干旱山區(qū)食用菌生產(chǎn)中生態(tài)溫室循環(huán)利用的系統(tǒng)優(yōu)化

馮 斌

(甘肅省天水市秦安縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 秦安 741600)

Optimization of Ecological Recycling System for Arid Mountainous Area

FENG Bin

(Agricultural Technology extension Center, Qinan County, Tianshui City, Qinan 741600，China)

Abstract： At the present time, the facility agriculture in Chinese arid mountainous areas has problems of insufficient centralization of production units, low recycling efficiency of biogas fertilizer and crop straw, excessive use of pesticides and chemical fertilizers. In this paper, a mushroom house was built between two solar greenhouse, cultivating mushroom and also as a storeroom for fruits and vegetables. A ecological “8-units in one” system are formed through the roof rainwater collection, multi-level reuse of biogas and biogas digestate, supplementary application of CO2for fruit and vegetable cultivation, and recycling of mushroom residue. The formula of mushroom cultivation, utilization technology of biogas fertilizer, supplementary application of CO2and some other technologies, were optimized through experiments, and obtained the cyclic utilization of “water-biogas & digestate-gas(CO2)-mushroom residue”，realizing rational scientific allocation of agricultural resources and producing high quality agriculture products in mountainous areas.

Key words: mountain area; greenhouse; ecological recycling agriculture; system optimization

沼氣工程是農(nóng)村一項(xiàng)以農(nóng)業(yè)玉米稈、人畜糞便等為原料，通過(guò)發(fā)酵獲得能源、廢物再利用和治理環(huán)境污染，是落實(shí)目前生態(tài)循環(huán)設(shè)施農(nóng)業(yè)和能源技術(shù)的重要載體。沼氣發(fā)酵后殘余的沼渣沼液含有豐富的有機(jī)質(zhì)肥料用于作物、蔬菜和瓜果綠色種植[1]，當(dāng)基質(zhì)生產(chǎn)食用菌。食用菌獲取后的菌渣堆制有機(jī)肥[2-3]，從而實(shí)現(xiàn)廢棄料重復(fù)再利用。正是基于這種生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)理念，10年來(lái)我們一直開(kāi)展“多位一體”生態(tài)循環(huán)溫室建設(shè)研究[4]，對(duì)食用菌生產(chǎn)中沼液施用技術(shù)、生態(tài)溫室構(gòu)造[5]進(jìn)行了改進(jìn)和生產(chǎn)技術(shù)提升。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

試驗(yàn)地安排在興國(guó)鎮(zhèn)南山農(nóng)業(yè)示范園區(qū)“多位一體”生態(tài)循環(huán)日光溫室[6]內(nèi)進(jìn)行(見(jiàn)圖1)。陰棚蘑菇房長(zhǎng)45 m×寬4.5 m，面積202.5 m2，各處理小區(qū)面積約40 m2。將3.07 t干料裝成7000棒以上菌袋南北分行堆疊擺放7層以上,兩碼間留出50 cm過(guò)道。

1.2 食用菌的沼液施用優(yōu)化試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，其中3個(gè)處理以平菇先鋒1號(hào)為供試材料，沼液兌水(沼液∶水=1∶4)用沖水槍沖施于菌棒。處理1：沖施6次采收6茬；處理2：沖施5次采收5茬；處理3：金針菇白金1號(hào)沖施5次采收5茬；處理4：平菇650沖施4次采收4茬；處理5平蘑對(duì)照CK兌清水沖施5次采收5茬；平菇裝50 cm×25 cm×0.02 cmPE熟料袋，兩頭出菇處理，采用陽(yáng)棚沼氣池內(nèi)的沼渣每處理3次重復(fù)。2016年10月27日開(kāi)始記載。

圖1 建造成的“多位一體”生態(tài)設(shè)施循環(huán)農(nóng)業(yè)近景

1.3 “多位一體”人工生態(tài)系統(tǒng)單元模塊的優(yōu)化配置

“多位一體”人工生態(tài)系統(tǒng)采用第三代新型日光溫室加多模塊組成的“八位一體”連體式設(shè)計(jì)，以充分利用水、沼、肥、氣、光、熱資源，可分為水模塊(棚膜集雨[7]+雙水窖+高位水池+施肥罐+全膜滴灌)、沼氣模塊(雙沼氣池+沼氣燈+食用菌CO2窗孔通陽(yáng)棚)、果窖模塊(沼氣池產(chǎn)生CO2用于陰棚貯藏) 、廚衛(wèi)模塊(沼氣做飯園區(qū)或庭院)、太陽(yáng)能地暖循環(huán)模塊[8](沼氣池地面升溫+食用菌連體棚加溫+熱水用于廁衛(wèi))。三代生態(tài)循環(huán)溫室中雖然沼氣用量加大，但雙沼氣池?fù)Q料不影響沼氣運(yùn)行。太陽(yáng)能組地?zé)嵫h(huán)用于沼氣池地面寒天沼氣升溫發(fā)酵快；太陽(yáng)能熱水用于陰棚食用菌棚和廚衛(wèi)冬季加溫。優(yōu)化配套生態(tài)因子，使天然雨水，沼肥，CO2氣，太陽(yáng)能地?zé)岷驼託鉄釡厥宜难h(huán)系統(tǒng)化，降低水、煤等資源消耗，食用菌連體在陰棚互惠共生[9]。依據(jù)光照和溫度等陰陽(yáng)環(huán)境分布在各模塊上建立起生物食物鏈、物質(zhì)流、種群關(guān)系等，有效促進(jìn)“多位一體”人工生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。

1.4 CO2的持續(xù)釋放和增施

食用菌生長(zhǎng)期間調(diào)節(jié)CO2散發(fā)窗孔，保障CO2持續(xù)釋放，以向溫室內(nèi)種植瓜果菜增施CO2肥，促進(jìn)作物光合作用和生長(zhǎng)，增產(chǎn)率35%左右，且對(duì)白脆瓜[6]、番茄、蟠桃[10]、航椒[11]等的總糖、維生素C、有機(jī)酸有明顯的影響。為滿足溫室沼氣池30 m3增溫及增補(bǔ)CO2需要，裝配一定數(shù)量的沼氣燈及脫硫設(shè)備，來(lái)確保溫室中SO2濃度<0.2 mg·L-1，作物不受硫的危害。

2 食用菌種植棚結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化

2.1 生態(tài)溫室間的距離

受兩日光溫室間距6.06～11.14 m的影響，集中改造型生態(tài)循環(huán)蘑菇房前后兩排的距離設(shè)為B，改造的整體蘑菇房的高度、寬度、緯度以當(dāng)?shù)囟镣队安徽谌照?小時(shí)為準(zhǔn)，不影響相鄰的日光溫室正常使用為原則進(jìn)行計(jì)算。

2.2 蘑菇房一棚兩用

蘑菇房離地面高度2.2 m，寬度4～4.5 m。采用下挖式40～50 cm，蘑菇房?jī)?nèi)部高度實(shí)際達(dá)到2.7 m。蘑菇房三面磚墻厚50 cm，中間加苯板隔熱。蘑菇房前墻高2.2 m，后磚墻采用高2.7(見(jiàn)圖2)，水泥柱搭建用鋼筋混凝土規(guī)格0.40 m×0.30 m×0.15 m(見(jiàn)圖4)，房頂材料采用加厚彩鋼板。頂設(shè)計(jì)10個(gè)排濕窗，用PVC管子制作并均勻排開(kāi)，不用時(shí)可堵上。蘑菇房也可根據(jù)需要改建成為果庫(kù)，果庫(kù)通風(fēng)孔安裝自然風(fēng)力風(fēng)扇，可操作性強(qiáng)。

圖2 “多位一體”蘑菇房(簡(jiǎn)易果窖)剖面

2.3 蘑菇房O2窗設(shè)計(jì)

在蘑菇房墻1.45 m高度處，建造0.5 m×0.5 m鋁合金氧氣窗8個(gè)，便于通風(fēng)換氣，同時(shí)安裝紗窗，防蟲(chóng)飛入(見(jiàn)圖3)。

2.4 CO2排氣窗孔

在墻中間離地面40 cm高度，開(kāi)26面鋁合金CO2排氣交換窗9個(gè)，窗與窗相距4 m以上，均勻排開(kāi)(見(jiàn)圖4)。菇房氧氣窗和CO2窗選用對(duì)開(kāi)門(mén)窗。陰雪天溫室內(nèi)光照弱<3000 Lx時(shí)兩邊關(guān)窗不施CO2，以避免作物CO2中毒。

圖3 “多位一體”蘑菇房(陰棚)前墻氧氣交換孔位置

圖4 “多位一體”蘑菇房(陰棚)中墻布局

2.5 加熱設(shè)施安裝

用防火磚在蘑菇房后墻均勻建造3個(gè)加熱火墻，并共用一個(gè)煙道，用于冬季加熱?！鞍宋灰惑w”三代生態(tài)循環(huán)溫室采用太陽(yáng)能地暖代替火墻來(lái)提高陰棚溫度[8]。條件允許溫室可安裝太陽(yáng)能板。

3 食用菌棚栽培技術(shù)的優(yōu)化

3.1 沼渣準(zhǔn)備

裝料前攤薄暴曬取瀝干沼渣，選松實(shí)相宜除去未腐熟的大殘?jiān)Ｔ囼?yàn)選用的平菇和金針菇配方處理中間用厚塑料隔開(kāi)。每棒平蘑裝料1.75 kg，金針菇裝0.65 kg，套環(huán)后用薄膜封口，用滅菌的750 mm菌種瓶?jī)深^接17棒菌種。菌絲場(chǎng)要消毒干凈，沼液殺蟲(chóng)處理，培養(yǎng)場(chǎng)地保持光源暗。出菇時(shí)要通風(fēng)及時(shí)，散射光下均勻換氣，出菇直徑1. 5～4 cm時(shí)采收。

3.2 蘑菇培配方

平蘑配方：麥麩皮5 kg，棉籽殼90 kg，生熟2 kg，專用石膏1 kg，沼渣和前茬菌渣40 kg等 。

金針菇配方：苞谷粉4.5 kg，棒子芯80 kg，黃豆粉1.5 kg，麥麩皮25 kg，專用石膏2 kg ，白糖1 kg，沼渣和前茬菌渣25 kg等。

4 蘑菇生長(zhǎng)條件調(diào)節(jié)

平菇和金針菇光照和溫濕度，CO2管理有差別。平菇采收6茬，菌絲生長(zhǎng)25天，溫度5℃～30℃，最宜生長(zhǎng)溫度26 ℃，CO2濃度值要求21.5%～30.5%；金針菇采收5茬，溫度8℃～28℃，菌絲最宜23℃，12℃～13℃長(zhǎng)勢(shì)好，菌蓋呈畸形麥芽色<3℃。金針菇CO2范圍0.11%～0.15%值時(shí)成長(zhǎng)，>1%時(shí)蓋發(fā)育遲緩，3%時(shí)蓋受阻，5%時(shí)子實(shí)體形不成。平菇適合多種原料和條件下栽培，但子實(shí)體生長(zhǎng)需要散光線，否則柄細(xì)蓋小的畸形菇；強(qiáng)光會(huì)抑制子實(shí)體生長(zhǎng)。金針菇生長(zhǎng)需寡光照變光源，否則易實(shí)體開(kāi)散。通過(guò)窗口大小調(diào)節(jié)通風(fēng)量維持CO2值范圍。試驗(yàn)結(jié)果表明，兩種蘑菇都能在該陰棚環(huán)境下良好生長(zhǎng)，但較高CO2濃度更有利于陰棚中平菇生長(zhǎng)。

5 產(chǎn)量和效益

試驗(yàn)結(jié)果由表1可知，不同處理間蘑菇產(chǎn)量均差異極顯著，沼液沖施處理的產(chǎn)量均極顯著高于對(duì)照。平菇配方中每棒用沼渣和菌渣40 g，以處理1的產(chǎn)量最高，較CK增產(chǎn)47.04%。金針菇配方每棒用沼渣和菌渣25 g，處理3增產(chǎn)達(dá)到36.26%。

6 結(jié) 論

6.1 生產(chǎn)食用菌效益

改造型集中連體式生態(tài)循環(huán)溫室中的陰棚200 m2，生產(chǎn)蘑菇14 348 kg(0.85折),平均價(jià)格每千克7元，產(chǎn)值111 419元，減去成本費(fèi)用34 140元，農(nóng)戶投工投勞實(shí)際效益為77 279元。今后新建連體多位生態(tài)溫室按成1∶1陰棚蘑菇房，即蘑菇房折合標(biāo)準(zhǔn)畝相當(dāng)舊式2個(gè)多蘑菇棚，折合后每667 m2產(chǎn)量達(dá)19.14萬(wàn)kg和產(chǎn)值28.71萬(wàn)元。如食用菌銷量疲軟蘑菇棚可立變果庫(kù)保證高效益。

6.2 集中連體生態(tài)溫室“水-沼肥-氣熱-渣”循環(huán)利用

生態(tài)溫室模式“多位一體”兼容南北設(shè)施、資源高效利用、功能區(qū)域化特點(diǎn)，可解決集中連體利用不夠問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)水沼肥氣熱渣循環(huán)綜合利用和發(fā)展。今后三代設(shè)施生態(tài)循環(huán)溫室升級(jí)換代的基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)：

(1)陰陽(yáng)棚集中連體，陰棚采用半地下式，破解單元組合集中連體利用率不夠。半地下式陰棚生產(chǎn)既可解決兩溫室間高度投影影響的難題, 集中連體又能利用兩溫室間的空地節(jié)省耕地(見(jiàn)圖5)。遮陰區(qū)棚面集流面增加200 m2以上,每座溫室棚面年集流量由52 m3提升到1100 m3。陽(yáng)陽(yáng)棚膜集雨全覆蓋能基本解決干旱山區(qū)缺水的瓶頸因素。日光溫室后墻即蘑菇房后土墻由1.5 m厚改用24號(hào)磚墻,墻體厚度縮小到0.2 m，使日光溫室凈面積增加63 m2。一座400 m2的陰棚溫室一般要占用土地面積800 m2。只有陰棚建造面積高于200 m2，生產(chǎn)區(qū)土地利用率才能提升75%以上。蘑菇房采用3面磚混墻50#結(jié)構(gòu)中間加苯板保溫效果佳。

表1 沼渣菌渣配方沼液不同沖施處理的蘑菇產(chǎn)量及產(chǎn)值

(2)雙CO2和雙沼氣池系統(tǒng)應(yīng)用。食用菌溫室后墻間要開(kāi)設(shè)多個(gè)CO2窗口,前墻留多個(gè)O2窗。陽(yáng)棚安裝沼氣燈，沼氣燈燃燒產(chǎn)生CO2和熱供日光溫室種植瓜果菜循環(huán)利用。廚房(農(nóng)業(yè)園區(qū)或庭院) 安裝沼氣灶，并與沼氣池連接。雙沼氣池為陽(yáng)棚瓜果菜種植可增加成倍的綠色有機(jī)肥源，為陰棚食用菌提供沼渣，減量精量零量逐步零量解決了農(nóng)藥化肥超量使用問(wèn)題。食用菌陰棚和雙沼氣池采用太陽(yáng)能地暖，解決食用菌陰棚嚴(yán)寒天供熱和沼氣池產(chǎn)氣少的弊端。改進(jìn)后的沼氣池和陰棚地面布滿地暖，可節(jié)省煤炭燃燒供暖所產(chǎn)生的成本4800元。食用菌種植所產(chǎn)生的CO2氣肥增強(qiáng)了生態(tài)循環(huán)利用功能。沼液替代殺蟲(chóng)等，可減量農(nóng)藥使用量和降低果蔬發(fā)病率90.5%以上。96%菌渣作為原料可重返沼氣池，也可高溫堆肥。

(3)沼渣菌渣循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化沼肥和秸稈循環(huán)使用效率低。試驗(yàn)結(jié)果表明，水窖集雨群分布溫室四周，并相互連通，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水用水。平菇菌棒添加沼渣菌渣40 g，再沼液以1∶4比例兌水沖施，較對(duì)照增產(chǎn)47%，是平菇高產(chǎn)高效生產(chǎn)的優(yōu)化配置。

圖5 生態(tài)溫室“多位一體”循環(huán)設(shè)施模式水沼肥氣熱渣利用

利用山地日光溫室種植瓜果蔬菜，空閑地構(gòu)建陰棚栽培食用菌，發(fā)展“多位一體”生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)[5]。其外延可驅(qū)動(dòng)全膜玉米種植，秸稈和棒芯粉碎后作為原料加入沼氣池或生產(chǎn)蘑菇棒，對(duì)內(nèi)形成“瓜果菜+菌(渣)+畜+沼+窖+廁+太陽(yáng)能熱+灶(CO2)C的循環(huán)經(jīng)濟(jì)鏈條，使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中模塊組合系統(tǒng)化功能得以強(qiáng)化，促進(jìn)水、沼肥、氣熱、渣等資源優(yōu)化配置[12]，并提高物質(zhì)和能力梯級(jí)利用的效率。同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)瓜果菌菜種植實(shí)現(xiàn)綠色、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的生產(chǎn)，既節(jié)省和保護(hù)耕地又保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，是具有中國(guó)特色的現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。