耐低温生物发酵下的冬季油菜生产效果研究

赵震虎，鹿 鑫，关法春，苗彦军，王 超，李亚军，解 娇，王 鑫,马 巍，孙宝学

(1.哈尔滨市农业科学院,黑龙江 哈尔滨 150000；2.吉林省农业科学院，吉林 长春 130033；3.西藏农牧学院，西藏 林芝 860000；4.吉林大学数学学院，吉林 长春 130012；5.长春德胜宝农业有限公司，吉林 长春 130200)

在农业设施中利用各种农作物秸秆及皮壳等原料，加入鸡粪等粪污后，经特制菌种高温发酵后，释放二氧化碳和热量，可促进作物生长[1]，在蔬菜上应用也取得良好的使用效果[2].但在生产中发现，由于受冬季过低温度的影响，生物发酵堆升温发酵速度较慢，其温度指标和高温持续时间有限.一般来说，生物质在25 ℃以上条件下才能发酵良好，以往曾经有在零下温度条件成功进行低温发酵的报道[2-3]，但从西藏高海拔地区分离出来的耐低温发酵菌群，能够在更低温度条件下氧化发酵物[4]，这有可能成为生物发酵应对高寒地区冬季低温问题的重要解决途径.

目前生物发酵对高寒地区温室秋冬茬蔬菜生长的影响研究有限.为此本文以吉林省秋冬茬普遍种植的油菜生产为例，分析开展生物质发酵对温室内温度、二氧化碳浓度，以及油菜生长状况和产量的影响，明确耐低温菌剂应用后的生物发酵技术在油菜上的生产效果，以期为丰富和完善生物发酵技术奠定基础，同时为高寒地区冬季的蔬菜生产提供技术参考.

1 材料与方法

试验所用的淀粉基耐低温发酵菌剂由西藏藏迦生态农业科技有限公司提供，其微生物菌种主要分离自西藏那曲市那曲镇郊(92° 1' 12"E、31° 26' 12"N)小嵩草根际土壤，并经过筛选、扩繁、复配后制成的微生物复合菌剂，其中含有芽孢杆菌(Bacillussubtilis)3.0×108cfu/g，绿色木霉(Trichodermaviride) 3.0×108cfu/g和酵母菌(saccharomyces)1.0×106cfu/g.

试验地点位于长春市净月区新湖镇(125° 28' 39"E、43°37' 45"N)，2018年10月21日开始试验，选择2栋结构相同、保温性能一致的非加温温室，1栋作为发酵温室，以相邻的另一栋温室作为对照，油菜种子直播的播种量为30 g/m2，所有播种、灌水等管理措施均一致.将2公斤菌剂与红糖按照1：1的比例混合后，均匀拌入1吨粉碎的干秸秆(长度1～3 cm)与干重15 t鸡粪的混合发酵物中，保持发酵物含水量45%，并将均匀混拌后的发酵物分成相等的2份，分别添至温室两侧山墙处的长7.2 m、宽1.5 m、深1 m的沟内，地上部发酵堆高度1.0 m，然后发酵堆外覆塑料膜.

沿着温室东西向、在室内南北向的中线位置，每隔2 m设立一个样点，共计15个样点，每月15日、30日早上8:00在该样点1 m高度处，分别使用酒精温度计(精确到0.2 ℃)和手持二氧化碳气体分析仪，测定温度和二氧化碳浓度，在发酵堆中心使用有机肥温度计(精确到0.1 ℃)测定温度，分别在10月30日、11月15日、11月30日、12月15日、12月30日进行相关数据采集；同期，在样点周围2 m范围内的植株行内，随机选择任意一点的相邻3株油菜，测定植株高度(精确到1 mm)和茎基粗(游标卡尺测定)，12月30日上午10点采收油菜，在温室菜田内以样点为中心的1 m×1 m方格内，贴地表收获油菜植株，测其鲜重，并按照市场价格计算总收入.

采用Excel 2003和SPSS 21.0统计软件对数据进行统计，采用LSD法对数据进行差异显著性分析.

2 结果与分析

2.1 不同时期的温室内温度及发酵堆温度

从不同时间的温室内温度来看(见图1)，10月30日、11月15日、11月30日、12月15日、12月30日测定的发酵温室内的发酵堆平均温度分别为53.6 ℃、67.2 ℃、63.3 ℃、60.2 ℃、58.3 ℃，在高热发酵堆的影响下，发酵温室内平均温度分别为13.51 ℃、11.34 ℃、4.82 ℃、2.49 ℃、1.26 ℃，分别比同期对照温室高0.91 ℃、1.69 ℃、2.66 ℃、3.74 ℃、6.16 ℃，其中12月15日、12月30日的处理间温度差异显著(P<0.05).发酵温室的温度始终高于对照温室，而且即使在试验末期，温室内的温度亦在0 ℃以上，且高于对照6.16 ℃.说明发酵堆能够明显提高了温室内的温度.

图1 不同处理的温室内温度及发酵堆温度Fig.1 Temperature of greenhouse and fermentation pile withdifferent treatments

2.2 不同时期的温室内二氧化碳浓度

由图2所示，发酵温室10月30日、11月15日、11月30日、12月15日、12月30日测定的二氧化碳气体浓度分别为845 μL·L-1、1085 μL·L-1、926 μL·L-1、857 μL·L-1、938 μL·L-1，分别比对照高219 μL·L-1、522 μL·L-1、311 μL·L-1、245 μL·L-1、293 μL·L-1，不同时期发酵温室的室内空气二氧化碳浓度均显著高于对照(P<0.05).说明发酵堆能够明显提高了温室内的二氧化碳浓度.

图2 不同处理的温室内二氧化碳浓度Fig. 2 Carbon dioxide concentration ingreenhouse withdifferent treatments

2.3 不同处理下的油菜生长状况

株高和茎基粗是衡量叶菜营养生长时期生长状况的重要指标.由图3可见，10月30油菜刚出苗，处理间株高和茎基粗指标差异不大；但自11月10日开始，从发酵温室内的油菜株高和茎基粗指标就开始明显高于对照温室， 12月13日和12月30日测定的发酵温室内油菜株高和茎基粗均显著高于对照(P<0.05)，其中12月30日试验结束时发酵温室内油菜株高和茎基粗分别为13.4 cm和0.61 cm，分别对比对照高3.93 cm和0.14 cm.说明发酵堆的设置能够明显促进油菜的生长.

图3 不同处理下的油菜株高和茎基粗

2.4 发酵堆对蔬菜产量与收入的影响

测产结果表明(见表1)，发酵温室内的油菜平均产量分别为3.4 kg/m2高于对照温室的平均产量1.8 kg/m2，处理间差异显著(P<0.05)；在经济收入上，由于发酵温室油菜产量较高，加上其商品性好，其单价比对照温室的油菜高出0.6元/kg，因此发酵温室油菜的收入达到了15.64 元/m2，是对照的2.44倍，处理间差异显著(P<0.05).发酵堆的设置能够明显提高油菜产量和生产效益.

表1 不同温室的蔬菜产量和总收入

3 讨论

众所周知，在温室冬季蔬菜生产上，温度是影响作物生长最关键的影响因子，冬季补温成为决定冬季温室生产能否进行的决定性因素；同时CO2作为作物光合作用制造有机物的主要原料之一，温室密闭环境下由于光合作用消耗而使CO2在上午出现严重亏缺的现象[5]，CO2不足使作物的光合速率降低，由此CO2成为保护地蔬菜生产的重要限制因素[6]，补充CO2成为温室冬季生产中一项必要的增产措施[7-8].

在生物质发酵作用下，秸秆与鸡粪混合发酵物在被氧化腐解过程中，葡萄糖会迅速氧化分解成CO2和H2O[11]，并放出大量热能，能够释放出大量的热量和二氧化碳[9-10]，从而改变了冬季温室生产对作物影响最大的温度要素，并为密闭温室内的植株进行光合作用提供了必要的物质基础.由此，一方面，堆肥发酵产生的热量能够提升温室的温度，促进了从而保证蔬菜作物更优越的温度下生长发育，有利于促进干物质积累转运及养分吸收利用等生长代谢活动[12-13]；另一方面，发酵物的纤维素等分解所释放的二氧化碳，能够在温室密闭条件下为油菜光合作用提供必不可少的原料，促进蔬菜作物光合产物的积累有利于植株合成更多的光合产物[14].因此，堆肥发酵从提供温室热量和二氧化碳角度，实现了冬春茬蔬菜的增产，提高棚内温度和二氧化碳浓度是应用生物堆技术提高温室蔬菜产量及品质的重要原因.以往类似的生产也取得较好的应用效果[15].

4 结论

发酵温室的温度、二氧化碳浓度始终高于对照温室，促进了温室内油菜植株的生长，株高和茎基粗均明显高于对照，由此发酵温室内的油菜平均产量和总收入均显著高于对照(P<0.05).因此在温室内运用在西藏分离出来的耐低温生物菌群进行生物质发酵，能够有效提高温室内温度和二氧化碳浓度，促进油菜生长，进而提高油菜产量，实现生产收入倍增.