秸秆和枝条还田对日光温室网纹甜瓜生长发育的影响*

邹浩然，刘轩溢，张 豪，李倩儒，陈晓峰

（中国农业大学烟台研究院，山东 264670）

随着我国农业现代化进程的加速，国家对生态循环农业发展的需求日益提升[1]。生态循环农业具有可观的经济效益和绿色环保的应用前景[2-3]。近年来，作为生态循环农业的重要组成部分，如何解决农村面源污染之一的农作物秸秆以及农作物生产废弃物（包括作物修剪枝条等）的综合利用研究与应用逐渐提上日程[4-5]。当前，国家对秸秆作物的综合利用率期望值为85%，而山东省作为全国农业生产第一大省，每年农作物秸秆产量达到9 000 万t，枝条修剪量也超过322 万t，如此庞大的农业废弃物产量对生态循环农业是一种挑战[6-7]。

秸秆和枝条还田是农作物废弃物综合利用的重要途径[8]。前人研究表明，秸秆通过微生物的腐化分解可以为植物提供丰富的速效养分，增强土壤肥力，从而提高作物产量和品质，农作物废弃物还田可以增加土壤微生物数量和有机碳含量[9-14]。在农作物栽培中，秸秆和枝条的主要还田方式有粉碎直接还田、过腹还田、沼液还田、碳化还田、覆盖还田等[14-15]；耕作方式主要有常规耕作、浅耕、深耕、深松等[16-17]。秸秆还田是改良土壤结构，实现资源节约型农业的有效手段[2,13]，在大田生产及设施作物栽培中均有广泛应用。秸秆还田在设施栽培中除了可以增加土壤养分含量外，还可以增加土壤温度和CO2浓度，以满足作物的生长需要[18-22]。

农作物废弃物还田技术已在我国研究与应用多年，但其研究方向主要集中在农作物秸秆还田方面[23-25]。在山东、辽宁等果业生产大省，缺乏果树枝条还田技术方面的研究与应用[7]。因此，本试验旨在通过对比秸秆还田和果树枝条还田在设施栽培中的应用效果差异，为农作物废弃物还田的发展和利用提供理论参考和依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年在山东省留格庄镇前杨台村进行。试验所用温室为钢结构日光温室，日光温室内土壤为壤土，土质均匀、肥力良好，前茬作物为叶菜。选取日光温室中段15 块同等面积的栽培区域作为试验小区，每小区面积10 m×1.2 m。

1.2 试验材料

试验所用网纹甜瓜品种为‘鲁厚甜1 号’，由农户自行育苗，待幼苗长至三叶一心时（2020 年2月10 日）定植。

水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆来源于当地常规生产田收获后的干燥秸秆，经机器碾压、切段，形成长3 cm 左右的细碎小段。砂梨枝条，来自当地砂梨园，经过机器粉碎、干燥、高温杀菌处理，形成长度≤1 cm、直径≤3 mm 的碎段。所有秸秆和枝条在还田前，参照刘天平[26]的方法进行灭虫杀卵处理。

1.3 试验处理与方法

1.3.1 试验设计

网纹甜瓜于2020 年2 月10 日定植，双行种植，每小区定植50 株，行株距为50 cm×40 cm。定植前20 d 统一施肥，每667 m2施腐熟鸡粪5 000 kg、氮磷钾（15-15-15）复合肥30 kg，并深翻。定植前7 d，将4 种试验材料均匀撒在试验小区，每小区还田材料用量均为18 kg，采用小型机械深翻60 cm。定植7 d 后，测定温室内0～60 cm 土层土壤的理化性状（表1）。共设5 个处理：T1 处理，水稻秸秆粉碎还田；T2 处理，玉米秸秆粉碎还田；T3处理，小麦秸秆粉碎还田；T4 处理，梨树枝条粉碎还田；对照（CK），无还田材料处理，其他管理方式同常规栽培[27]。

表1 网纹甜瓜定植前各处理土壤理化性状

1.3.2 土壤理化性状及微生物数量的测定

网纹甜瓜定植1 周后，每15 d 测定1 次土壤温度（土壤30 cm 深处的温度），统一测定时间为6：00。

果实采收结束后及时采集土样进行土壤理化性状及微生物数量的测定。土壤理化性状测定采用5 点取样法，取样深度0～60 cm。取样结束后将样本分为2 份，分别用来测定土壤基本理化性状和土壤微生物含量，其中土壤理化性状（pH 值及全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量）的测定参考王秋菊、鲍根生、王媚臻等[28-30]的方法，土壤微生物（细菌、真菌、放线菌）数量的测定参考崔月贞等[31]的方法。

1.3.3 网纹甜瓜生长发育状况及果实品质的测定

记录各处理网纹甜瓜授粉和采收日期。采收结束后对各试验小区平均单瓜重进行称量[32-33]，计算总产量，并及时拔出瓜蔓，采用孙晓华等[34]和姚黎等[35]的方法测量株高、主根长、茎粗。

每个处理随机选取10 个甜瓜进行果实营养品质的测定，测定部位为果实中部肉质，可溶性固形物含量采用WZS-20 手持式糖度计（上海仪电物理光学仪器有限公司）测定，维生素C 含量采用钼蓝比色法测定[36]。

1.4 数据处理

采用Excel 2019 及SPSS 19.0 软件对数据进行统计和分析，用LSD 法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同作物废弃物还田对网纹甜瓜生长发育和果实品质的影响

由表2 可知，与CK 相比，4 个还田处理的授粉日期和采收日期均提前，株高、茎粗和主根长度均增加。其中，以T3 处理效果最为显著，授粉日期提前5 d，采收日期提前4 d，株高增加21 cm。

表2 不同处理对网纹甜瓜植株生长发育的影响

从表3 可知，除T1 处理外，其他3 个还田处理的可溶性固形物含量均显著高于CK；T3 和T4处理维生素C 含量高于CK，且达显著水平；4 个还田处理的单瓜重均高于CK，其中T2、T3 处理差异达显著水平，分别达1.85、1.87 kg。

表3 不同处理对网纹甜瓜果实品质的影响

2.2 不同作物废弃物还田对日光温室内土壤温度的影响

由表4 可知，与CK 相比，4 个还田处理均可不同程度地提高土壤温度，土壤温度升高幅度总体呈先升高后降低的趋势，尤其在定植后的前1 个多月（2 月10 日至3 月18 日），随着秸秆和枝条的降解，增温明显，土壤温度提高了1.4～3.1 ℃。后续随着生产的进行和室外气温的升高，秸秆降解完成，各处理与CK 地温相差不大。

表4 不同处理的土壤温度

2.3 不同作物废弃物还田对日光温室内土壤理化性状及土壤微生物数量的影响

由表5 可以看出，4 个还田处理的土壤养分含量均有不同程度的提高，其中，T2 处理的土壤全氮、全钾、速效磷含量分别提高了25.5%、77.2%、124.4%；T4 处理的土壤速效氮含量提高了28.5%；T1 处理的土壤速效钾和土壤有机质含量分别提高了36.6%、36.9%；T3 处理的土壤有机质含量提高了39.2%。

表5 采收后不同处理的土壤养分含量

作物废弃物还田在提高土壤细菌和放线菌数量方面效果显著（表6），4 个还田处理的土壤细菌和放线菌数量均显著高于CK，其中，T3 处理的土壤细菌数量提高了258.2%，T1 处理的土壤放线菌数量提高了3 711.8%。在真菌数量方面，T1 和T2 处理与CK 差异显著。

表6 不同处理的土壤微生物数量

3 讨论与结论

玉米秸秆、小麦秸秆和果树枝条是北方常见的几种农业废弃物，具有广泛的应用前景[4,7]。本试验通过对4 种常见的农业废弃物进行还田研究，结果表明，秸秆和梨树枝条深埋降解均有促进网纹甜瓜植株的生长和提高果实营养品质的作用，同时可使网纹甜瓜成熟期提前4～5 d，该结论与前人研究结果[11,37-39]一致。

杨滨娟等[20]通过秸秆配施不同比例化肥试验，发现秸秆还田有明显提高地温的作用。赵鹏等[40]研究表明，秸秆还田可以提高土壤最低温度，降低土壤最高温度，减小土壤温度的振幅。本试验结果表明，秸秆和枝条还田可以提高土壤温度，在网纹甜瓜定植后的前1 个多月效果尤为显著，而网纹甜瓜生长最适温度为25～32 ℃，因此秸秆与枝条还田可有效促进网纹甜瓜前期的生长发育。同时，秸秆与枝条的降解，可以提高土壤的速效养分、全量养分和有机质含量，促进作物的生长，这与李亭亭[41]、赵继浩等[42]、梅楠等[43]的研究结果一致。赵鹏等[44]研究发现，秸秆和枝条还田可使空气中CO2浓度提高50%以上，本试验由于条件限制，未能对设施内CO2浓度进行测定，有待进一步研究。

土壤微生物在生态系统中占有重要地位，参与土壤物质循环与能量流动[45]。前人研究认为[13,20,40]，秸秆还田可以提高土壤细菌、放线菌等多种根际微生物数量，与本试验结果相符。本研究结果发现，与对照相比，农业废弃物还田可以明显提高土壤细菌和放线菌数量，而对真菌数量作用效果不明显，该结果与赵鹏等[40]、王廷峰等[45]、王理德等[46]的研究结果不同，原因可能是化肥抑制了真菌的生长和繁殖[47]。

王月宁等[48-49]研究表明，秸秆和枝条还田均可提高土壤速效元素的含量，尤其是钾元素的含量，能有效促进植株生长发育，提高作物产量。韩圆圆等[25]研究表明，果树枝条还田可提高土壤中多种微量元素的含量，与本试验研究结果相符。本试验通过秸秆与果树枝条的对比，认为果树枝条经过合理处理后可以达到秸秆还田的标准，可替代秸秆进行还田。

本试验通过田间观察发现，不同秸秆与枝条的腐解速率不同。农作物秸秆均呈先快后慢的趋势，前期速率相差明显，后期分解速率减慢，差异不明显，与戴志刚、代文才等[50-51]研究结果相近。与农作物秸秆相反，梨树枝条腐解呈先慢后快的趋势，原因可能是前期枝条中的木质素等物质难以分解，这也与赵鹏等[41,45]的研究结果相近。

综上所述，秸秆和梨树枝条还田可以提高土壤养分含量，减缓土壤养分的消耗，并可提高网纹甜瓜果实营养品质。但本试验受限于规模，在果树枝条还田对病虫害与土传病害传播等方面，以及对设施内CO2浓度的影响等领域仍有一定的空缺，有待深入研究。