玉米秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)在溫室大棚蔬菜種植中的應(yīng)用研究

蘇 龍

在溫室大棚蔬菜種植中，因連作障礙、生產(chǎn)成本增加、異常氣候、棚室老化等因素，使得菜農(nóng)生產(chǎn)效益難以得到有效保障，制約了溫室大棚蔬菜種植產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。為了有效解決上述問題，促進(jìn)溫室大棚蔬菜種植豐產(chǎn)增收，秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并開始廣泛推廣使用。為了該項(xiàng)技術(shù)的順利推廣和規(guī)范使用，切實(shí)解決溫室大棚蔬菜種植生產(chǎn)中遇到的問題，現(xiàn)主要就玉米秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)在溫室大棚蔬菜種植中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

蔬菜產(chǎn)業(yè)對(duì)于任何一個(gè)地區(qū)而言均為重點(diǎn)支持的產(chǎn)業(yè)之一，直接關(guān)系到區(qū)域“菜籃子”工程的建設(shè)，蔬菜生產(chǎn)歷來也是農(nóng)民脫貧致富的重要渠道。20 世紀(jì)80 年代開始，溫室大棚蔬菜種植開始備受關(guān)注，經(jīng)過多年的發(fā)展和改進(jìn)，該生產(chǎn)模式產(chǎn)量高、效益好的優(yōu)勢(shì)更加明顯，應(yīng)用非常廣泛，栽培面積逐步增加。但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于一些舊溫室大棚生產(chǎn)歷史較長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、設(shè)施開始老化，導(dǎo)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(chǎn)等問題，導(dǎo)致鹽分積累較為嚴(yán)重，繼而使得土壤養(yǎng)分失衡，病蟲害加劇，影響了溫室大棚蔬菜種植的產(chǎn)量和效益。與此同時(shí)，一些菜農(nóng)盲目地追求產(chǎn)量，超量使用化肥、農(nóng)藥等，也加劇了蔬菜種植地塊土壤環(huán)境的惡化，嚴(yán)重影響了溫室大棚蔬菜種植產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和蔬菜食品安全。面臨產(chǎn)量無法保證的現(xiàn)狀，菜農(nóng)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(chǎn)業(yè)的發(fā)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(yīng)堆技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、增質(zhì)，更好保證蔬菜質(zhì)量安全。

一、秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)概述

1、秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)的含義

秸稈生物反應(yīng)堆是指以秸稈作為原料，通過一系列轉(zhuǎn)化改善植物生長(zhǎng)條件，提升植物產(chǎn)量與品質(zhì)。其理論依據(jù)是植物的光合作用、植物的饑餓理論、植物葉片主被動(dòng)吸收理論、秸稈礦質(zhì)元素可循環(huán)重復(fù)再利用理論。秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)是指秸稈在微生物、凈化劑等物質(zhì)的作用下，定向轉(zhuǎn)化為植物生產(chǎn)所需要的二氧化碳、熱量、酶、抗病孢子、養(yǎng)料等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)植物的增產(chǎn)、提質(zhì)和有機(jī)栽培。

2、秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)的機(jī)理

秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機(jī)理在于通過該項(xiàng)技術(shù)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(shí)產(chǎn)生礦物質(zhì)元素，這些都有利于農(nóng)產(chǎn)品的生長(zhǎng)。大量實(shí)驗(yàn)研究表明，秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)的應(yīng)用可以提高土壤地溫，增加室內(nèi)二氧化碳濃度，促進(jìn)農(nóng)作物增產(chǎn)。在溫室大棚蔬菜種植領(lǐng)域中，應(yīng)用秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)不僅可以減少化肥、農(nóng)藥的使用，還有助于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)綜合效益。值得注意的是，秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)與常規(guī)的秸稈降解技術(shù)存在一定差異，該項(xiàng)技術(shù)在運(yùn)用過程中的腐熟過程主要是在棚內(nèi)，對(duì)于溫室大棚蔬菜種植產(chǎn)業(yè)而言，內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)的應(yīng)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(chǎn)生的養(yǎng)分，能夠更好地改善蔬菜的生長(zhǎng)條件。

3、秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

秸稈是農(nóng)作物重要的副產(chǎn)物之一，具有數(shù)量眾多、用途廣泛等優(yōu)勢(shì)，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(shí)也含有植物生長(zhǎng)所需要的各種礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，并且含有蛋白質(zhì)、氨基酸等有機(jī)質(zhì)?，F(xiàn)階段，全世界每年產(chǎn)生的農(nóng)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(dá)35%。秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)屬于一種有機(jī)栽培技術(shù)，與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)不同的是該項(xiàng)技術(shù)的問世將逐步擺脫農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)于化肥的依賴。

秸稈生物反應(yīng)堆引入了全新的概念，旨在促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)量的提升、提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、增進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。具體而言，秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)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(nóng)藥，其優(yōu)勢(shì)在于有利于推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)資源的循環(huán)增值利用，使農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中的眾多生產(chǎn)要素進(jìn)行有效轉(zhuǎn)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)改良農(nóng)業(yè)生態(tài)、強(qiáng)化農(nóng)村環(huán)境保護(hù)、助力農(nóng)作物高產(chǎn)的目的，使該技術(shù)與無公害生產(chǎn)理念充分結(jié)合，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)增效、農(nóng)民增收、農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量保障開辟了全新的途徑，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了科學(xué)技術(shù)支持。

二、溫室大棚蔬菜種植中應(yīng)用玉米秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)的必要性

關(guān)于秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，尤其是在溫室大棚蔬菜種植中應(yīng)用的研究較多。在影響溫室大棚土壤溫度方面，對(duì)于冬季較為寒冷的地區(qū)，溫室大棚內(nèi)土壤溫度較低，進(jìn)而影響了棚室內(nèi)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(chǎn)量與品質(zhì)。而使用秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)，秸稈在微生物菌種的分解作用之下，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量使土壤溫度提升，還會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳促進(jìn)蔬菜的光合作用，其產(chǎn)生的礦物質(zhì)與有機(jī)質(zhì)也將成為蔬菜生長(zhǎng)的重要養(yǎng)分，為增加蔬菜產(chǎn)量、改進(jìn)蔬菜品質(zhì)奠定了良好的基礎(chǔ)。

在影響棚室內(nèi)濕度方面，秸稈生物反應(yīng)堆處理下棚室內(nèi)相對(duì)濕度也會(huì)有所降低，可降低棚室內(nèi)夜間相對(duì)濕度2%-4%之間，更好緩解冬季溫室大棚等設(shè)備因通風(fēng)不利而導(dǎo)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(nèi)二氧化碳濃度方面，因秸稈在微生物菌種的發(fā)酵作用下可釋放出二氧化碳，基于秸稈生物反應(yīng)堆模式，溫室大棚的二氧化碳濃度會(huì)增加2-3 倍之間，特別是在冬季，因溫室大棚的環(huán)境相對(duì)封閉，缺乏二氧化碳會(huì)直接影響蔬菜的光合作用，從而影響蔬菜的產(chǎn)量。有學(xué)者指出，當(dāng)二氧化碳濃度提高3倍-5 倍時(shí)，蔬菜的產(chǎn)量也會(huì)增加25%以上。在一項(xiàng)溫室大棚蔬菜種植應(yīng)用秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)的研究中，借助秸稈生物反應(yīng)堆處理使溫室大棚內(nèi)的二氧化碳濃度增加了400-1000mg/kg。

在影響棚室內(nèi)土壤性質(zhì)方面，秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)可基于影響土壤理化性質(zhì)實(shí)現(xiàn)改良土壤的作用，并且可以增加棚室內(nèi)蔬菜種植地塊的土壤孔隙度，提高土壤的含水率。有學(xué)者分析，秸稈生物反應(yīng)堆處理模式下可提高溫室大棚土壤有機(jī)質(zhì)含量約15%，提高土壤總氮含量約10%，比常規(guī)施用化肥的效果更好。也有學(xué)者認(rèn)為秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)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(yán)重，基于秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)能夠增加土壤耕作層鉀、氮、碳等元素的含量，對(duì)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(fù)作用，對(duì)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(shù)量具有積極價(jià)值。

在影響溫室大棚蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)方面，有學(xué)者認(rèn)為秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)可以增加土壤的有機(jī)質(zhì)，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(nèi)二氧化碳濃度3-4 倍，在秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)的支持下，植株的長(zhǎng)勢(shì)更好，病蟲害發(fā)生率更低，化肥用量更少，產(chǎn)品質(zhì)量更高。在承德縣一項(xiàng)關(guān)于秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)的研究中，0.8 畝大棚黃瓜應(yīng)用內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)，使黃瓜產(chǎn)品提前12 天上市，減少農(nóng)藥化肥生產(chǎn)費(fèi)用約300 元，純?cè)霎€效益高達(dá)3000 元。也有研究者將秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)用于辣椒的優(yōu)質(zhì)高效栽培，認(rèn)為依托秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)較常規(guī)栽培可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)20%，增收25%。有學(xué)者認(rèn)為將秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)用于日光溫室黃瓜種植可以促進(jìn)黃瓜的生產(chǎn)，提高黃瓜的產(chǎn)量，改善黃瓜的品質(zhì)，同時(shí)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(yīng)堆技術(shù)使得土壤容重降低有關(guān)，同時(shí)土壤孔隙度與有機(jī)質(zhì)含量有所提升，土壤中細(xì)菌、放線菌、真菌的數(shù)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(shù)量的作用更為明顯。在一些關(guān)于利用腐熟秸稈制造基質(zhì)或有機(jī)肥的研究中，有學(xué)者應(yīng)用腐熟的玉米秸稈代替草炭基質(zhì)用于蔬菜育苗，結(jié)果表明基于玉米秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)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(zhì)。

以上多項(xiàng)研究均證實(shí)了秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)在蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，尤其是在溫室大棚蔬菜種植中，內(nèi)置式秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)的應(yīng)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(nèi)溫度和二氧化碳含量，增加蔬菜種植地塊土壤中有機(jī)質(zhì)的含量和孔隙度，提高蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)，在增加土壤中真菌、放線菌數(shù)量方面更具優(yōu)勢(shì)，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(yīng)堆技術(shù)的應(yīng)用方式

1、內(nèi)置式玉米秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)

①在溫室大棚內(nèi)蔬菜種植地塊沿栽培畦實(shí)施開溝，開溝的具體長(zhǎng)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(shè)置為150cm。

②開溝完成后，在溝內(nèi)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(shè)置為30cm 左右。

③為了方便后續(xù)進(jìn)行澆水，促進(jìn)玉米秸稈生物反應(yīng)堆熱量的散發(fā)與氣體的交換，填鋪玉米秸稈時(shí)應(yīng)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(shí)進(jìn)行踩實(shí)和找平，此時(shí)撒上約33%的微生物菌種，而后繼續(xù)填埋玉米秸稈，重復(fù)踩實(shí)和找平操作，玉米秸稈與蔬菜種植地塊地面平齊時(shí)撒入67%的微生物菌種，施用尿素10kg/667m2以培養(yǎng)微生物、加速玉米秸稈的腐熟和降解。

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

⑥開始澆水，以澆透秸稈為宜，大約3-4 天之間，進(jìn)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(yīng)堆經(jīng)微生物充分發(fā)酵、腐熟、降解，此時(shí)可進(jìn)行蔬菜苗定植，蔬菜的種植管理按照常規(guī)管理進(jìn)行即可。

2、外置式玉米秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)

①在溫室大棚內(nèi)靠近入口一側(cè)選擇玉米秸稈生物反應(yīng)堆制作地點(diǎn)，以距離棚室內(nèi)山墻60-80cm 處為最佳，南北兩側(cè)各預(yù)留80cm 的距離，沿著從北至南的方向畫一個(gè)大的長(zhǎng)方形，長(zhǎng)度以6-7m 為宜，寬度以1.2-1.3m 為宜；在大長(zhǎng)方形的中間位置向溫室大棚內(nèi)的一側(cè)畫小長(zhǎng)方形，長(zhǎng)度以150cm 為宜，寬度以65cm 為宜；隨后從棚室北側(cè)短邊中間位置向北繼續(xù)畫一個(gè)長(zhǎng)方形，該長(zhǎng)方形東西長(zhǎng)度為55cm，南北寬度為50cm；沿著標(biāo)記線進(jìn)行開溝，挖南北長(zhǎng)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(chǔ)氣池使用。

②按照小長(zhǎng)方形的劃定范圍繼續(xù)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(zhǎng)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(jī)底座，該底座高度為30cm，底座上口的內(nèi)徑為45cm，同時(shí)安裝交換機(jī)。

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(zhǎng)度為50cm，寬度為20cm，高度為20cm。

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

⑤輸氣道、回氣道、取液池的底部與四壁均以厚農(nóng)膜鋪設(shè)，將厚農(nóng)膜延伸至溝的上沿，膜上以磚、沙子、水泥等材料進(jìn)行砌壘，以沙子、水泥等材料進(jìn)行溝底打底，打底的厚度以6-8cm 為宜，以水泥對(duì)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(shè)40-50cm 時(shí)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(shí)為宜。

⑦以薄膜覆蓋玉米秸稈生物反應(yīng)堆，確保其濕度適宜。

⑧啟動(dòng)交換機(jī)，進(jìn)行溫室大棚環(huán)境內(nèi)空氣的換氣，加速玉米秸稈生物反應(yīng)堆的分解反應(yīng)。

3、不同玉米秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)應(yīng)用方式的作用分析

玉米秸稈生物反應(yīng)堆在溫室大棚蔬菜種植中的應(yīng)用能夠調(diào)控棚室內(nèi)的環(huán)境因子，無論是內(nèi)置式還是外置式都能提高棚室內(nèi)的氣溫和土壤溫度，降低棚室內(nèi)的濕度，但不同玉米秸稈生物反應(yīng)堆對(duì)棚室內(nèi)環(huán)境的影響存在一定差異。大量研究表明內(nèi)置式玉米秸稈生物反應(yīng)堆調(diào)控棚室環(huán)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(yīng)更佳；在增加溫室大棚內(nèi)二氧化碳含量中，普遍認(rèn)為內(nèi)置式玉米秸稈生物反應(yīng)堆處理下二氧化碳的濃度較高，有利于提高棚室內(nèi)蔬菜的凈光合速率；在改善溫室大棚土壤理化性質(zhì)方面，有學(xué)者提出內(nèi)置式玉米秸稈生物反應(yīng)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(jī)質(zhì)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(shù)量方面，有學(xué)者認(rèn)為內(nèi)置式玉米秸稈生物反應(yīng)堆處理下土壤真菌和放線菌的數(shù)量更多，脲酶活性和蔗糖酶活性更大；在促進(jìn)蔬菜生長(zhǎng)方面，內(nèi)置式玉米秸稈生物反應(yīng)堆處理下的花期、轉(zhuǎn)色期、成熟期均更為提前，果穗數(shù)量更多。因此在溫室大棚蔬菜種植中，利用內(nèi)置式玉米秸稈生物反應(yīng)堆，在增加蔬菜產(chǎn)量方面作用更好，對(duì)于蔬菜高產(chǎn)高效栽培具有重要作用。

綜上所述，秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)在溫室大棚蔬菜種植中的應(yīng)用不僅有利于提高地溫和二氧化碳?xì)怏w含量，還可以增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、增加土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以減少水肥的用量、避免病蟲害的發(fā)生。但該技術(shù)在不同生產(chǎn)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(duì)于溫室大棚蔬菜種植而言，以玉米秸稈為生產(chǎn)要素，采用內(nèi)置式玉米秸稈生物反應(yīng)堆技術(shù)更為適宜。在今后的溫室大棚蔬菜種植實(shí)踐中，建議多推廣使用該項(xiàng)技術(shù)，并開展深入研究，進(jìn)而為促進(jìn)蔬菜種植產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展出謀獻(xiàn)策。