CN107960169A - 一种内置式秸秆生物反应堆的制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物能源技术领域，公开了一种内置式秸秆生物反应堆的制备方法和应用，按1千克秸秆腐熟菌剂兑掺20千克麦麸，加水混合拌匀，堆积发酵；开沟；在沟内铺放秸秆，秸秆以水稻秸秆为主；底部铺放整秸秆，上部铺放碎软秸秆；每条沟施用处理后的秸秆腐熟菌剂，分两次撒在秸秆上；撒施羊粪和菜籽饼；将沟两边的土回填于秸秆上，形成种植垄，垄面整平；第一次浇水，间隔3～4天后再浇第二水；在两行种植垄上覆盖地膜；每次浇水后以及覆膜、定植后打孔，在种植垄的中间及两边打三行孔；打孔后定植。本发明可有效提高冬季设施大棚内20厘米地温2.5～3.7℃、气温2.5～4℃和二氧化碳浓度1.2～2.1倍，病虫害发生率减少30％。

Description

一种内置式秸秆生物反应堆的制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物能源技术领域，尤其涉及一种内置式秸秆生物反应堆的制备方法和应用。
背景技术
秸秆生物反应堆技术是秸秆生物发酵的应用形式之一，是在一定设施条件下，微生物秸秆腐熟菌剂、催化剂和净化剂将秸秆定向转化成植物生长所需的CO2、热量、抗病孢子、酶、有机和无机养料，进而实现作物高产、优质和无污染的目的。秸秆生物反应堆技术能够综合改善作物生长状况，大幅度地提高农作物产量和品质，显著改善长期施用化肥导致的土壤生态恶化、土传病害严重及温室大棚内冬春季地温低、二氧化碳不足等问题，是推动秸秆和畜禽粪便资源化利用、促进多种生产要素有效转化、提高农产品产量和质量，充分利用资源、减少浪费和节约能源，保护环境和促进农业可持续发展的有效途径和行之有效的措施。自2012年起，江苏省将“秸秆生物反应堆技术”列为全省农业重大技术之一，着力在设施蔬菜生产上推广应用此技术。苏州地区秸秆资源相当丰富，但目前秸秆有效利用率不高，另一方面，由于受经济利益驱动和生产技术的制约，苏州地区不少蔬菜生产基地形成长期连作种植模式，缺少轮作倒茬，对土地重用缺养；在施肥打药环节上，过度使用化肥、农药，导致土壤退化、土传病害加剧、连作障碍凸显等问题，严重影响了蔬菜产量和质量，威胁着设施蔬菜效益的稳定和提高。在苏州地区冬季及早春应用内置式秸秆生物反应堆一方面能够为作物提供相对适宜的生长环境，有效解决越冬茬蔬菜栽培障碍的问题，避免作物遭受低温、冷害等自然因素的影响；另一方面，能够提高蔬菜的抗病能力，促进蔬菜的提早上市，增加产量，提高产值和效益。此外，内置式秸秆生物反应堆技术的应用，为农作物秸秆的有效利用提供了有效新途径。因此，内置式秸秆生物反应堆技术是一项有着经济、生态和社会效益为一体的综合性新技术，在苏州地区设施农业生产中运用前景十分广阔。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有的蔬菜生产基地缺少轮作倒茬，对土地重用缺养；过度使用化肥、农药，导致土壤退化、土传病害加剧、连作障碍凸显等问题，严重影响了蔬菜产量和质量。通过建造秸秆生物反应堆，可以有效地将废弃的秸秆转化为作物光合作用所需要的二氧化碳、热量、有机无机养分等，有助于改善生态环境，促进农作物生长，达到增加产量、提高品质的目的。同时，应用秸秆生物反应堆还可以减少化肥、农药的使用量，提高水分利用率，是实现无公害生产的有效技术措施。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种内置式秸秆生物反应堆的制备方法及其在设施西红柿生产中的应用。
本发明是这样实现的，一种内置式秸秆生物反应堆的制备方法，所述内置式秸秆生物反应堆的制备方法包括以下步骤：
步骤一，按1千克秸秆腐熟菌剂兑掺20千克麦麸，加水20千克，混合拌匀，堆积发酵4小时；
步骤二，在两种植行下开沟；
步骤三，在沟内铺放秸秆，秸秆以水稻秸秆为主，按60000kg/hm2的秸秆用量，192m2温室大棚的棚秸秆用量为1152千克；底部铺放整秸秆，上部铺放碎软秸秆；
步骤四，每条沟施用处理后的秸秆腐熟菌剂40千克，分两次均匀撒在秸秆上；撒施羊粪和菜籽饼；
步骤五，将沟两边的土回填于秸秆上，形成种植垄，并将垄面整平；
步骤六，第一次浇水，间隔3～4天后再浇第二水；在两行种植垄上覆盖地膜；
步骤七，每次浇水后以及覆膜、定植后打孔，在种植垄的中间及两边打三行孔；
步骤八，打孔后10天定植；定植时浇小水，定植后再打一遍孔。
进一步，所述步骤二中沟宽60厘米，沟深30厘米。
进一步，所述步骤三中碎软秸秆厚度25～30厘米，沟两头露出10厘米秸秆茬。
进一步，所述步骤五中回填于秸秆的覆土厚度为20～25厘米。
进一步，所述步骤六中秸秆上土层有20厘米～25厘米。
进一步，所述步骤七中孔行距30厘米，孔距20厘米，孔粗2～3厘米。
本发明的另一目的在于提供一种由所述内置式秸秆生物反应堆的制备方法制备的秸秆生物反应堆。
本发明的行下内置式秸秆生物反应堆技术在设施蔬菜上的应用，可有效提高冬季设施大棚内20厘米地温2.5～3.7℃、气温2.5～4℃和二氧化碳浓度1.2～2.1倍，病虫害发生率减少30％，并促进农产品提早上市，每667m2均产量提高22.9％。同时，应用行下内置式秸秆生物反应堆还能使大棚内土壤EC值降低17.4％，土壤有机质含量提高24.3％，有效改良土壤，可在苏州地区设施蔬菜生产中进行推广应用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的内置式秸秆生物反应堆的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的行下内置式秸秆生物反应堆可应用于设施西红柿、黄瓜等种植，可为秸秆生物反应堆技术在苏州地区设施蔬菜生产中的推广应用提供技术支撑。本发明的秸秆腐熟菌剂为自制的秸秆生物降解菌剂，其成分为纯净水、专有乳酸培养基、有机甘蔗糖蜜、矿物粉、海盐和米糠浸提液；其中乳酸菌培养基包括枯草芽孢杆菌、双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、德氏乳杆菌、发酵乳酸杆菌、植物乳杆菌、乳酸乳球菌、沼泽红假单胞菌、球形红假单胞菌、酿酒酵母、嗜热链球菌等，以上菌种均购自上海俊伦生物科技有限公司。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的内置式秸秆生物反应堆的制备方法包括以下步骤：
S101：按1千克秸秆腐熟菌剂兑掺20千克麦麸，加水20千克，混合拌匀，堆积发酵4小时即可使用；
S102：在两种植行下开沟，沟宽60厘米，沟深30厘米，开沟长度与行长相等，开挖土壤按等量分放沟两边；
S103：开沟完毕后，在沟内铺放秸秆，秸秆以水稻秸秆为主，按60000kg/hm2的秸秆用量，192m2温室大棚的棚秸秆用量为1152千克；底部铺放整秸秆，上部适当铺放碎软秸秆，铺完踏实后，厚度25～30厘米，沟两头露出10厘米秸秆茬，以便进氧气；
S104：每条沟施用处理后的秸秆腐熟菌剂40千克，分两次均匀撒在秸秆上，并用锹轻拍一遍，使秸秆腐熟菌剂与秸秆均匀接触；适当撒施羊粪和菜籽饼；
S105：将沟两边的土回填于秸秆上，覆土厚度为20～25厘米，形成种植垄，并将垄面整平；
S106：第一次浇水，水量以浇满沟、不流出水为宜，使秸秆充分湿透；间隔3～4天后适当整理一下地势高的地方，再浇第二水，二水要浇均匀。晾晒几天后及时找平垄面，使秸秆上土层有20厘米～25厘米。然后在两行种植垄上覆盖地膜；
S107：每次浇水后以及覆膜、定植后，必需打孔，在种植垄的中间及两边打三行孔，孔行距30厘米左右，孔距20厘米左右，孔粗2～3厘米，打孔深度，以穿透秸秆层为准，以利进氧气，促进秸秆发酵。以后打孔次数，视土壤通透性而定，一般每月打孔3次；
S108：打孔后10天定植效果好。定植时浇小水，定植后随即再打一遍孔。
下面结合试验对本发明的应用效果作详细的描述。
1.材料与方法
1.1试验材料
水稻秸秆、麦麸、菜籽饼、羊粪；自制的秸秆腐熟菌剂，包含细菌、真菌和放线菌；主栽蔬菜为越冬茬西红柿，品种为金珠。
1.2试验地概况
试验于2016年12月～2017年4月在苏州市相城区元和街道相城生态园进行。试验期间日最高气温为26℃，日最低温度为-4℃。
1.3试验设计
试验设置2个处理：秸秆生物反应堆处理和空白对照(CK),试验场地设为温室构造相同、种植面积同为192m2(32m×6m)、土壤肥力相当的3个钢管温室大棚，其中2个用于秸秆生物反应堆处理栽培，另一个常规栽培，用于对照。处理温室大棚与对照温室大棚的定植时间及栽培管理方式都相同。
1.4试验方法
秸秆生物反应堆处理温室大棚：采用行下内置式反应堆，进行拌秸秆腐熟菌剂、开沟、铺秸秆、撒秸秆腐熟菌剂、覆土、浇水、整垄、覆膜、打孔和定植。
①拌秸秆腐熟菌剂：按1千克秸秆腐熟菌剂兑掺20千克麦麸，加水20千克，混合拌匀，堆积发酵4小时即可使用。
②开沟：在两种植行下开沟，沟宽60厘米，沟深30厘米，开沟长度与行长相等，开挖土壤按等量分放沟两边。
③铺秸秆：开沟完毕后，在沟内铺放秸秆。秸秆以水稻秸秆为主，按60000kg/hm2的秸秆用量，192m2温室大棚的棚秸秆用量为1152千克。底部铺放整秸秆，上部适当铺放碎软秸秆，铺完踏实后，厚度25～30厘米，沟两头露出10厘米秸秆茬，以便进氧气。
④撒秸秆腐熟菌剂：每条沟施用处理后的秸秆腐熟菌剂40千克，分两次均匀撒在秸秆上，并用锹轻拍一遍，使秸秆腐熟菌剂与秸秆均匀接触；适当撒施羊粪和菜籽饼。
⑤覆土、整垄：将沟两边的土回填于秸秆上，覆土厚度为20～25厘米，形成种植垄，并将垄面整平。
⑥浇水、覆膜：第一次浇水，水量以浇满沟、不流出水为宜，使秸秆充分湿透；间隔3～4天后适当整理一下地势高的地方，再浇第二水，二水要浇均匀。晾晒几天后及时找平垄面，使秸秆上土层有20厘米～25厘米。然后在两行种植垄上覆盖地膜。
⑦打孔：每次浇水后以及覆膜、定植后，必需打孔，在种植垄的中间及两边打三行孔，孔行距30厘米左右，孔距20厘米左右，孔粗2～3厘米，打孔深度，以穿透秸秆层为准，以利进氧气，促进秸秆发酵。以后打孔次数，视土壤通透性而定，一般每月打孔3次。
⑧定植：一般打孔后10天定植效果好。定植时浇小水，定植后随即再打一遍孔。
空白对照温室大棚：温室大棚的地下耕层内不铺设秸秆，与试验温室大棚采用相同的栽培耕作方式，底肥和追肥均施用复合肥。
1.5测定方法
1.5.1棚内环境因子的测定
利用气温计、地温计、二氧化碳浓度检测仪测定温室大棚内的气温、地温和二氧化碳浓度。气温计分别悬挂在棚内的前、中、后部距地面60cm处，测得数据后取平均值；地温计分别埋在棚内的前、中、后部20cm土壤深处，测得数据后取平均值；利用便携式二氧化碳检测仪HAD-ZG106A-M测定温室大棚内CO2浓度，每次测前、中、后三处，每次测量重复三次再取平均值。日均数值的测得是从1月初开始，每天对气温、地温及二氧化碳浓度进行测定，观测时间为当日8:00和14:00，测得数据后取平均值。
1.5.2西红柿性状及产量的测定方法
主要测量统计西红柿的根系、产量及病虫害发病率。
在西红柿收获前，采用5点取样法在试验大棚和对照大棚挖取西红柿5株，测量作物的根系开展度和根粗。
在试验大棚和对照大棚前、中、后三个部分的相同位置分别选10株作物，待西红柿成熟时记录产量。
在西红柿的结果期，在试验大棚和对照大棚采用对角线取点，设5个固定点，每个固定点取5株，调查统计大棚内西红柿叶霉病、灰霉病的发病率。发病率公式为：发病率＝发病植株数/总株数×100％。
1.5.3土壤理化性质的测定方法
在西红柿收获后，采用5点取样法，分别在试验大棚和对照大棚内取土壤样品，采用土壤农化常规分析方法测定土壤有机质、可溶性盐含量(EC值)和pH值。
1.6数据处理方法
利用Excel软件计算各试验数据平均值，用DPS软件LSD法进行显著性分析。
2.结果与分析
2.1秸秆生物反应堆对温室大棚气温的影响
由表1可见，在苏州一月、二月气温最低的期间，秸秆试验温室大棚内气温仍维持在15.5～24.0℃，比对照提高2.5～4.0℃，增温效果明显。这表明秸秆生物反应堆可以有效提高大棚内的气温，使大棚受到外界气温环境的影响系数降低，从而使作物免遭冻害，安全越冬。
表1温室大棚气温的变化情况(℃)
2.2秸秆生物反应堆对温室大棚地温的影响
由表2可见，在苏州一月、二月气温最低的期间，秸秆试验温室大棚20cm地温维持在10.1～13.5℃，比对照提高2.5～3.7℃，增温效果明显，有利于作物安全越冬。
表2温室大棚20cm地温的变化情况(℃)
2.3秸秆生物反应堆对温室大棚二氧化碳浓度的影响
由表3可见，秸秆生物反应堆的应用可以提高棚内二氧化碳的浓度，比对照提高130～502mg·kg-1，二氧化碳浓度提高了1.2～2.1倍，较高浓度的二氧化碳可以促进植株的光合作用，有利于作物生长。
表3温室大棚二氧化碳浓度的变化情况(mg·kg-1)
2.4秸秆生物反应堆对作物根系生长的影响
从西红柿根系生长状况看，对照植株根系平均开展度12cm，平均根粗0.15cm，试验植株根系平均开展度16cm，平均根粗0.3cm，有很明显的区别，表明秸秆生物反应堆的应用明显改善了土壤结构，促进了作物根系的生长。
2.5秸秆生物反应堆对设施西红柿主要病害的影响
由表4可知，通过对设施西红柿经常发生的灰霉病和叶霉病两种病害的调查结果表明，秸秆反应堆试验大棚较对照大棚的病害发生晚、病害程度明显减轻。对病害的抑制效果达到30％，从而可有效减少农药施用量。主要原因在于秸秆生物反应堆的应用有效改善了大棚的气温、地温、湿度等环境因子，从而使西红柿生长旺盛，抗病能力得到了提高，进而减轻了病虫害的发生。
表4西红柿病害调查表
2.6秸秆生物反应堆对土壤理化性质的影响
由表5可知，秸秆生物反应堆处理的温室大棚内土壤有机质含量提高了24.3％，表明土壤有机质含量得到了显著提高；土壤EC值降低了17.4％，显著低于对照大棚；pH值更趋于中性。
表5温室大棚土壤理化性质的差异
2.7秸秆生物反应堆对设施西红柿产量的影响
调查发现，秸秆试验温室大棚比对照大棚结果平均提前7天，且延长收获6天，增产22.9％，见表6。
表6西红柿产量比较(g)
3.试验结果
(1)应用行下内置式秸秆生物反应堆可有效提高设施大棚的气温及地温环境。田间试验结果表明，应用秸秆生物反应堆可提高冬春季设施蔬菜大棚内20厘米地温2.5～3.7℃、棚内气温2.5～4℃，从而使设施大棚内西红柿免遭冻害，安全越冬，亦有利于西红柿的开花、授粉、坐果等。
(2)应用行下内置式秸秆生物反应堆可有效提高设施大棚内的CO2浓度，增加产量。田间试验结果表明，应用秸秆生物反应堆能显著提高温室大棚内CO2浓度，约为对照棚的1.2～2.1倍，极大地解决了温室内CO2不足的问题，促进了西红柿的光合作用，有利于西红柿的生长、增产。
(3)应用行下内置式秸秆生物反应堆可有效提高设施大棚内作物的抗病性，抑制病害发生。田间试验结果表明，应用秸秆生物反应堆能有效改善温室大棚气温、地温、适度等环境因子，使西红柿生长旺盛，提高抗病能力，进而减轻灰霉病、叶霉病等病害的发生，抑制程度可达30％左右，有效地减小了因病害带来的产量和品质上的损失。
(4)应用行下内置式秸秆生物反应堆可有效促进西红柿的生长，提前上市，增产效果明显。田间试验结果表明，应用秸秆生物反应堆的西红柿植株长势旺盛，叶片浓绿肥厚，茎粗增加，根系更发达，雌花、坐果率明显增加。同时，调查发现，应用秸秆生物反应堆的西红柿可平均提早7天采收且延长收获6天，增产22.9％，效益显著。
(5)应用行下内置式秸秆生物反应堆可有效改良土壤。田间试验结果表明，应用秸秆生物反应堆后，大棚内土壤的EC值得到了显著的降低，从而较大程度上避免了土壤盐渍化现象的发生。同时，秸秆生物反应堆的应用能够有效提高土壤有机质含量，改善土壤结构。
在苏州地区冬季及早春应用内置式秸秆生物反应堆一方面能够为作物提供相对适宜的生长环境，有效解决越冬茬蔬菜栽培障碍的问题，避免作物遭受低温、冷害等自然因素的影响；另一方面，能够提高蔬菜的抗病能力，促进蔬菜的提早上市，增加产量，提高产值和效益。此外，内置式秸秆生物反应堆技术的应用，为农作物秸秆的有效利用提供了有效新途径。因此，内置式秸秆生物反应堆技术是一项有着经济、生态和社会效益为一体的综合性新技术，在苏州地区设施农业生产中运用前景十分广阔。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内置式秸秆生物反应堆的制备方法，其特征在于，所述内置式秸秆生物反应堆的制备方法包括以下步骤：
步骤一，按1千克秸秆腐熟菌剂兑掺20千克麦麸，加水20千克，混合拌匀，堆积发酵4小时；
步骤二，在两种植行下开沟；
步骤三，在沟内铺放秸秆，秸秆以水稻秸秆为主，按60000kg/hm2的秸秆用量，192m2温室大棚的棚秸秆用量为1152千克；底部铺放整秸秆，上部铺放碎软秸秆；
步骤四，每条沟施用处理后的秸秆腐熟菌剂40千克，分两次均匀撒在秸秆上；撒施羊粪和菜籽饼；
步骤五，将沟两边的土回填于秸秆上，形成种植垄，并将垄面整平；
步骤六，第一次浇水，间隔3～4天后再浇第二水；在两行种植垄上覆盖地膜；
步骤七，每次浇水后以及覆膜、定植后打孔，在种植垄的中间及两边打三行孔；
步骤八，打孔后10天定植；定植时浇小水，定植后再打一遍孔。
2.如权利要求1所述的内置式秸秆生物反应堆的制备方法，其特征在于，所述步骤二中沟宽60厘米，沟深30厘米。
3.如权利要求1所述的内置式秸秆生物反应堆的制备方法，其特征在于，所述步骤三中碎软秸秆厚度25～30厘米，沟两头露出10厘米秸秆茬。
4.如权利要求1所述的内置式秸秆生物反应堆的制备方法，其特征在于，所述步骤五中回填于秸秆的覆土厚度为20～25厘米。
5.如权利要求1所述的内置式秸秆生物反应堆的制备方法，其特征在于，所述步骤六中秸秆上土层有20厘米～25厘米。
6.如权利要求1所述的内置式秸秆生物反应堆的制备方法，其特征在于，所述步骤七中孔行距30厘米，孔距20厘米，孔粗2～3厘米。
7.一种由权利要求1～6任意一项所述内置式秸秆生物反应堆的制备方法制备的秸秆生物反应堆。
8.一种由权利要求7所述秸秆生物反应堆用于设施蔬菜生产中。
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