秸秆生物应用下的生态农业论文

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。下面是小编精心推荐的《秸秆生物应用下的生态农业论文 (精选3篇)》，仅供参考，希望能够帮助到大家。

秸秆生物应用下的生态农业论文 篇1：

辣椒秸秆生物质炭对喀斯特石灰土有机碳矿化的影响

摘要：【目的】探索短時间尺度下辣椒秸秆生物质炭添加对喀斯特石灰土地区土壤有机碳(SOC)矿化和SOC库的直接影响，为评估西南喀斯特石灰土地区辣椒秸秆生物质炭还田利用的生态环境效应提供科学依据。【方法】采用广口瓶进行恒温、恒湿密封培养试验，以不添加生物质炭为对照(CK)，设置0.1%、0.5%、1.0%、2.0%和4.0%共5个辣椒秸秆生物质炭添加处理，用NaOH溶液吸收法测定63 d培养期内喀斯特石灰土有机质矿化过程释放的CO2，培养结束后测试各形态SOC含量的变化情况。【结果】培养63 d后，0～4.0%添加处理石灰土SOC累积矿化量为473.05±78.60～673.74±102.66 mg C/kg，4.0%添加处理可明显提高累积矿化量。各添加处理SOC矿化过程均可用双库一级动力学模型进行拟合，0.1%～0.5%和1.0%～4.0%添加处理条件下易降解SOC矿化速率常数(ka)分别为0.021±0.001～0.034±0.004/d和0.248±0.021～0.343±0.033/d，对易降解SOC的矿化分别起抑制和促进作用;所有添加处理对难降解SOC矿化起促进作用。1.0%～4.0%添加处理可显著提高易降解SOC库储量(Ca)和土壤微生物量碳(MBC)含量(P<0.05，下同)，其值范围分别为238.19±20.72～937.48±71.75 mg/kg和368.22±12.19～449.52±18.91 g/kg。2.0%和4.0%添加处理显著提高土壤易氧化有机碳(ROC)含量，其值分别为2849.97±184.21和3163.92±107.16 mg/kg。生物质炭添加对土壤水溶性有机碳(WSOC)含量无显著影响(P>0.05，下同)。添加辣椒秸秆生物质炭的处理中，MBC与Ca、ka、难降解SOC矿化速率常数(ks)和ROC呈极显著正相关(P<0.01，下同)，与难降解SOC库储量(Cs)呈极显著负相关，与WSOC无显著相关性。【结论】辣椒秸秆生物质炭对喀斯特石灰土SOC矿化速率的影响与添加量有关，1.0%～4.0%添加处理可提高矿化速率，同时增加Ca、MBC和ROC含量，但对WSOC含量无影响，4.0%添加处理在63 d培养期内可提高土壤累积矿化量。为减少土壤碳排放，建议辣椒秸秆生物质炭改良西南喀斯特石灰土的添加量应低于4.0%。

关键词： 辣椒秸秆生物质炭;喀斯特;石灰土;有机碳库;有机碳矿化

Effects of pepper straw biochar on karst limestone soil

organic carbon mineralization

XIONG Bai-lian1，2， HUANG Jun1， SHEN Jie1

(1College of Resources and Environment，Zunyi Normal University， Zunyi， Guizhou 563006， China; 2Key Laboratory of Soil Resources and Environment in Qianbei of Guizhou Province， Zunyi， Guizhou 563006， China)

Key words： pepper straw biochar; karst; limestone soil; soil organic carbon pool; organic carbon mineralization

Foundation item： Project of Department of Science and Technology of Guizhou(QKHPTRC〔2017〕5727-12);Pro-ject of Key Laboratory of Soil Resources and Environmental Characteristics in Northern Guizhou of Guizhou Department of Education(Qianjiaohe KY〔2017〕010)

0 引言

【研究意义】土壤有机碳(SOC)库是陆地生态系统最大的碳库，SOC矿化是SOC周转的重要过程和土壤温室气体排放的主要来源(Lal，2004)。生物质炭是由农作物秸秆、畜禽粪便等材料在250～750 ℃限氧条件下发生热裂解生成，能改善土壤结构，提高保水保肥能力，促进作物生长(黄雁飞等，2020;涂保华等，2020)。由于在土壤中极难降解，生物质炭还田可将植物光合作用获得的约20%碳封存在土壤中，是一条有效的碳汇途径(Lehmann，2007)。石灰土是一种发育于碳酸盐岩母质，广泛分布于我国热带、亚热带喀斯特山区的非地带性土壤，有机质含量相对较高(郑永春和王世杰，2002)。贵州省石灰土分布面积为278.56万ha，是种植辣椒的主要土壤类型之一，将辣椒秸秆生物质炭还施于石灰土是绿色环保利用辣椒秸秆的重要备选途径。研究表明，生物质炭对SOC的矿化分解有激发和抑制作用，从而增加或减少土壤碳排放量并影响土壤肥力，不同类型生物质炭施入不同类型土壤的碳矿化效应尚无法预测(葛晓改等，2016)。探明辣椒秸秆生物质炭对喀斯特石灰土SOC矿化和土壤碳库结构的影响是科学利用其改良石灰土的重要前提，也可为定量评估该类生物质炭输入喀斯特石灰土后的碳汇效应提供科学依据。【前人研究进展】生物质炭随前体材料类型、土壤类型和进入土壤时长等因素的不同，对SOC的矿化降解起激发或抑制作用。玉米、黑麦秸秆、柞木和芒草等制成的生物质炭可促进微生物生长，加速SOC降解，增加土壤碳排放(Hamer et al.，2004;Wardle et al.，2008;Luo et al.，2011)。混合木屑生物质炭添加到粉砂壤土中、玉米芯生物质炭添加到碱性土壤中则降低土壤微生物群落活性和土壤微生物量碳(MBC)含量，从而抑制SOC降解矿化，降低土壤碳排放(Spokas et al.，2009;Riaz et al.，2017)。而桉树生物质炭对粘性土壤和砂质壤土中SOC的矿化作用分别起抑制和促进作用(Fang et al.，2015)。生物质炭的输入会影响SOC的组成和转化。柳桉生物质炭施入可增加大田难降解SOC储量(Kimetu and Lehmann，2010)，混合秸秆生物质炭则增加大田易降解SOC储量(Liu et al.，2015)。胡桃壳生物质炭和水稻秸秆生物质炭能促进SOC向活性SOC的转化，提高土壤水溶性有机碳(WSOC)和MBC含量(Wang et al.，2016;Yang et al.，2020)。刘燕萍等(2011)发现水稻秸秆生物质炭在培养前期(0～7 d)促进SOC的降解矿化，后期(7～112 d)则抑制。总的来看，生物质炭输入会影响土壤中有机质组成与矿化行为，从而改变土壤的碳排放。【本研究切入点】尽管生物质炭对SOC矿化的影响已有大量研究，但由于影响因素复杂且尚未完全掌握相关机理，目前有关辣椒秸秆生物质炭还田利用对土壤环境影响的研究也较少，其对石灰土SOC矿化降解和SOC库的影响尚不清楚。【拟解决的关键问题】通过恒温、恒湿密封培养，探索短时间尺度(63 d)、无其他碳源条件下，不同辣椒秸秆生物质炭添加量处理对石灰土SOC矿化和SOC库的影响，以期为评估西南喀斯特石灰土地区辣椒秸秆生物质炭还田利用的生态环境效应提供科学依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

选择贵州省遵义市红花岗区新蒲镇弃耕的石灰土荒草坡地为采样地，采用棋盘式法确定采样点，去除杂草和凋落物后，挖取表层0～20 cm土层土样。将各样点采集的土样混合，四分法取足所需土壤样品。剔除土壤中植物残体，捡出石块、落叶和根等杂物，风干，过2 mm土壤筛。土壤基本理化性质见表1。

供试辣椒秸秆品种为遵辣9号，将其洗净风干，破碎，用锡箔纸密封包裹，放入坩锅，在马弗炉内以20 ℃/min的速度加热升温至550 ℃并保持45 min，自然冷却后取出，过2 mm筛，密封备用。辣椒秸秆生物质炭的性质与主要成分：pH 9.79，灰分21%，总碳(TC)786.84 g/kg，总氮(TN)16.57 g/kg，总磷(TP)1.12 g/kg，总钾(TK)0.85 g/kg。

1. 2 試验方法

采用室内恒温、恒湿培养，碱液吸收法测定SOC矿化与CO2排放：称取100 g供试土样置于1 L广口瓶中，添加0(CK)、0.1%(T1)、0.5%(T2)、1.0%(T3)、2.0%(T4)和4.0%(T5)的生物质炭，混匀，调节含水量至田间饱和持水量的60%;用小烧杯盛20 mL 1 mo1/L NaOH溶液，放入横置的广口瓶中吸收土壤呼吸释放的CO2;在广口瓶中放置10 mL去CO2水，以维持瓶内空气饱和湿度，橡皮塞密封广口瓶，25 ℃生化培养箱中恒温黑暗培养。每处理设3次重复。在培养的第3、7、12、18、25、33、42、52和63 d取出广口瓶中NaOH溶液，经稀释处理后测定土壤释放的CO2，并换上新配制的NaOH溶液，继续培养。设置不加土壤和生物质炭的空白对照组，用于扣除碱液对空气中CO2的吸收。

1. 3 测定项目及方法

将从广口瓶中取出的NaOH溶液稀释后用总碳分析仪(岛津TOC-LCPH)测定分析碳含量。培养结束后，取适量土壤，分析测试各形态SOC含量。SOC用重铬酸钾外加热法测定;WSOC用0.5 mol/L K2SO4浸提(水土质量比5∶1)，用TOC分析仪测定(王战磊等，2014);MBC采用氯仿熏蒸浸提法测定，以熏蒸和未熏蒸土样含碳量之差除以系数0.45得到(吴金水等，2006);易氧化有机碳(ROC)采用高锰酸钾氧化法测定(赵世翔等，2017)。

1. 4 计算公式

日均矿化速率[mg C/(kg·d)]以单位质量土壤(1 kg)单位时间(1 d)内矿化释放的碳量表示;累积矿化量(mg C/kg)以单位质量土壤(1 kg)在63 d培养期内矿化释放的总碳量表示。土壤微生物商(Soil microbial quotient)=MBC/SOC，碳库活度(Lability of carbon，L)=ROC/(SOC-ROC)(Blair et al.，1995)。

运用双库一级动力学方程对土壤易降解碳库和难降解碳库大小进行拟合(Ci et al.，2015)：

Ct=Ca×(1-e-kat)+(CSOC-Ca)×(1-e-kst)

式中，Ct为培养t时的累积矿化量(mg/kg)，Ca和ka分别为易降解SOC库储量(mg/kg)及其矿化速率常数(/d)，CSOC为SOC含量，Cs(Cs=CSOC-Ca)和ks分别为难降解SOC库储量(mg/kg)及其矿化速率常数(/d)，t为培养时间(d)。生物质炭输入后SOC的半衰期(T1/2)由难降解SOC库的降解速率ks通过公式计算得出：T1/2=ln2/ks。

1. 5 统计分析

采用SPSS 19.0对试验数据进行单因素方差分析(One-way ANOVA)、Pearson相关分析和显著性分析，以Origin 8.5绘图。

2 结果与分析

2. 1 SOC矿化特征

由图1可知，各生物质炭处理的SOC日均矿化速率均随培养时间的延长而降低。培养0～3 d，CK和T1～T5处理的SOC日均矿化率分别为35.31±9.43、30.51±0.63、32.63±2.11、36.85±2.31、38.99±2.67和53.39±5.61 mg C/(kg·d)。培养至第4～7 d，各处理SOC日均矿化速率大幅降低至11.33±0.97～15.83±0.89 mg C/(kg·d)。培养0～18 d，CK和T1～T4处理之间日均矿化速率无显著差异(P>0.05，下同)。表明培养的前18 d，添加0.1%～2.0%的辣椒秸秆生物质炭对SOC日均矿化速率影响不大。培养25～63 d，T1～T3处理日均矿化速率显著小于CK(P<0.05，下同)，表明在此时间段内，添加0.1%～1.0%的辣椒秸秆生物质炭对SOC的矿化表现出一定的抑制作用。T5处理在整个培养期内SOC日均矿化速率均显著高于其他添加处理，在0～52 d培养期内显著高于CK，表明添加4.0%辣椒秸秆生物质炭能提高SOC日均矿化速率。

由图2-A可知，CK和T1～T5处理培养63 d后SOC累积矿化量分别为473.05±78.60、427.03±30.12、442.27±23.45、454.44±43.73、503.77±33.51和673.74±102.66 mg C/kg，其中T5处理累积矿化量高于其他处理，CK和T1～T4处理间无明显差异。SOC矿化率是矿化生成的CO2-C占SOC的比例。由图2-B可知，CK和T1～T5处理培养63 d后SOC累积矿化率分别为(2.18±0.36)%、(1.97±0.11)%、(2.04±0.13)%、(2.09±0.19)%、(2.32±0.15)%和(3.11±0.47)%， 其中T5处理SOC累积矿化率显著高于其他处理，CK和T1～T4处理间无显著差异。

2. 2 SOC矿化的动力学特征

本研究中SOC矿化过程可用双库一级动力学模型进行拟合(P<0.01)，估算出Ca、Cs和相应的降解速率常数，结果见表2。除CK、T1和T2处理的Ca无显著差异外，Ca随辣椒秸秆生物质炭添加量的增加而显著增大。CK的ka显著大于T1和T2处理，表明0.1%～0.5%的辣椒秸秆生物质炭添加处理抑制石灰土中易降解SOC的矿化速率;T3～T5处理的ka是CK的3.59～4.97倍，表明1.0%～4.0%的辣椒秸秆生物质炭添加处理可显著提高石灰土中易降解SOC的矿化速率。T1～T5處理的ks均显著大于CK，其中T5处理最大，表明辣椒秸秆生物质炭添加可提高难降解SOC库的降解速率。CK石灰土SOC降解半衰期为11.74±0.62年，随着生物质炭的增加而显著降低，T5处理半衰期降至5.19±0.50年。Ca/SOC表征SOC的矿化潜力，该值越高，SOC的可矿化能力越强。CKCa/SOC为(0.76±0.06)%，与T1和T2处理间无显著差异，表明0.1%～0.5%的辣椒秸秆生物质炭添加量对石灰土SOC的矿化能力影响不明显，T3～T5处理Ca/SOC是CK的1.43～5.68倍，表明1.0%～4.0%的辣椒秸秆生物质炭添加能较大幅度提升SOC的矿化潜力。

2. 3 易降解SOC含量变化特征

由图3-A可知，未培养前石灰土WSOC含量为94.89±5.41 mg/kg，培养63 d后各处理土壤WSOC含量均较未培养前显著下降。其中，CK土壤WSOC含量降至44.34±2.79 mg/kg，T1～T5处理的含量降至42.39±2.46～43.08±2.49 mg/kg，CK和T1～T5处理间WSOC含量无显著差异。

由图3-B可知，未培养前石灰土MBC含量为357.62±10.09 mg/kg，培养63 d后CK、T1和T2处理土壤MBC含量均较未培养前显著下降，分别降至316.72±10.12、318.65±15.49和333.38±4.14 mg/kg，且3个处理间无显著差异;T3处理土壤MBC含量为368.22±12.19 mg/kg，与未培养前的含量无显著差异，但显著高于CK、T1和T2处理;T4和T5处理土壤MBC含量分别为386.68±9.81和449.52±18.91 mg/kg，较CK分别显著增加22.09%和41.93%。总的来看，63 d培养期内，不添加辣椒秸秆生物质炭的CK土壤MBC含量较未培养前显著减少，0.1%和0.5%的辣椒秸秆生物质炭添加与CK间无显著差异，对喀斯特石灰土中MBC含量影响较小;添加1.0%～4.0%的辣椒秸秆生物质炭显著提高土壤MBC含量，且随着添加量的增加土壤中MBC含量越高。

由图3-C可知，未培养前石灰土ROC含量为4062.67±243.33 mg/kg，培养63 d后各处理土壤ROC含量均显著下降。其中，CK土壤ROC含量降至2162.25±204.89 mg/kg，T1～T3处理的含量分别降至2010.72±114.65、2156.42±179.45和2342.92±149.39 mg/kg，CK和T1～T3处理间无显著差异;T4和T5处理土壤ROC含量分别降至2849.97±184.21和3163.92±107.16 mg/kg，但较CK分别提高31.81%和46.33%，也显著高于T1～T3处理。总的来看，63 d培养期内，与CK相比，添加0.1%～1.0%的辣椒秸秆生物质炭对喀斯特石灰土中ROC含量影响较小，2.0%～4.0%的添加量可显著提高土壤中ROC含量。

土壤微生物商能灵敏地指示SOC的微生物可利用性，其值越大，SOC矿化周转越快(Melero et al.，2009)。由表3可知，CK、T1和T2土壤微生物商无显著差异，T3～T5处理较CK处理显著提高土壤微生物商。表明63 d培养期内，在未种植植物和施肥的条件下，1.0%～4.0%的辣椒秸秆生物质炭处理可加速喀斯特石灰土中SOC周转速率，提高碳素矿化能力。土壤碳库活度越大，表示SOC越易被微生物分解，土壤肥力质量也就越高(戴全厚等，2008)。由表3可知，CK和T1～T3处理碳库活度无显著差异，T4和T5处理显著提高碳库活度。表明添加2.0%～4.0%辣椒秸秆生物质炭能提高SOC的微生物可降解性，不利于SOC的固持。

微生物是SOC矿化排放的决定性因素。对辣椒秸秆添加处理条件下土壤MBC与土壤有机质碳化指标的相关性进行分析，结果(表4)表明，土壤Ca和Ka均与MBC呈极显著正相关(P<0.01，下同)。1.0%～4.0%添加处理可促进土壤MBC含量的增加，故1.0%～4.0%辣椒秸秆生物质炭添加处理在加速易降解SOC矿化分解速率的同时提高Ca，对SOC的矿化起促进作用。Cs和ks分别与MBC呈极显著负相关和正相关，表明1.0%～4.0%的辣椒秸秆生物质炭处理能加速喀斯特石灰土中难降解SOC的矿化降解，加速土壤碳排放，减少难降解SOC含量。MBC与ROC呈极显著正相关，与WSOC无显著相关性，说明1.0%～4.0%生物质炭添加在提高土壤微生物生物量的同时可增加ROC含量。

3 讨论

3. 1 辣椒秸秆生物质炭对石灰土SOC矿化的影响

生物质炭输入对土壤有机质的矿化排放存在激发、抑制和无显著影响3种效应(Spokas et al.，2009;Smith et al.，2010)。本研究结果显示，低添加量处理(0.1%～1.0%)前期(0～18 d)對石灰土SOC矿化无影响，后期(19～63 d)为抑制效应，从整个培养期(0～63 d)来看为无显著影响;高添加量处理(4.0%)前期表现为激发效应，后期无显著影响，从整个培养期来看为激发效应;而2.0%添加量处理前、后期均无显著影响。可见，辣椒秸秆生物质炭对石灰土SOC矿化的影响会随添加量的不同表现出激发、抑制和无显著影响3种效应，且对SOC矿化的效应还会随时间发生改变。Orlova等(2019)研究发现，桦木和白杨木制成的生物质炭添加量为0.1%时对土壤有机质矿化无影响，添加量增至1.0%时可使有机质矿化率显著提高15%～18%。曹坤坤等(2020)研究发现，3%玉米秸秆生物质炭处理对SOC矿化前期(0～14 d)激发和后期(15～161 d)抑制。上述前人研究结果表明，添加量和培养时间的不同可能会使生物质炭对土壤有机质矿化产生截然不同的效应，本研究结果与之基本一致。生物质炭对SOC矿化的影响与土壤微生物密切相关。生物质炭中丰富的不稳定碳和营养元素可为微生物的生长提供养料(Xu et al.，2016)，孔隙结构可作为微生物栖息的微环境，避免微生物间的竞争，从而增加土壤微生物生物量和多样性(Palansooriya et al.，2019)，促进土壤有机质矿化分解。由于生物质炭对土壤微生物活性或丰度难以形成持久刺激作用(Ameloot et al.，2014)，因而本研究中4.0%辣椒秸秆生物质炭添加处理只在前期(0～18 d)对石灰土SOC矿化起激发作用，而后期(19～63 d)则无显著影响。此外，生物质炭能将土壤有机质吸附到孔隙和外表面，形成包封和吸附保护作用，有效隔离微生物及其产生的胞外酶与有机质的接触，降低有机质的可利用性，从而抑制被吸附有机质的矿化分解(Zimmerman et al.，2004;Cheng and Reinhard，2008)。生物质炭对SOC的吸附过程需要一定的时间，添加前期吸附量少，随着培养时间的增加吸附逐渐增大，对SOC矿化的抑制作用也逐渐增强。这可能是本研究中0.1%～1.0%辣椒秸秆生物质炭添加处理前期(0～18 d)对石灰土SOC矿化无显著影响，而后期(19～63 d)则显著抑制的原因;2.0%添加处理可能是抑制与激发作用效应相当，因而整体表现出对SOC矿化无显著影响。

3. 2 辣椒秸秆生物质炭对石灰土SOC库及碳化速率的影响

生物质炭的输入会影响土壤碳库组成，并进一步影响SOC的矿化排放。研究发现，生物质炭输入会提高土壤中Cs，而对Ca起降低或无明显影响的作用(Hernandez-Soriano et al.，2016;Tsai and Chang，2020)。本研究中，1.0%～4.0%的辣椒秸秆生物质炭显著提高Ca，相应降低Cs，体现了辣椒秸秆生物质炭对SOC库储量影响的独特之处。难降解SOC决定着SOC的储备，在提升土壤碳库稳定性方面有重要作用(Schmidt et al.，2011)。结合1.0%～4.0%和2.0%～4.0%添加处理分别显著提高土壤微生物商和土壤碳库活度的结果，推测1.0%～4.0%辣椒秸秆生物质炭添加处理可能会减弱喀斯特石灰土有机库的稳定性。研究表明，生物质炭添加通常提高ka，降低ks，使得易降解SOC加快降解，难降解SOC更难降解(Hernandez-Soriano et al.，2016;Tsai and Chang，2020)。本研究中，1.0%～4.0%的辣椒秸秆生物质炭添加处理同时提高ka和ks，与上述研究结果不同;1.0%～4.0%处理中生物质炭添加量越大，MBC含量越高，MBC与ks和Ca呈极显著正相关，微生物生物量的增加应是土壤难降解生物质炭矿化加速的主要原因。微生物对SOC的利用主要包括真菌和细菌2种途径，真菌和细菌的生活史策略分别为K对策和r对策(徐嘉晖等，2018)。r型微生物倾向于降解活性SOC，而K型微生物主要降解相对难降解的SOC。可合理推测，辣椒秸秆生物质炭添加到喀斯特石灰土中促进了土壤真菌生长，加快了对难降解SOC的矿化分解，使难降解SOC呈现出易降解SOC的降解特性而使得Ca增加。

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(責任编辑 罗 丽)

作者：熊佰炼 黄俊 申杰

秸秆生物应用下的生态农业论文 篇2：

秸秆生物反应堆技术及其在福建地区的推广应用探析

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

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2021.09.014

Straw Bioreactor Technology and Its Popularization and Application in Fujian

ZHENG Min1， HE Pengfei2， GAO WeiminCHEN Wensheng1*

(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)

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。

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(责任编辑：柯文辉)

作者：郑敏 贺朋飞 高伟民 陈文胜

秸秆生物应用下的生态农业论文 篇3：