秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)對設(shè)施火焰無核葡萄品質(zhì)的影響

肯吉古麗·蘇力旦，汪志偉，努力亞·艾合買提，古麗加汗·克然木

（新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所，新疆維吾爾838200）

秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)體系是一套涉及農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、提質(zhì)、增效的有機栽培技術(shù)，它和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)有本質(zhì)的差異。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，對于化肥的依賴程度相對較大，而此技術(shù)體系的出現(xiàn)明顯改善了這一現(xiàn)象[1]。秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)是在反應(yīng)堆專用菌種的作用下，將秸稈定向、快速地轉(zhuǎn)化為植物生長所需要的二氧化碳、熱量、抗病孢子以及有機和無機物，能綜合改變植物生長條件，極大提高產(chǎn)量和品質(zhì)。其理論依據(jù)是植物的光合作用、植物饑餓理論、葉片主被動吸收理論和秸稈礦質(zhì)元素可循環(huán)重復(fù)再利用理論。生物反應(yīng)堆中所選擇的菌種存在多樣性，屬于酵素菌群，包含了以好氧菌為核心的各類有益菌。較之于單一化的種群而言，其明顯具備更強的繁殖以及代謝能力。而酵素菌所分泌的各類酶以及活性物質(zhì)，被稱作是酵素，又被叫做是農(nóng)用酶。酵素菌群中包含了多種有益菌和代謝產(chǎn)物，構(gòu)成了有益生物活性功能團，除了可以對反應(yīng)堆里的有機物進(jìn)行分解，還可以對土壤里所包含的礦質(zhì)元素進(jìn)行分解與轉(zhuǎn)化[2]。

該技術(shù)實現(xiàn)了物質(zhì)轉(zhuǎn)換和資源再利用，綜合改變了作物的生長環(huán)境，在微生物的作用下將植物秸稈轉(zhuǎn)化為作物生長所需的二氧化碳、熱量和有機無機養(yǎng)料，從而大幅度提高瓜果蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。秸稈生物反應(yīng)堆在工藝和材料方面的要求并不高，簡便的操作就可以實現(xiàn)鏈?zhǔn)侥芰哭D(zhuǎn)換循環(huán)，得到顯著的綜合效應(yīng)，如同核反應(yīng)堆[4]。良性循環(huán)的生物效應(yīng)使其成為備受認(rèn)可的無公害生物技術(shù)[5]。秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)在蔬菜方面的應(yīng)用較多[6-8]，而在葡萄上的應(yīng)用研究則相對較少。本試驗選取了萌芽數(shù)、結(jié)果數(shù)、果穗重、果粒重、果粒縱橫徑、可溶性固形物、著色度、酸度等指標(biāo)對火焰無核葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行分析，并對秸稈資源的循環(huán)利用模式進(jìn)行評價，以期探索秸稈的高效利用、縮減生產(chǎn)成本以及解決大田秸稈堆積對環(huán)境造成污染的有效途徑[9]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

火焰無核葡萄也叫弗蕾無核，歐亞種，原產(chǎn)美國，由美國Fresno園藝試驗站雜交選育而成。1983年引入我國，1991年引入新疆葡萄瓜果開發(fā)研究中心。開始作為資源少量保存，1998年進(jìn)行嫁接擴繁。

玉米秸稈由新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所種植，麥草、羊糞和秸稈從農(nóng)民家購買。試驗使用酵素菌種由山東秸稈生物工程技術(shù)中心提供。

1.2 試驗地點

試驗地點安排在新疆葡萄瓜果研究所的科研溫室里。試驗地氣候?qū)贉貛Т箨懶詺夂?，地處庫木塔格山（沙山）北麓，西接火焰山東端，北部為博格達(dá)山，中部為吐魯番盆地和哈密盆地，南部為戈壁和沙漠。土壤類型以沙壤土為主，上茬種植西瓜。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗準(zhǔn)備及分組

試驗于2018年1～8月在種植火焰無核葡萄的溫室進(jìn)行，溫室面積為850 m2（8.5 m×100 m）。早春搭建秸稈生物反應(yīng)堆，本文的秸稈生物反應(yīng)堆中，分別用秸稈、麥草、麥草+羊糞、秸稈+羊糞、羊糞五種方案來制作生物反應(yīng)堆，分為5組，并設(shè)置對照組（什么都不施）。每個小組處理為6株，每株測3穗。期間根據(jù)葡萄的物候期進(jìn)行不同時期取樣并對相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測定。

處理 1：秸稈 300 kg/667 m2。

處理 2：麥草 300 kg/667 m2。

處理3：麥草300 kg/667 m2+羊糞300 kg/667 m2。

處理4：秸稈300 kg/667 m2+羊糞300 kg/667 m2。

處理 5：羊糞 300 kg/667 m2。

1.3.2 生物反應(yīng)堆的搭建

菌種處理：2018年1月2日對菌種進(jìn)行預(yù)處理，按比例先將菌種與有機物混勻，加水?dāng)嚢?，繼而將混拌產(chǎn)物分別于陰涼處堆置，厚度不超過15 cm，同時觀察溫度計顯示的溫度，一旦其內(nèi)部溫度過高立即進(jìn)行翻動，以防止高溫破壞菌種活性，翻動數(shù)次后溫度相對穩(wěn)定，繼續(xù)靜置待其充分發(fā)酵腐熟后直接投入使用。

生物反應(yīng)堆的搭建：本試驗于2018年1月7日開始搭建生物反應(yīng)堆。試驗當(dāng)中運用的是行間內(nèi)置式反應(yīng)堆，在試驗種植行的一邊施有機肥，另一邊則設(shè)置反應(yīng)堆。在反應(yīng)堆搭建中，首先是在種植行的一邊開溝，開溝的位置與植株的根部有一定距離，約15 cm，溝的寬度為30 cm，深度為40 cm，開溝以后，溝內(nèi)鋪上有機物（秸稈、麥草、麥草+羊糞、秸稈+羊糞、羊糞五種材料中的一種），鋪面均勻，并將菌種混合物撒在有機物上，然后用鐵鍬輕拍，將菌種震落到有機物的空隙里；鋪好后溝內(nèi)的有機物厚度約30 cm，而后在有機物上起土回填整平即可。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 葡萄生長發(fā)育情況

萌芽數(shù)的測定：每組選擇3株葡萄作為樣本，觀察近主蔓的六個母枝，在葡萄萌芽定枝以前記錄芽眼的數(shù)量[10]。

結(jié)果數(shù)的測定：每組選擇3株葡萄作為樣本，每株測定6穗葡萄的結(jié)果數(shù)，計算每株葡萄平均值結(jié)果數(shù)。

1.4.2 葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)

產(chǎn)量的測定：在葡萄漿果徹底成熟的條件下，以小區(qū)為單位對產(chǎn)量進(jìn)行計算，對各小區(qū)內(nèi)每株葡萄的果穗數(shù)、單果重以及各個果穗果粒數(shù)量的平均值進(jìn)行統(tǒng)計，估算得出各處理組每667 m2的預(yù)期產(chǎn)量。

平均單粒重的測定：果實采收完成以后，隨機選擇100粒葡萄用天平稱重進(jìn)行測量，計算平均值。

平均單穗重的測定：果粒采收完成以后，隨機選擇10穗稱重，若是質(zhì)量超出天平容量，可分為小穗稱量，求出平均值。

果實著色率的測定：在葡萄漿果徹底成熟的條件下，對果實著色率進(jìn)行測定，每個小區(qū)選取5穗葡萄作為樣本，各自對其完全著色的果粒個數(shù)、不完全著色和沒有著色的個數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，對其所占比重進(jìn)行計算，求出平均值[11]。

可溶性固形物含量的測定：采用手持式糖度計測定。酸度的測定：采用酸堿中和的方法測定總酸含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 對葡萄萌芽數(shù)和結(jié)果數(shù)的影響

本試驗主要從萌芽數(shù)、結(jié)果數(shù)兩個方面分析了秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)對火焰無核葡萄生長的影響，結(jié)果見表1和表2。

表1 秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)對葡萄萌芽數(shù)的影響Table 1 Effect of straw bioreactor technology on germination number of grape

表2 秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)對葡萄結(jié)果數(shù)的影響Table 2 Effect of straw bioreactor technology on number of fruits of grape

從萌芽數(shù)來看，秸稈+羊糞組的平均萌芽數(shù)最高，為185.50個；羊糞組其次，為184.17個；對照組的最低，為150.00個。從結(jié)果數(shù)來看，麥草+羊糞組的平均結(jié)果數(shù)最高，為79.50個；秸稈+羊糞組其次，為77.00個；對照組最低，為39.50個。麥草+羊糞組在萌芽數(shù)和結(jié)果數(shù)都表現(xiàn)較好，可見，羊糞處理有利于植株的萌芽數(shù)和結(jié)果數(shù)的增加。通過對方差進(jìn)行計算可知，麥草+羊糞組無論是在萌芽數(shù)還是在結(jié)果數(shù)方面，方差都較小，說明數(shù)據(jù)的波動小，穩(wěn)定性強。綜合來看，麥草+羊糞處理的生物反應(yīng)堆能促進(jìn)火焰無核葡萄的萌芽和結(jié)果。

2.2 對葡萄果實生長的影響

本試驗主要從果穗重、果穗長寬、果粒重、果?？v橫徑、著色度5個指標(biāo)分析了生物反應(yīng)堆技術(shù)對火焰無核葡萄果實生長的影響，結(jié)果見表3。

表3 秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)對葡萄果實生長的影響Table 3 Effect of straw bioreactor technology on fruit growth of grape

從果實各個生長指標(biāo)來看，除了著色率外，秸稈+羊糞組表現(xiàn)都是最優(yōu)，果穗重為566.72 g，果穗長寬為20.4 cm×19.1 cm，果粒重為797.58 g，果?？v橫徑為20.5 cm×19.2 cm；秸稈組、對照組各生長指標(biāo)均較差；但秸稈+羊糞組的著色情況不是最優(yōu)的。由此可知，運用秸稈與羊糞結(jié)合，能夠有效促進(jìn)果穗和果粒的增長，使得果實從外觀上來看更加飽滿?？梢?，對于果實生長情況而言，秸稈+羊糞是比較理想的生物反應(yīng)堆材料。

著色率的指標(biāo)中，試驗組的優(yōu)勢相對于對照組而言并不明顯，而對照組甚至?xí)?yōu)于部分試驗組，在該組中，出現(xiàn)了如圖1中著色率較差的果實。分析原因可能是著色期遇低溫，影響葡萄的上色。

圖1 秸稈+羊糞組中著色率較差的果實Fig.1 Fruits with poor color in straw+sheep manure group

2.3 對葡萄果實內(nèi)在品質(zhì)的影響

本試驗選擇可溶性固形物和酸度兩個指標(biāo)對無核葡萄果實的內(nèi)在品質(zhì)進(jìn)行了評價，并對所得數(shù)據(jù)整理后得到每組的均值和方差，具體結(jié)果見表6、7。

表6 秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)對葡萄可溶性固形物的影響Table 6 Effect of straw bioreactor technology on soluble solids of grape

在可溶性固形物指標(biāo)的測定中，秸稈組最高，為20.80%；麥草+羊糞的次之，達(dá)到20.61%，羊糞組最低，為19.41%。對于酸度指標(biāo)，對照組最高，為0.931 g/L；秸稈+麥草組次之，酸度為0.868 g/L；秸稈、麥草、麥草+羊糞酸度較低，相差不大。

表7 秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)對葡萄酸度的影響Table 7 Effect of straw bioreactor technology on acidity of grape

3 結(jié)論

秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)的原料是植物秸稈，不但原料無污染，而且直接利用微生物對植物根部養(yǎng)分、有益微生物數(shù)量的改變來改善作物生長環(huán)境，能夠把有機物轉(zhuǎn)變成滿足植物生長需求的二氧化碳、熱量以及有機無機養(yǎng)分，使產(chǎn)量以及品質(zhì)得以明顯提升[12]。與常規(guī)種植相比，采用生物反應(yīng)堆種植的火焰無核葡萄在品質(zhì)上有了一定的提高。第一，麥草+羊糞組在萌芽數(shù)和結(jié)果數(shù)都表現(xiàn)優(yōu)異，能夠?qū)χ仓甑拿妊亢徒Y(jié)果起到重要作用。第二，秸稈+羊糞生物反應(yīng)堆能夠促進(jìn)果穗和果粒的增長，使果實從外觀上來看更加飽滿。第三，對于火焰無核葡萄的內(nèi)在品質(zhì)，麥草+羊糞組的表現(xiàn)最為優(yōu)異，可溶性固形物含量較高，且酸度較低，因此，火焰無核葡萄具有更為良好的口感。

此外，試驗基地葡萄生產(chǎn)采取了綠色果品的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，沒有使用農(nóng)藥化肥。在試驗過程，初期試驗組的部分葡萄出現(xiàn)了輕微蟲害，在之后反應(yīng)堆的持續(xù)作用下也被有效抑制，所以在反應(yīng)堆初期使用過程中可能存在效力不足現(xiàn)象。此試驗是在生物反應(yīng)堆正式應(yīng)用的第一年開始，因此無法直接確定生物反應(yīng)堆的全部效力，僅可以充當(dāng)反應(yīng)堆搭建以及適宜菌種濃度選取帶來有效的啟示，想要對生物反應(yīng)堆效益完全發(fā)揮出的效果是否與既定研究相符，還需要進(jìn)行深入的試驗來進(jìn)行驗證。