玉米秸稈生物反應堆技術在溫室大棚蔬菜種植中的應用研究

蘇 龍

在溫室大棚蔬菜種植中，因連作障礙、生產成本增加、異常氣候、棚室老化等因素，使得菜農生產效益難以得到有效保障，制約了溫室大棚蔬菜種植產業的健康持續發展。為了有效解決上述問題，促進溫室大棚蔬菜種植豐產增收，秸稈生物反應堆技術應運而生，并開始廣泛推廣使用。為了該項技術的順利推廣和規范使用，切實解決溫室大棚蔬菜種植生產中遇到的問題，現主要就玉米秸稈生物反應堆技術在溫室大棚蔬菜種植中的應用進行分析。

蔬菜產業對于任何一個地區而言均為重點支持的產業之一，直接關系到區域“菜籃子”工程的建設，蔬菜生產歷來也是農民脫貧致富的重要渠道。20 世紀80 年代開始，溫室大棚蔬菜種植開始備受關注，經過多年的發展和改進，該生產模式產量高、效益好的優勢更加明顯，應用非常廣泛，栽培面積逐步增加。但在實際生產過程中，由于一些舊溫室大棚生產歷史較長、結構較為簡單、設施開始老化，導致其保溫效果不佳；加之溫室大棚蔬菜種植地塊存在多年連作、重茬生產等問題，導致鹽分積累較為嚴重，繼而使得土壤養分失衡，病蟲害加劇，影響了溫室大棚蔬菜種植的產量和效益。與此同時，一些菜農盲目地追求產量，超量使用化肥、農藥等，也加劇了蔬菜種植地塊土壤環境的惡化，嚴重影響了溫室大棚蔬菜種植產業的可持續發展和蔬菜食品安全。面臨產量無法保證的現狀，菜農的種植積極性也有所降低，在一定程度上制約了溫室大棚蔬菜種植產業的發展。基于上述諸多問題，急需改善溫室大棚蔬菜種植模式，積極推廣秸稈生物反應堆技術，以實現增產、增質，更好保證蔬菜質量安全。

一、秸稈生物反應堆技術概述

1、秸稈生物反應堆技術的含義

秸稈生物反應堆是指以秸稈作為原料，通過一系列轉化改善植物生長條件，提升植物產量與品質。其理論依據是植物的光合作用、植物的饑餓理論、植物葉片主被動吸收理論、秸稈礦質元素可循環重復再利用理論。秸稈生物反應堆技術是指秸稈在微生物、凈化劑等物質的作用下，定向轉化為植物生產所需要的二氧化碳、熱量、酶、抗病孢子、養料等，進而實現植物的增產、提質和有機栽培。

2、秸稈生物反應堆技術的機理

秸稈生物反應堆技術用于農業生產的機理在于通過該項技術能夠使秸稈在特定微生物的影響下釋放二氧化碳和熱量，同時產生礦物質元素，這些都有利于農產品的生長。大量實驗研究表明，秸稈生物反應堆技術的應用可以提高土壤地溫，增加室內二氧化碳濃度，促進農作物增產。在溫室大棚蔬菜種植領域中，應用秸稈生物反應堆技術不僅可以減少化肥、農藥的使用，還有助于降低生產成本，提高生產綜合效益。值得注意的是，秸稈生物反應堆技術與常規的秸稈降解技術存在一定差異，該項技術在運用過程中的腐熟過程主要是在棚內，對于溫室大棚蔬菜種植產業而言，內置式秸稈生物反應堆技術的應用較為廣泛，借助秸稈所釋放的熱能、二氧化碳及降解后所產生的養分，能夠更好地改善蔬菜的生長條件。

3、秸稈生物反應堆技術的優勢

秸稈是農作物重要的副產物之一，具有數量眾多、用途廣泛等優勢，是一種能夠回收利用的可再生資源。秸稈中含有豐富的碳元素，同時也含有植物生長所需要的各種礦質營養元素，并且含有蛋白質、氨基酸等有機質。現階段，全世界每年產生的農作物秸稈約為30 億噸左右，其中玉米秸稈占絕大部分，占比高達35%。秸稈生物反應堆技術屬于一種有機栽培技術，與傳統農業技術不同的是該項技術的問世將逐步擺脫農業生產對于化肥的依賴。

秸稈生物反應堆引入了全新的概念，旨在促進農業生產產量的提升、提高農產品質量、增進農業生產效益。具體而言，秸稈生物反應堆技術選擇秸稈作為要素用來替代化肥，選擇植物疫苗作為要素用來替代農藥，其優勢在于有利于推動農業產業資源的循環增值利用，使農業產業中的眾多生產要素進行有效轉化，進而實現改良農業生態、強化農村環境保護、助力農作物高產的目的，使該技術與無公害生產理念充分結合，為現代農業生產增效、農民增收、農產品安全質量保障開辟了全新的途徑，為現代農業的可持續發展提供了科學技術支持。

二、溫室大棚蔬菜種植中應用玉米秸稈生物反應堆技術的必要性

關于秸稈生物反應堆技術在農業生產中的應用，尤其是在溫室大棚蔬菜種植中應用的研究較多。在影響溫室大棚土壤溫度方面，對于冬季較為寒冷的地區，溫室大棚內土壤溫度較低，進而影響了棚室內土壤酶的活性，給蔬菜光合作用帶來不利影響，降低了蔬菜的產量與品質。而使用秸稈生物反應堆技術，秸稈在微生物菌種的分解作用之下，會產生大量的熱量使土壤溫度提升，還會產生大量的二氧化碳促進蔬菜的光合作用，其產生的礦物質與有機質也將成為蔬菜生長的重要養分，為增加蔬菜產量、改進蔬菜品質奠定了良好的基礎。

在影響棚室內濕度方面，秸稈生物反應堆處理下棚室內相對濕度也會有所降低，可降低棚室內夜間相對濕度2%-4%之間，更好緩解冬季溫室大棚等設備因通風不利而導致的潮濕陰冷問題，起到較好的增濕、減濕作用。

在影響棚室內二氧化碳濃度方面，因秸稈在微生物菌種的發酵作用下可釋放出二氧化碳，基于秸稈生物反應堆模式，溫室大棚的二氧化碳濃度會增加2-3 倍之間，特別是在冬季，因溫室大棚的環境相對封閉，缺乏二氧化碳會直接影響蔬菜的光合作用，從而影響蔬菜的產量。有學者指出，當二氧化碳濃度提高3倍-5 倍時，蔬菜的產量也會增加25%以上。在一項溫室大棚蔬菜種植應用秸稈生物反應堆技術的研究中，借助秸稈生物反應堆處理使溫室大棚內的二氧化碳濃度增加了400-1000mg/kg。

在影響棚室內土壤性質方面，秸稈生物反應堆技術可基于影響土壤理化性質實現改良土壤的作用，并且可以增加棚室內蔬菜種植地塊的土壤孔隙度，提高土壤的含水率。有學者分析，秸稈生物反應堆處理模式下可提高溫室大棚土壤有機質含量約15%，提高土壤總氮含量約10%，比常規施用化肥的效果更好。也有學者認為秸稈生物反應堆技術可以增加溫室大棚土壤中的含水率。近年來，溫室大棚蔬菜種植中連作障礙十分顯著，在連作、重茬種植的影響下，溫室大棚蔬菜種植地塊土壤鉀元素的消耗十分嚴重，基于秸稈生物反應堆技術能夠增加土壤耕作層鉀、氮、碳等元素的含量，對于連作2 年、4 年、8 年的溫室大棚土壤均能起到較好的修復作用，對于提高溫室大棚蔬菜種植地塊土壤有益酶活性與有益微生物數量具有積極價值。

在影響溫室大棚蔬菜產量和品質方面，有學者認為秸稈生物反應堆技術可以增加土壤的有機質，提高土壤的保水和保肥能力，在溫室大棚蔬菜種植中有利于提高棚室內二氧化碳濃度3-4 倍，在秸稈生物反應堆技術的支持下，植株的長勢更好，病蟲害發生率更低，化肥用量更少，產品質量更高。在承德縣一項關于秸稈生物反應堆技術的研究中，0.8 畝大棚黃瓜應用內置式秸稈生物反應堆技術，使黃瓜產品提前12 天上市，減少農藥化肥生產費用約300 元，純增畝效益高達3000 元。也有研究者將秸稈生物反應堆技術用于辣椒的優質高效栽培，認為依托秸稈生物反應堆技術較常規栽培可實現增產20%，增收25%。有學者認為將秸稈生物反應堆技術用于日光溫室黃瓜種植可以促進黃瓜的生產，提高黃瓜的產量，改善黃瓜的品質，同時有助于提高黃瓜中可溶性糖和蛋白的含量，降低黃瓜中硝酸鹽的含量；究其原因，可能與秸稈生物反應堆技術使得土壤容重降低有關，同時土壤孔隙度與有機質含量有所提升，土壤中細菌、放線菌、真菌的數量有所增加，其中玉米秸稈增加溫室大棚土壤中真菌、放線菌數量的作用更為明顯。在一些關于利用腐熟秸稈制造基質或有機肥的研究中，有學者應用腐熟的玉米秸稈代替草炭基質用于蔬菜育苗，結果表明基于玉米秸稈生物反應堆技術可以將腐熟玉米秸稈與土壤按照一定比例配合形成育苗基質。

以上多項研究均證實了秸稈生物反應堆技術在蔬菜生產中的應用優勢，尤其是在溫室大棚蔬菜種植中，內置式秸稈生物反應堆技術的應用更為便捷。鑒于玉米秸稈取材便利，將其用于溫室大棚蔬菜種植除了可以增加棚室內溫度和二氧化碳含量，增加蔬菜種植地塊土壤中有機質的含量和孔隙度，提高蔬菜產量、品質，在增加土壤中真菌、放線菌數量方面更具優勢，較麥秸效果更好，更適用于溫室大棚蔬菜種植。

三、溫室大棚蔬菜種植中玉米秸稈生物反應堆技術的應用方式

1、內置式玉米秸稈生物反應堆技術

①在溫室大棚內蔬菜種植地塊沿栽培畦實施開溝，開溝的具體長度以與栽培畦距離相等為宜，溝的寬度以50cm 為宜，溝的深度以30cm 為宜，壟和壟的間距設置為150cm。

②開溝完成后，在溝內放置玉米秸稈，玉米秸稈的量以將溝填滿為宜，玉米秸稈的使用量約為4000kg/667m2，秸稈厚度設置為30cm 左右。

③為了方便后續進行澆水，促進玉米秸稈生物反應堆熱量的散發與氣體的交換，填鋪玉米秸稈時應在溝的兩端使秸稈各出槽10-15cm 左右。

④鋪好玉米秸稈后，撒入微生物菌種，玉米秸稈與微生物菌種的比例以400∶1 為宜。具體操作方法：玉米秸稈填到溝一半深度時進行踩實和找平，此時撒上約33%的微生物菌種，而后繼續填埋玉米秸稈，重復踩實和找平操作，玉米秸稈與蔬菜種植地塊地面平齊時撒入67%的微生物菌種，施用尿素10kg/667m2以培養微生物、加速玉米秸稈的腐熟和降解。

⑤將溝兩側的土填回至玉米秸稈之上，大約覆蓋高度＞30cm 的土層并進行整平。

⑥開始澆水，以澆透秸稈為宜，大約3-4 天之間，進行壟面找平，而后覆膜，以鋼筋在壟上打孔，每行打孔3 排，行距以25-30cm 為宜，孔距以20cm 為宜，孔深以穿過玉米秸稈層為宜。

⑦15 天后，玉米秸稈生物反應堆經微生物充分發酵、腐熟、降解，此時可進行蔬菜苗定植，蔬菜的種植管理按照常規管理進行即可。

2、外置式玉米秸稈生物反應堆技術

①在溫室大棚內靠近入口一側選擇玉米秸稈生物反應堆制作地點，以距離棚室內山墻60-80cm 處為最佳，南北兩側各預留80cm 的距離，沿著從北至南的方向畫一個大的長方形，長度以6-7m 為宜，寬度以1.2-1.3m 為宜；在大長方形的中間位置向溫室大棚內的一側畫小長方形，長度以150cm 為宜，寬度以65cm 為宜；隨后從棚室北側短邊中間位置向北繼續畫一個長方形，該長方形東西長度為55cm，南北寬度為50cm；沿著標記線進行開溝，挖南北長方形的溝，溝的深度以1.2-1.5m 為宜，溝底的寬度以90-100cm 為宜并將其作為儲氣池使用。

②按照小長方形的劃定范圍繼續開溝，溝的深度以50cm為宜并將其作為輸氣道，輸氣道的溝上覆蓋水泥板，水泥板的長度為100cm，寬度為70cm；溝的末端形成50×50cm 的出口，出口上方建造圓形交換機底座，該底座高度為30cm，底座上口的內徑為45cm，同時安裝交換機。

③溝兩邊中間位置分別建造略低于蔬菜種植地塊地面的回氣道，回氣道的長度為50cm，寬度為20cm，高度為20cm。

④靠近溫室大棚走道一側挖一個底部與儲氣池底部相通但略低的通道，將其作為取液池，該通道的內徑為30×30cm。

⑤輸氣道、回氣道、取液池的底部與四壁均以厚農膜鋪設，將厚農膜延伸至溝的上沿，膜上以磚、沙子、水泥等材料進行砌壘，以沙子、水泥等材料進行溝底打底，打底的厚度以6-8cm 為宜，以水泥對溝的四壁抹面，水泥硬化之后于溝上沿處排列水泥桿，水泥桿的寬度為20cm，厚度為10cm，每隔40cm 橫排1 根水泥桿即可；水泥桿上縱向固定竹竿，每隔10cm 固定1 根竹竿即可。

⑥玉米秸稈鋪設40-50cm 時開始撒入微生物菌種，共鋪放3 層玉米秸稈，并澆水將玉米秸稈淋濕，澆水的量以下部溝中積水一半時為宜。

⑦以薄膜覆蓋玉米秸稈生物反應堆，確保其濕度適宜。

⑧啟動交換機，進行溫室大棚環境內空氣的換氣，加速玉米秸稈生物反應堆的分解反應。

3、不同玉米秸稈生物反應堆技術應用方式的作用分析

玉米秸稈生物反應堆在溫室大棚蔬菜種植中的應用能夠調控棚室內的環境因子，無論是內置式還是外置式都能提高棚室內的氣溫和土壤溫度，降低棚室內的濕度，但不同玉米秸稈生物反應堆對棚室內環境的影響存在一定差異。大量研究表明內置式玉米秸稈生物反應堆調控棚室環境因子的作用更為明顯，在提高溫度、降低濕度、提高土壤溫度方面效應更佳；在增加溫室大棚內二氧化碳含量中，普遍認為內置式玉米秸稈生物反應堆處理下二氧化碳的濃度較高，有利于提高棚室內蔬菜的凈光合速率；在改善溫室大棚土壤理化性質方面，有學者提出內置式玉米秸稈生物反應堆在降低蔬菜種植地塊pH 值、EC 值方面作用更明顯，土壤中的有機質含量更高；在提高溫室大棚土壤酶活性與增加土壤微生物數量方面，有學者認為內置式玉米秸稈生物反應堆處理下土壤真菌和放線菌的數量更多，脲酶活性和蔗糖酶活性更大；在促進蔬菜生長方面，內置式玉米秸稈生物反應堆處理下的花期、轉色期、成熟期均更為提前，果穗數量更多。因此在溫室大棚蔬菜種植中，利用內置式玉米秸稈生物反應堆，在增加蔬菜產量方面作用更好，對于蔬菜高產高效栽培具有重要作用。

綜上所述，秸稈生物反應堆技術在溫室大棚蔬菜種植中的應用不僅有利于提高地溫和二氧化碳氣體含量，還可以增加土壤有機質含量、增加土壤團粒結構，同時可以減少水肥的用量、避免病蟲害的發生。但該技術在不同生產要素下也存在一定的差異，不是任何種類的秸稈均可采用，秸稈用量也不是越多越好。對于溫室大棚蔬菜種植而言，以玉米秸稈為生產要素，采用內置式玉米秸稈生物反應堆技術更為適宜。在今后的溫室大棚蔬菜種植實踐中，建議多推廣使用該項技術，并開展深入研究，進而為促進蔬菜種植產業長足發展出謀獻策。