文献综述

文献综述

题目：秸秆生物反应堆技术应用的研究进展

摘要：随着农业现代化的推进和农民生活水平的提高，在收获季节，秸秆被随意废弃、露天焚烧的

现象屡见不鲜，由此造成了空气、水和土壤环境污染，同时也造成了资源浪费。因此，如何科学合

理有效地利用农作物秸秆，已成为资源和环境领域亟待解决的重要问题。秸秆生物反应堆技术可以

缓解因过量使用化肥、农药对土壤造成的生态破坏、地下水污染、土壤盐渍化等诸多问题，提高农

产品产量和品质，是推进循环农业、生态农业和可持续发展农业的一项新技术。本文介绍了秸秆生

物反应堆技术的概念和作用原理，归纳了秸秆生物反应堆技术国内外现状，并分析讨论其遇到的问题，为秸秆生物反应堆技术的大面积推广提供参考。

关键词：秸秆反应堆技术；研究进展；存在问题

1 秸秆生物反应堆技术的概念

秸秆生物反应堆技术是一项以微生物菌种、植物疫苗等为原料，将农作物秸秆进行定向分解，从而为作物的生长提供所需的二氧化碳、热量、有机质、矿质元素等必要元素的技术，其中植物光合作用产生有机物，而微生物则是这些有机物的分解者，两者互相反馈，不断进行着物质的转换和资源的再利用[1]。通过简单的材料和工艺，一个秸秆生物反应堆无需更多的外界操作和干预就能自行运作，形成链式循环的能量转换，产生大量的综合效益，就像核反应堆一样，故而这项技术被称为“生物反应堆”。秸秆生物反应堆能够极好的取代传统化肥，不但能在不对土壤造成负面影响的情况下满足植物对生长要素的需求，长期使用还能反馈周围的土壤环境，使土壤疏松透气、肥力充足，是一项可持续产生效益的先进技术。而值得肯定的是，这项技术产生的种种生物效应都是良性循环的，是一项真正的无公害生产技术。

2 秸秆生物反应堆技术的作用及其原理

秸秆生物反应堆采用的菌种不是单一构成的，而是一个酵素菌群，它是一个以好氧菌为主的多种有益菌的集合。相比单一的种群它们的这一团体有着繁殖速度更快，代谢能力更强的特点，在这些酵素菌的生命活动中会分泌出多种酶和活性物质，学名叫做酵素，也称作农用酶,（如蛋白质分解酶、脂肪分解酶、纤维分解酶、氧化酶、还原酶、酒精酶、尿素酶等）。酵素菌群中多达几十种的有益菌及其代谢产物组成了有益的生物活

性功能团，它不仅能分解反应堆中的秸秆，甚至能降解土壤中残留的化肥、农药等化学成分，还能分解和转化土壤中的矿质元素。在分解以及发酵的过程中，这些酵素菌还能生成多种核酸、蛋白等营养价值丰富的产物，试验证实这些有益微生物的数量达到一定程度时还能抑制或杀死土壤中的细菌和病原体，对土壤微生物环境进行一场“大清洗”[2]。

秸秆生物反应堆的作用不是单方面的，它的存在使大棚中的各种要素相互联系起来，形成了良性的流动和循环。孙振国等将秸秆生物反应堆技术的效应归纳为以下四点，即：补充二氧化碳效应，增加地温效应，生物防治效应，改良土壤效应[3]。除了这些主要效

应，秸秆生物反应堆还能直接或间接的产生很多有利作用。

3国内外研究现状

3.1国外CO2施肥研究进展

CO2肥源研究起源于上世纪30 年代，在德国1920 年首次提出利用“碳酸气”作为作物施肥技术后，荷兰、丹麦等欧洲国家也陆续开始了有关CO2施肥的研究[4]。CO2施肥技术在上世纪60 年代后才真正转化为一种实用技术，在实际的农业生产中推广应用[5]。在欧洲、北美及亚洲的日本等设施园艺发达的国家中，CO2施肥技术推广应用面积广阔，因而不同国家及地区在CO2施肥过程中，对CO2的使用浓度和不同作物的需求也有差异。世界上温室园艺最发达的国家荷兰，在日常的温室管理中90%以上的花卉及草莓、番茄、黄瓜等作物的生产过程中已采用CO2施肥，因而该地区温室内作物的品质和单产量显著高于其他国家[6]。近年来，温室CO2施肥技术得到了很大程度的改进，研究层次也更加深入广泛。通过对实际生产实践中CO2施肥技术应用效果的研究发现，不同种类的作物对CO2的施肥浓度及施肥方式都是有差别的，进而对其生理指标和形态指标及品质和产量的效应也不同[7]。在国外，尚未发现使用作物秸秆来提高温室CO2施肥的相关技术。

3.2国内秸秆反应堆作为CO2施肥研究进展

在日光温室内使用作物秸秆发酵进行生物堆肥，可以为温室内追施CO2气肥，与其他类型CO2施肥措施相比，是一种对农业资源充分循环利用，且投资少、效益高、经济环保的CO2施肥方式[8]。从作物秸秆分布的地域性特点来看，黑龙江、山东、河北、江苏和四川是作物秸秆资源的主要分布区。我国作物秸秆资源利用现状分析认为，每年有95%以上作物秸秆资源通过不同的利用途径转化成其他的形式而被耗散，资源浪费严重[9]。作物秸秆产业一直处于高消耗、高污染、低产出的现状[10]。

秸秆生物发酵是作物秸秆的一种转化利用形式，近年来在农业生产上得到广泛应用。秸秆生物反应堆技术是秸秆生物发酵应用形式之一，该技术由辽宁省微生物研究所、山东秸秆生物工程研究中心等单位推广，2007年以来连续被山东省农业厅列为主推技术，陕西省农业厅在2009 年将此技术列为日光温室作物栽培的主要推广项目。在日光温室设施栽培中使用秸秆反应堆技术提高温室内的温度及CO2浓度改善其生态环境，秸秆生物反应堆的原理是采用微生物菌种将农作物的秸秆转化为农作物生长发育所需的热量、二氧化碳、无机和有机养分以及抗病孢子等[11]，通过生物技术将秸秆转化，可有效提高土壤CO2排放量，增加地温，从而提升温室内的CO2浓度及温度。

4存在的主要问题

秸秆生物反应堆技术的应用，有效地缓解了温室大棚果蔬生产上存在的冬春地温低、

二氧化碳短缺、连作障碍、土壤板结盐渍化、农药残留量高等突出问题[12]，对大棚果蔬和无公害、绿色农产品生产的发展起到很好的推动作用[13]，同时也带来了显著的经济效益、社会效益和生态效益。但在推广应用秸秆生物反应堆技术中出现了一系列问题。一是机械化水平有待提高。秸秆生物反应堆前期用工量较大，开沟时劳动强度大，以致于部分设施瓜菜种植户放弃使用该项技术[14-16]。二是成本较高。秸秆生物反应堆前期开沟、收集秸秆、后期打孔通气等操作繁琐，用工多，人工贵，加之目前生产上常用的菌种为1 200 ～7 500 元/hm2，有些地区还需秸秆费用约4 500 元/hm2，增加的投入相对较大。三是生产者水平有限，技术操作不规范。由于农户掌握技术的程度参差不齐，部分农户没有严格按照操作规程，如出现浇水不合理、打孔不及时、病虫害防治不彻底等问题，导致使用秸秆生物反应堆的效果不明显，降低了农户使用该技术的积极性。

5 应用推广秸秆生物反应堆技术的意义

秸秆生物反应堆技术利用微生物菌剂分解作物秸秆等农业废弃物，从而增加温室内CO2浓度，提高光合作用效率，提高棚内温度和地温，保持土壤水分，改善土壤理化性质，减少化肥、农药施入量，实现农产品安全上市，作物增产增效、农民增收[17]。由于复种指数高、作物连年种植，使用化肥、农药等因素，导致农产品产地生态环境恶化，农产品产地水体和土壤的污染直接使果蔬产量和品质下降[18-19]。推广秸秆生物反应堆技术既消化大量闲置的秸秆资源，缓解了由于焚烧秸秆、滥用农药化肥造成的环境污染、交通安全和农产品有害物质超标等问题，又保护和改善了生态环境[20]。加大应用秸秆生物反应堆技术的推广力度，将对改变农村生产面貌，提高农民生活品质有重大的意义。

6秸秆生物反应堆技术的发展前景

秸秆生物反应堆技术结合了秸秆还田与生物菌肥等技术的先进研究成果，由山东省秸秆生物工程技术研究中心经过多年连续试验开发得出[21]。该技术自2001年开始在山东省进行试点推广，至今已在山东省的果蔬栽培中得到了普及，并推广到辽宁、河北、甘肃等省，得到了广泛的好评和支持。在设施蔬菜、水果、花卉、食用菌四大类作物的栽培中都能够应用到秸秆反应堆技术[22]，单水果领域就在油桃、草莓、葡萄、西瓜、洋香瓜、樱桃等多种果树品种的栽培中进行了广泛的应用，并取得了可喜的成果[23-26]。

随着改革的进步和农民认识水平的提高，秸秆生物反应堆技术以其低廉的成本、便捷的操作和丰富的经济效益、生态效益，必将成为更多农民的选择。因此，秸秆生物反应堆的推广和应用将引起一场新的农业革命。