土壤中去，增加土壤的温度，之后热量不断散发到周围的空气中，使温室内的气温也不断提高[16]。

秸秆生物反应堆的使用可以明显提前设施葡萄的物候期[17]。秸秆生物反应堆的使用可促进葡萄的生长发育，对比常规温室增加叶片6～8片。果穗长度增加3～5 cm，果实品质优于常规温室，尤其是在穗质量和果粒数方面有明显提高[18-20]。因此，该技术在日光温室葡萄上具有较高的应用价值，值得进一步的推广应用。