CN113402311A - 日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法，包括如下步骤：1)将番茄植株拔出并喷洒百菌清或多菌灵300倍液，晾晒2‑3天，继续风干晾晒至植株含水量将至12％以下；2)将风干后的番茄秸秆粉碎至茎杆长度≤5cm；3)通过直接还田或堆肥还田方式将粉碎后的番茄秸秆进行还田。本发明通过对番茄秸秆进行无害化处理、粉碎、还田等处理，消除番茄秸秆还田对作物产生的副作用，更大程度的发挥其积极影响，简化番茄秸秆还田处理操作、加速秸秆腐解速度，缩短处理周期。通过本发明的番茄秸秆生态循环还田利用方法，可有效利用番茄秸秆增加土壤有机质，作为有机碳肥，促进土壤有效肥力，减少常规化肥施用量的30％，对番茄产量品质产生积极影响。

Description

日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法
技术领域
本发明涉及蔬菜废弃物资源化利用技术领域，具体地，涉及一种日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法。
背景技术
番茄是全球栽培最广、消费量最大的蔬菜作物，中国是世界上最大的番茄生产和消费国之一，2016年我国番茄种植面积为105万hm2，产量约5413万t，每年产生番茄秸秆量约为3.4亿t。目前，种植产生的番茄秸秆大部分被无序堆置，不仅传播病菌，污染环境，还会造成大量物质的浪费。由于番茄秸秆含有丰富的营养物质，因此探索番茄秸秆有效利用途径，对蔬菜秸秆进行资源化利用有重要的实践意义。
近年来有关番茄秸秆资源化利用研究引起关注，主要涉及对番茄秸秆堆肥工艺，如番茄秸秆堆肥微生物菌剂的利用、堆肥养分的变化及碳氮转化特征等的研究，关于番茄秸秆还田应用技术研究较少，尤其是在设施蔬菜生产中的还田应用研究则更少。目前，番茄秸秆还田技术仍存在秸秆携带病虫害处理难、分解腐熟速度慢、还田后存在化感反向作用，抑制作物阶段发育及生长等问题，阻碍了番茄秸秆还田技术应用和推广。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法，通过喷洒灭菌剂、晾晒处理使番茄秸秆携带的病菌虫源失活；通过浇水高温闷棚促进秸秆直接还田后腐解，利用充足的休闲时间(30天以上)消解化感番负向作用；如日光温室休闲期较短(小于30天)，可通过高温堆肥实现番茄秸秆肥料化处理，消解化感作用，同时给温室提供CO2,释放热量。番茄秸秆原位直接还田或堆肥还田进行生态循环利用，节省废弃物处理人工成本，实现废弃物绿色生态循环利用，减少化肥使用量。
本发明提供了一种日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法，包括如下步骤：
1)在温室番茄生产结束后，将吊蔓绳去掉，地膜和滴灌带收起，将番茄植株拔出放在垄面上，喷洒百菌清或多菌灵300倍液，高温闷棚晾晒2-3天后集中到棚室中部，继续风干晾晒至植株含水量将至12％以下；
2)将风干后的番茄秸秆去除杂物，然后利用粉碎设备将番茄秸秆粉碎至茎杆长度≤5cm；粉碎番茄秸秆养分含量为：总氮含量14.5g·kg-1，总磷含量6.66g·kg-1，总钾含量21g·kg-1，有机碳含量428g·kg-1。
3)粉碎后的番茄秸秆根据日光温室茬口衔接时间长短进行分类还田：
如果与下茬蔬菜种植时间间隔超过35d，采用直接还田方式：将粉碎的番茄秸秆与腐熟牛粪或羊粪按照5m3/667m2的量一起均匀撒于地表，然后用不小于55马力的拖拉机牵引旋耕机将番茄秸秆和粪肥翻旋进耕作层，然后浇水，将温室风口闭合，高温闷棚10-15天后通风，然后在定植下茬作物前一周进行二次旋耕；
如果与下茬蔬菜种植时间间隔小于30天，则将粉碎的番茄秸秆在温室空闲地带进行肥料化堆肥，同时棚内继续下茬蔬菜作物种植，肥料化堆肥具体操作为：番茄秸秆添加粗纤维降解菌，添加量为200g/m3，补充水分至含水量60％，搅拌均匀，堆体体积1m3以上，覆盖塑料薄膜进行堆肥，中间翻堆1-2次，堆肥60d番茄秸秆养分达到：总氮含量15.08-21.8g5.0-1，总磷含量10.85-12.5g.85-1，总钾含量27-44.3g7-4-1，有机碳含量240-331g0-3-1，堆肥期间补充温室CO2，使得CO2浓度提高8％以上，提高冬季温室空间温度0.5-1℃，提升蔬菜作物产量和品质；待后茬蔬菜种植之前1周将堆肥好的番茄秸秆按照每亩500kg的量沟施，与常规牛羊粪配施。
优选的，所述利用的番茄秸秆为：日光温室早春茬或秋冬茬种植生长期在120d以上的番茄秧蔓，以及在番茄所有果实采收后，留在田中所有废弃的番茄秸秆。
优选的，所述废弃的番茄秸秆处理方式为：在所有番茄果实采收以后，将吊蔓绳去掉，地膜和滴灌带收起，番茄植株拔到放在垄面上，喷洒百菌清或多菌灵300倍液进行灭菌，高温闷棚晾晒2-3天后集中到棚室中部，继续风干晾晒至茎杆含水量降至12％以下，利用粉碎设备将番茄秸秆粉碎至茎杆长度≤5cm，日光温室番茄秸秆粉碎后干物质量为500-800kg/667m2。
优选的，所述直接还田番茄秸秆施加量为500-800kg/亩，腐熟牛粪或羊粪施加量为5m3/亩，按照15-20m3/亩的量浇水，高温闷棚温度为50-60℃。
优选的，所述堆肥还田是在后茬蔬菜种植之前1周沟施起垄，按照500kg/亩的量沟施，与5m3/亩的常规牛羊粪配合使用，并按照N：9kg/亩、P2O5：5.4kg/亩、K2O：12.8kg/亩配施化肥。
本发明的工作原理：首先，本发明提出一种番茄秸秆生态循环还田利用方法，喷洒百菌清或多菌灵液并晾晒，利用试剂结合太阳能消毒完成番茄秸秆无害化前处理，处理效果优于任何一种单一处理方式。此外，本发明根据日光温室夏季休闲期或冬季休闲期不同长短，在保证秸秆对作物的生长起化感正向促进效应的前提下，对秸秆选用不同的还田方式，不仅简化步骤，还能提高秸秆对作物生长的积极作用，且不影响种植耕作。其中：直接还田方式是将粉碎的番茄秸秆与腐熟牛粪或羊粪一起均匀撒到地面、旋进耕作层，然后浇大水并高温闷棚，其作用有两点，一是土壤湿润后先让有害菌及虫、卵开始萌发或转化，此时再高温闷棚，对有害菌及虫、卵的杀灭效果更好、更彻底；二是在高温下，急剧加速秸秆腐解。堆肥还田方式是将粉碎的番茄秸秆中添加粗纤维降解菌、补充水分并在温室空闲地带覆盖塑料薄膜进行堆肥，堆肥过程的作用有两点：堆肥可以通过高温发酵对蔬菜残体进行无害化处理，有效控制有害病原菌的传播，并将废弃物转化为碳源肥料。
本发明的有益效果：本发明通过对日光温室番茄秸秆进行无害化处理、粉碎、还田等处理，通过特殊处理提升番茄秸秆病虫害处理效果，提高分解腐熟速度，消除番茄秸秆还田对作物产生的副作用，更大程度的发挥其积极影响，简化番茄秸秆还田处理操作，缩短处理周期，实现将番茄秸秆作为作物生长所需肥料进行生态循环利用，减少化肥使用。通过本发明的番茄秸秆生态循环还田利用方法，可有效利用番茄秸秆作为有机碳肥，促进土壤有效肥力，可减少当地农户常规化肥施用量(N：18kg/亩、P2O5：10.8kg/亩、K2O：25.6kg/亩)的30-50％，即可满足日光温室番茄种植，并且番茄秸秆还田后，对番茄品质产生积极影响，减轻蔬菜产地环境污染。
附图说明
图1为不同堆肥还田处理对番茄果实品质的影响；
图2为不同还田方式对番茄秸秆腐解和纤维组分的影响；
图3为不同还田方式对番茄秸秆养分含量的影响；
图4为不同还田方式对番茄秸秆有机碳和腐殖酸的影响。
具体实施方式
为了使本发明技术方案更容易理解，现结合附图采用具体实施例的方式，对本发明的技术方案进行清晰、完整的描述。
实施例1：
本实施例的日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法，包括如下步骤：
1)在温室番茄生产结束后，将吊蔓绳去掉，地膜和滴灌带收起，将番茄植株拔出放在垄面上，喷洒百菌清或多菌灵300倍液，晾晒2-3天后集中到棚室中部，继续风干晾晒至植株含水量将至12％以下；所述利用的番茄秸秆为：日光温室早春茬或秋冬茬种植生长期在120d以上的番茄秧蔓，以及在番茄所有果实采收后，留在田中所有废弃的番茄秸秆；
2)将风干后的番茄秸秆去除杂物，然后利用粉碎设备对番茄秸秆进行粉碎至茎杆长度≤5cm，粉碎番茄秸秆养分含量为：总氮含量14.5g·kg-1，总磷含量6.66g·kg-1，总钾含量21g·kg-1，有机碳含量428g·kg-1；
3)若日光温室夏季休闲期或冬季休闲期为35天以上时，通过直接还田方式将粉碎后的番茄秸秆进行还田；所述直接还田方式为：将粉碎的番茄秸秆与腐熟牛粪或羊粪一起均匀撒于地表，然后用不小于55马力的拖拉机牵引旋耕机将番茄秸秆和粪肥翻旋进耕作层，然后浇水，将温室风口闭合，高温闷棚10-15天后通风，然后在定植下茬作物前一周进行二次旋耕，所述直接还田番茄秸秆施加量为500-800kg/亩，腐熟牛粪或羊粪施加量为5m3/亩，按照15-20m3/亩的量浇水，高温闷棚温度为50-60℃。
实施例2：
本实施例的日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法，包括如下步骤：
1)在温室番茄生产结束后，将吊蔓绳去掉，地膜和滴灌带收起，将番茄植株拔出放在垄面上，喷洒百菌清或多菌灵500倍液，晾晒2-3天后集中到棚室中部，继续风干晾晒至植株含水量将至12％以下；所述利用的番茄秸秆为：日光温室早春茬或秋冬茬种植生长期在120d以上的番茄秧蔓，以及在番茄所有果实采收后，留在田中所有废弃的番茄秸秆；
2)将风干后的番茄秸秆去除杂物，然后利用粉碎设备对番茄秸秆进行粉碎至茎杆长度≤5cm，粉碎番茄秸秆养分含量为：总氮含量14.5g·kg-1，总磷含量6.66g·kg-1，总钾含量21g·kg-1，有机碳含量428g·kg-1；
3)如果与下茬蔬菜种植时间间隔小于30天，则将粉碎的番茄秸秆在温室空闲地带进行肥料化堆肥，同时棚内继续下茬蔬菜作物种植，肥料化堆肥具体操作为：番茄秸秆添加粗纤维降解菌，添加量为200g/m3，补充水分至含水量60％，搅拌均匀，堆体体积1m3以上，覆盖塑料薄膜进行堆肥，中间翻堆1-2次，堆肥60d番茄秸秆养分达到：总氮含量15.08-21.8g5.0-1，总磷含量10.85-12.5g.85-1，总钾含量27-44.3g7-4-1，有机碳含量240-331g0-3-1，堆肥期间补充温室CO2，使得CO2浓度在8％以上，提高冬季温室空间温度0.5-1℃，提升蔬菜作物产量和品质；待后茬蔬菜种植之前1周将堆肥好的番茄秸秆按照每亩500kg的量沟施，与5m3/亩的常规牛羊粪配合使用，并按照N：9kg/亩、P2O5：5.4kg/亩、K2O：12.8kg/亩配施化肥。。
实施例3：番茄秸秆不同还田方式对茄果类蔬菜幼苗生长的影响时效验证
3.1试验材料
表1试验材料养分特征
Figure BDA0003143542960000061
3.2试验方法
番茄秸秆还田试验于2017年3月～4月进行，土壤取自种植5年的日光温室土壤，2批试验为同一地点的土壤，土壤理化性质为pH 9.02、EC 0.17mS·cm-1、有机质19.9g·kg-1、全氮2.91g·kg-1、速效氮124.2mg·kg-1、速效磷42.1mg·kg-1、速效钾211.8mg·kg-1。花盆大小为高15cm×直径10cm，试验采用裂区设计，主处理为种植蔬菜种类，A茄子，B辣椒，C为番茄；副处理为秸秆还田方式，1：鲜样还田，2：干样还田3：堆肥还田，4：空白对照CK，还田量为秸秆干物质量与干土质量比3％进行折算。每批试验12个处理，秸秆与土壤混匀装盆，每个处理种植50个花盆，每个花盆定植一株蔬菜，番茄、辣椒和茄子幼苗均为处于定植时期的穴盘苗。花盆在温室中南北摆放，定期挪盆，水分管理一致。
表2番茄秸秆不同还田方式对茄科蔬菜幼苗生长的影响
Figure BDA0003143542960000081
表3番茄秸秆不同还田方式对茄果类蔬菜幼苗化感效应指数
Figure BDA0003143542960000082
Figure BDA0003143542960000091
3.3结果分析
3.3.1番茄秸秆不同还田方式对茄果类蔬菜幼苗生长的影响：
由表2可见，番茄秸秆堆肥还田能够促进3种茄科蔬菜幼苗的生长，在还田10d和30d时株高、茎粗、干物质量和根系体积均显著高于对照(P＜0.05)；番茄秸秆鲜样还田10d时，茄子幼苗的株高、地上部干重显著低于对照，辣椒和番茄幼苗的生长指标均低于对照，除株高外均达到显著水平(P＜0.05)，到还田30d时，3种蔬菜幼苗大部分生长指标显著低于对照，说明番茄秸秆鲜样还田初期对茄科蔬菜幼苗生长有显著的抑制作用；从番茄秸秆干样还田来看，茄子幼苗在还田30d内与对照没有显著差异，辣椒幼苗根系干重和根系体积显著高于对照，地上部则与对照差异较小，番茄幼苗的地下部干重和根系体积显著高于对照，说明番茄秸秆干样还田能够促进辣椒和番茄幼苗根系的快速生长。从不同蔬菜幼苗生长量对番茄秸秆还田方式的响应来看，3种蔬菜幼苗的生长指标在还田10d-30d内均以堆肥还田处理生长速率最高。
3.3.2番茄秸秆不同还田方式对茄果类蔬菜幼苗化感效应：
由表3可见，番茄秸秆堆肥还田30d内对3种蔬菜幼苗生长指标均为化感正向促进作用(IR＞0)，而番茄秸秆鲜样还田则均为化感抑制作用(IR＜1)，且对番茄本身生长的抑制效应随还田时间延长有加强效应，番茄秸秆干样还田处理对茄子幼苗生长均为正向促进作用，对辣椒幼苗的株高、茎粗和地上部干重在还田10d内有抑制作用，但还田30d后抑制作用减弱或消解，对番茄自身影响除茎粗表现为抑制作用外，其他指标均为正向促进作用。
通过试验发现，番茄秸秆不同还田方式对蔬菜幼苗生长影响差异显著，新鲜的秸秆还田对番茄、辣椒和茄子幼苗生长均有显著的化感抑制作用，茄子幼苗生长对番茄秸秆鲜样还田的响应随着还田时间的延长，化感抑制反应减弱，但蔬菜秸秆鲜样还田方式对自身幼苗的化感效应在还田30d内有加强的趋势，尤其是对根系生长的抑制效应强于地上部；番茄晾干粉碎后还田化感抑制强度显著低于鲜样还田，且抑制作用大部分发生在还田10d内，到还田30d时，对3种茄科蔬菜幼苗的的化感效应除株高外均转为正向促进作用，能够显著促进3种蔬菜幼苗根系干物质量的积累，尤其辣椒秸秆干样还田促进作用尤为显著，说明同种蔬菜秸秆不同还田方式腐解效应不同，对作物根系根际环境影响差异显著。本试验结果也表明番茄秸秆堆肥后还田对3种茄科蔬菜幼苗生长均表现为正效应，且随还田时间的延长互惠效应加强，可能秸秆堆肥过程产生的高温分解了化感物质，可见番茄秸秆堆肥后还田是一种安全、高效的循环利用途径。
3.3.3试验结论：
番茄秸秆3种还田方式中，新鲜秸秆还田对茄科蔬菜化感抑制效应显著，且在还田时间30d内抑制效应加强，干样还田在还田初期对茄科蔬菜有化感抑制作用，到还田30d时抑制效应消解的同时显著促进了根系生长量的增加，堆肥还田则表现为化感正向促进效应，3种茄科蔬菜幼苗地上与地下部生长均显著强于对照，因此在生产中优先选择堆肥还田方式，番茄和辣椒秸秆晾晒粉碎后的C/N在20-30之间，可以直接堆肥，使用纤维素降解菌剂辅助堆肥，可加快堆肥进程，番茄和辣椒晾晒粉碎后也可直接还田，但建议在田间腐解30d后定植下茬蔬菜，避免腐解初期的化感抑制效应，番茄和辣椒鲜样还田还需进一步研究无害化处理模式，以及在田间的腐解效应，进而提出科学的，可适用于机械化模式的鲜样还田技术。
实例4：番茄秸秆直接还田和堆肥还田腐解规律及养分释放特征
4.1材料与方法
4.1.1供试材料
供试番茄秸秆为2016年春夏茬温室拉秧后番茄秧蔓废弃物，经过2016年7月-2016年8月露地自然晾晒风干后，利用秸秆粉碎机粉碎至1cm-3cm，其中一部分番茄秸秆添加粗纤维降解菌剂200g/m3(购于广州农冠生物科技有限公司，菌落总数×109cfu/g),在1m3水泥发酵池中进行堆肥腐熟，温度高于60℃时翻堆，保持堆肥物料含水量60％左右，60d后温度稳定后备用。试验材料养分特征见表4.
表4试验材料养分特征
Tab.4Basic properties of materials
Figure BDA0003143542960000111
Figure BDA0003143542960000121
4.1.2试验方法
试验于2017年3月-2018年3月在宁夏吴忠国家农业科技园孙家滩设施基地日光温室内进行，温室脊高5.5m，净跨9m，长度80m，夯实土墙与钢架结构，秸秆还田前温室土壤理化特性：PH7.96，EC705us/cm，全氮1.08g/kg，全磷1.16g/kg，全钾18.4g/kg，速效氮177mg/kg，速效磷118.5mg/kg，速效钾366mg/kg。试验设2个处理，TR1：直接还田处理，番茄秸秆粉碎后直接还田，还田量为1500kg/667m2，TR2：堆肥还田处理，番茄秸秆堆肥后还田，还田量为1500kg/667m2，设空白对照，小区面积27m2,每个小区定植90株番茄，3次重复，随机依次排列，每个小区秸秆还田量为60.6kg，番茄南北起垄栽培，垄底宽80cm，垄间距70cm,秸秆均匀条施在垄中心位置，利用尼龙网(网袋长30cm，宽20cm，孔径为0.12mm，120目)装干重100g番茄秸秆，扎实袋口，均匀铺在垄中心位置然后起垄，垄高20cm，每个栽培畦放22袋，每个处理放置110袋用于不定期取样。番茄品种为“粉宴1号”，春夏茬为2017年3月14日定植，铺设滴灌带，采用水肥一体化装置进行水肥管理，7月30日拉秧，栽培畦不动，更换地膜，秋冬茬8月25日定植，2018年3月5日拉秧。
4.1.3取样时期及测试指标
各处理分别在秸秆还田第0、7、21、30、45、60、90、120d、150d、180d、210d、270d、360d时取样，将尼龙袋和周围土样一并取回，将尼龙袋外土壤去除干净后烘干称重，采用失重法计算秸秆腐解率；所有质量为烘干物质的质量。纤维素、半纤维素、木质素、腐植酸分别参照薛惠琴[14]和翟修彩[15]方法测定。
秸秆腐解率(％)＝(初始还田秸秆质量-取样时秸秆质量)/初始还田秸秆质量×100％；
秸秆腐解速率(g/d)＝(初始还田秸秆质量-取样时秸秆质量)/还田天数(d)；
养分释放率(％)＝(试验前秸秆养分量-剩余秸秆养分量)/试验前秸秆养分量×100％[16]；
木质纤维素、腐植酸累积降解率(％)＝(组分初始质量-取样时的秸秆干质量*取样时的组分含量)/组分初始质量*100。
4.2结果与分析
4.2.1番茄秸秆直接还田和堆肥还田腐解规律及纤维组分变化特征
风干番茄秸秆直接还田(TR1)和堆肥后番茄秸秆还田(TR2)腐解均表现出“先快后慢”的趋势(图2)。其中TR1处理秸秆在还田45d内腐解达干物质量的55.6％，腐解速率为1.24g/d；其余315d共腐解22.4％，在360d试验期间共腐解干物质量的78％。相较TR1处理，TR2处理快速腐解期在21d内，期间腐解干物质质量的25.7％，其余339d降解15.9％，试验期间共腐解41.6％。
纤维素、半纤维素、木质素是番茄秸秆干物质量的主要组成部分，占风干番茄秸秆干重的57.6％、堆肥后番茄秸秆的47.8％。风干秸秆直接还田后(TR1)，纤维素、半纤维素、木质素含量均大幅下降，其中木质素在还田21d内降解最快，随后缓慢降解，直至还田360d降解仍在继续，说明土壤微生物对木质素的分解效率最高且能持续分解；纤维素在番茄秸秆干物质中占36.4％，还田45d内降解63.8％，其后缓慢下降，120d后纤维素降解缓慢，说明在番茄秸秆直接还田前期分解纤维素的微生物大量增殖，分解了绝大多数能被分解的纤维素成分；半纤维素含量在还田30d后开始大幅下降，还田180d后分解减缓，这可能是由于半纤维素和木质素、纤维素相互缠绕，微生物分解木质素和纤维素后半纤维素更易被微生物利用。而番茄秸秆经堆肥后还田(TR2)处理中，纤维素和半纤维素含量变化较小，仅木质素分解较快，表现出与TR1相近的趋势，均在21d内快速分解，说明经过高温腐熟的番茄秸秆后纤维素和半纤维素中易被分解的组分已被充分分解，只余难以被土壤微生物利用的部分，这些纤维占秸秆干重的1/3，而高温堆肥对木质素的含量和成分没有显著影响。总的来说，秸秆还田后纤维组分的含量变化特别是纤维素和木质素的降解，变化趋势与2种番茄秸秆还田方式秸秆腐解残体质量变化趋势吻合。
4.2.2不同还田方式对番茄秸秆养分释放的影响特征
番茄秸秆养分含量丰富，风干后同等质量的番茄秸秆总氮、总磷、总钾含量高于腐熟羊粪(总氮10.89g/kg、总磷2.01g/kg、总钾19.6g/kg)，腐熟后秸秆养分与消毒鸡粪(总氮10.44g/kg，总磷11.53g/kg，总钾26g/kg)相当，且总氮含量高于鸡粪。经过堆肥腐熟后番茄秸秆总磷、总钾含量显著增加。
还田后2种处理番茄秸秆养分释放均表现出“先快后慢”的趋势(图3)，风干直接还田的番茄秸秆(TR1)总氮、总磷、总钾“快速释放期”为还田45d内，这与秸秆腐解趋势一致，期间释放总氮的45.4％、总磷的64.2％、总钾的44.5％，随后养分释放速率放缓，360d内每100克风干秸秆可释放氮0.12g、磷0.059g、钾0.17g；堆肥后番茄秸秆(TR2)还田后养分素快速释放期为30d内，期间每100g秸秆氮释放速率1.5mg/d、磷释放速率1.2mg/d、钾释放速率2.5mg/d，均高于同期风干秸秆养分释放速率，随后除钾外秸秆中氮和磷依旧保持较快的释放速度，说明番茄秸秆中的钾可能以离子形态存在，所以在还田前期就能快速释放，这也与前人对大田作物秸秆养分释放的研究结果一致，至还田360d每100g堆肥番茄秸秆共释放氮0.1g、磷0.08g、钾0.13g。与风干秸秆直接还田相比，堆肥后还田30d内养分释放更多，这可能是由于堆肥过程使秸秆中养分矿化，更易被土壤微生物利用。
4.2.3不同还田方式对番茄秸秆有机碳释放的影响
如图2所示，堆肥前番茄秸秆有机碳含量为428g/kg，腐熟后为240g/kg，约为消毒鸡粪和腐熟羊粪有机氮含量的2倍。堆肥后的番茄秸秆有机碳在21d内快速释放，未堆肥的番茄秸秆直接还田有机碳在还田45d内迅速分解，随后分解速率放缓，且有机碳分解速率与堆肥秸秆基本一致，说明还田60d内风干秸秆在土壤中完成了易分解有机碳的转化，剩余难分解的组分可能与堆肥后秸秆相同。腐熟后的番茄秸秆腐殖酸含量达184g/kg，是优良的生物碳肥，还田后腐殖酸在还田210d内均迅速下降，期间可能由于木质素等转化为腐殖酸出现腐殖酸含量增加的现象，在还田210d中每100g堆肥秸秆释放腐殖酸11.2g。风干直接还田秸秆中腐殖酸快速释放出现在前150d，期间每100g秸秆释放腐殖酸7.8g。在360d试验期间风干秸秆共释放腐殖酸8.4g/100g，占总量的86.5％，堆肥秸秆释放11.7g/100g，占比63.6％，说明番茄秸秆堆肥腐殖酸含量高、释放周期长，可长期作为土壤腐殖酸库来调节土壤环境。
4.3不同番茄秸秆还田方式对后茬番茄产量和品质的影响
在为期360d的试验中共栽培2茬番茄，第1茬番茄生长至采收在还田120d内，第二茬番茄采收在还田360d内。试验结果表明堆肥还田能提高番茄果实糖酸比，并提高了2茬番茄的产量，分别达到亩产7492.73kg和3899.23kg，较对照增产29.7％和9.9％；风干后番茄秸秆直接还田对番茄果实品质影响较小，较对照增产20.9％和4.3％(表5)。
表5不同番茄秸秆还田处理对番茄品质及产量的影响
Figure BDA0003143542960000161
4.4结论
研究发现相风干番茄秸秆直接还田(TR1)和堆肥后番茄秸秆还田(TR2)腐解均表现出“先快后慢”的趋势，其中TR1处理秸秆在还田45d内腐解达干物质量的55.6％，在360d试验期间共腐解干物质量的78％。TR2处理快速腐解期在21d内，试验期间共腐解41.6％；秸秆还田后纤维组分的含量变化特别是纤维素和木质素的降解，其变化趋势与2种番茄秸秆还田方式秸秆腐解残体质量变化趋势吻合。同样风干直接还田的番茄秸秆(TR1)总氮、总磷、总钾“快速释放期”为还田45d内，堆肥后番茄秸秆(TR2)还田后养分素快速释放期为30d内，氮磷钾养分释放高于同期风干秸秆养分释放速率，与风干秸秆直接还田相比，堆肥后还田30d内养分释放更多，番茄秸秆堆肥腐殖酸含量高、释放周期长，可长期作为土壤腐殖酸库来调节土壤环境。
本研究表明，番茄秸秆在土壤中腐解一方面释放了有机碳、腐殖酸和矿质养分，培肥了土壤，还通过腐解作用募集多种土壤微生物、改变土壤真菌的群落结构，降低了土壤中镰刀菌的丰度，有助于后茬作物根系健康生长。综上所述，秸秆还田是绿色、安全、高效的处理番茄残体废弃物再利用的方法。
实施例5：番茄堆肥与化肥配施对日光温室番茄产量和品质的影响试验
5.1供试材料
表6番茄和辣椒堆肥养分质量分数
Figure BDA0003143542960000171
5.2试验方法
土壤理化性质：全氮0.95g/kg、全磷1.08g/kg、全钾15.5g/kg、碱解氮111.3mg/kg、有效磷110mg/kg、速效钾331mg/kg、有机质18.3g/kg。试验设计见表2，小区面积12.6m2，三次重复，试验小区依次排列，羊粪、番茄、磷酸二铵全部作为底肥施入，羊粪和番茄堆肥均为等N施入，使用量见表5。然后起垄，垄底宽80cm，垄高20cm，垄间距60cm，垄长9m，铺设2行滴管带后覆膜，番茄7月5日定植，品种为“G124”，100％化肥按照常规施肥化肥用量(N：18kg/亩、P2O5：10.8kg/亩、K2O：25.6kg/亩)，采用水肥一体化装置施肥，化肥选用宁夏地区主要水溶肥：以色列海法公司的磨粒丰(N16-P8-K32)和磷酸二铵(N18-P16)，追肥定植后30d、拉秧前30d，每月2次，其他时间每月追肥4次，CK、TR1、TR2、TR5水溶肥每次用量4kg/亩，TR3、TR6水溶肥每次3kg/亩，TR4、TR7水溶肥每次2kg/亩。
分别在番茄定植后30d和60d调查番茄株高和茎粗，每个处理随机选择10株番茄挂牌监测；选择番茄第2-3穗成熟期一致的果实进行品质分析，每个小区取30个番茄，各取1/10进行混合打浆，总酸依据国标GB/T 12456-2008食品中总酸的测定方法，维生素C依据国标GB 5009.86-2016食品中抗坏血酸的测定方法。采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量，可溶性固形物采用手持糖量计测定，可溶性蛋白质采用考马斯亮蓝法，番茄开始采收后记录每个小区采收量。
表7实验设计
Figure BDA0003143542960000181
5.3结果与分析
5.3.1番茄堆肥与化肥配施对番茄植株生长的影响：
试验对番茄植株坐果前期生长最快的时期进了调查，由表8可见，在定植后1个月时(8月5日)，不同处理之间株高和茎粗差异显著，番茄秸秆堆肥TR2的株高显著高于其他处理(p＞0.05)，茎粗则是TR3高于其他处理，其中空白对照CK的茎粗最低，说明有机肥底肥能够促进番茄植株生长前期茎粗的增加，到9月5日期间，处理之间株高生长速度没有显著差异，均高于CK；从茎粗生长速度来看，CK1的茎粗生长速度最慢，显著低于其他处理，在番茄堆肥还田处理中，随着化肥的减施，茎粗生长速度减慢。
表8不同处理对番茄植株生长速度的影响
Figure BDA0003143542960000191
备注：小写字母表示在0.05水平差异，下同。
5.3.2番茄堆肥与化肥配施对番茄果实品质的影响
由图1可见，相比空白对照，羊粪、番茄堆肥作为底肥均能显著增加番茄果实中可溶性糖和可溶性固形物含量，在番茄堆肥还田处理中，随着化肥的减施，番茄果实糖含量和可溶性固形物增加，其中TR3果实糖含量和可溶性固形物在所有处理中最高，并达到显著水平(p＞0.05)；从番茄果实VC含量变化来看，相比空白对照，增加有机底肥均能显著增加番茄果实中VC含量，降低总酸含量，而且番茄堆肥处理的番茄VC含量均显著高于CK1，总酸含量则低于CK1,随着化肥的减施，番茄堆肥还田处理VC含量均表现为上升的趋势，堆肥处理之间没有显著差异；除TR1的果实可溶蛋白质含量与CK1和CK无显著差异外，其他2个处理均显著高于对照，其中在番茄堆肥中，随着化肥的减施，果实中可溶性蛋白质增加。番茄堆肥还田处理果实的糖酸比显著高于CK和CK1,化肥量的变化对糖酸比的影响不显著。
5.3.3番茄堆肥与化肥配施对番茄果实品质影响的综合评价
试验所测指标为番茄果实营养品质主要构成指标，因此权重均赋值为1，通过隶属函数比较发现，不同处理综合品质依次为TR3＞TR2＞TR1＞CK1＞CK，可见番茄堆肥等N替换羊粪可显著提升番茄果实品质，其中番茄堆肥与化肥减施50％的TR3果实品质最优。
表9不同处理番茄果实综合隶属函数值
Figure BDA0003143542960000201
备注：番茄果实品质指标包括可溶性糖、可溶性固形物、可溶蛋白质、总酸、糖酸比和Vc，其中总酸利用反隶属函数进行计算，综合隶属函数为各指标隶属函数值的和。3-4番茄堆肥与化肥配施对番茄产量的影响
由表10可见，日光温室番茄7月初定植，采收期为9月28日-12月28日，采收的第一个月产量占总产量的50％以上，其中TR1、2、3月产量处于第一梯队，CK1处于第二梯队，CK为第三梯队，差异达到显著水平，TR1月产量占比最高，说明在相同化肥水平下，番茄堆肥能够显著促进番茄前提产量的增加，化肥减施对番茄堆肥还田3个处理番茄前期产量没有显著影响，但降低了辣椒堆肥TR6的前期产量；11月番茄产量占比在18.73％～27.8％，CK占比最低，TR3占比最高，同时月产量处理之间开始差异显著，这个时期，产量最高的是TR3，说明化肥减施能够增加番茄中期产量，随着温度的降低，到12月产量产量进一步下降，占比在12.28％～21.56％，产量最高的是TR2，最低的是CK1，综合比较总产量，分别为TR2、TR3＞TR1＞CK、CK1。TR2产量最高，达到6574kg/亩，显著高于CK和CK1 34.6％和27.77，说明番茄堆肥与化肥减量50％配施，增产效果最为显著。
表10番茄、辣椒堆肥与化肥配施对番茄产量的影响
Figure BDA0003143542960000211
5.3.4试验结论
番茄秸秆废弃物经过高温堆肥无害化处理后可以进行肥料化循环利用，经过本发明研究发现，相比不施有机底肥处理，在100％化肥水平下，羊粪、番茄堆肥均能提高番茄综合品质和产量，与常规羊粪施肥相比，番茄堆肥对番茄植株株高和茎粗影响差异不显著，但显著提升了番茄的综合品质和产量，可能是番茄堆肥的养分含量更高，等N施入下，肥效更好。
从番茄堆肥与化肥减施对番茄产量和品质的影响来看，从产量分布来看，番茄堆肥与50％化肥配施增加中后期番茄产量，在日光温室夏秋茬栽培中，随着番茄坐果期的延长，温室温光条件逐步下降，根系吸收养分的能力也减弱，可能是番茄秸秆促进了根系在低温条件下根系的养分吸收和利用能力，而过量的化肥施入导致根层养分浓度上升，可能抑制番茄根系的发育和养分吸收，试验将进一步探讨辣椒和番茄秸秆堆肥还田条件下作物根系发育和养分吸收特征。
应当注意，在此所述的实施例仅为本发明的部分实施例，而非本发明的全部实现方式，所述实施例只有示例性，其作用只在于提供理解本发明内容更为直观明了的方式，而不是对本发明所述技术方案的限制。在不脱离本发明构思的前提下，所有本领域普通技术人员没有做出创造性劳动就能想到的其它实施方式，及其它对本发明技术方案的简单替换和各种变化，都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在温室番茄生产结束后，将吊蔓绳去掉，地膜和滴灌带收起，将番茄植株拔出放在垄面上，喷洒百菌清或多菌灵300倍液，高温闷棚晾晒2-3天后集中到棚室中部，继续风干晾晒至植株含水量将至12％以下；
2)将风干后的番茄秸秆去除杂物，然后利用粉碎设备将番茄秸秆粉碎至茎杆长度≤5cm；粉碎番茄秸秆养分含量为：总氮含量14.5g·kg-1，总磷含量6.66g·kg-1，总钾含量21g·kg-1，有机碳含量428g·kg-1；
3)粉碎后的番茄秸秆根据日光温室茬口衔接时间长短进行分类还田：
如果与下茬蔬菜种植时间间隔超过35d，采用直接还田方式：将粉碎的番茄秸秆与腐熟牛粪或羊粪按照5m3/667m2的量一起均匀撒于地表，然后用不小于55马力的拖拉机牵引旋耕机将番茄秸秆和粪肥翻旋进耕作层，然后浇水，将温室风口闭合，高温闷棚10-15天后通风，然后在定植下茬作物前一周进行二次旋耕；
如果与下茬蔬菜种植时间间隔小于30天，则将粉碎的番茄秸秆在温室空闲地带进行肥料化堆肥，同时棚内继续下茬蔬菜作物种植，肥料化堆肥具体操作为：番茄秸秆添加粗纤维降解菌，添加量为200g/m3，补充水分至含水量60％，搅拌均匀，堆体体积1m3以上，覆盖塑料薄膜进行堆肥，中间翻堆1-2次，堆肥60d番茄秸秆养分达到：总氮含量15.08-21.8g5.0-1，总磷含量10.85-12.5g.85-1，总钾含量27-44.3g7-4-1，有机碳含量240-331g0-3-1，堆肥期间补充温室CO2，使得CO2浓度在8％以上，提高冬季温室空间温度0.5-1℃；待后茬蔬菜种植之前1周将堆肥好的番茄秸秆按照每亩500kg的量沟施，与常规牛羊粪配施。
2.如权利要求1所述的日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法，其特征在于，所述利用的番茄秸秆为：日光温室早春茬或秋冬茬种植生长期在120d以上的番茄秧蔓，以及在番茄所有果实采收后，留在田中所有废弃的番茄秸秆。
3.如权利要求1所述的日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法，其特征在于，所述日光温室番茄秸秆粉碎后干物质量为500-800kg/667m2。
4.如权利要求1所述的日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法，其特征在于，所述直接还田番茄秸秆施加量为500-800kg/亩，腐熟牛粪或羊粪施加量为5m3/亩，按照15-20m3/亩的量浇水，高温闷棚温度为50-60℃。
5.如权利要求1所述的日光温室番茄秸秆原位处理生态循环利用的方法，其特征在于，所述堆肥还田是在后茬蔬菜种植之前1周沟施起垄，按照500kg/亩的量沟施，与5m3/亩的常规牛羊粪配合使用，并按照N：9kg/亩、P2O5：5.4kg/亩、K2O：12.8kg/亩配施化肥。
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