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劉文哲1，于皓然2，關法春1，郭永剛2，時君友3，王明明4，李曉峰4，祝延立1
（1.吉林省農業科學院，長春130033；2.西藏農牧學院，西藏林芝860000；3.北華大學材料科學與工程學院，吉林吉林132013；4.中國科學院東北地理與農業生態研究所，長春130102）
摘要：為了明確基于高原耐低溫菌群的秸稈生物反應堆技術的應用效果，本文通過對比分析方法，研究秸稈生物反應堆處理下的溫室溫度和油麥菜生長狀況。結果表明：在試驗期間，秸稈生物反應堆溫度始終50℃以上，生物反應堆放熱提高了反應堆處理（SY）處理溫室內溫度，在試驗期內9:00和21:00的SY處理溫室內溫度提升效果明顯，平均溫度分別比對照增加2.45℃和1.95℃，9:00和21:00的SY處理溫室內最低溫度分別是CK的5.86倍和1.5倍，處理間差異分別呈極顯著水平（P<0.01）和顯著水平（P<0.05），但在15:00，處理間溫度差異不明顯。SY處理溫室內最低溫度的升高，改善了油麥菜的生長狀況，其功能葉葉長、葉片數、株高和單株鮮重、干重等指標均極顯著高于對照（P<0.01）。因此，基于高原耐低溫菌群的秸稈生物反應堆技術，對溫室油麥菜生產中的增溫和增產效果明顯，這為高寒地區冬季溫室秸稈生物反應堆技術的推廣提供生產依據。
隨著設施農業的不斷發展，設施蔬菜生產成了高寒地區冬季蔬菜種植的重要組成部分，但設施冬季加溫面臨加熱成本高、操作復雜等難題，探索低成本、持續供熱的簡便加熱技術，是實現高寒地區冬季設施蔬菜高效生產的重要保證。“秸稈生物反應堆”技術是一項利用秸稈降解菌分解作物秸稈，通過反應堆釋放熱量、CO2來為作物營造更好的生長環境，從而實現作物高產、優質的高效生物質能利用技術[1-3]，其主要應用于設施蔬菜的冬季生產，可以解決溫室內溫度較低、作物產量低和品質下降等諸多問題[4-5]，以往在短期蔬菜生產上曾經取得初步的應用效果，但由于秸稈生物反應堆使用的菌劑不同，使用效果差異較大，尤其是在高寒地區，溫室夜間溫度經常低于15℃的一般發酵溫度指標，目前生產上由于缺少能夠在夜間溫度較低下發酵的菌劑，以至于在一年之中溫度最低時節，生物反應堆對溫室內溫度提升有限，往往還需要依賴常規燃煤等方式來進行溫室加溫。
為此，本試驗應用基于西藏高海拔地區特異性微生物資源研發出的新型耐低溫菌劑[6]，來啟動內置式秸稈生物反應堆，研究了秸稈生物反應堆獨立供熱對日光溫室溫度以及對油麥菜株高、功能葉葉長、功能葉葉寬、產量的影響，以期探明秸稈生物反應堆在設施蔬菜生產中的應用效果，解決嚴寒冬季生物反應堆獨立供熱難題，從而為高寒地區冬季溫室秸稈生物反應堆技術的推廣提供生產依據。
1材料與方法
1.1試驗地概況
試驗于2021年1月1日至2月28日，在長春市九臺區耐爾溫室公司進行，試驗期間最低溫度為-26℃。試驗期間最低氣溫見圖1。
1.2試驗材料
供試油麥菜品種‘藍劍’，為市售葉用型油麥菜品種。耐低溫菌群采自西藏自治區那曲市那曲鎮西北郊（92°1´12"E、31°26´12"N），海拔4820m，屬大陸性高原季風氣候區，平均氣溫1.3℃，年平均降水量490.2mm。耐低溫菌群從小嵩草根際土壤中分離、篩選得到，后在吉林省農業科學院農村能源與生態研究所經過進一步篩選、擴繁、組合、復配和前期驗證后，制成微生物復合菌劑[7]，主要成分為多黏類芽孢桿菌，有效活菌數≥10億cfu/g。
1.3試驗設計
試驗選用兩個架構完全一致的“耐爾”型日光溫室，單體面積均為280m2。一棟溫室內使用秸稈生物反應堆，設為反應堆處理（SY），以前排未使用秸稈生物反應堆的同型溫室為對照（CK）。SY處理事先配置發酵底料，底料是由9kg菌劑與30kg麥麩、20kg尿素、5kg紅糖、3kg生石灰和0.01kg催化劑混合攪拌而成；在溫室內靠墻側設置長6m寬1m高2.5m的長方形框，在填入1.5t秸稈的過程中，將發酵底料均勻撒入，并同步撒水，最后保持秸稈堆含水量60%左右，然后覆上塑料膜即可。油麥菜盆栽種植，每個溫室內的相同區域種植，3次重復，每個重復3個種植盆，每盆6株，株行距為10cm×15cm。1月4日于油麥菜二葉一心期開始移栽。在溫室中設置5只水銀溫度計測量室溫，其中2只距離地面50cm，3只距離地面10cm，5只溫度計掛在同一平面內，自12月24日建堆，1月1日后進行溫度記錄。初期3d測定一次，后續7~10d測溫一次。3月1日采用收割法采集植株數據。
1.4數據采集
株高采用米尺(精度1.0mm)測量植物莖基部到葉片最高點的高度，功能葉葉長、葉寬指標選擇整株葉片中最長的葉，分別測量葉耳到葉片尖端的直線距離和葉片最寬處寬度。鮮重采用直接稱重法測定，最后將葉片放入80℃烘箱中烘干至恒重后稱取每株干重。每日記錄溫度時間點，分別選在溫室篷布掀開時（一般為溫室內溫度最低點的9:00）、15:00和21:00，記錄5只水銀溫度計（精確到0.2℃）示數的平均值。
1.5數據處理
數據通過Excel2017運算整理，用SPSS19.0軟件進行統計分析，采用LSD法進行差異顯著性分析，并采用Excel2017軟件繪圖。
2結果與分析
2.1秸稈生物反應堆的溫度變化
由圖2可知，在整個試驗期內秸稈生物反應堆的堆溫變化不大。在前21d，堆溫呈現平穩緩慢降低趨勢，在隨后的7d驟然降低，然后又緩慢降低并趨于平穩，2周后最終降至最低溫度50.9℃（2月19日）。說明在秸稈發酵21d后是堆溫變化的關鍵時期；發酵60d后，堆溫趨于平穩并維持在50℃以上水平，具備長期放熱提升溫室內溫度的條件。
2.2秸稈生物反應堆對溫室溫度的影響
夜間最低溫度是影響溫室生產性能的主要因子，9:00為早上揭棉時間，這個時間的最低溫度基本反映了每天溫室內的最低值。由圖3可知，處理間試驗期內9:00的溫室內溫度出現明顯的差異。SY處理在試驗期內9:00的溫室內溫度一直高于CK，整個試驗期內SY處理相比于CK溫室內溫度平均提升2.45℃。SY處理和CK在試驗期內溫室內溫度最低值分別為4.1℃和0.7℃，處理間差異顯著（P<0.05）。此外，CK1月8日9:00最低溫度曾出現零下值，而SY處理最低溫度均在2.1℃以上，因此，秸稈反應堆有利于提升SY處理溫室內9:00的溫度，避免室溫0℃以下蔬菜受凍現象的發生。
SY處理和CK試驗期內15:00的溫室內溫度差別不大（圖4），在整個試驗期內，SY處理不同時期15:00的溫室內平均溫度比CK高出0.37℃，SY處理15:00的溫室內最高溫度為26.2℃，僅比CK高出0.8℃，最低溫度為13.7℃，僅比CK高出1.7℃，上述指標處理間差異不顯著。因此秸稈生物反應堆對白天關棚前的溫室溫度影響不大。
21:00能夠反映上半夜植物光合產物運移轉化時間段的溫度。由圖5可以看出，試驗期內21:00的不同處理溫室內溫度差異明顯。SY處理21:00時溫室內溫度始終高于CK，平均高出1.95℃。SY處理21:00時溫室內最低溫度為7.5℃，比CK高2.50℃，處理間差異顯著（P<0.05）。說明秸稈生物反應堆對溫室內最低溫度的提升效果較好。
2.3秸稈生物反應堆對油麥菜生長及生物量的影響
從表1可以看出，處理間油麥菜生長指標差異較大。SY處理油麥菜的功能葉葉長、葉片數、株高分別為45.56cm、20.28、49.45cm，分別是CK的1.30倍、1.53倍、1.33倍，處理間差異極顯著（P<0.01）；SY處理葉寬為6.89cm，是CK的1.16倍，但差異不顯著（P>0.05）。
與對照相比，SY處理明顯增加油麥菜的生物量。SY處理油麥菜的鮮重和干重分別為134.28g/株和10.02g/株，分別是CK的2.65倍和2.47倍，差異極顯著（P<0.01）。因此秸稈生物反應堆的應用通過改善油麥菜的生長指標和生物量，從而顯著增加油麥菜的產量。
3討論
秸稈生物反應堆技術能改善作物生長環境，顯著提高溫室溫度[8-9]。在高寒地區設施蔬菜栽培過程中，由于氣候寒冷，溫室內溫度一直是影響蔬菜產量的要素之一[10]。在試驗期間，秸稈生物反應堆最低溫度為50.9℃，提升了溫室的溫度，SY處理溫室內在9：00的溫度平均提升了2.45℃，最低溫度是CK的5.86倍，提升效果明顯；在21:00的室內溫度提升效果也較明顯，平均比CK高出1.95℃，最低溫度是CK的1.5倍（P<0.05）。但秸稈生物反應堆對試驗期內溫室內最高溫度及15:00的溫室內溫度提升均不明顯，這與白天的日光溫室主要依賴太陽光能加溫有關（冬季溫室一般在15:00蓋棉被），導致生物反應堆升溫效果不明顯。在整個試驗期間，相比于CK，SY處理9:00和21:00的溫度升溫趨勢明顯，結合試驗地日最低溫度變化趨勢來看，溫室外氣溫谷值出現在1月8日，為-26℃，在這一天CK溫室內最低溫度出現在9:00，達到0.7℃，而SY處理溫室內最低溫度為4.1℃，說明SY處理下的溫室具備更好的應對北方冬季低溫的能力。
溫室內早晚溫度的提升能夠顯著提高作物的生長勢和產量，本文結果與前人研究相似[11-12]。SY處理油麥菜的功能葉長、葉寬均增大，尤其是葉長極顯著增大，是CK的1.30倍（P<0.01），進而增大油麥菜的有效光合面積，提高油麥菜的光合效率，使SY處理下油麥菜增產[13-14]。另外，秸稈生物反應堆提高土壤肥力和溫室內CO2濃度也是作物高產優質的重要原因[15]，SY處理油麥菜的鮮重和干重分別為對照的2.65倍和2.47倍。秸稈生物反應堆技術大量利用閑置的秸稈資源，為溫室內作物創造更好的生長發育環境，產量得到提高，符合現代化農業生產發展趨勢。
4結論
試驗期間秸稈生物反應堆溫度始終保持50℃以上，生物反應堆放熱提高了溫室內溫度，其中9:00和21:00的SY處理溫室內溫度提升效果明顯，溫度分別比對照增加2.45℃和1.95℃，9:00和21:00的SY處理溫室內最低溫度分別是CK的5.86倍和1.5倍，差異呈極顯著水平（P<0.01）和顯著水平（P<0.05），但在15:00處理間差異不明顯。與對照相比，SY處理溫室內最低溫度的升高，改善了油麥菜的生長狀況，其功能葉葉長、葉片數、株高和單株鮮重、干重等指標均極顯著高于對照（P<0.01）。因此，秸稈生物反應堆既能提高溫室設施蔬菜產量，又能利用農業生產中廢棄的秸稈資源，是一種值得推廣的生態農業技術。
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