秸稈生物反應堆技術及其在福建地區的推廣應用探析

鄭敏 賀朋飛 高偉民 陳文勝

摘?要：介紹了近幾年福建地區引入、應用秸稈生物反應堆技術及其普及推廣情況，歸納總結了推廣應用該技術的條件及技術要求，認為秸稈生物反應堆技術在福建地區具有較高的推廣應用價值與現實意義，可為福建乃至東南地區推廣應用秸稈生物反應堆技術提供有益參考。

關鍵詞：秸稈生物反應堆技術;五大效能;設施農業;推廣應用;福建

中圖分類號：S 38?文獻標志碼：A?文章編號：0253-2301（2021）09-0082-05

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2021.09.014

Straw Bioreactor Technology and Its Popularization and Application in Fujian

ZHENG Min?1， HE Peng?fei?2， GAO Wei?minCHEN Wen?sheng1*

（1. Fujian Vocational College of Agriculture， Fuzhou， Fujian 350303， China;

2. Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China;

3. Yongchun Kanglvlong Fruit and Vegetable Co.， Ltd.， Quanzhou， Fujian 362699， China）

Abstract： The introduction and application of straw bioreactor technology and its popularization in Fujian in recent years were introduced in this paper， and the conditions and technical requirements for popularizing and applying the technology were summarized. It was concluded that the straw bioreactor technology had higher value of popularization & application and practical significance in Fujian， which could provide useful reference for the popularization and application of straw bioreactor technology in Fujian and even in southeast China.

Key words： Straw bioreactor technology; Five efficiencies; Facility agriculture; Popularization and application; Fujian

秸稈生物反應堆技術是山東省秸稈生物工程技術研究中心張世明研究員試驗研究和示范推廣的科研成果[1] 。該技術現已在全國20多個省份（特別是在北方地區）進行推廣應用，在黃瓜[2] 、西葫蘆[3] 、甜瓜[4-6] 、西瓜[7] 、番茄[8] 、辣椒[9] 、茄子[10] 、草莓[11] 等蔬菜作物及果樹[12-14] 、茶葉[15] 、煙葉[16-17] 等經濟作物上取得了顯著的經濟效益、生態效益和社會效益，深受廣大農民和消費者歡迎。近年來，福建地區也開始引入該技術并在部分地區取得了良好的應用效果。本研究根據近幾年福建地區引入該技術應用及推廣的情況，結合福建地區的實際情況對秸稈生物反應堆技術及其應用前景進行分析，以期為福建乃至東南地區推廣應用秸稈生物反應堆技術提供有益參考。

1?秸稈生物反應堆技術

1.1?秸稈生物反應堆技術的含義

微生物與有機物在一定設施條件下發生連鎖式生化反應，產生一系列的生物能和生物效應，進而極大地改變另一種生物的生命狀況和環境，這種生化反應的設施裝置即“生物反應堆”，因反應底物使用秸稈作為原料，故稱之為“秸稈生物反應堆”[18] 。秸稈生物反應堆技術是一項以微生物菌種為原料，將農作物秸稈進行定向分解，從而為作物生長提供所需二氧化碳（CO2）、熱量、有機質、礦質元素等必要元素的技術[19] 。

1.2?秸稈生物反應堆技術的五大效能

1.2.1?增加植物所需的CO2量、提高作物產量?CO2是植物光合作用的主要原料，秸稈生物反應堆通過菌種分解作物秸稈產生CO2[20] ，應用秸稈生物反應堆的大棚，在相同的光照強度下，一般可使CO2濃度達到1768.24～?3732.95mg·m-3，比普通大棚提高4～6倍，光合效率會隨著CO2濃度的提高而相應提高到50%以上，從而加快了大棚瓜果蔬菜的生長，使其開花坐果率提高、產品品質顯著提高[21] 。

1.2.2?提高地溫與氣溫、促進植物生長與發育?在早春、晚秋和嚴寒冬季常常由于土溫與氣溫低下導致大棚作物生長緩慢、產量下降。通過秸稈生物反應堆技術，可使秋冬季節大棚土壤溫度提高4～6℃、大棚氣溫提高2～3℃[22] 。當遇到倒春寒，早霜和冷冬，可使作物免遭凍害，對植物的生長發育均有不同的促進作用，如提前花期、提高品質和產量等[23-24]?，進而降低成本，增加經濟效益。

1.2.3?降低病蟲害發生、減少農藥使用量?菌種與秸稈發生反應可產生大量的抗病孢子、生物酶，對土傳病菌及害蟲產生較強的感染、寄生、頡頏、抑制和致死作用[18] 。實踐證實秸稈生物反應堆技術可大大降低病蟲害的發生程度并減少農藥使用量，而且隨著使用年限增長，其效果會越來越明顯。

1.2.4?改良土壤質量、提高農產品品質?應用秸稈反應堆技術時，由于施入大量秸稈，首先是土壤中有機質含量大大增加，從而使得農產品的風味、口感等品質得以提升;其次是顯著提高土壤團粒結構與土壤孔隙度，蚯蚓和有益微生物顯著增多，土壤的水、肥、氣、熱等理化性狀得到了明顯改善;第三是提供了植物所需的各種元素，種類齊全，比例適中，有利于植物的生長與發育。

1.2.5?酶切處理農藥殘留、降低農產品農殘?在菌種與秸稈反應過程中，菌群代謝產生大量高活性的生物酶與農藥分子接觸，發生一系列酶解氧化反應，使農藥分子結構改變，農藥殘留被分解，最終變成了CO2，又成了植物光合作用的原料[18] 。因此，應用秸稈生物反應堆技術可大大降低土壤中殘留量，從而降低了農產品的農殘，對食品安全意義重大。

2?秸稈生物反應堆技術在福建地區推廣應用?分析

2.1?前景分析

土壤是農作物根系生長的空間與載體，土壤質量優劣關系到農作物根系生長情況，從而影響植株生長情況，最后關系到農作物的產量與品質。目前農業生產上存在土壤板結、連作障礙嚴重、病蟲害發生嚴重、品質劣、產量低等問題。連作障礙是農作物生產上存在的一個嚴重問題，特別在設施保護地生產中尤為突出，如何解決好連作障礙是當前農作物生產提質增效的重點和難點課題。而應用秸稈生物反應堆技術，利用其五大效能可緩解或部分解決以上問題，其效果和水平是農業生產上單一采用品種、肥料、農藥等常規技術無法達到的。

當前，農業生產中產生大量秸稈廢棄物，如水稻秸稈、作物藤蔓枝葉等，國家鼓勵農作物秸稈的綜合利用，同時也出臺了禁止焚燒作物秸稈的規定，這些秸稈廢棄物如何有效地充分利用也是當前農業生產上急需解決的問題之一。利用秸稈生物反應堆技術轉化農作物秸稈，可以把發展綠色能源、增加農民收入、保護生態環境、提高農業資源利用率有機地統一起來，具有多重經濟效益和社會效益。因此，推廣應用秸稈生物反應堆技術具有重要的現實意義。

2.2?案例分析

福建省永春縣康綠隆果蔬有限公司于2019年從山東省秸稈生物工程技術研究中心引入了秸稈生物反應堆技術，同年在黃瓜、番茄、絲瓜、柑橘等作物上進行試驗推廣。永春縣的麻竹栽培面積大，麻筍加工廠生產時產生的下腳料（圖1）在當地被當作垃圾處理，該公司利用其作為秸稈材料，變廢為寶，在黃瓜、番茄、絲瓜等設施蔬菜生產上采用內置式行內反應堆，施用粉碎后的麻筍加工下腳料（圖2）300～450

t·hm-2，反應堆菌種90 kg·hm-2，定植時穴施30～45 kg·hm-2植物疫苗，植株生長期間配合噴布100倍液抗體與200倍液植物疫苗混合液3～4次。兩年的試驗結果表明：應用秸稈生物反應堆技術取得了顯著的效果，該技術可使黃瓜、番茄、絲瓜等蔬菜的產量增產30%～50%、掛果率明顯提高、單果重增加、上市期提早、口感風味等方面品質明顯提升，取得了良好的經濟效益與生態效益。

2021年羅源沐禾生態園以當地盛產的菇渣為材料，采用生物反應堆技術進行絲瓜春早熟設施栽培，施用菇渣150 t·hm-2，反應堆菌種90 kg·hm-2，定植時穴施45 kg·hm-2植物疫苗，植株生長期間配合噴布100倍液抗體與200倍液植物疫苗混合液3～4次。實踐表明：采用生物反應堆技術栽培的絲瓜表現早熟、產量高、品質優的顯著效果，特別是早期產量表現尤為突出，取得了良好的經濟效益、生態效益和社會效益。

3?秸稈生物反應堆技術應用條件及技術要求

3.1?應用條件

3.1.1?秸稈材料的來源?秸稈是指一切綠色植物的莖、稈、枝、葉、殼、皮、根等器官和組織，是所有綠色植物下腳料的總稱[18] 。秸稈材料來源是否豐富，價格是否低廉是推廣應用秸稈生物反應堆技術的首要決定因素。來源豐富才能保證技術推廣應用的持續開展，而價格是否低廉是決定生產成本的關鍵因素，如秸稈材料成本過高則會影響秸稈生物反應堆技術的普及推廣應用。以目前生產上果菜類蔬菜（如茄果類等）為例，整個生長周期施用的肥料（有機肥及化肥）一般在30000元·hm-2左右，以此為限，按施用150 t·hm-2的秸稈材料計，秸稈材料的價格應控制在200元·t-1內為宜。為此，是否適宜推廣應用秸稈生物反應堆技術首先要視當地秸稈材料的來源是否豐富，價格是否低廉，如來源緊缺或價格昂貴則不適宜開展該技術的普及推廣。

福建地區常見的秸稈的主要有稻草、各種農作物的秸稈或藤蔓、麻筍加工下腳料等。菇渣即采用玉米粉、鋸木屑、棉籽殼等秸稈材料生產食用菌后的廢棄物，從其來源而言，也可以歸屬秸稈的一種，福建省許多地方都有大面積生產食用菌，菇渣是一種來源方便、價格低廉的秸稈材料。

3.1.2?可機械化操作的條件?應用秸稈生物反應堆技術特別是在設施保護地中采用內置式反應堆，需要在設施內挖溝填埋大量秸稈，如若采用人工挖溝填埋則需要大量的勞力投入，而目前農業生產的勞力資源緊缺、價格昂貴，是影響經濟效益的關鍵因素，因此應用秸稈生物反應堆技術要求能夠采用機械化操作進行挖溝填埋秸稈來降低勞力成本，否則推廣應用此技術將更為困難，對一些較矮小無法采用機械化操作的設施大棚則不適宜進行秸稈生物反應堆技術的應用。為了提高今后農業生產農業機械化程度，蔬菜大棚建造的棚體高度也越來越高。目前，設施保護地內挖溝填埋大量秸稈的機械化操作多采用小型鉤機進行（圖3），成本約6000?元·hm-2。

3.2?技術要求

3.2.1?杜絕使用化學肥料?據測定，應用秸稈生物反應堆技術，可滿足植物光合作用所需的各種元素，種類齊全，比例適中，應用該技術，必須杜絕使用化肥[18] 。如秸稈數量不足可用餅肥替代或采用牛、羊、兔等食草性動物的糞便補充，忌用豬、雞等非食草性動物的糞便。

3.2.2?與植物疫苗、抗體配合使用?植物具有免疫功能，植物免疫功能的發揮，需要外來活體或活性物質激活抗原產生抗體，實現植物自身對病原菌的抵抗作用，這種激活抗原產生抗體的活體或活性物質稱之為植物疫苗。植物疫苗是通過對植物根系接種生物活體，使其進入植物機體的各個器官，激活植物的免疫功能而產生抗體，對病蟲害實施防疫[25] 。為使秸稈生物反應堆技術的應用效果更好，一般生產上除了在填埋秸稈時加入反應堆菌種，在定植時施用植物疫苗，定植后噴布抗體與植物疫苗混合液。

3.2.3?正確掌握藥劑（肥料）的使用方法?（1）反應堆秸稈接種（001號菌種）：一般情況下施用90～?120 kg·hm-2，使用時可按1 kg菌種與20 kg麥麩（或豆腐渣50～60 kg）、20 kg水進行混合拌勻施用。使用時注意將以上混合好的菌種均勻混施于秸稈中。（2）植物疫苗根系接種：幼苗定植前采用植物疫苗30～45 kg·hm-2與適量常規的基質（如椰糠、泥炭土、菇渣等）混合后施入定植穴后再進行定植，定植后進行澆水，以完成植物疫苗的根系接種工作。③生長期噴布疫苗和抗體：一般定植后20～30 d后開始噴布植物疫苗與001號抗體的混合液（植物疫苗∶001號抗體∶水=1∶2∶200），每半個月噴布1次，連續3～4次。使用時注意先將植物疫苗及001號抗體分開處理后再進行混合，疫苗可先溶解于適量水，4 h后進行過濾備用;001號抗體先用適量熱水溶解。

4?展望

農產品安全已成為中國和諧社會建設進程中亟須解決的一個關鍵課題，食品安全源頭在農產品，基礎在農業，必須正本清源，把農產品質量安全作為轉變農業發展方式、加快現代農業建設的關鍵環節。

秸稈生物反應堆技術是一項生防技術，對環境友好，也是一項農業提質增效的有機栽培理論和技術，秸稈生物反應堆技術以秸稈替代化肥，以植物疫苗替代農藥，密切結合農村實際，促進資源循環增值利用和多種生產要素有效轉化，使生態改良、環境保護與農作物高產、優質、無公害生產相結合，為農業增效、農民增收、食品安全和農業可持續發展提供科學技術支撐，并開辟了新的途徑。

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（責任編輯：柯文輝）