新 疆農(nóng)機(jī)化 年第 期 修 回 日 期 2020 10 13 基 金 項(xiàng) 目 烏魯木齊市科技研發(fā)項(xiàng)目 農(nóng)村沼氣工程冬 季運(yùn)行技術(shù)研究與示范 Y1 1 0009 d k ss 中 圖 分 類(lèi) 號(hào) 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 A 0 引 言 我國(guó)北方地區(qū) 尤其是新疆 低溫期長(zhǎng) 溫差大 冬季寒冷 日光溫室與塑料大棚等農(nóng)業(yè)設(shè)施對(duì)實(shí)現(xiàn)果 蔬 花卉等作物秋延后 反季節(jié)種植 提早熟發(fā)揮著重 要作用 對(duì)保障蔬菜全年供應(yīng) 滿(mǎn)足市場(chǎng)需求意義重 大 設(shè)施增溫保溫是保障其低溫季節(jié)運(yùn)行的關(guān)鍵 傳 統(tǒng)日光溫室保溫效果好 但建設(shè)成本高 土地利用率 低 造成土地浪費(fèi) 塑料大棚利率高 但保溫效果差 積溫?zé)o法實(shí)現(xiàn)冬季生產(chǎn) 增溫所需能源消耗高 隨著 城鎮(zhèn)化建設(shè) 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)清潔化 可持續(xù)化發(fā)展方向不 斷推進(jìn) 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)在減少能源消耗 降低 生產(chǎn)成本 以及環(huán)境保護(hù)方面都顯示出積極的作用 1 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)原理 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù) 也稱(chēng)之為釀熱技術(shù)或秸稈生 物反應(yīng)堆技術(shù) 利用微生物將大分子有機(jī)物分解為結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單的小分子物質(zhì) 同時(shí)通過(guò)呼吸作用釋放能量以維持 生命活動(dòng) 而釋放能量主要以熱量的形式散發(fā) 形成增 溫效應(yīng) 發(fā)酵增溫原理與有機(jī)物堆肥相似 但堆肥技術(shù) 側(cè)重有機(jī)質(zhì)腐化肥效 主要利用微生物的分解作用 生物 質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)著重?zé)崃康尼尫?主要以有氧呼吸作用 為主 因此發(fā)酵增溫均采用好氧發(fā)酵技術(shù) 微生物產(chǎn)熱伴隨有機(jī)質(zhì)代謝過(guò)程發(fā)生 兩者間存在 關(guān)聯(lián) 在有機(jī)物損失與產(chǎn)熱關(guān)系研究中發(fā)現(xiàn) 以牛糞和玉 米秸稈為原料 在含水率 時(shí)好氧堆肥中有機(jī)質(zhì)損失 和總熱值變化最大 總產(chǎn)熱量為 kJ kg 呼吸作用下微生物代謝有機(jī)物最終產(chǎn)物為 O H O 和三磷酸腺苷 ATP O 隨發(fā)酵池內(nèi)外氣體交換釋放 提高溫室 O 含量 產(chǎn)生 O 氣肥增施效應(yīng) 因此生物質(zhì) 發(fā)酵增溫技術(shù)同時(shí)也是溫室 O 氣肥增施技術(shù) 2 研 究 應(yīng) 用 現(xiàn) 狀 2 1 應(yīng) 用 方 式 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)在農(nóng)業(yè)設(shè)施中應(yīng)用由來(lái)已 久 初使階段僅作為增溫保溫手段 如 年報(bào)道的 文 章 編 號(hào) 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用 茆 軍 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物質(zhì)能源研究所 新疆烏魯木齊 摘 要 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)是秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物的一種新的利用方式 通過(guò)微生物好氧發(fā)酵作用生產(chǎn)有機(jī)肥同時(shí)釋放 熱量 CO 2 在設(shè)施農(nóng)業(yè)中提高溫室內(nèi)氣溫 地溫及 CO 2 濃度 產(chǎn)生增溫與 CO 2 氣肥增施效果 提高作物品質(zhì)與產(chǎn)量 降低 溫室運(yùn)行成本 促進(jìn)作物秸稈的循環(huán)利用 文中介紹生物質(zhì)增溫技術(shù)的原理及在設(shè)施農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用方式 效果 關(guān) 鍵 詞 生物質(zhì) 發(fā)酵 設(shè)施農(nóng)業(yè) 增溫 二氧化碳 A l fB ssH gR F l yAg l Mao Jun s fB ssE gy X gA d y fAg l l s U q X g Abstract Biomass heating reactor is a new utilization method of agricultural waste such as straw It generates Calories and CO 2 through microbial fermentation which can increase the air temperature ground temperature and CO 2 concentration in green house andproducetheeffect of increasing temperature and CO 2 gas fertilizer application improve crop quality and yield reduce greenhouse operating costs and promote the recycling of crop straw This article summarizes the principles of biomass heating technologyanditsapplic ation effects and technological development in facility agriculture Key words Biomass Formentation Facility agriculture H eating CO 2 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 30 新 疆農(nóng)機(jī)化 年第 期 利用牛糞草發(fā)酵堆對(duì)蔬菜育苗溫床保溫 年利用 馬糞和秸稈發(fā)酵提升西瓜 甜瓜大棚地溫 發(fā)酵增溫技 術(shù)中 發(fā)酵物一般堆置于低于地表的池體或溝槽中 因 此發(fā)酵部位也稱(chēng)為 發(fā)酵池或發(fā)酵槽 等 發(fā)酵池位于 種植行下或行間的稱(chēng)為 內(nèi)置式 埋于地下的稱(chēng)之為 地埋式 提升地溫效果好 圖 圖 位于溫室一 側(cè)的為 外置式 對(duì)大型溫室也可置于溫室中部 主要 提升氣溫 依據(jù)對(duì)增溫效果的需求及溫室大棚建設(shè)情 況 可選擇不同的應(yīng)用方式 也可兩種方式混合使用 以達(dá)到最佳的效果 但從發(fā)酵池建設(shè)與運(yùn)行維護(hù)上比 較 行間內(nèi)置式 外置式應(yīng)用易操作 更適合在生產(chǎn)中 推廣應(yīng)用 圖1 生物質(zhì)增溫發(fā)酵池示意 圖2 行間內(nèi)置式生物質(zhì)發(fā)酵增溫池示意 圖3 溫室內(nèi)置式生物發(fā)酵池與沼氣池聯(lián)合增溫結(jié)構(gòu)示意 4 1 墻體自保溫系統(tǒng) 2 10 換熱盤(pán) 3 4 雙層保溫膜 5 15 輪休土壤槽 6 沼氣燈 7 循環(huán)泵 8 太陽(yáng)能集熱板 9 集氣罐 10 儲(chǔ)熱罐 11 沼氣池 12 熱泵 13 溢流孔 14 泄水孔 生物質(zhì)增溫技術(shù)也可與其它技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生 更佳的應(yīng)用效果 如利用熱交換盤(pán) 儲(chǔ)熱罐 熱泵等設(shè)備 連接內(nèi)置式發(fā)酵池 戶(hù)外沼氣池與太陽(yáng)能集熱板 形成 熱量的循環(huán)與協(xié)調(diào)利用 可保障溫室與沼氣設(shè)施的正常 運(yùn)行 實(shí)現(xiàn)資源的多效綜合利用 也可單獨(dú)應(yīng)用于沼 氣池等設(shè)施 實(shí)現(xiàn)戶(hù)外沼氣池的冬季正常運(yùn)行 圖 因此 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)作為一種增溫手段 可應(yīng)用 于多種需要增溫的設(shè)施與環(huán)境 2 2 生物質(zhì)增溫發(fā)酵調(diào)控技術(shù) 隨著研究深入 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)綜合效應(yīng)逐步 顯現(xiàn) 但增溫與 O 氣肥增施最受重視 對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)而言 不同季節(jié) 不同生長(zhǎng)期 溫室及作物對(duì)增溫技術(shù)效果需 求也有所差異 這促使生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)向可控化方 向發(fā)展 使物料發(fā)酵效益最大化 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)以有機(jī)物好氧發(fā)酵為基礎(chǔ) 發(fā)酵物料 水分含量 氧供給量 發(fā)酵菌劑均可對(duì)發(fā) 酵結(jié)果產(chǎn)生影響 發(fā)酵池啟動(dòng)時(shí)發(fā)酵菌劑一般隨物料配 制完成 因此在發(fā)酵過(guò)程中主要通過(guò)水調(diào)和氣調(diào)來(lái)控制 物料發(fā)酵 孫亞文等在發(fā)酵池內(nèi)裝配秸稈淋洗與通風(fēng)換氣裝 置 調(diào)控發(fā)酵池內(nèi)積溫與 O 釋放量 經(jīng)測(cè)定 生物質(zhì)發(fā) 酵棚較常規(guī)棚冬季可提高大棚氣溫 達(dá)到 植株光合作用加強(qiáng) 番茄產(chǎn)量增加 孔政等 通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)酵池積溫 可維持非對(duì)稱(chēng)水控釀熱大棚氣溫 的相對(duì)穩(wěn)定 增溫效果顯著高于對(duì)照 李建明設(shè)計(jì)的一 種 溫室水控式內(nèi)循環(huán)釀熱補(bǔ)氣設(shè)施 通過(guò)發(fā)酵物補(bǔ)水 與通氣調(diào)節(jié)發(fā)酵積溫效果 配置的補(bǔ)水管可對(duì)物料補(bǔ) 水同時(shí)實(shí)現(xiàn)菌劑添 調(diào)控物料發(fā)酵的啟動(dòng)并實(shí)現(xiàn)發(fā)酵菌 含量對(duì)發(fā)酵效果的控制 導(dǎo)氣管調(diào)控?fù)Q氣量同時(shí)將發(fā)酵 池 O 直接釋放到植株根部 可控發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用 可實(shí) 現(xiàn)生物質(zhì)發(fā)酵增溫的按需運(yùn)行 是該項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代化溫 室大棚中的應(yīng)用發(fā)展方向 圖 4 溫室水控式內(nèi)循環(huán)釀熱補(bǔ)氣設(shè)施結(jié)構(gòu)示意 1 儲(chǔ)存池 2 補(bǔ)水管 3 地面 4 導(dǎo)氣管 2 3 增 溫 與CO 2 氣 肥 增 施 效 果 肖金鑫等對(duì)大跨度非對(duì)稱(chēng)釀熱溫室的研究顯示 單層膜覆蓋的大跨度非對(duì)稱(chēng)釀熱溫室較傳統(tǒng)日光溫室 和大跨度雙層內(nèi)保溫大棚平均地溫分別高 和 在室外最低氣溫為 的極端天氣下 夜 間最低氣溫為 比對(duì)照分別高出 和 栽培畦 0 植物 180 0 作物秸稈 0 a 行下內(nèi)置式 出氣口 輸氣管道 聚乙烯薄膜 作物秸稈 0 400 1000 1 00 儲(chǔ)氣池 抽氣風(fēng)機(jī) 00 b 行下外置式 A B 60c c 0c 1 c 10c c c c 40c 模擬 小棚 氣孔 地溫計(jì) 模擬小棚 溫濕度計(jì) 1 3 4 1 3 4 6 8 10 11 1 13 14 1 9 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 31 新 疆農(nóng)機(jī)化 年第 期 而高寧等對(duì)大跨度非對(duì)稱(chēng)釀熱溫室的冬季增溫效果研 究顯示 較無(wú)發(fā)酵池同等溫室日平均氣溫提高 日 最低氣溫平均提高 明顯縮短溫室氣溫 以 下低溫天數(shù) 同時(shí)室內(nèi) O 水平提高 現(xiàn)有研究表明生物質(zhì)發(fā)酵增溫池的建設(shè)方式對(duì) O 氣肥增施效果產(chǎn)生顯著影響 比較分析外置式和內(nèi) 置式秸稈發(fā)酵增溫技術(shù)對(duì)陽(yáng)光溫室內(nèi) O 濃度的影響 研究顯示 兩種方式較常規(guī)溫室均可顯著增加溫室 O 濃度 但外置式高于內(nèi)置式數(shù)倍 而在地上堆制發(fā)酵上 可提高溫室 O 濃度 倍以上 從不同的應(yīng)用方式上分 析 可能是由于不同發(fā)酵池建設(shè)方式導(dǎo)致發(fā)酵池與外部 氣體交換效果差異所致 因此 從 O 氣肥增施效果需 求上分析 也需依據(jù)作物對(duì) O 氣肥需求及溫室條件 選擇不同的應(yīng)用方式 3 對(duì)農(nóng)作物及生產(chǎn)的影響 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)在增溫同時(shí)最顯著的是產(chǎn) 生 O 氣肥增施效應(yīng) O 濃度提升將對(duì)作物生長(zhǎng) 生 理 產(chǎn)品品質(zhì)及產(chǎn)量產(chǎn)生積極影響 對(duì)溫室草莓種植 的研究顯示 外置式增溫技術(shù)顯著提高了草莓的光合 速率 較對(duì)照組最高增加了 而溫室黃瓜種植 觀測(cè)發(fā)現(xiàn) 較同等普通溫棚 建設(shè)地上發(fā)酵池使溫棚 內(nèi)氣溫提高 同時(shí)提高了 倍 O 濃度 使黃 瓜單棚總產(chǎn)提高 上市時(shí)間提早 天 細(xì)菌 性角斑病染病植株率 葉部病指數(shù)較對(duì)照組低 和 由此可見(jiàn) 生物質(zhì)增溫技術(shù)所產(chǎn)生的 O 氣肥 增施效應(yīng)能有效增強(qiáng)作物的生長(zhǎng)生理特性 有研究顯示并不能單從 O 增量上評(píng)判其對(duì)作 物生理的影響 如對(duì)溫室番茄的研究中內(nèi)置式 外置 式提高溫室 O 濃度分別為 和 而秋延后 番茄生長(zhǎng)速度與產(chǎn)量并無(wú)顯著差異 但外置式發(fā)酵單 果質(zhì)量上顯著高于內(nèi)置式 這里可能存在內(nèi)置式應(yīng)用 方式下 發(fā)酵物可與種植土層接觸 可能導(dǎo)致生物質(zhì) 發(fā)酵中產(chǎn)生的無(wú)機(jī)鹽 氨等小分子物質(zhì)向周邊土層傳 遞 這些物質(zhì)可作為作物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng) 因此發(fā)酵增溫 也可能產(chǎn)生肥料效應(yīng) 而有關(guān)生物質(zhì)發(fā)酵增溫大棚土 壤 土壤微生物態(tài)的研究顯示 內(nèi)置式或行間外置式 發(fā)酵池 發(fā)酵物與土壤可直接接觸 發(fā)酵物微生物菌 群隨發(fā)酵過(guò)程也會(huì)對(duì)周邊的土壤微生物菌群產(chǎn)生影 響 從而改變土微生物群落結(jié)構(gòu)與呼吸作用等特性 對(duì) 土壤環(huán)境具有改善與調(diào)節(jié)作用 這些尚未明確的 研究與觀測(cè)結(jié)果還有待于進(jìn)一步研究揭示 4 結(jié) 論 溫室大棚作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分 是延長(zhǎng)農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)周期 豐富 穩(wěn)定果蔬等農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié) 對(duì)寒冷的北方地區(qū)尤為重要 采暖保溫是溫室大棚冬季 運(yùn)行成本高的主要因素 農(nóng)村秸稈資源豐富 是傳統(tǒng)能 源物質(zhì) 隨著煤 電 燃?xì)獾壬唐纺茉垂?yīng)豐富與普及 秸稈能源逐步退出農(nóng)村能源領(lǐng)域 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù) 為秸稈等有機(jī)物能源化利用提供了新的途徑與技術(shù) 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)的應(yīng)用能在一定程度上減少 煤等商品能源的消耗 降低能源消耗成本 增溫作用溫和 與煤或秸稈燃燒相比 在正常運(yùn)行情況下無(wú)需人員時(shí)刻 堅(jiān)守 在一定程度上可以簡(jiǎn)化管理并降低管理成本 發(fā)酵 增溫同產(chǎn)生的 O 氣肥等營(yíng)養(yǎng)因子增施效應(yīng) 可增產(chǎn)提質(zhì) 提高生產(chǎn)收益 新疆大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)建設(shè) 使冬季生產(chǎn)成為農(nóng)民 增收的重要途徑 小拱棚與小型溫室是當(dāng)前農(nóng)戶(hù)家庭建 設(shè)量最多的農(nóng)業(yè)設(shè)施 生物質(zhì)發(fā)酵增溫技術(shù)在一定程度 上可彌補(bǔ)小型設(shè)施保溫能力不足 提高溫棚的使用效率 降低運(yùn)行成本 因此該項(xiàng)目技術(shù)適合于新疆地區(qū)應(yīng)用推廣 但 不同地區(qū) 不同作物應(yīng)采用何種應(yīng)用方式仍需研究測(cè)試 參 考 文 獻(xiàn) 陳中華 秸稈發(fā)酵技術(shù)在蔬菜大棚中的應(yīng)用 J 農(nóng)業(yè)與技術(shù) 褚長(zhǎng)彬 趙崢 周德平等 一種利用農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵進(jìn)行設(shè) 施大棚 O 施肥的新技術(shù)可行性分析 J 上海農(nóng)業(yè)科技 段曉婷 地埋式秸稈反應(yīng)堆對(duì)大棚茄子生長(zhǎng)和土壤微環(huán)境的 影響 D 浙江農(nóng)林大學(xué) 趙嵩穎 趙超洋 王鑫磊 基于禽畜養(yǎng)殖水體污染現(xiàn)狀構(gòu)建 沼氣蓄熱溫室生態(tài)系統(tǒng)研究 J 工業(yè)安全與環(huán)保 孔政 農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵對(duì)溫室環(huán)境影響的研究 D 西北農(nóng)林 科技大學(xué) 西北農(nóng)林科技大學(xué) 一種溫室水控式內(nèi)循環(huán)釀熱補(bǔ)氣設(shè)施 李 建明 張中典 張大龍 張軍 P 肖金鑫 李建明 武瑩 大跨度非對(duì)稱(chēng)釀熱溫室熱環(huán)境及節(jié) 地增產(chǎn)效果分析 J 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào) 自然科學(xué)版 高寧 李建明 孔政 番茄秸稈堆肥發(fā)酵特性及對(duì)冬季大棚 環(huán)境的影響 J 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 劉冰 秸稈反應(yīng)堆條件下日光溫室越冬黃瓜栽培效果研究 D 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 32