秸秆生物反应堆在葡萄双膜促早栽培中的应用研究

王 莉,贾惠娟,俞 波,高云亮,史星云 ,方 萍,殷益明

(1 湖州市农业科技发展中心,浙江湖州,313000;2 浙江大学果树科学研究所,杭州,310058;3 浙江省长兴县农业农村局,浙江湖州,313100;4 浙江省长兴农园新景农业发展有限公司,浙江湖州,313100;5 浙江大学环境与资源学院/浙江省亚热带土壤与植物营养重点研究实验室,杭州,310058)

秸秆生物反应堆技术可以有效提升土壤温度,既利用了秸秆,又有益于生产,在黄瓜、番茄等多种蔬菜作物上得到了广泛的研究和应用,取得了显著的经济效益[1]。葡萄双层膜保温促早栽培技术可以通过提升棚内温度而使物候期显著提前,在长三角地区得到广泛应用,但普遍存在萌芽率较低、萌芽不整齐的问题[2],这可能与棚内根系周围土壤温度没有得到提升有关。土壤温度是影响植物根系生长的重要因子,当地温达到8～10 ℃以上时,葡萄根系才开始活动[3]。长三角地区,葡萄园一般1月中旬开始覆膜,棚外气温一般在2～3 ℃,覆膜后白天棚内温度一般维持在15 ℃左右,但是此时土壤温度几乎都在10 ℃以下。在葡萄上的研究表明,秸秆生物反应堆可以使北方日光温室内地温提升1～4 ℃,有效提高土壤中细菌和真菌数量,提升酶活,使葡萄物候期提前3～7 d,促进葡萄生长,改善果实品质和提高产量[4-9]。秸秆生物反应堆技术在应用于葡萄生产的过程中涉及到菌种、物料、开沟深度和宽度等几个关键环节,已有针对北方日光温室使用的菌种和使用浓度、秸秆类型的研究报道,在堆肥沟深度和距植株主干距离上说法不一,分别有15、20、30、40 cm和20、50 cm等,并且未见针对性的研究报道[4-9]。本试验从菌剂类型和用量、堆肥沟深度、距植株主干距离等3个方面,研究不同堆肥处理后保温棚土壤温度和葡萄植株萌芽情况,探讨秸秆生物反应堆技术在葡萄双膜保温促早栽培中的应用效果和具体技术措施,为该技术在南方地区的推广应用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验点概况与供试材料

试验于2020年在浙江省湖州市长兴县(30°78′N,119°67′E)双膜保温大棚内进行。试验地无霜期240 d,年均温15.6 ℃,年日照时数1 810.3 h。土壤为壤土。供试葡萄品种为3～4年生“南太湖特早”,双“十”字“V”形架栽培,株行距1.5 m× 3.0 m。

试验物料有粉碎的葡萄枝条、腐熟羊粪、蘑菇料、稻壳和菌剂。葡萄枝条来自试验葡萄园,稻草来自附近稻田,羊粪来自附近羊场,菌剂来自浙江大学环境与资源学院方萍教授课题组。1号菌剂为枯草芽孢杆菌与类芽孢杆菌复合菌剂,2号菌剂为赖氨酸芽孢杆菌。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验设堆肥沟深度、堆肥沟中心距主干距离、菌剂类型和单株用量3个因子。堆肥沟中心距植株主干距离设2个水平:40、50 cm,分别记A1、A2;堆肥沟深度设2个水平:15、20 cm,分别记B1、B2;菌剂类型和单株用量设3个水平:1号菌剂30 mL、1号菌剂60 mL、2号菌剂60 mL,分别记C1、C2、C3;以常规栽培为对照(CK),交叉设计共13个处理,每个处理3行,3个重复,7株/行,共计39行,各处理交替排布。

1月21日,双膜覆盖后10 d,每行葡萄树单侧开堆肥沟,沟宽30 cm,深度依据试验设计分别开15、20 cm。CK处理每行施用常规商品有机肥;其余处理每行先按设计量取菌剂加水15 kg,然后与30 kg废弃葡萄枝屑混合并搅拌均匀,制成45 kg左右的菌剂葡萄枝屑混合物,再取羊粪240 kg、蘑菇料50 kg,采用一层羊粪、一层菌剂葡萄枝屑混合物、一层蘑菇料的方式交替投入堆肥沟,投放后覆土填满。

1.2.2 试验方法 温度计埋法:在A2B2C1、A2B2C2、A2B2C3处理各行的堆肥中心和堆肥边缘、A2B1C3处理的堆肥边缘、CK处理各行离树干35 cm处各埋1支温度计,温度计为恒浩YH-101,探针长30 cm。温度计埋深为10 cm。每天观测并记录6时、14时、18时、24时的温度,一直记录到葡萄抹芽定梢为止,计算旬平均温度。开始萌芽后,每2 d统计1次13个处理的萌芽数,计算萌芽率。试验数据采用SPSS 16.0进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同菌剂对中心温度的升温效果

堆肥沟中心离主干50 cm(A2)、深度为20 cm(B2)时,研究不同菌剂的升温效果。不同菌剂处理后,葡萄秸秆反应堆中心温度的升高幅度和维持时间有差异(见表1)。菌剂1(C1、C2)处理始终没有显著高于对照,升温幅度不明显,而2号菌剂60 mL(C3)处理,3个阶段都显著高于对照,升温幅度分别为1.0、1.6、0.6 ℃。2号菌剂60 mL处理升温效果最好。

表1 不同菌剂升温效果 ℃

2.2 不同堆肥沟深度下堆肥边缘的升温效果

以堆肥沟中心离主干50 cm(A2)、2号菌剂60 mL(C3)处理,比较两种堆肥沟深度下,堆肥边缘升温幅度。结果表明,堆肥沟深度不同,堆肥沟边缘土壤温度的提升幅度存在一定差异。堆肥沟深度为15 cm(B1)时,1月下旬、2月上旬堆肥沟边缘的土壤温度显著高于对照,升温幅度分别为0.4、0.6 ℃。堆肥沟深度为20 cm(B2)时,1月下旬、2月上旬、2月中旬堆肥沟边缘的土壤温度都显著高于对照,升温幅度分别为0.5、0.7、0.3 ℃。因此,堆肥沟深度以20 cm较好(见表2)。

表2 不同堆肥沟深度下,堆肥沟边缘升温效果 ℃

2.3 不同生物反应堆处理对葡萄树体萌芽情况的影响

土壤升温直接作用于树体。从2月14日开始树体陆续开始萌芽,萌芽数量统计到26日,28日抹芽定梢。从开始萌芽到26日的天数计为发芽天数。经过不同处理后,树体萌芽开始时间有早晚,萌芽率有差异。28日抹芽定梢后,留芽率基本上在70%左右,CK、A1B1C1、A1B1C2、A2B2C1、A2B2C2和A2B2C3等6个处理的萌芽率在26日已超过70%,其中A2B2C1、A2B2C3两个处理的发芽天数较少,分别为8 d和10 d(见表3)。整体来看,这两个处理树体萌芽率达标且较整齐。

表3 秸秆反应堆距主干不同距离处理后葡萄树体萌芽情况

3 结论与讨论

秸秆等农业废弃物的生物反应堆不仅为葡萄提供有机及无机营养,而且在发酵过程中释放出热量提升堆体周边的地温及气温,实现果园秸秆废弃物的就地生态化、无害化、资源化利用。本研究表明,在双膜保温促早大棚内,利用粉碎的葡萄枝条,行间设置秸秆生物反应堆处理,能将土壤温度提升0.4～1.3 ℃,能使树体在萌芽率达标的情况下,整个发芽过程缩短2～4 d,提升萌芽整齐度,这与前人的研究结果基本一致[4,8]。

菌种是秸秆生物反应堆技术的关键因子,但受土壤、气候环境的影响,不同地区的菌种使用效果不同。高媛等对比了6种菌剂对汉中地区大棚蔬菜秸秆反应堆的应用效果,筛选出一种专用菌种[10];王鹏等研究了3种菌种在北方日光温室内秸秆反应堆中的应用效果,筛选出了一种较为理想的菌种[11]。本试验选择适合长三角地区废弃物发酵的3种菌剂进行对比研究,结果显示,菌剂2的升温效果略优于菌剂1,其原因是菌剂2的功能菌在低温下的生长情况较好,但最高升温幅度仅为1.3 ℃左右,效果并不理想,这可能与堆体物料水分含量、通气性、厚度有关,因此堆肥方式有待进一步调整。

堆肥沟过深,可能会影响氧气的进入量,影响发酵效果,同时不利于根系的吸收;堆肥沟太浅,反应堆温度散热快,不利于土壤温度的提升。王斌等的研究表明,表层土壤温度日变化幅度在4～5 ℃之间,随着土层加深,温度变化趋于平缓[12]。本研究设置两种堆肥沟深度,通过对堆肥边缘根际周围的温度进行对比分析,结果表明,同一堆肥量下,堆肥沟深度会对根际土壤的升温效果产生影响。使用60 mL/株菌剂2后,当堆肥沟深度为20 cm时,堆肥沟边缘土壤温度可以提升0.5 ℃左右,可以维持约1个月,而且萌芽率比15 cm处理高21.6%,发芽时间短2 d,树体萌芽率较高、萌芽较整齐。

春季萌芽前,根系通过对土壤温度的响应,从而影响地上部分的物候期。根系的水平分布受到树龄、架式、树形等因素的影响,埋土区顺行水平龙干形篱架栽培葡萄的3～5级根系集中分布在距根颈水平方向0～20 cm范围内,1级根(主要吸收根)主要分布在0～40 cm范围内[13];“赤霞珠”根系分布因树龄不同存在较大差异,其中4年生树体的根系数量在水平分布上是30～60 cm>0～30 cm>60～90 cm[14]。本研究表明,当堆肥沟深度固定为20 cm时,在离主干50 cm处进行堆肥,葡萄植株萌芽率比40 cm处理高10%～20%,发芽期减少2～4 d。这可能与根系在土壤里的水平分布有关,不同粗细的根系对环境的响应能力不同,从而影响了地上部分的物候期。

综合来看,使用60 mL/株的2号菌剂,在离主干50 cm处,开20 cm深的沟,进行葡萄秸秆堆肥处理,堆肥中心温度能提升0.6～1.6 ℃,堆肥边缘温度提升效果较理想,生产上推荐使用,但堆肥方式有待进一步调整。