秸秆生物反应堆技术及其在福建地区的推广应用探析

郑敏 贺朋飞 高伟民 陈文胜

摘 要：介绍了近几年福建地区引入、应用秸秆生物反应堆技术及其普及推广情况，归纳总结了推广应用该技术的条件及技术要求，认为秸秆生物反应堆技术在福建地区具有较高的推广应用价值与现实意义，可为福建乃至东南地区推广应用秸秆生物反应堆技术提供有益参考。

关键词：秸秆生物反应堆技术;五大效能;设施农业;推广应用;福建

中图分类号：S 38 文献标志码：A 文章编号：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

秸稈生物反应堆技术是山东省秸秆生物工程技术研究中心张世明研究员试验研究和示范推广的科研成果[1] 。该技术现已在全国20多个省份（特别是在北方地区）进行推广应用，在黄瓜[2] 、西葫芦[3] 、甜瓜[4-6] 、西瓜[7] 、番茄[8] 、辣椒[9] 、茄子[10] 、草莓[11] 等蔬菜作物及果树[12-14] 、茶叶[15] 、烟叶[16-17] 等经济作物上取得了显著的经济效益、生态效益和社会效益，深受广大农民和消费者欢迎。近年来，福建地区也开始引入该技术并在部分地区取得了良好的应用效果。本研究根据近几年福建地区引入该技术应用及推广的情况，结合福建地区的实际情况对秸秆生物反应堆技术及其应用前景进行分析，以期为福建乃至东南地区推广应用秸秆生物反应堆技术提供有益参考。

1 秸秆生物反应堆技术

1.1 秸秆生物反应堆技术的含义

微生物与有机物在一定设施条件下发生连锁式生化反应，产生一系列的生物能和生物效应，进而极大地改变另一种生物的生命状况和环境，这种生化反应的设施装置即“生物反应堆”，因反应底物使用秸秆作为原料，故称之为“秸秆生物反应堆”[18] 。秸秆生物反应堆技术是一项以微生物菌种为原料，将农作物秸秆进行定向分解，从而为作物生长提供所需二氧化碳（CO2）、热量、有机质、矿质元素等必要元素的技术[19] 。

1.2 秸秆生物反应堆技术的五大效能

1.2.1 增加植物所需的CO2量、提高作物产量 CO2是植物光合作用的主要原料，秸秆生物反应堆通过菌种分解作物秸秆产生CO2[20] ，应用秸秆生物反应堆的大棚，在相同的光照强度下，一般可使CO2浓度达到1768.24～ 3732.95mg·m-3，比普通大棚提高4～6倍，光合效率会随着CO2浓度的提高而相应提高到50%以上，从而加快了大棚瓜果蔬菜的生长，使其开花坐果率提高、产品品质显著提高[21] 。

1.2.2 提高地温与气温、促进植物生长与发育 在早春、晚秋和严寒冬季常常由于土温与气温低下导致大棚作物生长缓慢、产量下降。通过秸秆生物反应堆技术，可使秋冬季节大棚土壤温度提高4～6℃、大棚气温提高2～3℃[22] 。当遇到倒春寒，早霜和冷冬，可使作物免遭冻害，对植物的生长发育均有不同的促进作用，如提前花期、提高品质和产量等[23-24] ，进而降低成本，增加经济效益。

1.2.3 降低病虫害发生、减少农药使用量 菌种与秸秆发生反应可产生大量的抗病孢子、生物酶，对土传病菌及害虫产生较强的感染、寄生、颉颃、抑制和致死作用[18] 。实践证实秸秆生物反应堆技术可大大降低病虫害的发生程度并减少农药使用量，而且随着使用年限增长，其效果会越来越明显。

1.2.4 改良土壤质量、提高农产品品质 应用秸秆反应堆技术时，由于施入大量秸秆，首先是土壤中有机质含量大大增加，从而使得农产品的风味、口感等品质得以提升;其次是显著提高土壤团粒结构与土壤孔隙度，蚯蚓和有益微生物显著增多，土壤的水、肥、气、热等理化性状得到了明显改善;第三是提供了植物所需的各种元素，种类齐全，比例适中，有利于植物的生长与发育。

1.2.5 酶切处理农药残留、降低农产品农残 在菌种与秸秆反应过程中，菌群代谢产生大量高活性的生物酶与农药分子接触，发生一系列酶解氧化反应，使农药分子结构改变，农药残留被分解，最终变成了CO2，又成了植物光合作用的原料[18] 。因此，应用秸秆生物反应堆技术可大大降低土壤中残留量，从而降低了农产品的农残，对食品安全意义重大。

2 秸秆生物反应堆技术在福建地区推广应用 分析

2.1 前景分析

土壤是农作物根系生长的空间与载体，土壤质量优劣关系到农作物根系生长情况，从而影响植株生长情况，最后关系到农作物的产量与品质。目前农业生产上存在土壤板结、连作障碍严重、病虫害发生严重、品质劣、产量低等问题。连作障碍是农作物生产上存在的一个严重问题，特别在设施保护地生产中尤为突出，如何解决好连作障碍是当前农作物生产提质增效的重点和难点课题。而应用秸秆生物反应堆技术，利用其五大效能可缓解或部分解决以上问题，其效果和水平是农业生产上单一采用品种、肥料、农药等常规技术无法达到的。

当前，农业生产中产生大量秸秆废棄物，如水稻秸秆、作物藤蔓枝叶等，国家鼓励农作物秸秆的综合利用，同时也出台了禁止焚烧作物秸秆的规定，这些秸秆废弃物如何有效地充分利用也是当前农业生产上急需解决的问题之一。利用秸秆生物反应堆技术转化农作物秸秆，可以把发展绿色能源、增加农民收入、保护生态环境、提高农业资源利用率有机地统一起来，具有多重经济效益和社会效益。因此，推广应用秸秆生物反应堆技术具有重要的现实意义。

2.2 案例分析

福建省永春县康绿隆果蔬有限公司于2019年从山东省秸秆生物工程技术研究中心引入了秸秆生物反应堆技术，同年在黄瓜、番茄、丝瓜、柑橘等作物上进行试验推广。永春县的麻竹栽培面积大，麻笋加工厂生产时产生的下脚料（图1）在当地被当作垃圾处理，该公司利用其作为秸秆材料，变废为宝，在黄瓜、番茄、丝瓜等设施蔬菜生产上采用内置式行内反应堆，施用粉碎后的麻笋加工下脚料（图2）300～450

t·hm-2，反应堆菌种90 kg·hm-2，定植时穴施30～45 kg·hm-2植物疫苗，植株生长期间配合喷布100倍液抗体与200倍液植物疫苗混合液3～4次。两年的试验结果表明：应用秸秆生物反应堆技术取得了显著的效果，该技术可使黄瓜、番茄、丝瓜等蔬菜的产量增产30%～50%、挂果率明显提高、单果重增加、上市期提早、口感风味等方面品质明显提升，取得了良好的经济效益与生态效益。

2021年罗源沐禾生态园以当地盛产的菇渣为材料，采用生物反应堆技术进行丝瓜春早熟设施栽培，施用菇渣150 t·hm-2，反应堆菌种90 kg·hm-2，定植时穴施45 kg·hm-2植物疫苗，植株生长期间配合喷布100倍液抗体与200倍液植物疫苗混合液3～4次。实践表明：采用生物反应堆技术栽培的丝瓜表现早熟、产量高、品质优的显著效果，特别是早期产量表现尤为突出，取得了良好的经济效益、生态效益和社会效益。

3 秸秆生物反应堆技术应用条件及技术要求

3.1 应用条件

3.1.1 秸秆材料的来源 秸秆是指一切绿色植物的茎、秆、枝、叶、壳、皮、根等器官和组织，是所有绿色植物下脚料的总称[18] 。秸秆材料来源是否丰富，价格是否低廉是推广应用秸秆生物反应堆技术的首要决定因素。来源丰富才能保证技术推广应用的持续开展，而价格是否低廉是决定生产成本的关键因素，如秸秆材料成本过高则会影响秸秆生物反应堆技术的普及推广应用。以目前生产上果菜类蔬菜（如茄果类等）为例，整个生长周期施用的肥料（有机肥及化肥）一般在30000元·hm-2左右，以此为限，按施用150 t·hm-2的秸秆材料计，秸秆材料的价格应控制在200元·t-1内为宜。为此，是否适宜推广应用秸秆生物反应堆技术首先要视当地秸秆材料的来源是否丰富，价格是否低廉，如来源紧缺或价格昂贵则不适宜开展该技术的普及推广。

福建地区常见的秸秆的主要有稻草、各种农作物的秸秆或藤蔓、麻笋加工下脚料等。菇渣即采用玉米粉、锯木屑、棉籽壳等秸秆材料生产食用菌后的废弃物，从其来源而言，也可以归属秸秆的一种，福建省许多地方都有大面积生产食用菌，菇渣是一种来源方便、价格低廉的秸秆材料。

3.1.2 可机械化操作的条件 应用秸秆生物反应堆技术特别是在设施保护地中采用内置式反应堆，需要在设施内挖沟填埋大量秸秆，如若采用人工挖沟填埋则需要大量的劳力投入，而目前农业生产的劳力资源紧缺、价格昂贵，是影响经济效益的关键因素，因此应用秸秆生物反应堆技术要求能够采用机械化操作进行挖沟填埋秸秆来降低劳力成本，否则推广应用此技术将更为困难，对一些较矮小无法采用机械化操作的设施大棚则不适宜进行秸秆生物反应堆技术的应用。为了提高今后农业生产农业机械化程度，蔬菜大棚建造的棚体高度也越来越高。目前，设施保护地内挖沟填埋大量秸秆的机械化操作多采用小型钩机进行（图3），成本约6000 元·hm-2。

3.2 技术要求

3.2.1 杜绝使用化学肥料 据测定，应用秸秆生物反应堆技术，可满足植物光合作用所需的各种元素，种类齐全，比例适中，应用该技术，必须杜绝使用化肥[18] 。如秸秆数量不足可用饼肥替代或采用牛、羊、兔等食草性动物的粪便补充，忌用猪、鸡等非食草性动物的粪便。

3.2.2 与植物疫苗、抗体配合使用 植物具有免疫功能，植物免疫功能的发挥，需要外来活体或活性物质激活抗原产生抗体，实现植物自身对病原菌的抵抗作用，这种激活抗原产生抗体的活体或活性物质称之为植物疫苗。植物疫苗是通过对植物根系接种生物活体，使其进入植物机体的各个器官，激活植物的免疫功能而产生抗体，对病虫害实施防疫[25] 。为使秸秆生物反应堆技术的应用效果更好，一般生产上除了在填埋秸秆时加入反应堆菌种，在定植时施用植物疫苗，定植后喷布抗体与植物疫苗混合液。

3.2.3 正确掌握药剂（肥料）的使用方法 （1）反应堆秸秆接种（001号菌种）：一般情况下施用90～ 120 kg·hm-2，使用时可按1 kg菌种与20 kg麦麸（或豆腐渣50～60 kg）、20 kg水进行混合拌匀施用。使用时注意将以上混合好的菌种均匀混施于秸秆中。（2）植物疫苗根系接种：幼苗定植前采用植物疫苗30～45 kg·hm-2与适量常规的基质（如椰糠、泥炭土、菇渣等）混合后施入定植穴后再进行定植，定植后进行浇水，以完成植物疫苗的根系接种工作。③生长期喷布疫苗和抗体：一般定植后20～30 d后开始喷布植物疫苗与001号抗体的混合液（植物疫苗∶001号抗体∶水=1∶2∶200），每半个月喷布1次，连续3～4次。使用时注意先将植物疫苗及001号抗体分开处理后再进行混合，疫苗可先溶解于适量水，4 h后进行过滤备用;001号抗体先用适量热水溶解。

4 展望

农产品安全已成为中国和谐社会建设进程中亟须解决的一个关键课题，食品安全源头在农产品，基础在农业，必须正本清源，把农产品质量安全作为转变农业发展方式、加快现代农业建设的关键环节。

秸秆生物反应堆技术是一项生防技术，对环境友好，也是一项农业提质增效的有机栽培理论和技术，秸秆生物反应堆技术以秸秆替代化肥，以植物疫苗替代农药，密切结合农村实际，促进资源循环增值利用和多种生产要素有效转化，使生态改良、环境保护与农作物高产、优质、无公害生产相结合，为农业增效、农民增收、食品安全和农业可持续发展提供科学技术支撑，并开辟了新的途径。

参考文献：

[1]于执，王玲.秸秆反应堆和植物疫苗防治栽培技术效能分析[J].中国种业，2015（1）：66-67.

[2]赵璐，刘刚.秸秆生物反应堆技术在日光温室黄瓜生产上的应用研究[J].农业与技术，2015，35（7）：16-17.

[3]苏生辉.秸秆生物反应堆在越冬西葫芦栽培上的应用技术[J].青海农技推广，2015（1）：54-55.

[4]王泽奇.秸秆生物反应堆技术在温室香瓜生产中的应用[J]. 农业科技通讯，2019（5）：189-191.

[5]姜蔚.秸秆生物反应堆和植物疫苗在网纹甜瓜上的應用效果试验[J].农业科技通讯，2019（5）：138-140.

[6]王赫，张宪兴. 秸秆生物反应堆技术在温室甜瓜上的应用[J].研究报告，2015（4）：5-17.

[7]谢文龙，蒋洪国，徐丹.秸秆生物反应堆技术在连作障碍西瓜地应用研究[J].中国园艺文摘，2014（10）：28-29.

[8]于永梅，张元俊，曹永贞，等.秸秆生物反应堆技术在温室番茄上的示范试验[J].蔬菜，2015（5）：173-174.

[9]海生广，惠浩剑，高昱.玉米秸秆生物反应堆技术在日光温室辣椒上的应用试验[J].农业科技通讯，2021（5）：192-194.

[10]段晓婷，叶静，林辉，等.地埋式秸秆反应堆对南方越冬茄子生产及温室土壤微环境的影响[J].农业环境科学学报，2019，38（6）：1296-1304.

[11]王振学，颜世霞.秸秆生物反应堆在保护地草莓上的应用[J].中国农技推广，2019，35（3）：48-49.

[12]杨桂丽，王昊，马文礼，等.秸秆生物反应堆对设施‘夏黑葡萄生长发育的影响[J].中外葡萄与葡萄酒，2020（6）：40-43.

[13]王颖.秸秆生物反应堆对大棚葡萄生育环境及产量的影响[J].吉林农业大学学报，2016，38（5）：590-594，599.

[14]肯吉古丽·苏力旦，汪志伟，努力亚·艾合买提，等.秸秆生物反应堆技术对设施火焰无核葡萄品质的影响[J].中国果菜，2019，39（3）：33-36，44.

[15]汲长岁，王海龙，李传顶，等.大棚茶园应用秸秆生物反应堆施肥技术[J].茶业通报，2006（1）：14-15.

[16]刘璟.秸秆反应堆技术在烟叶生产上的应用[J].农村科学实验，2019（6）：32-33.

[17]刘璟.秸秆生物反应堆对烟叶农艺性状及产量的影响[J].作物研究，2014，28（7）：815-816，820.

[18]张世明.秸秆生物反应堆技术[M].北京：中国农业出版社，2012：7.

[19]孙振国.秸秆生物反应堆技术在保护地蔬菜生产中的应用[J].西北园艺，2007（3）：6-7.

[20]刘淑萍，贾兰英，成振华，等.秸秆生物反应堆技术在天津市设施农业中的应用[J].农业环境与发展，2009（4）：23-25.

[21]何爱英.秸秆生物反应堆在设施蔬菜中的应用[J].河北农业，2019，206（11）：38-41.

[22]刘兰海.试析秸秆生物反应堆技术的应用及推广[J].农业开发与装备，2016（9）：133.

[23]王卫星，李攻科，侯佳渝，等.天津滨海地区土壤剖面盐渍化特征及其影响因素[J].物探与化探，2015（1）：172-179.

[24]史静，张乃明，包立.我国设施农业土壤质量退化特征与调控研究进展[J].中国生态农业学报，2013，21（7）：787-794.

[25]张世明.植物疫苗及使用技术[J].中国果菜，2006（2）：53.

（责任编辑：柯文辉）