秸秆可行性报告2010

1、秸秆生物处理技术研究与开发可行性研究报告一、研究的立项依据1. 国内外研究概况、水平和发展趋势及存在问题农作物秸秆是农业生产系统中一项重要的生物资源， 是当今世界 上仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源； 我国秸秆资源十分丰富， 年产量7亿多t居世界之首，青岛市秸秆年产量 700万t,其中小麦 秸秆140万t，玉米秸秆400 500万t;据统计，农业投入要素的50% 左右转化为农作物秸秆， 秸秆资源的浪费实质上是耕地、 水资源和农 业投入品的浪费； 秸秆中含有大量的营养物质， 如其有机碳平均含量 40%以上，碳、氮、磷和钾平均含量分别为44.22%、0.62%、 0.25%1和 1.44%，还

2、含有钙、镁、铁、硫、硅等中微元素，这些都是农作物 生长所必须的营养元素， 所以其资源化利用潜力巨大； 秸秆综合利用 一直是我国政府和科技部门倡导的一项重要举措， 综观国内外秸秆综 合利用的措施，主要以“四料”为主，一是饲料，包括青贮、微贮、 氨化等措施，为牛、羊等食草家畜提供饲料；二是肥料，包括秸秆直 接还田、秸秆发酵处理后还田等措施；三是燃料，包括直接燃烧、建 沼气池、秸秆气化等措施； 四是工业原料， 包括造纸、 新建材原料等， 但受当前研究技术的限制， “四料”的秸秆利用量仅占秸秆总量的 30%40%左右。近几年随着机械化水平的提高， 农村劳动力的转移， 役用家畜数 量在减少， 秸秆作为饲

3、料的比例在减少， 机械化秸秆还田的数量在增加，秸秆直接还田有改良土壤、增加土壤有机质和养分等功效，但也 显露出一些不足， 例如还田时要求土壤水分较高， 易出现缺苗、 黄苗、 死苗等现象， 秸秆直接还田的效果主要在后效， 对当季作物的效果不 明显。其它秸秆利用措施中沼气所需秸秆量有限， 需与人畜粪便结合。 工业原料用秸秆受工业工艺技术影响用量也不大。 同时受人力资源紧 张、机械化程度低、养殖业不发达及农产品价格偏低等各因素影响， 秸秆还田利用率仍较低， 在没有研究探索出经济合理的秸秆处理方法 的情况下， 各地焚烧秸秆现象仍屡禁不止， 焚烧秸秆严重破坏了地表 土壤结构，烧死了土壤中大量有益微生物，

4、 使地表土壤水分大量蒸发， 破坏了土壤的抗旱保湿能力， 使作物产量降低品质下降； 其次是污染 环境引发火灾，甚至导致机场高速路被迫关闭，造成交通事故；特别 是麦秸燃烧污染空气，乱堆乱放污染水体，影响村容村貌，给社会造 成较大的损失，所以亟待需要探求一种新的秸秆利用技术。另外，多年来农业生产为提高作物产量， 尤其是保护地栽培为提 高果蔬产量过量施用化肥和农药， 忽视有机肥的施用， 造成土壤酸化 板结耕性不良， 土壤有机质下降地下水硝酸盐超标， 农药残留严重超 标等一系列生态环境问题， 给当前百姓急需的绿色食品和有机食品的 生产发展带来极大障碍， 为克服这一障碍顺应百姓日益增强的食品安 全和保健意

5、识， 急需研制和广泛推广农作物秸秆生物处理技术， 本技 术的应用能够尽快实现资源循环利用、生态改良、环境保护，农作物 高产优质无公害的目的。2. 本研究特色、创新性及立题依据本研究利用有益微生物将农作物秸秆进行安全循环处理并综合利用，将克服保护地土壤连作障碍和生产绿色安全食品等工作有机结 合，具有创新性，是一举多得的先进技术。秸秆综合利用是新农村建 设的需要， 能解决保护地土壤连作障碍困扰种植户的难题。 让广大市 民吃上绿色安全食品是政府义不容辞的责任， 青岛要建设食品最安全 城市需要在各个工作环节把关， 重要的是在生产环节上杜绝一切有害 生产资料的应用。本技术单位面积的秸秆用量大，一般 40

6、005000 公斤/亩，最高可达 6000 公斤/亩，能充分利用农户闲置废弃的秸秆。该研究以叶片主被动吸收理论和秸秆矿质元素循环再利用理论两 大创新理论为基础。 采用生物工程技术， 利用菌种和防病疫苗将作物 秸秆快速转化为作物所需要的二氧化碳，热量，生防抗病孢子，有机 质，矿质元素等，当季就可获得高产、优质、无公害农产品。投入产 出比为 1：1014，一是解决了秸秆利用难题，实现资源多层次高效 利用，实现农业可持续发展，农业生产进入良性循环。二是实现两减 三增（减少化肥、农药用量，增加作物产量、质量、效益） 。三是最 高可生产有机食品，在完全不用化肥，少用生物农药情况下，生产高 质量的有机食品

7、，提高农产品核心竞争力，提高人民生活质量。作物的生长和产量的形成是靠CO2、水和矿质元素在光的作用下，合成光合产物转化而成的。大气和保护地中CO2 的浓度仅在330ml/L 左右，难以满足作物生长发育的需要。本项技术是将作物秸 秆加入一定量的微生物菌种，在有氧情况下产生C02、抗病孢子、热和矿质元素，能充分供给作物生长需要的 CO2和矿质营养，能改善土 壤团粒结构和理化性状、 提高土壤本身调节水肥气热的能力和土壤的 生物活性、 改善优化土壤生态环境， 从而达到增强作物抗病虫害能力 和提高产量改善品质并增加效益的目的。二、研究内容和预期成果1. 课题的研究内容和重点解决的关键问题1）研究保护地在

8、不施用化肥和减半施化肥情况下的最佳秸秆用量及 菌种秸秆比。 研究秸秆生物处理内外置不同方式对蔬菜、 果树产量 品质和效益的影响。2）研究秸秆生物处理技术对保护地大气 CO2 浓度、土壤大气温度、 根结线虫、 促进作物早熟延长生育期方面的影响。 研究本技术对农 产品质量的影响，探索本项技术的优质增产机理。3）研究秸秆生物处理技术对克服土壤连作障碍，如对土壤盐化、酸 化等土壤理化性状及土壤有机质、 土壤微生物数量及微生物碳、 氮 量的影响，以及对作物根系生长量的影响。4）研究秸秆生物处理过程中机械化配套技术，解决用工多投入高的 难题，从而更利于大面积推广。5）研究秸秆生物处理后的土壤水分状况、确定

9、适宜的浇水量和浇水 时期。提高水分的利用率。6）在研究的基础上制定青岛市秸秆生物处理技术操作规程。2. 预期成果和提供方式、推广应用预测1）建立秸秆生物处理技术示范基地 3 处，计划利用秸秆 1 万吨，在蔬菜、果树等高效作物上示范应用 2000 亩以上，制定秸秆生物处 理技术操作规程 1 套。该项技术操作规程的实施， 有助于社会主义 新农村的发展建设， 符合青岛市现代农业的发展要求。 具有很高的 经济效益及很好的生态效益和社会效益。2）预计使保护地蔬菜、果树增产 30%左右，使部分农产品达到绿色 食品或有机农产品的要求，土壤有机质、盐分、土壤养分状况有所 改善，使农产品的粗蛋白、 Vc 、氨基

10、酸含量有所提升，硝酸盐含 量有所下降， 促进农业生产的可持续发展， 为人类的生活提供安全 产品。3）预计使保护地大棚每 667m2 增收 4000 6000元，增加农民收入。4）按期进行成果鉴定，申请发明专利 1项。发表学术论文 35 篇。三、研究方法和技术路线1. 拟采取的研究方法、步骤、技术路线1）采取边试验边示范边推广的技术路线。青岛农大进行微生物菌种 的引进、筛选、培养及土壤样品的微生物检测工作，在青岛市农科 院和青岛市蔬菜科技示范园设立试验点， 设计不同处理， 研究秸秆 生物处理的技术参数，为大面积推广提供理论支撑。2）与农户相结合。在秸秆产量较高且有保护地栽培的区域内，选择 种植多

11、年的保护地大棚，进行示范和推广，组织农民参观交流，采 用科技户示范带动战略。3）广泛利用各种媒体宣传，利用电视、报纸、现场会、讲座等多种形式宣传，加快推广步伐。技术路线框图:2.其可行性、可靠性论证农业生产的目的是生产出更多优质高产的农产品供人类享用。作物的生长是依靠光、热、CO2、水、矿质元素等由叶片合成有机物。 本研究利用秸秆生物处理技术，充分利用秸秆中的有机碳，使其分解 产生CO2，与其同时产生抗病孢子，秸秆分解后产生一定量的有机质 和矿质元素，提高土壤微生物活性及数量改善了土壤生态环境，从而满足了作物生长的必要条件，增产效果显著。由于在作物生长过程中， 少施或不施化学肥料， 所以生产的

12、产品品质大幅度提高， 达到或接近 有机农业的要求。本项技术投资少，见效快，单位面积秸秆用量大，一般667 m2至少40005000kg甚至达6000kg,能充分利用农户闲置废弃的秸秆， 使焚烧和乱堆放秸秆产生的危害降到最低， 技术简单易行， 而且每家 每户都可采用。已在平度、莱西、胶州进行了示范与推广,深受农民 欢迎。如果采用连片种植, 可以形成有机栽培基地,为人类提供优质 安全的农产品,为我市建设全国食品最安全城市做出应有贡献。四、研究工作的总体安排及年度进展在青岛的胶州、胶南、平度、莱西、即墨五市全面布置试验户和 示范基地,在青岛蔬菜科技示范园和青岛农科院布置不同处理试验, 研究生物处理的

13、技术参数。2010年,布置试验 20处,分别在保护地蔬菜、果树,安排不同秸秆 用量和不同菌种用量试验,研究各种蔬菜、果树的最佳秸秆用量。研 究本技术适宜的菌种、秸秆比,适宜的水分、温度和 pH 值等环境条 件。研究秸秆生物处理技术对蔬菜、果树产量的影响,同时边试验边 推广,推广面积 500 亩。2011 年,继续试验示范,在试验基础上大面积示范与推广,推 广面积 2000 亩。研究秸秆生物处理技术对大棚 CO2 浓度、土壤及大气温度、 促进 早熟和延长生育期、 品质及效益的影响。 研究本项技术对土壤有机质、 矿质元素、土壤盐分、 pH 值等理化性状及土壤微生物生态环境的影响，汇总试验数据，进行

14、课题鉴定，争取发表论文3-5篇。五、实现预期目标已具备的条件1.现有研究工作基础在青岛农科院院长基金的资助下， 已进行了三年的系统研究，在 保护地和大田黄瓜、番茄、西瓜、甜瓜、樱桃、杏、茭瓜、草莓等作 物上进行了大量试验，试验表明：一般使用本技术后，蔬菜、果树产 量提高30%左右，农产品的Vc、粗蛋白、氨基酸含量大幅度提高， 硝酸盐含量大幅度下降，土壤微生物数量和土壤养分含量明显增加， 土壤肥力提高、生态环境得以改善，深受农民的欢迎，特别是在多年 种植的大棚内可有效解决土壤连作障碍导致大棚移址的难题。2 .现有仪器设备8主持单位有青岛农科院中心实验室，有液相、气相色谱仪，ICP全谱直读光谱仪，

15、等外分光光度计，原子荧光光谱仪，原子吸收分光 光度计和光合测定系统等先进分析测试设备 40多台套，是山东省技 术监督局认证的检测机构，国家认证委首批有机产品检验机构， 农业 部“第一批无公害农产品产地环境监测机构各案”单位。项目合作单位拥有省级重点学科、 省级重点实验室，青岛市重点 实验室。与研究相关的仪器主要有：液相色谱仪、气相色谱仪、离子 色谱仪、原子吸收光谱仪、近红外、荧光、紫外可见分光光度计、TOC/TN 分析仪、微生物超净试验台与先进仪器、时域反射仪、氨基酸自动分 析仪、凯氏定氮仪、连续流动分析仪、落地式高速冷冻离心机等等。 先后在我省的一些主要农业耕作区与地方合作建有综合试验基地。

16、主 持承担了国家科技攻关、“863”、“973”、国家自然科学基金、国家粮 食丰产工程、 山东省科技重大创新等各级各类科研课题。 完全有能力 承担本项目的分析化验和监测任务。六、本研究已具备的技术力量1. 申请人近三年所取得的成就 课题组在大田和保护地秸秆生物反应和综合利用技术取得 了一些成果。本课题组负责人近三年来在青岛市农科院院长基金 的资助下主持完成了 “秸秆生物处理技术研究与开发”项目的研 究工作, 取得了较好的效果； 做为第二位研究人员参与完成的 “有 机蔬菜生产品种筛选及肥料应用技术研究”项目，已于 2008 年 获得青岛市科技进步二等奖， 在本项目中承担了试验方案的全面 具体实施

17、及有机肥料的关键应用技术研究工作并撰写了相关部 分的研究报告； 做为第四位研究人员参与完成的 “多抗型双价转 基因抗虫棉新品种选育及产业化开发”项目，已于 2007 年通过 鉴定，达国内领先水平， 在本项目中连续三年承担了棉花高产栽 培田间试验施肥技术研究工作，并撰写了相关部分的研究报告； 发表学术论文 20 余篇。课题组成员有着多年土壤改良、 施用有机肥对土壤环境的影 响、秸秆生物处理技术的研究与推广经验， 为大量快速转化利用 秸秆资源，解决环境污染，提高农产品产量、质量，全方位提高 农业生产经济效益提供了有利保障。发表学术论文： 1、李祥云，宋朝玉，王瑞英，高峻岭（通讯作者）朱培生 . 不

18、同 畜禽粪肥及不同用量对大葱生长的影响中国土壤与肥料 2006.62、李祥云，高峻岭，王佩圣，赵征宇 . 溴甲烷土壤消毒对蔬菜产 量和品质的影响北方园艺 2006.33、李祥云，宋朝玉，王瑞英，王圣健，李振青，张继余（通讯 作者）青岛市发展有机农业之我见安徽农学通报 2007.224、李祥云，宋朝玉，王瑞英，王圣健，高峻岭（通讯作者）朱 培生. 畜禽粪肥不同用量对青花菜生长和土壤肥力的影响山东 农业科学 2008.35、李祥云，宋朝玉，王瑞英，王圣健，高峻岭（通讯作者）氮 磷钾不同配比对棉花生物学形状和产量的影响山东农业科学 2009.46、WANGMiao-Ran,HU Liang-Bing

19、 WANGWei-Hua.,LIU Shu-Tang, LI Min ,LIU Run-Jing.Influenceoflong-termfixedfertilizationondiversityofarbuscularmycorrh izalfungi,Pedosphere, 2009.09 SCI 1.8177、秦韧，扬团结，刘树堂 * （通讯作者），王万志，韩晓日 . 长期定 位施肥对无石灰性潮土酶活性的影响. 中国生态农业学 报,2007,15（1）:33-368、李曰鹏，张金恒，韩超，刘树堂（通讯作者） . 水稻田间开顶式SO熏气装置，农业环境科学学报.2008 , 27 （4）:

20、1649-16529、曹培顺,扬万花,刘树堂* （通讯作者） ,王晓君.长期定位施肥对 冬小麦 部分 生化指 标的 影响 . 青岛农 业大 学学 报（ 自然 科学 版）,2007,24（2）:108-11210、李京涛,姜雯,张玉梅, 刘树堂,林棋*. 长期定位施肥对冬小麦后 期根系衰老和产量的影响 . 华北农学报 ,2007,22（5）:138-14111、万菲菲 ,林 琪,刘树堂,等. 长期定位施肥对冬小麦光合性状及 产量的影响 . 青岛农业大学学报 （自然科学版 ） ，2008，25（3）: 203-20612、李举华 ,林荣芳,刘兆丽 ,王建林 ,刘树堂（通讯作者） . 长期定 位施肥对冬小麦叶面积指数及群体受光态势的影响 . 华北农学报， 2008，23（3）:209-21213、张敬敏,李文香,桑茂鹏,刘树堂*（通讯作者） . 长期定位施肥对 非石灰性潮土磷素吸附与解吸的影响 . 山东农业科学， 2008, （ 3）： 79-8214、高树涛,李文香,钟希杰,刘树堂*（通讯作者） ,殷允春. 长