科创中国

1、课题来源与背景

（1）课题来源于山西省科技厅社会发展科技攻关面上项目,项目编号：20150313003-5。

（2）背景。据统计,目前全国共有各类规模以上农业园区30000家,有农业科技园区5000多家,其中116个国家农业科技园区、1000多个省级农业科技园区、4000多个市级农业科技园区。山西省已建设各类现代农业园区1193个,其中3个国家级农业科技园区,16个省级农业科技园区。特别是《山西省设施蔬菜百万棚行动计划》实施以来,全省占地200亩以上的设施农业园区有903个。在设施农业园区生产中最常见的问题包括： 一是设施蔬菜废弃物的环境污染问题。我省设施蔬菜园区数量占园区总数的***%,设施蔬菜面积约***万亩,年可产生废弃物约500万吨。蔬菜废弃物含水率极高,易腐烂。大多数以“垃圾堆”的方式堆放,既造成了资源的浪费,又对环境造成了严重的污染。 二是设施农业园区连作造成的土传病害严重问题。由于设施园区大棚温室连续种植蔬菜作物,造成了土传病害严重,常见的土传病害有：辣椒、茄子、黄瓜猝倒病、立枯病、疫病、根腐病、枯（黄）萎病,番茄、辣椒的青枯病,大白菜软腐病、油菜、莴苣的菌核病,小麦全蚀病、棉花立枯病、红腐病、黄萎病及线虫等。土传病害严重影响作物生产,一般年份减产20%-30%,严重年份减产50%-60%,甚至绝收。土传病害发病后,比较难以防治,病菌在土壤中越冬,很难被杀死,来年继续侵害作物,如此循环,病害越来越严重。三是设施农业园区的现代化基质栽培园艺作物时,需要大量的草炭基质,而草炭为不可再生资源,一方面为了保护生态环境,许多国家出台政策限制开采,另一方面草炭的价格较高造成了基质栽培生产成本较高,效益降低。因此许多学者将农业有机废弃物作为草炭的替代物作为重要研究方向之一。四是设施农业生产中,农产品产量和品质与世界先进国家相比仍存在较大差距,究其原因,最重要的是管理水平相对落后,尤其是湿度的调控管理。温室内的高湿环境是引起作物病害的一个重要原因,而温室内的湿度状况主要取决于灌溉措施,根据环境条件以及作物需水信息决策灌溉量和灌溉时机是实现温室作物精确灌溉需要同时考虑的两大基本问题。综上所述,开展设施园区农业废弃物无害化处理及资源化循环利用技术研究十分必要。

2、技术原理及性能指标

通过开展好氧堆肥快速腐熟技术、厌氧发酵高效产气技术、园艺作物栽培基质配制技术、设施园艺作物基质栽培技术、园艺作物基质栽培水肥精准控制技术和设施草莓基质栽培超促成技术等6个单项技术,集成了“设施园区农业废弃物循环利用技术体系”。

（1）废弃物固态好氧堆肥快速腐熟技术

通过对玉米秸秆、牛粪和白灵菇菇渣等原料进行好氧堆肥处理，从中筛选出了具有纤维素降解功能的菌种，并初步获得有加快堆肥腐熟的菌种组合；通过添加菌剂、校正堆体参数、调节C/N，构建了玉米秸秆牛粪联合好氧堆肥快速腐熟技术。

（2）蔬菜废弃物厌氧发酵高效生产沼气配制技术

通过以常见的设施蔬菜废弃物与牛粪混合作为发酵原料，进行厌氧发酵试验，对蔬菜废弃物与牛粪联合厌氧发酵适宜的预处理方式、配方比例、进料量和进料频率进行研究，获得了联合厌氧发酵的多种发酵原料配混技术的西红柿废弃物快速降解的预处理技术。

（3）园艺作物栽培基质配制技术

通过利用玉米秸秆和牛粪、菇渣等农业废弃物（厌氧、好氧发酵）的熟化物料开展草炭替代试验，以草莓、甜瓜等不同园艺作物进行不同基质配方的设施基质栽培试验，筛选出适宜的设施栽培基质。

（4）设施园艺作物基质栽培技术

 利用该基质进行草莓基质栽培，同时采用不施任何肥料为对照，进行肥料胁迫，在草莓栽培31天后，草莓叶片发黄，出现缺素症状，对照在定植12天后，叶片即出现缺素症状，说明沼渣栽培草莓肥效可持续30天左右。

（5）园艺作物基质栽培水肥精准控制技术

通过研究不同水势对温室水果黄瓜叶片气体交换、叶绿素荧光参数、外观指标、产量及水分利用效率、蒸腾速率、蒸腾量及温室内湿度等指标的定量影响，获得了温室水果黄瓜生产中的精准灌溉方案。

（6）设施草莓基质栽培超促成技术

通过设置不同的温度处理、不同的日照时间处理以及处理天数，并研究不同处理对“红颜”草莓设施基质栽培过程中的花芽分化、开花率、结果率，获得促进草莓低温短日照促花芽分化的技术参数。

（2）技术成果可实现的性能指标：该技术体系将园艺作物秸秆等农业废弃物,通过好氧堆肥快速腐熟技术途径获得腐熟的有机堆肥物料,缩短堆肥腐熟时间15天以上;通过厌氧发酵高效产气技术途径获得沼渣、沼气和沼液,池容产气量较单一牛粪（畜禽粪便）提高25%以上;将腐熟的有机堆肥物料和沼渣通过添加辅料配制草莓、黄瓜和甜瓜等设施园艺作物栽培基质,草炭替代率25%以上;通过将设施园艺作物基质栽培技术、园艺作物基质栽培水肥精准控制技术和设施草莓基质栽培超促成技术协同发挥作用,提高设施黄瓜和甜瓜的产量和品质,提早草莓成熟期20天以上,比对照增产***%,减少农药、肥料的使用量,增加废弃物替代草炭的比例,显著降低设施园区草莓、黄瓜等园艺作物基质栽培生产成本50%以上。

3、技术的创造性与先进性

本项目集成了“好氧堆肥快速腐熟技术、厌氧发酵高效产气技术、园艺作物栽培基质配制技术、设施园艺作物基质栽培技术、园艺作物基质栽培水肥精准控制技术和设施草莓基质栽培超促成技术”等6个单项技术,构建了“设施园区农业废弃物循环利用技术体系”,是全国唯一一个将农业废弃物在设施园区内打造成循环产业链的技术成果。

4、技术的成熟度,适用范围和安全性

该技术连续三年在榆次东阳设施循环农业中试基地进行试验,具备指导设施园区农业废弃物资源化循环产业发展,技术成果适用于全国各地设施园区发展循环农业,技术应用过程安全,具有减少污染,保护生态环境,生产优质农产品的特点。

5、应用情况及存在的问题

（1）应用情况。目前该技术已完成了全部试验内容,并集成构建了技术体系,尚未大规模应用。 （2）存在的问题。农业废弃物原料无论采用好氧还是厌氧发酵进行无害化处理,所得到的腐熟物料EC值均较高,EC值的高低对于配制园艺作物栽培基质影响较大,因此在配制前,如何降低EC值是栽培基质配制成功与否的关键环节。通过淋洗可以降低腐熟物料EC值,但是养分的损失也比较严重,因此,如何能够科学的降低农业废弃物腐熟物料EC值,是下一步研究的重点。