稻壳覆施技术对棚内湿度的调控效果以及番茄长势和晚疫病抗性的影响

王成港，赵琳，赵丽丽，艾聪聪，盛慧，王玉姣，孟哲，朱春原，李壮，张修国*

（1.山东师范大学生命科学学院，山东 济南 250013；2.山东农业大学植物保护学院/山东省蔬菜病虫生物学重点实验室，山东 泰安 271018；3.山东业大学生命科学学院，山东 泰安 271018）

稻壳为稻粒脱壳后的残留物，产量占稻谷加工生产线原粮总量的20%。稻壳是农业生产中重要的生物资源，据国家统计局公布的2020年全国粮食生产数据，我国年稻谷产量为2 118.5亿kg，其中稻壳产量约423.7亿kg，且稻谷产量呈逐年上升趋势，因此稻壳产量势必逐年增加[1]。稻壳主要由纤维素、半纤维素、木质素，以及少量灰分和其他成分组成[2]。在夏季高温季节将稻壳堆积使其温度高达40℃以上处理1个月左右，易于促进纤维分解菌、半纤维分解菌、芽孢杆菌、放线菌、蛋白分解菌等适宜高温环境条件的有益微生物大量生存与繁殖，加速稻壳纤维、蛋白等有机物的分解，增加稻壳堆积物的有机营养物质含量。国内研究报道，秸秆反应堆耕施于日光温室菜田，可有效提高土壤温度和有机质含量，促进蔬菜健壮生长，增强蔬菜作物的抗病性[3～5]。大量研究表明，秸秆和稻壳还田覆盖可以明显促进作物生长，有效改善土壤环境，提高蔬菜产量和品质[6～11]。但截至目前，将经反应堆处理的稻壳适时在冬季大棚蔬菜行间覆施，有关稻壳覆施技术对蔬菜大棚生态环境的调控效果以及对蔬菜生长和抗病性的影响效果评价尚缺乏研究。

番茄（Solanum lycopersicum）是中国乃至世界许多国家大面积种植的果菜类蔬菜，也是中国设施蔬菜栽培面积较大的蔬菜作物之一[12～14]。长期以来，传统栽培技术难以持续提高番茄产量和改善果实品质，也难以持续有效控制番茄晚疫病和其他病害的发生与为害，且病害防治主要依靠化学农药。室温20～25℃、相对湿度80%以上有利于番茄晚疫病的发生与为害[15]。因此，生产上迫切需要研创新型高效绿色栽培技术，以有效改善大棚生态环境，促进番茄健壮生长，提高植株抗病性，减少化学农药的施用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

番茄品种为红灯笼，由济南市莱芜明利蔬菜种植专业合作社提供。

稻壳购自济宁市任城区农副产品市场。在夏季高温季节，将稻壳堆积并覆膜密封后高温自然处理20～30 d，备用。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验于2020年10月～2021年6月在济南市莱芜明利蔬菜合作社大棚内进行。2020年10月12日将番茄苗定植在行距0.9 m、行长8 m的高垄上，缓苗期在行间覆盖施用稻壳。试验行间稻壳用量设10 kg（T1）、15 kg（T2）和20 kg（T3）3个处理，以未覆施稻壳处理为对照（CK）。每大棚进行1个处理，3次重复。大棚番茄其他管理措施同常规。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 大棚室内湿度。番茄定植前，每棚室内均均匀选择5处，将空气湿度计悬挂于距地面高约0.6 m处。分别在番茄幼苗期、开花坐果期、结果期、成熟期，利用空气湿度计连续3 d进行湿度记录，每天记录时间为6：00至翌日6：00，间隔3 h记录1次。将连续3 d的平均湿度作为该番茄生育期的棚内湿度。

1.2.2.2 番茄植株地上部生长指标。分别在番茄幼苗期、开花坐果期、结果期、成熟期，每棚室内均采用5点取样法，每个点均选择5株番茄，测定株高（植株基部至最高处的长度）、茎粗（茎最大粗度）和叶面积。其中，株高测量采用卷尺；茎粗测量采用游标卡尺；叶面积根据叶片长×宽计算得到，每株番茄均选择植株中部3片叶，利用直尺测量叶长和叶宽。

1.2.2.3 番茄根系生长指标。分别在番茄幼苗期、开花坐果期、结果期、成熟期，每棚室内均采用5点取样法，每点均选择5株番茄，测定植株根系干重和根系活力。其中，根系干重测定采用万分之一天平；根系活力测定采用TTC法[16]。

1.2.2.4 番茄植株叶绿素含量和光合参数。分别在番茄幼苗期、开花坐果期、结果期、成熟期，每棚室内均采用5点取样法，每点均选择叶片充分展开的番茄植株5株，测定叶片叶绿素含量和光合参数（光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率）。其中，叶绿素含量测定采用丙酮乙醇混合液法；光合参数测定采用Li-6400型便携式光合测定系统。

1.2.2.5 番茄晚疫病发生与为害。分别在番茄幼苗期、开花坐果期、结果期、成熟期，每棚室内均采用5点取样法，每点均选择5株番茄，根据番茄晚疫病分级标准（表1），调查番茄晚疫病的发生情况。每7 d调查1次，连续调查3次。

表1 番茄晚疫病分级标准Table 1 Grading standard of tomato late blight

根据公式，计算病情指数和相对防效：

病情指数=∑（各级病叶数×各级代表植）/（调查总叶数×最高级代表值）×100

相对防效=（对照病情指数-处理病情指数）/对照病情指数×100%

1.2.3 数据处理方法 采用Microsoft office 2010和Graphpad prism 8.0软件进行数据处理、制表和绘图，采用SPSS 18.0统计软件进行数据的差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同用量稻壳覆施处理对番茄生育期棚内湿度的影响

高湿是导致番茄晚疫病发生的关键因子。湿度增大会导致番茄晚疫病发生严重，降低湿度则有利于抑制番茄疫霉菌的繁殖与侵染。

所有处理的棚内湿度均随番茄生育进程而逐渐升高；但同一生育期，稻壳覆施处理的棚内湿度均＜CK，指标值随稻壳用量的增加而逐渐降低，且除T1处理成熟期外，其他稻壳覆施处理各时期的指标值均与CK差异达到了显著水平，幼苗期、开花坐果期、结果期、成熟期棚内湿度分别较同期CK降低了11.65%～40.16%、17.26%～42.21%、17.04%～37.05%和11.26%～34.88%（表2）。

表2 不同用量稻壳覆施处理对番茄生育期棚内湿度的影响Table 2 Effect of different rice husk mulching treatments on humidity in greenhouse during tomato growth period

不同用量稻壳覆施处理的棚内湿度差异较大。幼苗期和成熟期，3个处理的棚内湿度差异均达到了显著水平；开花坐果期，T3处理的棚内湿度明显较低，而T1与T2处理差异不显著；结果期，T2与T3处理的棚内湿度差异不显著，但二者均与T1处理差异达到了显著水平。

可以看出，采用稻壳覆施技术可以显著降低大棚番茄生育期的棚内湿度，其中T3处理效果最好。

2.2 不同用量稻壳覆施处理对大棚番茄植株长势的影响

所有处理的大棚番茄株高、茎粗、叶面积、根系活力和根系干重均随番茄生育进程而逐渐增加；但同一生育期，稻壳覆施处理的指标值均＞CK，且指标值均随稻壳用量的增加而逐渐增加，但不同用量处理的影响效果不尽相同，其中T3处理的所有指标值均与CK差异达到了显著水平，T2处理除幼苗期和结果期叶面积外的其他指标与CK差异也均达到了显著水平，而T1处理大多数时期指标值与CK差异不显著（表3）。

表3 不同用量稻壳覆施处理对大棚番茄植株生长的影响Table 3 Effects of different rice husk mulching treatments on tomato plant growth in greenhouse

不同用量稻壳覆施处理的番茄地上部生长和根系发育指标差异较大。T3处理的指标值均为最高，与T1处理相比，除成熟期株高差异不大外，其他指标差异均达到了显著水平；与T2处理相比，大多数时期差异不显著。

所有处理的根系活力均随番茄生育进程而逐渐升高；但同一生育期，稻壳覆施处理的根系活力均＞CK，指标值随稻壳用量的增加而逐渐增加，且除T1处理成熟期和幼苗期外，其他稻壳覆施处理各时期的指标值均与CK差异达到了显著水平。不同用量稻壳覆施处理的根系活力差异较大，番茄生育期T2与T3处理的根系活力始终差异不显著，但二者均与T1处理差异达到了显著水平。

所有处理的根系干重均随番茄生育进程而逐渐升高；但同一生育期，稻壳覆施处理的根系干重均＞CK，指标值随稻壳用量的增加而逐渐增加，且除T1处理幼苗期和成熟期外，其他稻壳覆施处理各时期的指标值均与CK差异达到了显著水平。不同用量稻壳覆施处理的根系活力差异较大，幼苗期和结果期，3个处理的根系干重差异均达到了显著水平；开花坐果期和成熟期，T2与T3处理的根系干重差异不显著，但二者均与T1处理差异达到了显著水平。

可以看出，采用稻壳覆施技术可以提高大棚番茄生育期的根系活力，促进植株地上部和根系良好生长，其中T3处理效果最好。

2.3 不同用量稻壳覆施处理对大棚番茄叶片光合参数的影响

2.3.1 叶绿素含量 所有处理的大棚番茄叶绿素含量均随番茄生育进程呈先增加后降低的变化，且指标值均以幼苗期最低，最高值除T3处理出现在开花结果期外其他处理均出现在结果期；但同一生育期，稻壳覆施处理的番茄叶绿素含量均＞CK，指标值均随稻壳用量的增加而逐渐增大，且除T1处理成熟期外，其他稻壳覆施处理各时期的指标值均与CK差异达到了显著水平（图1）。

图1 不同用量稻壳覆施处理对番茄叶片叶绿素含量的影响Fig.1 Effects of different rice husk mulching treatments on chlorophyll content in tomato leaves

不同用量稻壳覆施处理的番茄叶绿素含量差异较大。幼苗期和成熟期，3个处理的叶绿素含量差异均达到了显著水平；开花坐果期和结果期，T3处理的叶绿素含量明显较高，而T1与T2处理差异不显著。

可以看出，采用稻壳覆施技术可以明显提高大棚番茄生育期的叶片叶绿素含量，其中T3处理效果最好。

2.3.2 叶片光合特性 所有处理的大棚番茄叶片光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均随番茄生育进程呈先增加后降低的变化，且除气孔导度为T2处理在开花坐果期最大、其他处理均在结果期最大外，其他3个指标均以结果期最大；但同一生育期，稻壳覆施处理的指标值均显著＞CK，且指标值均随稻壳用量的增加而逐渐增大，而不同用量处理的影响效果不尽相同，其中T3处理的所有指标值在大多数时期与T1和T2处理差异较大（表4）。可以看出，采用稻壳覆施技术可明显增强大棚番茄生育期的叶片光合作用，其中T3处理效果最好。

表4 不同用量稻壳覆施处理对番茄叶片光合特性的影响Table 4 Effects of different rice husk mulching treatments on photosynthetic characteristics of tomato leaves

2.4 不同用量稻壳覆施处理对番茄番茄晚疫病的防治效果

所有处理的番茄晚疫病发生程度均随番茄生育进程呈逐渐加重趋势（图2），与棚内湿度逐渐增大的变化趋势一致。幼苗期至成熟期，随着番茄营养生长—营养生长与生殖生长并进—生殖生长的发育进程，番茄需水量增加，灌水次数增多，致使棚室内相对湿度逐渐增大，有利于番茄疫霉菌的繁殖、传播与侵染，易导致番茄晚疫病发生为害程度逐渐加重。

图2 不同用量稻壳覆施处理对番茄晚疫病发生的影响Fig.2 Effects of different rice husk mulching treatments on the occurrence of tomato late blight

同一生育期，除了开花结果期的T1处理，稻壳覆施处理的番茄晚疫病病情指数均显著＜CK，且指标值随着稻壳用量的增加而逐渐降低，相对防效为19.1%～44.9%。

不同用量稻壳覆施处理的番茄病情指数差异较大。结果期和成熟期，3个处理的病情指数差异均达到了显著水平；幼苗期和开花坐果期，T2与T3处理的病情指数差异不显著，但二者均与T1处理差异达到了显著水平。

可以看出，采用稻壳覆施技术可明显降低大棚番茄生育期晚疫病的发生程度，其中T3处理防效最好。

3 结论与讨论

稻壳经高温堆积反应后有益微生物数量和有机营养物质含量增加，覆施于保护地菜田后，可以改善保护地蔬菜的生长环境，促进蔬菜生长发育，提高植株的抗病性，但不同蔬菜品种的指标变化不尽相同。目前，国内外对稻壳在蔬菜种植上的应用研究主要集中在覆盖稻壳生物反应堆[17]、施用稻壳生物炭[2，18]、稻壳复配基质栽培[19]等。前人关于稻壳覆盖对设施番茄的影响报道较多，但大多是针对促进番茄生长发育、改善土壤环境、提高番茄产量和品质进行的，缺乏稻壳覆施处理对大棚生态环境的调控和番茄抗病性的影响效果评估。许多关于促进大棚番茄长势的研究只是注重了稻壳处理对大棚番茄单方面影响的比较，未从稻壳不同施用量对番茄植株地上部生长、根系发育、光合效率和抗病性等多方面进行综合评价，无法客观显示覆施稻壳处理与大棚番茄各方面指标变化的联系。本试验中，在大棚番茄缓苗期于行间覆施不同用量经反应堆处理的稻壳，通过对不同用量稻壳覆施处理下大棚番茄生育期棚内湿度以及番茄株高、茎粗、叶面积、根系活力、根系干重、光合效率和抗病性等指标的差异显著性分析，比较全面、客观地评价了稻壳覆施技术对大棚番茄长势和抗病性的增强效果。

株高、茎粗、叶面积、根系活力、根系干重和光合效率是反映植物生长活力的指标，将这些指标进行综合分析才能客观反映出不同用量稻壳覆施对大棚番茄长势的促进效果。前人研究表明，秸秆处理作物能够提高叶绿素含量和光合效率，增强作物长势[3，20～24]；大棚覆盖稻壳处理可以改善大棚土壤环境，提高土壤有机质含量，促进作物株高和茎粗生长[6]；稻壳生物反应堆栽培技术能够增强大棚甜瓜的长势[17]；稻壳还田可以提高设施青椒的品质和产量[25]；稻壳覆盖可以提高辣椒叶片叶绿素含量，增强植株长势[26]。本研究条件下，试验用量稻壳覆施处理的大棚番茄株高、茎粗、叶面积、根系活力、根系干重和光合效率均高于未覆施稻壳处理（CK），采用稻壳覆施技术可以促进大棚番茄长势和光合作用的提高，这与前人研究结果一致。综合来看，在行长8 m、行距0.9 m的大棚番茄行间覆施经反应堆处理的稻壳20 kg，对促进番茄不同生育期的植株地上部和根系长势均具有突出效果。稻壳覆施技术是促进大棚番茄长势的新型栽培技术，研究结果可为大棚生产上稻壳覆施量的确定提供有效依据。

病情指数是反映番茄晚疫病发病率与严重度的综合指标。棚内相对湿度反映了大棚番茄的生长环境情况，降低棚内湿度是减少番茄晚疫病流行发生的关键。前人研究结果和生产实践表明，秸秆生物反应堆降解可以产生多种有益微生物，改善土壤环境，减少土传病害的流行发生，提高作物的抗病性[27～29]；秸秆还田淹水处理能够改善辣椒生产大棚的土壤环境，从而有效防控辣椒疫病的发生[30]；秸秆生物反应堆处理能有效改善土壤环境，对黄瓜根结线虫病和枯萎病具有一定的防治作用[5]。以往研究成果大多是关于秸秆处理对蔬菜作物抗病性的影响，而有关稻壳处理对保护地蔬菜作物的病害防控报道相对较少，且数据不够全面、客观。本研究条件下，不同用量稻壳覆施处理的大棚番茄生育期棚内相对湿度和番茄病情指数均显著降低，且二者变化趋势一致，说明采用稻壳覆施技术可以显著降低大棚番茄生育期的棚内湿度，从而有效抑制番茄晚疫病的发生与为害。采用稻壳覆盖栽培技术，不仅可以改良土壤环境，增强植株长势，还可以降低棚内相对湿度，改善大棚生态环境，从而有效抑制病害的发生与为害。本研究结果显示，在行长8 m、行距0.9 m的大棚番茄行间覆施经反应堆处理的稻壳20 kg，对降低番茄晚疫病发病率和发病程度均具有突出效果。本研究结果为生产中推广应用稻壳覆盖栽培技术进行设施保护地番茄晚疫病等病害的防控提供了技术支撑。

本研究结果表明，大棚番茄缓苗期在行长8 m、行距0.9 m的番茄行间覆施经反应堆处理的稻壳20 kg，不仅可有效增强不同生育期番茄的植株长势，还可明显抑制番茄晚疫病的发生与为害。稻壳覆施栽培技术通过降低棚内空气湿度、增强大棚番茄长势，有效抑制大棚蔬菜病害的发生与为害，减少农药用量，有望成为我国北方地区保护地番茄生产的新型绿色栽培技术。本研究建立的设施蔬菜新型无公害栽培技术，实施成本低、操作方便、节时节力，便于在我国北方设施蔬菜产区大面积推广应用，可以为我国绿色蔬菜产业发展提供有效的技术支撑；还可以将稻壳资源合理化利用，有效降低稻壳随意丢弃造成的环境污染，有助于实现经济可持续发展，实现发展绿色农业的理念。