杨佳佳，刘义飞，刘文科,

(1. 塔里木大学 植物科学学院，南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室，新疆阿拉尔 843300； 2.中国农业科学院 农业环境与可持续发展研究所，农业农村部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京 100081)

垄沟填埋秸秆是一项利用农作物秸秆资源，促进温室作物生长，提高作物产量的新型农业提质增产的创新技术[1]。在反季节蔬菜生产中，由于温室通风量减少，冬季温度低，光合作用消耗等原因，导致温室CO2亏缺，地温低，已成为制约蔬菜优质高产的主要因素[2-3]。因此，补充CO2，提高温室温度和地温是日光温室冬季生产必要的增产措施。秸秆可以在微生物的作用下进行发酵，此过程会产生热量、CO2、矿物质和有机质，可以提高温室地温和CO2浓度，增加土壤养分，显著提高养分利用效率[4-5]。另外，秸秆发酵还可以增加土壤有机碳，提高设施土壤可持续生产力，减少秸秆导致的环境污染问题[6-7]。研究表明，在日光温室内应用秸秆发酵技术均能提高地温和CO2浓度，提高草莓光合速率[8]，促进番茄生长发育[9-10]。

植物在生长发育过程中，根系生理功能受许多因素的影响，温度是影响其生长的重要因素[11]，适宜的根区温度能够保证植物的正常生长。前人研究表明，增加植株根区温度可以促进番茄生长[12]，提高黄瓜产量和氮肥利用率[13]等。CO2是作物光合作用制造有机物的主要原料之一，温室中由于光合作用消耗而使CO2严重亏缺，CO2不足使作物的光合速率降低，成为设施蔬菜生产的重要限制因素[14-16]。前人研究表明，增施CO2可以促进草莓生长[17]，提高樱桃番茄品质[18]等。因此，在设施蔬菜栽培生产中，提高根区温度，补充CO2是一项必要的增产措施。

该试验以番茄为材料，使用土垄内嵌式基质栽培(Soil ridged substrate-embedded cultivation，SSC)[19]方法，采用垄沟填埋秸秆鸡粪复合发酵物技术，通过填埋番茄秸秆和玉米秸秆与发酵鸡粪的不同配比研究填埋不同配比秸秆对番茄生长及温室微环境的影响，以期为南疆设施蔬菜生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况及试验材料

试验于2018年8月-2019年4月在新疆阿拉尔市塔里木大学园艺实验站的日光温室内进行，试验日光温室长21 m，跨度8 m，脊高3.6 m。试验地土壤有机质9.86 g·kg-1，全氮2.85 g·kg-1，速效磷43.72 mg·kg-1，速效钾 198.83 mg·kg-1，pH 8.5，电导率 0.73 mS·cm-1。试验地地理位置80°30′～81°58′ E，40°22′～40°57′ N，平均海拔1 100 m，全年无霜期为220 d，年平均气温为10.7 ℃，有效积温为 4 113 ℃，年均降水量为40.1～82.5 mm，年均蒸发量为 1 876.6～2 558.9 mm，年日照2 900 h，属于暖温带大陆干旱荒漠气候区。供试材料为从南疆周边团场收集的番茄秸秆和玉米秸秆，晾干并粉碎为 3～5 cm后按照不同质量比混合。鸡粪为在阿拉尔市周边养鸡场收集后腐熟、晒干并碾碎，与秸秆按比例混合。番茄栽培品种为‘金鹏1号’。试验材料的理化性状见表1。

1.2 试验设计

设置9个处理，未填埋秸秆为对照(CK)，处理1(S1)为番茄秸秆∶鸡粪=5∶1，处理2(S2)为番茄秸秆∶鸡粪=6∶1，处理3(S3)为番茄秸 秆∶鸡粪=7∶1，处理4(S4)为番茄秸秆∶鸡粪=8∶1，处理5(T1)为玉米秸秆∶鸡粪=5∶1，处理6(T2)为玉米秸秆∶鸡粪=6∶1，处理7(T3)为玉米秸秆∶鸡粪=7∶1，处理8(T4)为玉米秸秆∶鸡粪=8∶1。试验采用土垄内嵌式基质栽培，2018年8月9日起垄，土垄上底宽22 cm，下底宽42 cm，高15 cm，长600 cm，垄与垄之间的距离为60 cm；栽培袋的规格为长300 cm，宽12 cm，高16 cm。8月10日，将粉碎的秸秆与鸡粪混合均匀后填埋在2个土垄之间，秸秆用量约为4 000 kg·(667 m2)-1，鸡粪用量约为570 kg·(667 m2)-1，尿素用量为10 kg·(667 m2)-1，填埋深度为20 cm，其中填埋秸秆深度为15 cm，表面覆5 cm厚的土，每隔1周浇1次水，并用钢筋“Z”形扎洞。番茄采用穴盘育苗，8月27日三叶一心时定植，株距35 cm，行距60 cm，每个处理种植17棵，重复3次，营养液配方为日本园试配方，滴灌，整枝方式为单干整枝，2019年2月1日开始采收第1 穗果。

表1 试验材料的理化性状Table 1 Physicochemical properties of experimental materials

1.3 测定项目及方法

采用卷尺测量地面到植株生长点的株高；游标卡尺测量植株主茎离根部5 cm处的茎粗；叶片数为从子叶以上第1片叶算起至顶部纵径大于5 cm的叶片；叶绿素测量仪TYS-A(浙江托普云农科技股份有限公司生产)测定叶片叶绿素SPAD值；采用烘干法测量番茄植株地上部和地下部生物量；根区温度的测定点为栽培垄中心轴线位置和中心轴线到垄下底边直线距离的中心处，埋深为7.5 cm[22]，采用手持多路温度测试仪AT4808(常州安柏精密仪器有限公司生产)采集；测定CO2释放量是先在垄沟填埋秸秆处用钢筋扎洞，用密封的纸箱罩住秸秆填埋处，再将设施农业环境数据远程采集系统(新疆大漠华维农业科技有限公司生产)的CO2传感器放入，在纸箱的周围再用土密封，待数据稳定后开始连续记录CO2释放量变化[23]。

1.4 统计分析

采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05对数据进行统计分析、显著性分析并作图。

2 结果与分析

2.1 垄沟填埋复合发酵物对番茄根区温度的影响

垄沟填埋复合发酵物对番茄根区温度影响较大，由图1和图2可看出，10月8日3：00-10月13日3：00，不同配比的番茄秸秆和玉米秸秆的最低根区温度均出现在8:30左右，最高根区温度均出现在16:00左右，所有处理的根区温度均高于CK，其中以S2、T4处理的根区温度最高。综合分析，垄沟填埋复合发酵物均能不同程度地提高番茄的根区温度，填埋比例为番茄秸秆∶鸡粪= 6∶1时表现最好，填埋比例为玉米秸秆∶鸡粪= 8∶1次之，分别比CK最低根区温度提高 1.93 ℃、1.63 ℃，最高根区温度提高2.78 ℃、 1.53 ℃，说明垄沟填埋复合发酵物用来提高番茄根区温度具有可行性。

图1 不同配比的鸡粪与番茄秸秆发酵物填埋处理5 d番茄根区温度变化Fig.1 Changes of root-zone temperature affected by tomato straw and chicken manure mixture fermentation with different ratios during 5 continuous days

图2 不同配比的鸡粪与玉米秸秆发酵物填埋处理5 d番茄根区温度变化Fig.2 Changes of root-zone temperature affected by corn straw and chicken manure mixture fermentation with different ratios during 5 continuous days

2.2 垄沟填埋复合发酵物对CO2释放量的影响

2.2.1 垄沟填埋复合发酵物连续5 d的CO2释放量变化 垄沟填埋复合发酵物对CO2释放量影响较大，由图3可看出，10月8日3：00-10月13日3：00，最低CO2释放量出现在16：00左右，最高CO2释放量出现在8：00左右，所有处理的CO2释放量均高于CK，其中以S2处理的CO2释放量最高。综合分析，所有配比复合发酵物均能不同程度地提高CO2释放量，填埋比例为番茄秸秆∶鸡粪=6∶1时，CO2释放量最高，比CK的最低释放量和最高释放量分别高205 mg·m-3和222 mg·m-3，说明垄沟填埋复合发酵物可以明显提高CO2释放量。

2.2.2 垄沟填埋复合发酵物的CO2释放量平均值变化 垄沟填埋复合发酵物对CO2释放量平均值的影响较大，由图4可看出，10月8日3：00-10月13日3：00，所有处理CO2释放量的平均值均显著高于CK，具体表现为S2>T2>T4>T3>S4>S3>T1>S1>CK。综合比较发现，其中填埋比例为番茄秸秆∶鸡粪=6∶1时，CO2释放量的平均值最大，比CK增加了 37.37%，说明垄沟填埋复合发酵物可以显著提高CO2释放量的平均值。

2.3 垄沟填埋复合发酵物对番茄生长的影响

2.3.1 垄沟填埋复合发酵物对番茄株高、茎粗和叶片数的影响 垄沟填埋不同配比番茄秸秆和玉米秸秆对番茄植株的生长影响差异较大(表2)，所有处理中，S2处理的番茄株高表现最好且显著

图3 不同配比的复合发酵物填埋处理5 d的CO2释放量变化Fig.3 Changes of CO2 release affected by compound fermentation material with different ratios during 5 continuous days

图上不同小写字母表示各处理差异显著(P<0.05) Different lowercase letters were significantly different(P<0.05)

表2 不同配比的复合发酵物填埋处理番茄株高、茎粗和叶片数变化
Table 2 Changes of plant height, steam diameter and leaf number of tomatoes affected bycompound fermentation material with different ratios

处 理Treatment定植后40 d 40 days after transplantation株高/cm Plant height茎粗/mm Steam diameter叶片数LeavesCK79.11±3.48 b10.74±0.28 c11.44±0.29 bS180.56±2.01 ab11.26±0.35 abc12.44±0.34 abS290.00±1.95 a12.59±0.66 a12.33±0.32 aS379.89±2.14 ab12.07±0.53 abc12.33±0.33 abS488.56±4.3 ab12.01±0.43 abc12.22±0.28 abT182.22±3.93 ab11.63±0.29 abc12.00±0.33 abT286.89±3.39 ab12.16±0.49 ab12.00±0.24 abT384.44±4.09 ab11.96±0.33 abc12.00±0.41 abT483.11±2.14 ab11.08±0.25 bc12.67±0.29 a

注：数值表示“平均值±标准误”；同列数据后不同小写字母表示各处理差异显著(P<0.05)。下同。

Note：The data in the table represents “average ± standard error”; values marked with different letters in the column were significantly different (P<0.05). The same below.

高于CK，比CK增加13.77%；S2、T2处理的茎粗显著高于CK，分别比CK增加17.23%和 13.22%；S2、T4处理的叶片数显著高于CK，分别比CK增加7.78%和10.75%。综合比较发现，S2处理的株高、茎粗、叶片数表现较好，说明填埋比例为番茄秸秆∶鸡粪=6∶1时，可以促进番茄植株的生长。

2.3.2 填埋复合发酵物对番茄叶片叶绿素SPAD值的影响 填埋不同配比番茄秸秆和玉米秸秆对番茄的叶片叶绿素SPAD值影响差异较大(表3)。由表3可知，S2、T3处理叶片叶绿素SPAD值显著高于CK，分别比CK增加 13.46%、16.32%和8.80%、14.48%，说明填埋比例为番茄秸秆∶鸡粪=6∶1和玉米秸秆∶鸡粪=7∶1时，可以显著促进番茄叶绿素SPAD值的增加。

表3 不同配比的复合发酵物填埋处理番茄叶片叶绿素SPAD值的变化Table 3 Changes of chlorophyll SPAD value of tomatoes leaves affected by compound fermentation material with different ratios

2.3.3 垄沟填埋复合发酵物对番茄生物量的影响 垄沟填埋秸秆复合发酵物对番茄生物量具有显著的促进作用。由表4可知，S2、T4处理的地上部鲜质量和地下部干质量显著高于CK，S2处理的地上部干质量显著高于CK，S2、T3处理的地下部鲜质量显著高于CK，其余处理高于CK，但与CK无显著性差异。综合分析，S2、T4处理对番茄生物量影响较大，说明填埋比例为番茄秸秆∶鸡粪=6∶1和玉米秸秆∶鸡粪=8∶1时，对番茄生物量有显著的促进作用。

表4 不同配比的复合发酵物填埋处理番茄生物量变化Table 4 Changes of tomato biomass affected by compound fermentation material with different ratios

3 结论与讨论

在南疆冬季日光温室蔬菜生产中，根区温度低、CO2亏缺是限制蔬菜生产的主要因素。秸秆可以在土壤微生物的作用下发酵，产生大量热量和释放CO2，提高温室温度和增加CO2含量[20-21]。因此，本研究对垄沟填埋不同配比番茄秸秆和玉米秸秆对根区温度、CO2释放量及番茄生长的影响作了研究讨论，试验结果显示，S2、T4处理的根区温度表现最好，分别较CK的最低温度和最高温度提高了1.93 ℃、1.63 ℃和 2.78 ℃、1.53 ℃；S2处理的平均CO2释放量高于其他处理，比CK提高了37.37%；S2处理并能促进番茄的生长，主要表现在提高了番茄的株高、茎粗、叶片数、叶片叶绿素SPAD值和番茄生 物量。

目前，尚未有人对番茄秸秆和玉米秸秆与鸡粪的不同配比进行比较分析，王昊等[22]将玉米秸秆与水稻秸秆进行比较，发现使用玉米秸秆效果更佳。胡晓婷[23]将番茄秸秆进行堆肥处理，发现番茄废弃物中含有较高的养分和水分，其中有机质占70%～95%，取得了较好的效果。笔者推测，番茄秸秆效果较好的原因可能是番茄秸秆发酵时温度较其他秸秆发酵温度高，并且含有较高的养分和水分，因为在秸秆发酵过程中温度和水分是重要的影响因素[24]。因此，在冬季日光温室蔬菜生产中，根据需求目标，可以有针对性地选择垄沟填埋配比，以提高根区温度为目的时，番茄秸秆∶鸡粪=6∶1和玉米秸秆∶鸡粪=8∶1时效果最好；以产生CO2和促进植株生长为目的时，番茄秸秆∶鸡粪=6∶1时效果最好。如前所述，垄沟填埋秸秆，可以有效解决日光温室内CO2亏缺及地温低等问题，并且秸秆与动物粪便发酵还可以提高土壤肥力[25]，改善土壤理化性质[26]，从而促进植物生长发育。秸秆的循环利用不仅可以有效降低生产和肥料成本，还有效解决了农业废弃物处理问题，既环保又经济[27]。