不同菌種秸稈生物反應堆對溫室黃瓜生長及產量的影響

袁冬貞，廖允成，趙建興，霍子華，楊 飛，劉 楊

(1 西北農林科技大學 農學院，陜西 楊凌 712100；2 陜西省農業技術推廣總站，陜西 西安 710003)

秸稈生物反應堆技術是利用微生物菌種將農作物秸稈定向轉化成作物生長所需要的二氧化碳、熱量、抗病孢子、有機和無機養料等，達到改善設施內土壤理化性狀、提高作物光合效率、促進作物生長發育及提早成熟、減少化肥和農藥施用量的目的，從而獲得高產、優質、早熟農產品的現代農業生物工程創新技術[1-3]。研究表明，應用該技術后能夠有效解決冬季溫室內的低溫冷害、二氧化碳虧缺、連作重茬障礙等限制設施瓜菜生產的突出問題[3-4]。

黃瓜是經濟價值高、栽培面積廣、深受廣大生產者和消費者喜愛的蔬菜品種[5-7]。黃瓜作為喜溫性蔬菜，一般光合作用最適溫度為25～30 ℃，二氧化碳飽和點不高于1 600 μL/L，而在設施生產中，棚體密閉及低溫和低CO2是制約其高產優質的主要因素[8-10]。有研究表明，應用秸稈生物反應堆技術可以較好地解決這一問題[11-14]。但實踐表明，該技術的應用效果與配套使用的菌種關系密切，且不同菌種的使用效果不盡相同。在實際生產中，與秸稈生物反應堆技術配套應用的菌種品種多亂雜，根據生產實際情況選擇合適的菌種，是秸稈生物反應堆技術成功推廣應用的關鍵，但目前針對陜西關中地區這一特定環境適用菌種的研究還鮮見報道。為此，本研究選擇了陜西省生產中應用廣泛的7種微生物菌種，通過栽培試驗和室內環境因子測定，研究了秸稈生物反應堆技術配套應用不同菌種對溫室黃瓜生長環境及產量的影響，以期為秸稈生物反應堆技術在關中地區溫室蔬菜生產中的應用及配套菌種的選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試菌種品種有：西北農林科技大學植物保護學院的Z1(T1)、西安德龍生物科技有限公司的腐桿菌(T2)、山東天合生物工程技術有限公司的世明生物反應堆專用菌種001 (T3)、福建寧德市益榮生物工程有限公司的“盧博士”有機液肥(T4)、遼寧宏陽生物有限公司的秸稈生物降解專用菌種(T5)、沈陽市綠源生物技術研究所的秸稈發酵復合菌劑(T6)、北京三農嘉華有機生物技術有限公司的有機物料腐熟劑(T7)。以不使用菌種為對照(CK)，試驗于2009-11-2010-06在陜西渭南華縣畢家鄉拾村的3個日光溫室中進行，供試日光溫室結構一致，土壤條件相同，管理措施一致，溫室長為50 m，寬為8 m。采用行下內置式秸稈生物反應堆，黃瓜品種為津優30號。

1.2 方 法

2009-11-01開溝，8個處理按單因子試驗設計，隨機區組排列，重復3次，每小區3畦，畦長7.5 m，寬1.8 m，小區面積40.5 m2。日光溫室東西走向，畦長與棚長垂直，在每小區之間從南至北、由棚頂至地面掛一塑料膜，設置保護區，消除各處理之間小氣候差異的影響。

本研究采用行下內置式反應堆，具體操作為開溝、鋪秸稈、撒菌種、覆土、澆水、整壟、打孔和定植。11-01，在小行位置(種植行)開溝，溝寬60 cm，溝深25 cm，開溝長度與行長相等，開挖土壤按等量分置溝的兩邊。每小區開3條溝，種植3畦。開溝完畢后，在溝內鋪放玉米秸稈，厚度30 cm，鋪完踏實后，溝兩頭露出10 cm秸稈茬。將試驗固體菌種(包括T1、T3、T5、T6、T7，用量120 kg/hm2，使用前按1 kg菌種摻20 kg麥麩，加水20 kg，混合拌勻，堆積4 h)均勻撒在秸稈上，并用鐵锨輕拍一遍，使菌種與秸稈均勻接觸；液體菌種稀釋相應倍數(其中T2用量75 kg/hm2，菌種稀釋200倍；T4用量15 kg/hm2，菌種稀釋100倍)后，均勻噴灑在秸稈上。將溝兩邊的土回填于秸稈上，覆土厚度25 cm，形成種植壟，并將壟面整平。覆土3 d后，在壟間澆水，濕透秸稈。澆水3 d后，將壟間和壟面分別找平，秸稈上土層厚度保持20 cm左右。在壟上按30 cm×20 cm的面積用12號鋼筋打2行孔，深度以穿透秸稈層為準，以促進氧氣發酵和秸稈轉化。距澆第一水10 d后再澆一次水，每次澆水必須澆勻。11-20定植，定植后6 d澆一次透水。待能進地時迅速打一遍孔，以后打孔位置與前次錯位，生長期內每月打孔1～2次。

1.3 評價指標及測定方法

1.3.1 土壤溫度 2009-12-20早上08:30，用水銀溫度計在每處理內的中軸線上，按照南、北、中部測定黃瓜根部10 cm地溫，以3點平均值作為觀察值。

1.3.2 秸稈層厚度 試驗中秸稈層鋪設厚度統一為30 cm。2010-06-05，對經過秸稈反應堆分解的秸稈剖面厚度進行測定。用標尺在每處理內的中軸線上，按照南、北、中部，挖開秸稈生物反應堆土層，測量分解后秸稈的剩余厚度，以3點平均值作為觀察值。

1.3.3 黃瓜生長性狀和產量 2010-03-01，在每處理內按照對角線確定5個點，以交叉點為中心向南北兩側成對連續考察，共計10株，分別考察株高、莖粗和單果質量。

1.3.4 黃瓜病害發生情況調查 白粉病是當地黃瓜生產中的主要病害，3-4月份是高發期。03-15，測定溫室內黃瓜白粉病的發生情況。黃瓜白粉病病情分級標準[15]為：0級，全株無??；1級，全株1/4以下的葉片有少數病斑；2級，全株1/2以下的葉片有少量病斑或1/4以下的葉片有較多的病斑；3級，全株3/4以下的葉片發病或部分葉片變黃枯死；4級，全株3/4以上的葉片發病或1/4以上葉片變黃枯死。

根據調查結果，按以下公式計算病情指數、發病率和相對防效：

病情指數=∑[(各級病株數×相對應級數值)]/(調查總株數×最高級代表值)×100；

發病率=染病株數/調查總株數×100%；

相對防效=(對照區病情指數-處理區病情指數)/對照區病情指數×100%。

1.4 數據處理

所有試驗數據均采用SPSS 19.0軟件和Microsoft Office Excel 2003進行處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同菌種秸稈生物反應堆對溫室土壤溫度的影響

由表1可知，與對照相比，各菌種處理均不同程度地提高了土壤溫度，但不同菌種間存在差異。處理T3和T5對土壤溫度的提高幅度較大，與對照相比分別提高3.3和3.1 ℃；其次是T1，較對照提高了2.4 ℃。

表1 不同菌種秸稈生物反應堆對溫室土壤溫度、秸稈厚度和黃瓜生長的影響

2.2 不同菌種秸稈生物反應堆對秸稈分解效果的影響

由表 1可以看出，各菌種處理較對照秸稈的分解效果好，其秸稈厚度均有所減少。對照處理的秸稈厚度為3.5 cm，T5、T3、T7、T2、T1、T4、T6菌種處理的秸稈厚度分別較對照下降1.0，0.9，0.6，0.5，0.4，0.4和0.2 cm，其中T3、T5處理的秸稈厚度與對照的差異達到了顯著水平。

2.3 不同菌種秸稈生物反應堆對溫室黃瓜生長的影響

從表1可以看出，應用不同菌種的秸稈反應堆后，黃瓜的株高、莖粗等生長情況明顯優于對照，但以世明生物反應堆專用菌種001的效果最為明顯，黃瓜平均株高較對照提高26.8 cm，平均莖粗較對照增加2.1 mm，單果質量較對照增加了44.9 g。其他菌種也不同程度地促進了黃瓜生長，增加了黃瓜單果質量。

2.4 不同菌種秸稈生物反應堆對溫室黃瓜成熟期的影響

由表1可知，各處理以T5成熟采收最早，較對照提前7 d成熟；其次是T3和T1，分別較對照提前6和5 d成熟，其他處理與對照成熟時間較為接近。

2.5 不同菌種秸稈生物反應堆對黃瓜產量的影響分析

由表2可知，7個菌種處理均可以提高黃瓜產量，其中T3、T5、T1處理的產量較高，均達105 kg/hm2以上，顯著高于對照，而其他菌種處理的產量與對照差異未達顯著水平。

表2 不同菌種秸稈生物反應堆對溫室黃瓜產量的影響

7個菌種處理中，以T3的增產效果最為明顯，增產率達到32.5%；T5和T1的增產效果稍遜于T3。結合前文研究結果可知，這2個處理提高地溫的作用較T3弱，其地溫較T3分別低0.2和0.9 ℃；另外，其對黃瓜生長的促進作用也不及T3強，綜合表現不如T3。T4是液體有機肥，雖操作簡便，但其提高地溫的作用沒有其他菌種明顯，對黃瓜的生長促進作用稍弱。T2、T6、T7處理的增溫作用和對秸稈的分解作用相當，綜合表現相似，增產效果差異不大。

2.6 不同菌種秸稈生物反應堆對溫室黃瓜白粉病的影響

由圖1可知，本試驗除T6處理外，其余6種菌種處理(T1、T2、T3、T4、T5、T7)的黃瓜白粉病發病率及病情指數均低于對照CK。其中T3處理效果最為明顯，發病率為33.27%，病情指數僅為24.44，均為最低值，而其相對防效最高，達到42.12%，顯著高于其他處理，表明T3的生防效果最好。

圖1 不同菌種秸稈生物反應堆對溫室黃瓜白粉病發病情況的影響

3 討 論

菌種通過分解植物秸稈，可以達到釋放CO2、提高地溫、防治土傳病害、有機改良土壤的作用[16-19]。

冬季低溫是設施黃瓜生產所面臨的主要問題之一，本研究通過比較7種秸稈生物反應堆配套用菌種后發現，7種菌種均能使溫室土壤溫度有不同程度的提高，表明應用秸稈生物反應堆技術能夠提高土壤溫度，這與前人的研究結果[20-26]基本一致。在供試7個菌種中，處理T3(山東天合生物工程技術有限公司的世明生物反應堆專用菌種001)對土壤溫度的提高幅度最大，其次是T5(遼寧宏陽生物有限公司的秸稈生物降解專用菌種)和T1(西北農林科技大學植物保護學院的Z1)。

應用秸稈生物反應堆能夠提高土壤溫度、改善土壤理化性質、提高溫室內的CO2濃度，可通過改善植株生長環境促進植株光合作用，進而促進植株生長并提高產量[27-28]。本研究結果表明，不同菌種處理對黃瓜株高、莖粗、單果質量均有明顯的提高作用，其中處理 T3、T5、T1作用最好，產量均超過105 kg/hm2，與對照相比增產率均在20%以上。這表明秸稈生物反應堆可以顯著促進黃瓜生長，進而提高黃瓜產量。同時，各菌種處理均使黃瓜成熟期提前，收獲期延長，從而進一步提高了產量。

由于設施中的相對高溫高濕環境，導致植物病害發生較為頻繁，黃瓜病害發生嚴重是制約設施黃瓜生產的另一個主要因素[29]。應用秸稈生物反應堆技術，可以有效提高作物抗病能力，降低作物病害的發病率[12]。本研究結果顯示，除T6處理外，其余6種菌種處理的溫室黃瓜白粉病發病率均低于對照，且7種菌種處理溫室黃瓜白粉病的病情指數均低于對照。其中T3處理的發病率為33.27%，病情指數僅為24.44，均為最低值，而其相對防效最高，達到42.12%，顯著高于其他處理，表明T3菌系的生防效果最好。

綜上所述，對溫室黃瓜栽培來講，供試的7種菌種在秸稈生物反應堆上應用時，均有增加地溫、提高產量、降低作物發病程度的效果，尤以T3、T5和T1表現最為明顯，與對照之間達到了顯著性差異水平。其中山東天合生物工程技術有限公司的世明生物反應堆專用菌種001(T3)因其在陜西及其他省份使用多年，應用效果穩定，在本試驗中綜合效果優于其他參試菌種，因此可在關中地區溫室黃瓜生產中示范推廣。秸稈生物降解專用菌種(T5)效果次之，但目前市場上單位面積使用價格較世明生物反應堆專用菌種001低50%左右，可在效益稍低的作物上使用。由于Z1生產的時間較短，在應用技術上還需進一步深入研究。

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