茭白鞘叶地埋式生物反应堆对大棚草莓生长及土壤肥力的影响

翁丽青，葛鑫涛，潘丽卿

（1.浙江余姚市农业技术推广服务总站，315400；2.杭州余杭区运河街道博溪家庭农场）

茭白植株高大，生物产量高，茭白鞘叶的生物质量占茭白植株总质量的50%～70%，每667 m2双季茭当年产生的鲜鞘叶在5 000 kg以上，仅浙江省1 a的茭白鞘叶鲜质量就在150万t以上[1]。茭白采收季节，大量的茭白鞘叶抛弃在田头、路旁、河沟等地，或被焚烧，造成严重的环境污染和资源浪费。茭白鞘叶综合利用主要可作为农田肥料、食用菌栽培基质、动物饲料、工艺品等[2，3]。地埋式秸秆生物反应堆技术，又称二氧化碳缓释富氧秸秆发酵技术，是一项全新的农业增产提质的有机栽培技术[4]。该技术依据有机物质的微生物代谢原理，利用微生物菌种发酵作物秸秆释放CO2，为设施蔬菜光合作用提供CO2原料，同时产生蔬菜生长所需要的热量[5]。该技术在我国北方应用较为广泛，但在南方地区鲜有报道。针对这一现状，笔者以茭白鞘叶作为地埋式秸秆的原料，将茭白鞘叶、畜禽粪便等有机废弃物混合埋施在大棚行株间，通过添加高效产气菌进行生物发酵，通过发酵产生CO2解决大棚中CO2严重亏缺的问题，利用发酵热能增温保温[6，7]。

本研究旨在提高大棚草莓的产量和品质，同时解决农业废弃物茭白鞘叶的无害化处理和资源化利用问题。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试草莓品种为红颊，茭白鞘叶为当年夏茭采收时留下的新鲜鞘叶。发酵菌为上海联业农业科技有限公司生产的微生物腐秆剂，有效活菌数≥5×108个/g。

1.2 试验方法

①试验设计 试验于2019年9月10日至2020年4月10日在浙江省余姚市丈亭镇姚东蔬菜种植场内进行，供试大棚宽6 m，长75 m，种5畦，每畦2行，即行距60 cm、株距22 cm，每667 m2种5 050株。设3个处理，分别为常规处理（CK）、反应堆BR1和反应堆BR2。常规处理：每667 m2施1 000 kg羊粪+150 kg菜饼+50 kg复合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15，下同）作基肥；BR1：667 m2施1 000 kg茭白鞘叶+1 000 kg羊粪+150 kg菜饼+50 kg复合肥+3 kg发酵菌剂作基肥；BR2：667 m2施2 000 kg茭白鞘叶+1 000 kg羊粪+150 kg菜饼+50 kg复合肥+6 kg发酵菌剂作基肥。3次重复，每个小区1个大棚，面积450 m2，共9个大棚，大棚内环境和土壤条件基本一致。9个大棚从左至右排列如下：CK、BR1、BR2、BR1、BR2、CK、BR2、CK、BR1。草莓于9月10日移栽，基肥于草莓移栽前2 d施入，移栽前开沟宽40 cm、深40 cm，沟中埋入茭白鞘叶，加复合肥、羊粪、发酵菌与菜饼混施，分层填埋，每层中均含有茭白鞘叶、复合肥、羊粪和发酵菌，填埋完毕后覆土，整畦覆盖地膜后用土钻在反应堆上部每隔1.5 m打1个小孔，用于释放CO2。每处理均追肥3次，分别为2019年12月2日、2020年2月6日和2月22日，每667 m2追施复合肥15 kg。

②采样及测定a.土壤样品采集。试验开始前取每个小区大棚内0～20 cm耕作层土样，用于测定土壤基础肥力。采用蛇形布点采样，避免采集田埂、沟边的土样，每个大棚采10个点的土样，充分混合后，用四分法留取1 kg土样。试验结束后采用同样的方法取每小区内0～20 cm耕作层土样1 kg用于再次测定土壤肥力。草莓盛果期，每个小区采摘3.0 kg果实，用于测定草莓品质。

b.土壤和果实样品测定。土壤有机质含量依据NY/T 1121.2-2006《土壤有机质的测定》测定；土壤全氮含量依据HJ 717-2014《凯氏法》测定；土壤有效磷含量依据NY/T 1121.2-2014《土壤有效磷的测定》测定；土壤速效钾依据NY/T 889-2004《土壤速效钾和缓效钾含量的测定》测定；草莓中可溶性总糖含量依据GB 6194-1986《水果、蔬菜可溶性糖测定法》测定；草莓中VC含量依据GB 6195-1986《水果、蔬菜维生素C含量测定法（2，6-二氯靛酚滴定法）》测定；糖酸比测定如下：试样浸出液用0.1 mol/L氢氧化钠标准溶液进行电位滴定，以pH值=8.1为滴定终点，糖酸比=可溶性总糖（%）/可滴定酸度（%）[8]。

c.土壤CO2通量监测。通过Li-8100A土壤CO2通量监测系统实现连续监测。为去除边际效应，取大棚中间的1条畦进行试验，在畦上平均取3个点，每个点监测3次，3次监测时间分别为2019年11月18日、12月13日和2020年1月22日。

d.土壤温度动态监测。采用LOGGER 1.8.2温度自动监测仪，在每个小区距棚边3 m处设1个点，将温度传感器分别插入大棚内土表以下5、10、15 cm处，2019年12月15日 至2020年3月20日，每隔1 d于10：00定时自动记录。试验于2019年11月2日覆盖大棚膜，11月2日至12月5日大棚晚上以密闭保温为主，白天气温升高后两头和两边通风降湿，12月5日后不再通风，直至翌年3月底。土壤温度测定从2019年12月15日持续至2020年3月20日。

每次采收按实记载小区产量，每个小区定点8株考察单果质量。

1.3 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS 25.0统计软件处理，方差分析用Duncan's新复极差法。

2 结果与分析

2.1 对大棚草莓生长及产量的影响

由表1可知，采用地埋式秸秆处理的草莓始收期明显比常规处理早，能明显促进果实成熟，提早上市。其中BR2上市最早，比CK（常规处理）早8 d。平均单果质量以BR2最高，与BR1无显著差异。相比对照，BR1和BR2单果质量更大，存在显著差异。产量以BR2最高，每667 m2产量为2 658.7 kg，比对照增产629.4 kg，增产31.02%；BR1比对照增产22.10%（表2）。由此可见，使用茭白鞘叶反应堆技术对大棚草莓增产效果显著。

表1 茭白鞘叶地埋式反应堆对大棚草莓生育期的影响

表2 茭白鞘叶地埋式反应堆对大棚草莓单果质量、产量及品质的影响

2.2 对大棚草莓品质的影响

表2结果表明，采用茭白鞘叶地埋式反应堆能使草莓可溶性总糖、VC含量和糖酸比有不同程度提高，与CK相比，BR2可溶性总糖、VC含量和糖酸比分别提高35.54%、25.41%和21.30%；BR1比CK的可溶性总糖、VC含量和糖酸比分别提高31.42%、22.76%和19.47%。

表3 茭白鞘叶地埋式反应堆对土壤温度的影响 ℃

2.3 对设施内土壤温度的影响

结果表明（表3），地埋式秸秆生物反应堆处理大棚土壤增温效果明显。采用地埋式秸秆生物反应堆BR1处理距土表5 cm处的土壤温度较常规处理日平均增温0.84℃；10 cm处日平均增温1.02℃；15 cm处日平均增温0.95℃。反应堆BR2处理距土表5 cm处的土壤温度较常规处理日平均增温1.00℃；10 cm处日平均增温1.29℃；15 cm处日平均增温1.25℃。从测定结果看（图1），秸秆生物反应堆处理土壤的增温作用可持续3个月，其中距土表10 cm处的土壤增温效果最为显著，对冬季大棚作物防冻增温、促进果实生长发育具有重要意义。

2.4 对提高土壤CO2通量的影响

由表4可知，采用BR1地埋式秸秆反应堆技术，3次测定的土壤CO2通量分别比常规提高2.40、2.12、2.05 μmol·m-2·s-1，分别是对照常规处理的1.78、2.49和2.59倍；采用BR2地埋式秸秆反应堆技术，土壤CO2通量分别比对照提高2.53、2.26、2.20 μmol·m-2·s-1，分别是对照的1.87、2.66和2.78倍。BR1处理的棚室CO2浓度分别比对照高8.54、20.52、22.65 μL/L，增幅为1.6%～5.4%；BR2处理的分 别 比 对 照 高21.47、27.20、35.19 μL/L，增 幅 为4.0%～8.4%。

图1 设施中土壤温度变化趋势

2.5 对土壤肥力的影响

结果表明（表5），地埋式秸秆生物反应堆技术处理的土壤肥力得到较为明显的改善，相比试验前，土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾均有不同程度提高；而对照（常规处理）的土壤与试验前相比，土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量均有所下降。其中土壤有机质含量的变化最大，常规处理的土壤有机质含量从试验前的37.7 g/kg降至35.9 g/kg，降幅达4.77%。而采用秸秆反应堆处理BR1的土壤有机质含量从34.9 g/kg升 至40.3 g/kg，升幅15.47%，BR2则从34.5 g/kg升 至40.9 g/kg，升幅达18.55%。由此认为，埋入土壤深层的茭白鞘叶、畜禽粪便等有机物，经过生物发酵分解后，除了供给作物生长需要外，其残留物对于土壤快速培肥具有促进作用，同时能改善土壤团粒结构，使土壤变得更加疏松透气。

3 讨论与结论

秸秆生物反应堆在北方应用普遍，其对植物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[9]。本试验研究结果表明，每667 m2填埋2 000 kg茭白鞘叶，能使草莓产量达到2 658.7 kg/667 m2，比CK增产31.02%；可溶性总糖、VC含量和糖酸比分别比CK提高35.54%、25.41%和21.30%；反应堆处理可有效提高大棚内土壤温度、CO2通量及土壤有机质含量，相比CK，BR2处理日平均最大增温可达到1.29℃，CO2通量提高1.87～2.78倍，土壤有机质含量可提高0.64%。在地埋式生物反应堆处理下，茭白鞘叶分解的有机物进入土壤可以为微生物提供碳源，增强微生物活性，从而增加土壤微生物量[10]，进而促进作物秸秆等废弃物在土壤中的矿化和腐殖化，最终提高土壤有机质含量和营养元素含量，改善设施土壤局部生态环境。地埋式秸秆反应堆对土壤微生物及其他理化性状的影响有待于进一步研究。

表5 茭白鞘叶地埋式反应堆对土壤肥力的影响

以茭白鞘叶作为地埋式秸秆的原料，将茭白鞘叶、畜禽粪便等有机废弃物混合埋施在大棚行株间，通过添加高效产气菌进行生物发酵，利用发酵产生的CO2对大棚进行CO2施肥，解决大棚中CO2严重亏缺的问题，利用发酵热能对土壤起增温和保温作用，有利于大棚作物在冬季低温条件下正常生长，具有一定的推广应用潜力。