段曉婷，葉 靜，林 輝，鄒 平，孫萬(wàn)春，馬軍偉，符建榮

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，杭州 311300；2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境資源與土壤肥料研究所，杭州 310021）

地埋式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)，又稱二氧化碳緩釋富氧秸稈發(fā)酵技術(shù)，是一項(xiàng)全新概念的農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、提質(zhì)的有機(jī)栽培理論技術(shù)[1]。該技術(shù)依據(jù)有機(jī)物質(zhì)的微生物代謝原理，利用微生物菌種發(fā)酵作物秸稈釋放CO2，為設(shè)施蔬菜光合作用提供CO2原料，同時(shí)產(chǎn)生蔬菜生長(zhǎng)所需要的熱量[2]。此外，在內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆（地埋式秸稈生物反應(yīng)堆）中，秸稈發(fā)酵過(guò)程中所產(chǎn)生的分泌物及微生物可以進(jìn)入土壤，具有改善設(shè)施蔬菜土壤環(huán)境以及抑制土傳病蟲害發(fā)生的潛能[3-6]。孫婧等[7]研究指出，在北方溫室番茄中應(yīng)用內(nèi)置式秸稈反應(yīng)堆技術(shù)，能夠顯著降低土壤酸性和電導(dǎo)率，緩沖土壤酸化和次生鹽漬化，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤微生物量。宋尚成等[8]表明，秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)修復(fù)西瓜連作土壤有一定作用?，F(xiàn)有的秸稈反應(yīng)堆技術(shù)在我國(guó)北方大部分地區(qū)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中得到推廣和廣泛應(yīng)用，并取得了良好的效果[9-10]。然而，秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)在我國(guó)南方設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的研究和應(yīng)用還較少。

浙江省秸稈資源豐富。秸稈還田技術(shù)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究，基本形成了較為成熟的系列技術(shù)，但由于不同區(qū)域輪作模式的差異、勞動(dòng)力資源的成本差異等原因，大量的農(nóng)作物秸稈資源仍未得到合理利用。提高秸稈資源化利用率，是實(shí)現(xiàn)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的技術(shù)關(guān)鍵之一。若能通過(guò)秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)，將農(nóng)作物秸稈進(jìn)行高值化利用，每公頃土地有機(jī)物消納量可達(dá)45～60 t，可在很大程度上解決有機(jī)廢棄物的出路問(wèn)題，市場(chǎng)潛力很大。此外，浙江省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，蔬菜連作尤其是設(shè)施栽培，提高了土地復(fù)種指數(shù)，使土地資源得到充分利用，經(jīng)濟(jì)效益明顯提高。但在設(shè)施蔬菜高強(qiáng)度栽培條件下，由于采取的人工措施改變了局部生態(tài)環(huán)境的土壤自然條件下的水熱平衡，其溫度、光照、通氣條件和水肥管理等均不同于一般大田，主要表現(xiàn)為CO2的嚴(yán)重虧缺、土壤有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分容量降低、土壤次生鹽漬化趨勢(shì)加快、土壤養(yǎng)分不平衡等[11-13]。考慮到秸稈生物反應(yīng)堆在增溫、CO2施肥和改良土壤方面的潛能，在浙江省蔬菜設(shè)施生產(chǎn)中引入秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)很可能有助于以上問(wèn)題的解決。我國(guó)北方秸稈反應(yīng)堆的應(yīng)用，主要是解決溫室中CO2不足及提高土壤溫度兩大問(wèn)題，而南方氣溫相對(duì)較高，溫室栽培中CO2不足是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。同時(shí)，南北方土壤性質(zhì)以及栽培方式等均存在差異，要使秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)能夠在南方設(shè)施蔬菜應(yīng)用中取得理想的效果，還需要進(jìn)一步明確秸稈反應(yīng)堆的效應(yīng)、適宜配方及配套技術(shù)組合等。

為此，本文在浙江省杭州市溫室越冬茄子生產(chǎn)中進(jìn)行地埋式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)試驗(yàn)，探究不同秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)對(duì)茄子產(chǎn)量與品質(zhì)、土壤理化性質(zhì)、土壤微生物特征等的影響，篩選最佳的秸稈生物反應(yīng)堆處理措施，以期為該技術(shù)在南方設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)中的應(yīng)用推廣提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年12月在浙江省杭州市鄭氏蔬菜標(biāo)準(zhǔn)化示范園區(qū)進(jìn)行，地點(diǎn)位于蕭山區(qū)臨浦鎮(zhèn)，透明塑料溫室，耕層土壤類型為水稻土，pH值為4.37，有效磷含量為31.33 mg·kg-1，速效鉀含量為132.25 mg·kg-1。

供試作物為杭長(zhǎng)一號(hào)，供試秸稈為收獲后的水稻秸稈。供試菌種為微生物腐稈劑（有機(jī)物料腐熟劑），可刺激作物生長(zhǎng)，增加養(yǎng)分吸收，抑制植物病害發(fā)生，提高作物品質(zhì)，有效活菌數(shù)≥0.5億·g-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

地埋式秸稈反應(yīng)堆試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理（4個(gè)溫室）:CK為常規(guī)措施；T1為秸稈反應(yīng)堆1；T2為秸稈反應(yīng)堆2；T3為秸稈反應(yīng)堆3。各處理及配方詳見(jiàn)表1。

表1 秸稈反應(yīng)堆各處理詳細(xì)配方Table 1 Detailed formulation for each treatment of straw reactor

秸稈生物反應(yīng)堆具體操作方法如圖1所示:定植前，在溫室種植行下開(kāi)溝，溝深約30 cm、寬約40～60 cm，長(zhǎng)度與行長(zhǎng)相等；腐熟劑與麥麩混勻；將秸稈均勻撒于溝內(nèi)，一層秸稈，一層腐熟劑，一層羊糞混勻鋪在溝中，用鐵鍬拍振一遍后，將兩邊開(kāi)溝的土壤分別覆于秸稈上，一般覆土厚度為8～10 cm，并做成栽培畦；地埋式反應(yīng)堆做好后進(jìn)行澆水，保持土壤濕度，水量以濕透秸稈為準(zhǔn)；澆水后3～5 d內(nèi)將植株移栽在畦的兩側(cè)，地膜覆蓋后，每隔1.5 m打一孔，孔深以穿透秸稈為宜，以利于O2進(jìn)入發(fā)酵，釋放CO2，促進(jìn)秸稈腐熟分解。

1.3 樣品采集與處理

圖1 秸稈生物反應(yīng)堆示意圖Figure 1 Schematic diagram of straw biological reactor

茄子采樣時(shí)間為6月盛果期，在4個(gè)溫室中各取一定量成熟的茄子，置于4℃冰箱鮮樣保存，用于品質(zhì)檢測(cè)。在秸稈生物反應(yīng)堆啟動(dòng)后定期用土鉆采集土樣，采樣分為兩個(gè)部位:一部分土樣取自秸稈反應(yīng)堆兩側(cè)，即植株根部外側(cè)約3 cm左右的0～20 cm土樣；另一部分取自秸稈生物反應(yīng)堆中心0～20 cm的土樣。具體操作如圖2所示。土樣一部分于4℃冰箱保存，用于微生物數(shù)量和微生物多樣性的測(cè)定，另一部分風(fēng)干過(guò)篩，用于測(cè)定pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮等土壤理化參數(shù)。

圖2 土壤采樣示意圖Figure 2 Soil sampling diagram

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 MicroRESPTM方法

MicroRESPTM技術(shù)是一種基于土壤微生物代謝功能研究土壤微生物生態(tài)的方法，其利用土壤在不同碳源誘導(dǎo)下的CO2產(chǎn)生情況來(lái)表征土壤微生物群落水平的生理特征[14]。該方法與傳統(tǒng)微生物平板培養(yǎng)法、Biolog微平板法和多重底物誘導(dǎo)呼吸相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。MicroRESPTM技術(shù)可克服微生物平板法只能測(cè)定可培養(yǎng)微生物、Biolog微平板法依賴土壤懸浮液提取物和細(xì)胞后續(xù)生長(zhǎng)情況、多重底物誘導(dǎo)呼吸自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)，是研究原位土壤微生物群落水平生理特征的一種較為靈敏、快捷的測(cè)定方法[15]。大致操作步驟如下:（1）4℃冷藏保存的土壤樣品必須先預(yù)培養(yǎng)活化微生物。均勻稱取50 g新鮮土壤于燒杯中，根據(jù)土壤樣品含水率明確土壤濕度，將所有土壤濕度調(diào)至一致，保鮮膜封口后，25℃預(yù)培養(yǎng)4 d。（2）檢測(cè)板配制。在900 mL超純水中依次加入18.75 mg甲酚紅、16.77 g氯化鉀和0.315 g碳酸氫鈉，溶解后形成指示劑。同時(shí)配制3%的純化瓊脂（Sigma），121℃滅菌20 min充分溶解，冷卻到60℃后，加入2倍膠體積的指示劑，混合均勻后，取150μL指示瓊脂添加到檢測(cè)板的微孔中，配制好的檢測(cè)微孔板存放在含有堿石灰的避光干燥器里待用。（3）檢測(cè)。將待測(cè)土壤樣品均勻添加到96孔深孔板中，并在每個(gè)深孔板中添加16種碳源底物（mg C· g-1soil water）:水，0；L-丙氨酸，30；L-阿拉伯糖，30；精氨酸，30；半胱氨酸鹽酸鹽，30；檸檬酸，30；D-果糖，30；D-半乳糖，30；D-葡萄糖，30；γ-氨基丁酸，30；L-賴氨酸，30；L-蘋果酸，30；N-乙酰葡糖胺，7.5；草酸，30；原兒茶酸，7.5；海藻糖，30。將檢測(cè)板倒扣在深孔板上，用夾子固定，在25℃下培養(yǎng)6 h。采用酶標(biāo)儀讀取570 nm波長(zhǎng)下檢測(cè)板在土壤樣品培養(yǎng)前和培養(yǎng)后6 h的吸光值，利用吸光值差異計(jì)算CO2產(chǎn)生率（%）。

CO2產(chǎn)生率和吸光度數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化根據(jù)下述公式[14]計(jì)算:

式中:At6為檢測(cè)板在培養(yǎng)6 h后的A570nm值；At0為培養(yǎng)前（0 h）的A570nm值；A=-0.226 5；B=-1.606；D=-6.771；WCO2為CO2產(chǎn)生率，μg·g-1·h-1；T為培養(yǎng)溫度，25 ℃；L為檢測(cè)板孔體積，945μL；W為土壤鮮質(zhì)量，g；U為土壤含水率；t為培養(yǎng)時(shí)間，6 h。

利用多樣性指數(shù)分析不同處理對(duì)土壤微生物群落多樣性的影響。Shannon-Winner多樣性指數(shù)（H′）表示整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)土壤微生物群落利用碳源類型的多與少，即功能多樣性。生態(tài)系統(tǒng)Shannon-Winner多樣性指數(shù)值越大，該系統(tǒng)的土壤微生物群落功能多樣性越高，反之則多樣性越低。計(jì)算公式:

1.4.2 土壤CO2連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)

通過(guò)Li-8100A土壤CO2通量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)CO2通量連續(xù)監(jiān)測(cè)。為了去除邊際效應(yīng)，取溫室中間的一條畦進(jìn)行試驗(yàn)，在畦上平均取3個(gè)點(diǎn)，之后每次監(jiān)測(cè)均在這3個(gè)點(diǎn)上，每個(gè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)3次。第一次監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)為2017年12月29日，之后每隔10 d進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)，直至開(kāi)棚時(shí)截至。

1.4.3 土壤理化性質(zhì)

風(fēng)干樣品用于測(cè)定總氮、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分參數(shù)。總氮和有機(jī)質(zhì)采用元素分析儀測(cè)定。

1.4.4 微生物計(jì)數(shù)

土壤微生物數(shù)量測(cè)定采用稀釋平板法，使用選擇性培養(yǎng)基分別測(cè)定土壤中細(xì)菌、真菌的數(shù)量。細(xì)菌用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，真菌用孟加拉紅培養(yǎng)基[16]。

1.4.5 茄子品質(zhì)測(cè)定

經(jīng)過(guò)對(duì)樣品中的糖提取后，用斐林法氧化還原滴定測(cè)定可溶性總糖。采用偏磷酸溶液提取，用2，6-二氯靛酚氧化還原滴定法測(cè)定維生素C。糖/酸測(cè)定如下:酸，試樣浸出液用0.1 mol·L-1氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行電位滴定，以pH 8.1為滴定終點(diǎn)；糖/酸=可溶性總糖（%）/可滴定酸度（%）[17]。用手持糖量計(jì)（WYT-32型）測(cè)定固形物。采用比色法用紫外分光光度計(jì)測(cè)定硝酸鹽[18]。含水率測(cè)定:含水率=（茄子鮮質(zhì)量-茄子干質(zhì)量）/茄子鮮質(zhì)量×100%。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件處理。不同處理差異顯著性分析用單因素方差分析（One-way ANOVA，最小顯著差法LSD）。采用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)茄子產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表2可知，秸稈反應(yīng)堆處理產(chǎn)量明顯高于對(duì)照組，其中T1、T2、T3比CK分別增產(chǎn)32.3%、32.0%、29.2%，可見(jiàn)使用秸稈反應(yīng)堆技術(shù)對(duì)溫室越冬茄子的增產(chǎn)效果顯著，但是3個(gè)秸稈反應(yīng)堆處理間的產(chǎn)量差異不顯著。與常規(guī)栽培相比，所有秸稈反應(yīng)堆處理均可有效提高茄子中維生素C含量，降低硝酸鹽含量。其中，T2的可溶性總糖含量、維生素C含量和固形物含量均顯著高于其他秸稈反應(yīng)堆處理，且硝酸鹽含量在所有處理中最低。綜合產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)，T2在所有秸稈反應(yīng)堆處理中為最佳。

表2 不同秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)茄子產(chǎn)量和品質(zhì)的影響Table 2 Effects of different straw bioreactors on eggplant yield and quality

2.2 不同秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室CO2通量和濃度的影響

CO2通量是反映土壤呼吸強(qiáng)度的重要指標(biāo)。由圖3可知，在100 d的監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)，3個(gè)秸稈反應(yīng)堆的CO2通量顯著高于CK，其中T1、T2和T3處理CO2累積排放量比CK處理分別增加1 537.50、1 381.04、1 509.96 g·m-2，這說(shuō)明秸稈反應(yīng)堆處理可有效補(bǔ)給溫室內(nèi)CO2虧缺，促進(jìn)溫室茄子生產(chǎn)，提高茄子產(chǎn)量。從圖中可以看出，在監(jiān)測(cè)前20 d，T3和T2的CO2通量顯著高于T1，CK、T1、T2和T3的CO2累積排放量分別為 261.83、582.91、811.74 g·m-2和 878.51 g·m-2，這表明反應(yīng)堆中加入一定量微生物腐熟劑的T2和T3處理，加快了秸稈腐解速度，可有效補(bǔ)給溫室內(nèi)CO2供應(yīng)，促進(jìn)茄子苗期生長(zhǎng)。在監(jiān)測(cè)后期T1處理秸稈腐熟程度加快，對(duì)茄子的后期生長(zhǎng)有一定的影響?？傮w來(lái)看，3個(gè)反應(yīng)堆處理的CO2通量始終高于常規(guī)栽培，地埋式秸稈反應(yīng)堆可促進(jìn)溫室茄子生長(zhǎng)，提高茄子產(chǎn)量。

由圖4可以看出，秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)可以提高溫室CO2濃度。在監(jiān)測(cè)早中期，平均起始CO2濃度表現(xiàn)為T3、T2＞T1、CK，其中T2和T3之間差異不明顯，T1與CK之間差異不顯著。僅在監(jiān)測(cè)末期（80～100 d），T1處理平均起始CO2濃度高于其余處理，CK、T2和T3處理之間差異減小，這可能與不同處理秸稈腐熟速度不同有關(guān)。T2和T3中菌劑和有機(jī)肥的添加加快了秸稈腐熟，促進(jìn)了早期CO2釋放，而T1處理沒(méi)有加菌劑，秸稈腐熟程度進(jìn)度緩慢，隨著種植時(shí)間的延長(zhǎng)，秸稈漸漸腐熟。腐植酸的添加對(duì)CO2濃度影響不大。總體來(lái)看，在地埋式反應(yīng)堆中加入菌劑和有機(jī)肥，有利于加快秸稈的腐解速度，促進(jìn)溫室土壤CO2釋放。

圖3 不同處理對(duì)CO2通量的影響Figure 3 Effects of different treatments on CO2flux

2.3 不同秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的影響

由表3可知，秸稈生物反應(yīng)堆處理提高了植株根系周邊土壤的氮和有機(jī)質(zhì)含量，相比其他秸稈反應(yīng)堆處理，T2處理增加了茄子苗期和花期土壤氮和有機(jī)質(zhì)含量，T3處理土壤有機(jī)質(zhì)含量高于T1處理。由此可知，有機(jī)肥和菌劑的添加有利于土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分累積，但在此基礎(chǔ)上再添加腐植酸則效果不顯著。由表4可知，在秸稈反應(yīng)堆中心點(diǎn)土壤中有機(jī)質(zhì)和氮含量基本為T1＞T2＞T3，可能是由于添加了有機(jī)肥和秸稈腐解菌劑，加快了反應(yīng)堆及土壤中有機(jī)物的分解和有機(jī)氮的礦化。

圖4 不同處理對(duì)平均起始CO2濃度的影響Figure 4 Effect of different treatments on average initial CO2concentration

表3 不同處理對(duì)植株根系周邊土壤有機(jī)質(zhì)和總氮的影響Table 3 Effects of different treatments on soil organic matter and total nitrogen around root system

圖5 不同處理植株根系周邊土壤的平均CO2產(chǎn)出率Figure 5 Average CO2yield of soil around roots treated with different treatments

表4 不同處理對(duì)反應(yīng)堆中心土層有機(jī)質(zhì)和總氮的影響Table 4 Effects of different treatments on soil organic matter and total nitrogen in reactor center

2.4 不同秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)溫室土壤微生物群落代謝的影響

基于MicroRESPTM方法的平均CO2釋放率可作為微生物整體性的有效指標(biāo)，也可反映微生物群落對(duì)碳源利用的能力。平均CO2釋放率越高表明土壤中微生物活性越高，底物代謝的能力越強(qiáng)。圖5為不同處理在苗期、花期、盛果期植株根系周邊土壤的平均CO2產(chǎn)出率，可以看出，在茄子生長(zhǎng)過(guò)程中，土壤的CO2產(chǎn)出率基本呈不斷下降的趨勢(shì)。不同處理土壤的微生物群落碳氮源利用能力基本表現(xiàn)為T3＞T2、T1，顯著性差異主要出現(xiàn)在1月苗期和6月盛果期。因此，T1和T2秸稈生物反應(yīng)堆處理會(huì)抑制栽培土壤中微生物代謝活動(dòng)，這可能有助于減少土壤中有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分消耗。T3處理腐植酸添加促進(jìn)了栽培土壤中微生物代謝，這可能是導(dǎo)致周邊植株栽培土壤中有機(jī)質(zhì)含量低于其他秸稈反應(yīng)堆處理的重要原因。基于MicroRESPTM分析的不同處理表層土壤微生物群落代謝多樣性表明，秸稈反應(yīng)堆處理未對(duì)周邊植株栽培土壤的微生物群落多樣性產(chǎn)生明顯影響，不同處理之間均無(wú)顯著差異。

由圖6可知，T3處理覆土的微生物代謝能力顯著高于其他秸稈反應(yīng)堆處理，主要表現(xiàn)在苗期和盛果期，因此腐植酸大幅促進(jìn)覆土中的微生物代謝能力。雖然T2處理的平均CO2釋放率略高于T1，但未達(dá)到顯著水平?；贛icroRESPTM分析的不同處理表層土壤微生物群落代謝多樣性表明，秸稈反應(yīng)堆處理未對(duì)覆土的微生物群落多樣性產(chǎn)生明顯影響，不同處理之間均無(wú)顯著差異。

2.5 不同秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)土壤微生物數(shù)量的影響

圖6 秸稈反應(yīng)堆中心土層的平均CO2產(chǎn)出率Figure 6 Average CO2yield of soil layer in the center of straw reactor

由圖7可知，土壤中的真菌數(shù)量基本隨著種植時(shí)間的增加而下降，但不同處理真菌變化趨勢(shì)存在一定差異。從總體趨勢(shì)看，秸稈反應(yīng)堆處理使土壤中的真菌數(shù)量高于常規(guī)栽培，其中T3處理傾向于提高栽培早期（主要是苗期）根系周邊土壤中真菌數(shù)量，可能與反應(yīng)堆中添加腐植酸，導(dǎo)致了根系土壤環(huán)境pH變化較其他處理快有關(guān)。而T2處理傾向于提高茄子生產(chǎn)中后期（花期和盛果期）土壤中的真菌數(shù)量。

從圖8中看出，反應(yīng)堆周邊土壤中的細(xì)菌數(shù)量基本呈先上升后下降的變化模式。不同處理之間的比較結(jié)果顯示，采用秸稈反應(yīng)堆以后，土壤中的細(xì)菌數(shù)量比對(duì)照明顯減少，尤其是秸稈反應(yīng)堆啟動(dòng)后的1～3個(gè)月之內(nèi)，其與真菌變化的趨勢(shì)正好相反。

3 討論

圖7 不同秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)土壤真菌數(shù)量的影響Figure 7 Effect of different straw bioreactors on the number of soil fungi in the surrounding plants

圖8 不同秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量的影響Figure 8 Effect of different straw bioreactors on the number of soil bacteria cultivated in the surrounding plants

越冬栽培秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)能有效利用秸稈，防止因燃燒秸稈所造成的環(huán)境污染問(wèn)題，更重要的是解決了冬天溫室種植的氣溫和地溫偏低、CO2含量不高以及長(zhǎng)期連作造成的土壤板結(jié)、病蟲害嚴(yán)重等問(wèn)題。秸稈生物反應(yīng)堆在北方應(yīng)用普遍，其對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育均有不同的促進(jìn)作用，如提前花期、提高品質(zhì)和產(chǎn)量等[9]。本研究顯示，在南方應(yīng)用地埋式秸稈生物反應(yīng)堆同樣可有效提高溫室蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)，具有一定的推廣應(yīng)用潛力。其中，秸稈與羊糞和微生物菌劑配合施用效果最佳，產(chǎn)量較對(duì)照增加了32%；茄子各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)也有不同程度的改善，例如可溶性總糖含量增加了17%，維生素C含量增加了95%，固形物含量增加了36.4%，硝酸鹽含量降低了32.6%，與常規(guī)栽培相比，口感更清香微甜。腐植酸已被證明在改良土壤、提高作物養(yǎng)分吸收等方面具有良好的效果[19]。在本試驗(yàn)中，我們也嘗試在T2處理（秸稈+羊糞+微生物菌劑）的基礎(chǔ)上，添加腐植酸，但是發(fā)現(xiàn)在秸稈反應(yīng)堆中增加腐植酸對(duì)茄子增產(chǎn)的直接影響并不大，其主要作用是增加了土壤微生物的代謝活性，對(duì)提高土壤肥力有較好的作用。

設(shè)施蔬菜栽培過(guò)程中，在設(shè)施內(nèi)相對(duì)密閉的特殊條件下，日出后作物進(jìn)行旺盛的光合作用，通常會(huì)使CO2濃度急劇降低，造成CO2虧缺，從而影響作物光合作用。在設(shè)施內(nèi)增施CO2，是強(qiáng)化作物光合作用、促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的有效技術(shù)措施，可以實(shí)現(xiàn)溫室蔬菜的高產(chǎn)[20]。本試驗(yàn)結(jié)果證明，秸稈反應(yīng)堆技術(shù)顯著提高了溫室土壤CO2釋放速率，增加了土壤CO2的通量，是茄子增產(chǎn)的重要原因之一。其中秸稈與有機(jī)肥和菌劑配合使用，與秸稈單獨(dú)使用比較，更可以促進(jìn)秸稈腐熟，促進(jìn)CO2釋放。

連作栽培會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡、有機(jī)質(zhì)含量降低、微生物多樣性減輕[8]。本試驗(yàn)同樣觀察到這一變化趨勢(shì)，但在使用不同秸稈生物反應(yīng)堆后，這一狀況得到改善。秸稈作為微生物的養(yǎng)料，在其分解過(guò)程中會(huì)緩慢向土壤釋放有機(jī)物質(zhì)和礦物質(zhì)[8]，提高土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量，改善土壤理化性質(zhì)，增強(qiáng)保肥、保水能力，培肥了地力[21]。類似結(jié)論在本試驗(yàn)中也得到體現(xiàn)，所有秸稈生物反應(yīng)堆處理后土壤中的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量均高于常規(guī)栽培處理。外源有機(jī)物對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)分解的激發(fā)效應(yīng)[22]也可能是反應(yīng)堆改變土壤有機(jī)質(zhì)的一個(gè)重要原因。激發(fā)效應(yīng)包括正效應(yīng)和負(fù)效應(yīng)，能夠產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)的物質(zhì)有利于土壤有機(jī)碳形成或降低有機(jī)碳的降解，而正效應(yīng)則加速土壤中有機(jī)質(zhì)礦化[23]。纖維素、葡萄糖、秸稈等能夠產(chǎn)生負(fù)激發(fā)效應(yīng)，而部分氨基酸如谷氨酸、天冬氨酸等能產(chǎn)生正激發(fā)效應(yīng)[24]。秸稈生物反應(yīng)堆含有大量的纖維素等物質(zhì)，能夠產(chǎn)生顯著的負(fù)激發(fā)效應(yīng)，因此能夠增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量[7]。同時(shí)，秸稈反應(yīng)堆處理下，外源有機(jī)物進(jìn)入土壤可以為微生物提供碳源，從而增加土壤微生物量，進(jìn)而增加有機(jī)質(zhì)含量。在本試驗(yàn)中，不同秸稈生物反應(yīng)堆處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮含量的影響也存在差異，我們認(rèn)為可以從激發(fā)效應(yīng)上解釋相關(guān)現(xiàn)象。首先秸稈生物反應(yīng)堆本身對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)分解能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的負(fù)激發(fā)效應(yīng)，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。但是，在T2和T3處理中，我們配套添加了羊糞、菌劑和腐植酸，這些物質(zhì)部分可以促進(jìn)氨基酸等具有正激發(fā)效應(yīng)物質(zhì)產(chǎn)生，例如微生物菌肥的添加可以促進(jìn)微生物對(duì)氨基酸的代謝[7]，在一定時(shí)間內(nèi)增強(qiáng)氨基酸類物質(zhì)含量，部分可以直接增強(qiáng)土壤微生物代謝，加速土壤有機(jī)質(zhì)分解成無(wú)機(jī)養(yǎng)分，因此T2和T3處理中的正激發(fā)效應(yīng)大于T1，從而導(dǎo)致了T2和T3處理土壤中的有機(jī)質(zhì)含量下降。此外，通過(guò)對(duì)比T3和T2處理，我們可以推測(cè)腐植酸主要產(chǎn)生正激發(fā)效應(yīng)，其添加可以加速土壤有機(jī)質(zhì)分解。從微生物代謝活性的角度上看，T3處理土壤微生物代謝和活力總體高于其他秸稈反應(yīng)堆處理，這個(gè)結(jié)果同時(shí)證明了腐植酸的引入主要是促進(jìn)土壤微生物的代謝活性，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)分解的質(zhì)量超過(guò)其對(duì)微生物生物量增加的促進(jìn)作用。我們認(rèn)為，T3土壤中過(guò)分活躍的微生物活動(dòng)加大了其對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分的消耗，這種情況下，微生物還可能與植物爭(zhēng)奪養(yǎng)分，進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)發(fā)育。本試驗(yàn)分析了秸稈反應(yīng)堆處理下土壤中的細(xì)菌和真菌數(shù)量，發(fā)現(xiàn)秸稈反應(yīng)堆處理增加植株根系周邊土壤中的真菌數(shù)量，但降低了土壤細(xì)菌數(shù)量。作為土壤酶的主要提供者[8]，土壤真菌和細(xì)菌數(shù)量增加雖然均會(huì)導(dǎo)致土壤呼吸代謝增強(qiáng)，加速有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分分解消耗，但同時(shí)二者數(shù)量增加又提高了土壤微生物生物量，當(dāng)微生物量增加超過(guò)了分解的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量，凈效應(yīng)表現(xiàn)為土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，反之則表現(xiàn)為有機(jī)質(zhì)含量下降。根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果，我們認(rèn)為秸稈反應(yīng)堆中土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高主要?dú)w功于土壤真菌數(shù)量的增加，而土壤細(xì)菌數(shù)量增加主要促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)分解。因此，在秸稈生物反應(yīng)堆中添加腐植酸主要是通過(guò)促進(jìn)土壤細(xì)菌數(shù)量增加，從而加速土壤有機(jī)質(zhì)消耗。本試驗(yàn)中，不同秸稈反應(yīng)堆處理的土壤細(xì)菌和真菌的演替模式存在明顯差異。T3處理傾向于提高苗期栽培土壤中真菌數(shù)量和花期栽培土壤中細(xì)菌數(shù)量，而T2處理傾向于提高花期和盛果期栽培土壤中的真菌數(shù)量以及盛果期栽培土壤細(xì)菌數(shù)量。以上現(xiàn)象也反映出T3處理中腐植酸添加加快秸稈分解進(jìn)程的原因。結(jié)合茄子產(chǎn)量、品質(zhì)以及土壤肥力等結(jié)果可知，秸稈生物反應(yīng)堆中秸稈分解速度過(guò)快并不是一種有利的情況。因此，了解作物生長(zhǎng)與秸稈生物反應(yīng)堆中秸稈物料的分解速度以及周邊土壤環(huán)境變化的相關(guān)性，明確控制秸稈生物反應(yīng)堆中秸稈物料分解的方法，對(duì)于未來(lái)秸稈生物反應(yīng)堆推廣和應(yīng)用具有重要意義。

4 結(jié)論

（1）在越冬茄子栽培中應(yīng)用地埋式秸稈反應(yīng)堆技術(shù)是一種較為有效且適宜推廣的農(nóng)藝措施，可以顯著提高茄子產(chǎn)量和品質(zhì)，增加溫室CO2排放通量，提高溫室土壤作物植株根系周邊土壤中的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量。其中，秸稈生物反應(yīng)堆配合羊糞和微生物菌劑施用（T2）顯著提高了茄子品質(zhì)，且最有利于土壤有機(jī)質(zhì)累積。

（2）地埋式秸稈反應(yīng)堆影響土壤中的微生物代謝活性，改變了栽培過(guò)程中土壤真菌和細(xì)菌的數(shù)量變化模式，表現(xiàn)為提高植株根系周邊土壤中的真菌數(shù)量，降低土壤細(xì)菌數(shù)量。秸稈反應(yīng)堆中土壤有機(jī)質(zhì)含量的提高主要?dú)w功于土壤真菌數(shù)量的增加，而土壤細(xì)菌數(shù)量增加主要促進(jìn)了土壤有機(jī)質(zhì)分解。

（3）在T2處理的基礎(chǔ)上加入腐植酸（即T3）對(duì)茄子產(chǎn)量的直接影響不大，其主要作用是促進(jìn)土壤微生物的代謝活性，改善土壤肥力。