张世明秸秆生物反应堆 第一讲 秸秆“生物反应堆”应用现状及原理

第一讲 秸秆“生物反应堆”应用现状及原理  山东省秸秆生物工程技术研究中心 张世明  一、秸秆“生物反应堆”应用的基本结论 最近,山东省农业厅对秸秆“生物反应堆”技术应用单位进行了多点实地考察,该技术自2001年9月在东阿、苍山等17个县(市、区)示范推广以来,取得了较好的经济、生态和社会效益。

(一)提高农业综合效益,显著增加农民收入。“生物反应堆”技术进入大田生产示范已2年,累积在7000个大棚、1000亩果园上推广应用。

实践表明:一个50×8米的标准大棚,使用该技术,平均增产50%以上,成倍增产的典型也很多。东阿县姚寨镇刘海洋村刘培明60米黄瓜大棚应用此项技术收入18400元,增产106%,增收9000元;该县同城镇大周村的周广新70米大棚黄瓜应用此技术收入21000元,增产145%,增收12000元;济阳县曲堤镇阎家村周强60米在棚油桃应用此技术收入16000元,比对照增收9000元;泰安市岱岳区良庄镇延北村左建宝12米×45米弓棚土豆应用此技术比对照增产126%;枣庄市峄城区榴园镇北刘庄孙丛银一亩石榴园应用此技术收入9600元,增产215%,增收6000元;商河县杨庄铺乡前王村王家军甜椒大棚应用此技术,收入14000元,增产50%以上,增收6000元。

多点应用效果显示,该项技术的投入产出比可达1:14~16。 (二)降低生产成本,提高农产品的质量。

应用该技术后,CO2供应充足,气温、地温提高,有益微生物大量繁殖,生成的抗病孢子和秸秆腐熟后产生大量的有机、无机养分,使作物生长健壮,抗病能力增强。各地应用情况表明,一般情况下可节省化肥50%以上,节省农药70%左右,每个大棚可减少投入300元以上。

化肥、农药使用量减少,可显著提高果菜品质,果菜外观和口味都有明显改善。 (三)开辟了农作物秸秆利用的新途径,生态效益显著。我省年产秸秆9000万吨左右,全国年产产秆35亿吨.

大量剩余秸秆被废弃、焚烧,得不到合理利用。若采用“生物反应堆”技术,每亩果菜可消化秸秆约5000公斤,提高秸秆的利用率,产生良好的经济效益,同时能够有效解决焚烧秸秆造成的环境污染、火灾、威胁高速公路行车和飞机起降等问题。

(四)操作简单,投资小,秸秆转化量大,易于推广。应用此技术,只需挖条沟、铺秸秆、撒菌种、浇上水、盖上膜就可以了,每亩大棚投资450元,大田投资160元,由于技术简单,投入低,效果好,深受农民欢迎。

秸秆“生物反应堆”技术是山东秸秆生物工程技术研究中心研发的一项能使果菜经济作物高产优质早熟,无公害的新技术。该技术采用生物技术将秸秆转化为农作物所需要的二氧化碳、热量、抗病孢子和有机、无机养料,以此替代化肥、农药,并能够显著改善作物生态环境,促进作物的生长发育。

从各地应用效果看,推广“生物反应堆”技术前景广阔。目前,全省每年有3000多万吨剩余秸秆,可满足400万个大棚或700多万亩果园应用此项技术。

广泛推广应用“生物反应堆”技术,不仅能消化闲置的秸秆资源,改善由于滥用化肥、农药造成的生态恶化、农产品有有害物质超标问题,而且能够促进农业增产、农民增收。

该技术大面积应用后,已引起有关领导和新闻媒体的高度关注。《人民日报》、《新华社通讯》、《经济日报》、中央电视台等中央和地方媒体都进行了报道。该项目曾获第二届全国大学生“挑战杯”竞赛金奖。

2002年3月12日由《中国青年报》、山东电视台和《理财周刊》等单位联合举办的全国400多项高新技术计划评选中,获“恒源祥10万元创业奖”;山东省委组织部电教中心,2002年拍摄的秸秆“生物反应堆”技术专题片又获《全国优秀科技音像制品奖》技术推广类一等奖。

国家广电总局拨出专款将此项技术摄制成科教电影片在全国发行。中国工程院院士、山东农业大学教授余松烈认为:“生物反应堆”是一项很有推广、应用价值的创新技术,它的普及将会引发一场农业革命. 二、秸秆“生物反应堆”技术效能与作物生长表现

技术效能

在“生物反应堆”的作用下,一千克干秸秆经过彻底反应可产生1.1千克co23037千卡热量,0.03千克抗病孢子,0.13千克生防有机肥,将其运用到大田或保护地中,对作物生长产生四大效应:1、二氧化碳(CO2)效应可使浓度提高4---8倍,效率提高50%以上,水分利用率提高127%以上,肥料利用率提高60%以上;2、热量效应可使晚秋、冬季、早春20cm地温增加4---6度,气温增加2--3℃;3、生物防治效应可减少逐药用量75%--90%; 4、有机改良土壤效应可减少化肥用量50%以上,在这四大效应的影响下,上市期提前15---20天,收获期延长30---45天,综合投资成本下降60%,增效65%以上。

豆科植物中的某些大豆、花生品种,在高浓度CO2(1000ppm以上)下,光饱和点由21000LX提高到75000LX;光能利用率提高2.5倍,大豆苗期和鼓粒期根系氮浓度比对照显著提高,单株固氮活性,苗期比对照提高193%,鼓粒期比对照提高106.

3%。说明CO2浓度的提高显著增强了根系生物固氮和对空气游离氮的吸收能力。 以上结果证明:在全国保护地种植面积迅猛发展的今天。秸秆反应堆技术为大量快速转化利用秸秆资源,解决环境污染,逐步实现有机栽培,大幅度提高农产品产量、质量的同时,带动了光能资源,空气中游离氮资源,水资源、微生物资源等自然资源的综合利用,是一项兼具经济效益,生态效益、社会效益的创新技术。

传统秸秆利用技术,在不同历史阶段都起了一定积极作用。反应堆技术与其比较,在对秸秆消耗量,作物生长条件改善,投资成本、效益、生态、无公害等农业生产要素的综合影响都有较大提高。目前加快该成果推广应用是从根本上解决秸秆浪费的最佳措施。

作物生长表现

在反应堆产生的高浓度CO2下,农作物在生理生态、形态结构及化学组成等方面发生了一系列的显著变化:根茎比增大,日增长量加快,生育期提前,主茎变粗,节间缩短,叶片面积增大,叶片变厚,叶色加深,开花结果增加,千粒重显著增高,果实明显增大,个体差异缩小,整齐度提高,果皮着色加深,含糖量升高,口感变甜,抗病虫害能力增强。

花卉的花朵增大,花期延长,花色更鲜艳,观赏价值更高。 秸秆生物反应堆对不同作物品种增产作用的一般规律:C3植物大于C4植物;水果大于蔬菜;根、茎、叶类作物大于籽粒类作物;豆科类作物大于禾本科作物。

三、秸秆“生物反应堆”研究的依据和原理 科学研究证明:一切农业增产措施其归根结底在于改善了作物的光合性能。

植物光合作用是在光的作用,通过叶片吸收CO2气体,根系收水和矿质元素,汇集于叶片中合成有机物,放出氧气CO2 反应式为: 光 二氧化碳CO2 水H2O 矿质元素 热量————有机物 叶绿体 CnH2nOn 氧气O2  有机物运输到各个器官,最终形成人们看到的根,茎,叶,花,果实(或籽粒)。

果实、籽粒等直接食用部分,人们收获作为食物,剩余的多数是秸秆、壳、皮及下脚料,这些都是由CO2、H2O和少量矿质元素(肥料)合成的,通过反应堆,加入一定剂量的有益微生物菌种、催化剂、净化剂,在通氧的条件下定向重新产生CO2、H2O,热和矿质元素(肥料),同时在这个过程中培养大量抗病虫的菌孢子,再通过一定的工艺设施,提供给作物生长发育所需。

反应式为: 反应堆  有机物(秸秆) O2———————CO2 热 矿质元素 孢子 菌种  这样植物光合合成有机物;微生物氧化分解有机物,二者在物质转化,重复再利用的过程中构成了一个良性循环的生物圈。这就是秸秆“生物反应堆”的依据的原理。