秸秆生物反应堆技术对设施火焰无核葡萄品质的影响

肯吉古丽·苏力旦，汪志伟，努力亚·艾合买提，古丽加汗·克然木

（新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所，新疆维吾尔838200）

秸秆生物反应堆技术体系是一套涉及农业增产、提质、增效的有机栽培技术，它和传统农业技术有本质的差异。传统农业生产过程中，对于化肥的依赖程度相对较大，而此技术体系的出现明显改善了这一现象[1]。秸秆生物反应堆技术是在反应堆专用菌种的作用下，将秸秆定向、快速地转化为植物生长所需要的二氧化碳、热量、抗病孢子以及有机和无机物，能综合改变植物生长条件，极大提高产量和品质。其理论依据是植物的光合作用、植物饥饿理论、叶片主被动吸收理论和秸秆矿质元素可循环重复再利用理论。生物反应堆中所选择的菌种存在多样性，属于酵素菌群，包含了以好氧菌为核心的各类有益菌。较之于单一化的种群而言，其明显具备更强的繁殖以及代谢能力。而酵素菌所分泌的各类酶以及活性物质，被称作是酵素，又被叫做是农用酶。酵素菌群中包含了多种有益菌和代谢产物，构成了有益生物活性功能团，除了可以对反应堆里的有机物进行分解，还可以对土壤里所包含的矿质元素进行分解与转化[2]。

该技术实现了物质转换和资源再利用，综合改变了作物的生长环境，在微生物的作用下将植物秸秆转化为作物生长所需的二氧化碳、热量和有机无机养料，从而大幅度提高瓜果蔬菜的产量和品质[3]。秸秆生物反应堆在工艺和材料方面的要求并不高，简便的操作就可以实现链式能量转换循环，得到显著的综合效应，如同核反应堆[4]。良性循环的生物效应使其成为备受认可的无公害生物技术[5]。秸秆生物反应堆技术在蔬菜方面的应用较多[6-8]，而在葡萄上的应用研究则相对较少。本试验选取了萌芽数、结果数、果穗重、果粒重、果粒纵横径、可溶性固形物、着色度、酸度等指标对火焰无核葡萄的产量和品质进行分析，并对秸秆资源的循环利用模式进行评价，以期探索秸秆的高效利用、缩减生产成本以及解决大田秸秆堆积对环境造成污染的有效途径[9]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

火焰无核葡萄也叫弗蕾无核，欧亚种，原产美国，由美国Fresno园艺试验站杂交选育而成。1983年引入我国，1991年引入新疆葡萄瓜果开发研究中心。开始作为资源少量保存，1998年进行嫁接扩繁。

玉米秸秆由新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所种植，麦草、羊粪和秸秆从农民家购买。试验使用酵素菌种由山东秸秆生物工程技术中心提供。

1.2 试验地点

试验地点安排在新疆葡萄瓜果研究所的科研温室里。试验地气候属温带大陆性气候，地处库木塔格山（沙山）北麓，西接火焰山东端，北部为博格达山，中部为吐鲁番盆地和哈密盆地，南部为戈壁和沙漠。土壤类型以沙壤土为主，上茬种植西瓜。

1.3 试验方法

1.3.1 试验准备及分组

试验于2018年1～8月在种植火焰无核葡萄的温室进行，温室面积为850 m2（8.5 m×100 m）。早春搭建秸秆生物反应堆，本文的秸秆生物反应堆中，分别用秸秆、麦草、麦草+羊粪、秸秆+羊粪、羊粪五种方案来制作生物反应堆，分为5组，并设置对照组（什么都不施）。每个小组处理为6株，每株测3穗。期间根据葡萄的物候期进行不同时期取样并对相关指标进行测定。

处理 1：秸秆 300 kg/667 m2。

处理 2：麦草 300 kg/667 m2。

处理3：麦草300 kg/667 m2+羊粪300 kg/667 m2。

处理4：秸秆300 kg/667 m2+羊粪300 kg/667 m2。

处理 5：羊粪 300 kg/667 m2。

1.3.2 生物反应堆的搭建

菌种处理：2018年1月2日对菌种进行预处理，按比例先将菌种与有机物混匀，加水搅拌，继而将混拌产物分别于阴凉处堆置，厚度不超过15 cm，同时观察温度计显示的温度，一旦其内部温度过高立即进行翻动，以防止高温破坏菌种活性，翻动数次后温度相对稳定，继续静置待其充分发酵腐熟后直接投入使用。

生物反应堆的搭建：本试验于2018年1月7日开始搭建生物反应堆。试验当中运用的是行间内置式反应堆，在试验种植行的一边施有机肥，另一边则设置反应堆。在反应堆搭建中，首先是在种植行的一边开沟，开沟的位置与植株的根部有一定距离，约15 cm，沟的宽度为30 cm，深度为40 cm，开沟以后，沟内铺上有机物（秸秆、麦草、麦草+羊粪、秸秆+羊粪、羊粪五种材料中的一种），铺面均匀，并将菌种混合物撒在有机物上，然后用铁锹轻拍，将菌种震落到有机物的空隙里；铺好后沟内的有机物厚度约30 cm，而后在有机物上起土回填整平即可。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 葡萄生长发育情况

萌芽数的测定：每组选择3株葡萄作为样本，观察近主蔓的六个母枝，在葡萄萌芽定枝以前记录芽眼的数量[10]。

结果数的测定：每组选择3株葡萄作为样本，每株测定6穗葡萄的结果数，计算每株葡萄平均值结果数。

1.4.2 葡萄产量和品质

产量的测定：在葡萄浆果彻底成熟的条件下，以小区为单位对产量进行计算，对各小区内每株葡萄的果穗数、单果重以及各个果穗果粒数量的平均值进行统计，估算得出各处理组每667 m2的预期产量。

平均单粒重的测定：果实采收完成以后，随机选择100粒葡萄用天平称重进行测量，计算平均值。

平均单穗重的测定：果粒采收完成以后，随机选择10穗称重，若是质量超出天平容量，可分为小穗称量，求出平均值。

果实着色率的测定：在葡萄浆果彻底成熟的条件下，对果实着色率进行测定，每个小区选取5穗葡萄作为样本，各自对其完全着色的果粒个数、不完全着色和没有着色的个数进行统计，对其所占比重进行计算，求出平均值[11]。

可溶性固形物含量的测定：采用手持式糖度计测定。酸度的测定：采用酸碱中和的方法测定总酸含量。

2 结果与分析

2.1 对葡萄萌芽数和结果数的影响

本试验主要从萌芽数、结果数两个方面分析了秸秆生物反应堆技术对火焰无核葡萄生长的影响，结果见表1和表2。

表1 秸秆生物反应堆技术对葡萄萌芽数的影响Table 1 Effect of straw bioreactor technology on germination number of grape

表2 秸秆生物反应堆技术对葡萄结果数的影响Table 2 Effect of straw bioreactor technology on number of fruits of grape

从萌芽数来看，秸秆+羊粪组的平均萌芽数最高，为185.50个；羊粪组其次，为184.17个；对照组的最低，为150.00个。从结果数来看，麦草+羊粪组的平均结果数最高，为79.50个；秸秆+羊粪组其次，为77.00个；对照组最低，为39.50个。麦草+羊粪组在萌芽数和结果数都表现较好，可见，羊粪处理有利于植株的萌芽数和结果数的增加。通过对方差进行计算可知，麦草+羊粪组无论是在萌芽数还是在结果数方面，方差都较小，说明数据的波动小，稳定性强。综合来看，麦草+羊粪处理的生物反应堆能促进火焰无核葡萄的萌芽和结果。

2.2 对葡萄果实生长的影响

本试验主要从果穗重、果穗长宽、果粒重、果粒纵横径、着色度5个指标分析了生物反应堆技术对火焰无核葡萄果实生长的影响，结果见表3。

表3 秸秆生物反应堆技术对葡萄果实生长的影响Table 3 Effect of straw bioreactor technology on fruit growth of grape

从果实各个生长指标来看，除了着色率外，秸秆+羊粪组表现都是最优，果穗重为566.72 g，果穗长宽为20.4 cm×19.1 cm，果粒重为797.58 g，果粒纵横径为20.5 cm×19.2 cm；秸秆组、对照组各生长指标均较差；但秸秆+羊粪组的着色情况不是最优的。由此可知，运用秸秆与羊粪结合，能够有效促进果穗和果粒的增长，使得果实从外观上来看更加饱满。可见，对于果实生长情况而言，秸秆+羊粪是比较理想的生物反应堆材料。

着色率的指标中，试验组的优势相对于对照组而言并不明显，而对照组甚至会优于部分试验组，在该组中，出现了如图1中着色率较差的果实。分析原因可能是着色期遇低温，影响葡萄的上色。

图1 秸秆+羊粪组中着色率较差的果实Fig.1 Fruits with poor color in straw+sheep manure group

2.3 对葡萄果实内在品质的影响

本试验选择可溶性固形物和酸度两个指标对无核葡萄果实的内在品质进行了评价，并对所得数据整理后得到每组的均值和方差，具体结果见表6、7。

表6 秸秆生物反应堆技术对葡萄可溶性固形物的影响Table 6 Effect of straw bioreactor technology on soluble solids of grape

在可溶性固形物指标的测定中，秸秆组最高，为20.80%；麦草+羊粪的次之，达到20.61%，羊粪组最低，为19.41%。对于酸度指标，对照组最高，为0.931 g/L；秸秆+麦草组次之，酸度为0.868 g/L；秸秆、麦草、麦草+羊粪酸度较低，相差不大。

表7 秸秆生物反应堆技术对葡萄酸度的影响Table 7 Effect of straw bioreactor technology on acidity of grape

3 结论

秸秆生物反应堆技术的原料是植物秸秆，不但原料无污染，而且直接利用微生物对植物根部养分、有益微生物数量的改变来改善作物生长环境，能够把有机物转变成满足植物生长需求的二氧化碳、热量以及有机无机养分，使产量以及品质得以明显提升[12]。与常规种植相比，采用生物反应堆种植的火焰无核葡萄在品质上有了一定的提高。第一，麦草+羊粪组在萌芽数和结果数都表现优异，能够对植株的萌芽和结果起到重要作用。第二，秸秆+羊粪生物反应堆能够促进果穗和果粒的增长，使果实从外观上来看更加饱满。第三，对于火焰无核葡萄的内在品质，麦草+羊粪组的表现最为优异，可溶性固形物含量较高，且酸度较低，因此，火焰无核葡萄具有更为良好的口感。

此外，试验基地葡萄生产采取了绿色果品的生产标准，没有使用农药化肥。在试验过程，初期试验组的部分葡萄出现了轻微虫害，在之后反应堆的持续作用下也被有效抑制，所以在反应堆初期使用过程中可能存在效力不足现象。此试验是在生物反应堆正式应用的第一年开始，因此无法直接确定生物反应堆的全部效力，仅可以充当反应堆搭建以及适宜菌种浓度选取带来有效的启示，想要对生物反应堆效益完全发挥出的效果是否与既定研究相符，还需要进行深入的试验来进行验证。