青岛市公共领域项目申请书莱农.docx

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青岛市公共领域项目申请书莱农

青岛市公共领域科技支撑计划

项目申报书

项目名称：

植物废弃物循环利用技术与生物有效性研究

申报技术领域：

农业科技

主管部门：

山东省教育厅

承担单位：

（盖章）青岛农业大学

协作单位：

（盖章）青岛市农业科学院作物所

青岛市土壤肥料工作站

项目负责人：

刘树堂

起止时间：

2010.1-2011.12

青岛市科学技术局

填表日期：

2009年12月29日

青岛市公共领域科技支撑计划项目

可行性报告

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

近年来由于农村经济结构的调整，农业生产中产生了大量的粮食、果树和蔬菜等废弃物，或堆置在田间地头或将作物秸秆直接焚烧，这不仅影响农业景观，滋生蚊蝇病害，而且污染大气环境，不利于农业的发展和果蔬的生产。

针对农作物废弃物乱堆乱放的问题，国内一些科研机构正致力于这方面的研究，其中山东省秸秆生物工程技术研究中心在相关方面做了一些工作。

植物废弃物生物反应堆技术，是将农作物秸秆在微生物菌种、催化剂、净化剂的作用下定向转化成植物生长所需的二氧化碳、热量、抗病微生物、酶、有机和无机养料，使农产品达到高产、优质和无公害目的的创新技术。

该技术生产上有四大效应：

一是二氧化碳效应。

在标准应用情况下，可使温室或大棚内二氧化碳浓度提高4~6倍，光合效率提高50%以上，能有效解决当前大棚生产由于CO2严重亏缺，其他办法施用CO2成本高的难题。

二是热量效应。

可使晚秋、冬季、早春温室、大棚20cm地温提高4~6℃，气温提高2~3℃，能有效解决由于地温低而制约大棚植物正常生长的难题。

三是生物防治效应。

抗病微生物和植物疫苗能够提高植物抗病免疫力，防治线虫等病虫害，可减少农药用量70%，提高无公害产品含量。

四是有机改良土壤效应。

增施植物废弃物可减少化肥用量50%以上，解决由于大量连续使用化肥农药而造成的土壤严重板结，生态环境恶化的难题。

该技术在生产应用上分为内置式和外置式两种形式，增产效果比较好的是两种一起应用，在开始推广时，为了减少成本，也可以单独使用。

内置反应堆是在作物种植棚内，开沟、铺秸秆、接菌种、覆土、浇水、定植、打孔即可。

外置式就是在大棚内靠近门口的一侧，南北方向挖一个贮气池子，其上按要求铺放植物废弃物撒接菌种，表面用薄膜覆盖，用气体交换机通过微孔塑料输气带将发酵产生的二氧化碳和微生物孢子送至全棚。

但是目前推广的力度与范围并不大。

主要有以下几个问题：

一是农业生产中产生大量的不同种类的植物废弃物，不同的植物废弃物在发酵菌剂作用下发酵最后产生的效果是不同的，我们需要探索不同反应填充物处理条件下的作用机理，摸清不同处理条件下的发酵速度、发酵温度、反应所释放的CO2量、反应残渣与残液养分含量；二是目前市场上的发酵菌剂种类很多，不同的发酵菌剂成分不同，发酵效果千差万别，需要通过试验筛选出合适的发酵菌剂。

青岛市果树、蔬菜的有机栽培已经受到各级领导的重视，有机果菜在青岛有广阔的发展市场，但是与传统的肥料大量投入追求高产相比，有机果菜生产缺乏先进的技术支撑，需要大量的人力发酵有机肥，追施有机肥，而且面临着减产的威胁。

保护地栽培植物废弃物循环利用与有机养分调控技术通过发酵植物废弃物，高效利用发酵过程中产生的二氧化碳、热量和矿质养分供植物利用吸收，开辟了植物废弃物利用的新途径，稳定了有机果菜的产量，提高了有机果菜的品质，是目前有机果菜生产中最具有发展潜力的生态种植模式，发展前景广阔。

2.本研究特色、创新性及立题依据

技术创新是将未腐熟的植物废弃物直接施入土壤，利用菌剂发酵及释放的热量提高地温，有利于冬季果树、蔬菜越冬，提高果树、蔬菜产量和质量，有利于有机果蔬的发展。

实践应用创新是利用植物废气物这一地球上第一大植物可生资源，变废为宝，为大量的剩余秸秆、果树落叶找到一条转化增值的好路子。

既减少了环境污染，又通过发酵释放二氧化碳和矿质营养回归植物和土壤；

工艺创新有两种，即内置反应堆（开沟、铺放植物废气物、撒接菌种、覆土、浇水、盖膜、打孔等程序，可用于大棚作物、大田作果树、蔬菜等经济作物）和外置反应堆（开沟、建池、放植物废气物、上料、接菌种、淋水浇湿、盖膜发酵、装机抽气、取液喷施）。

内置式主要靠叶片主动吸收，外置式主要靠叶片被动吸收。

投资少，操作简单，效应大。

生物反应堆技术是一项全新概念的农业新技术，有显著的增产、增质、增效和突出的生态效益，为我国生态农业的发展和有机农产品生产开辟了一条新路。

当前，农业资源利用科学性差、效率低、生产投资不合理，是农业生产效率低的制约因素。

该项技术的实施，可加快农业生产要素的有效转化，农业资源多层次充分再利用，农业生态进入良性循环，达到设施农业高产优质的可持续发展。

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

保护地栽培低耗植物废弃物循环利用与有机养分调控技术是将日光温室、种植业和生物反应堆技术有机结合的三位一体种植模式。

生物反应堆技术是利用生物技术，将秸秆转化为作物所需的CO2、热量、抗病孢子、有机质和矿质元素。

应用该技术，以植物废弃物代替化肥，抗病孢子提高植物抗病和免疫力，生产优质、高产、绿色有机食品。

主要内容包括在温室（大棚）建立一个废弃物发酵池，用于腐熟秸秆或基地的作物残余物，腐熟残渣用于追肥，腐熟液用于滴灌施肥或叶面喷施；建立一套二氧化碳供给系统，将腐熟过程中产生的二氧化碳通过通道输送到棚的各个部位，提高棚内二氧化碳浓度；土壤采用内置式反应堆将植物秸秆和枯叶发酵供给作物营养。

项目计划对不同作物秸秆、果树落叶、菌种开展试验研究，找出最佳的配比方案，建立果菜类作物的保护地栽培植物废气物循环利用与有机养分调控操作技术规程。

通过在平度市、即墨市、胶州市建立3个保护地栽培植物废气物循环利用与有机养分调控示范基地，示范面积200亩，推广1000亩，果、蔬品质大大提升，作物残体秸秆得到有效回收利用，亩增收节支2500～3500元，经济社会环境效益显著。

既解决了农业废弃物乱堆乱放问题，又对有机果、蔬产量稳定、品质提高和农民增收具有重要意义。

2.预期成果和提供方式、推广应用预测

随着项目的实施，保护地栽培植物废弃物循环利用与有机养分调控技术的应用，每个试验农户的温室（大棚）按照操作规程利用该技术进行设施果蔬生产，能够使化肥用量减少、根结线虫等病害明显减轻、杀菌剂用量减少、浇水用量减少、土壤盐分含量降低、土壤环境质量得到明显提高。

通过项目实施，对不同作物秸秆、果树落叶、菌种开展试验研究，找出最佳的配比方案，形成果菜类作物的保护地栽培农业废弃物循环利用与有机养分调控操作技术体系，建立青岛市秸秆生物处理技术操作规程1个。

申请发明专利1项。

发表学术论文3-5篇。

该项目实施是发展立体循环农业、发展有机果菜生产的一项重要技术，有助于社会主义新农村的发展建设，符合青岛市农业的发展要求。

具有很高的经济效益及很好的生态效益和社会效益。

经济效益：

项目生产的农产品，产量比传统有机果菜生产提高20%左右，减少人工、化肥等投入，亩增收2500～3500元左右，经济效益显著。

生态效益：

立体循环有机化营养栽培技术可以实现植物废弃物的综合与循环利用，既减少了病虫害的发生，降低了化学农药的使用量，又清洁美化了种植环境。

同时，由于没有化肥或低化肥投入，大幅度减少了农业面源污染，有效的保护了土壤与生态环境，提高了环境质量。

社会效益：

通过此栽培模式的推广应用，可以探索一条适合有机农业生产的可持续发展的道路，同时可向市场提供质量安全、品质优良的有机产品。

三、研究方法和技术路线

1.研究方法、步骤

保护地栽果树、蔬菜生产发展到今天，遇到了严峻的难题和挑战，破解这些难题光靠传统的技术组装很难解决根本问题，只有运用现代农业生物工程技术，才能取得好的效果。

植物废弃物生物反应堆技术就是一项现代农业生物工程技术，它是利用生物技术，将农业植物废弃物转化为作物所需的CO2、热量、抗病孢子、有机质和矿质元素。

应用该技术，以农业植物废弃物代替大部分化肥，抗病孢子提高植物抗病和免疫力，减少农药用量，改良土壤生态环境，生产优质、高产、绿色有机食品。

技术产品设施完善配套，技术体系完整。

生物反应堆技术从理论研究到实践应用，都相继通过科委、农业厅等部门鉴定验收。

该技术的创新焦点是理论的创新和工艺创新，即四大创新理论：

植物饥饿理论、叶片主被动吸收理论、植物的生防理论和植物秸秆中矿质元素重复再利用理论。

植物饥饿理论揭示了提高作物产量与品质的本质：

植物的产量和品质，是由光、CO2气体、水和矿质营养元素，在叶片内合成有机物，形成根、茎、叶、花和果实。

其中，二氧化碳是合成产量和品质的主体原料，没有它，植物就会饥饿而死，水、光和矿物质也无法利用。

空气中二氧化碳浓度在330mg/kg左右，多数作物吃饱需要10000~45000mg/kg，供需相差30~140倍。

从中发现，自然条件下作物在严重饥饿状态下生存。

因此，传统农业生产，把肥料当成植物的粮食是不科学的。

由于这种观念的误导，人们把增产增收的希望，寄托于增施化肥农药上。

由此造成农产品化肥污染日趋加剧，农药残留严重超标，土壤生态恶化，结果得到的是成本增加，低产劣质。

叶片主被动吸收理论为解决植物饥饿找到了措施与方法：

据测定，植物为其自身的生存，叶片具有把不同位置的CO2吸入体内的本能，这一过程叫做叶片的主动吸收。

主动吸收是通过消耗自身制造的有机物而获取能量的，这种方式会减少有机物的积累。

若人为地把CO2送到叶片附近，植物吸收速率加快、有机物积累增多，这一过程称之为叶片被动吸收。

根据这样一个特性，研制出内置反应堆和外置反应堆两种工艺。

内置式主要靠叶片主动吸收，外置式主要靠叶片被动吸收。

植物的生防理论为替代农药找到了科学的路子：

自然界广泛存在的一种普遍规律——生物链关系（也称食物链关系）。

研究证明，不少植物对病虫害具有免疫功能（如银杏）。

一是一种植物对另一种植物具有生防作用，如，一种菊科植物对虫害有防治作用，香椿树对苍蝇有驱避作用；二是以菌治虫，以菌治菌。

而生物反应堆研究的生防效应是建立在以菌治菌、以菌治虫的基础上，其机理是：

第一，寄生和感染――进入机体或细胞中；第二，通过菌活动代谢的物质（酶）对另一种病虫有抑制、拮抗作用，使病虫的生长、活动受到限制。

植物废弃物矿质元素重复再利用理论为替代化肥找到了来源途径：

植物所需矿质营养元素，有多种来源途径，而最佳的途径是植物的自身。

研究证实，秸秆中具有植物生长所需的各种矿质元素，经生物反应堆的转化，植物吸收率不仅超过化肥，而且无污染无副作用。

根据物质不灭定律，提出了植物秸秆中的矿质元素重复再利用理论，为有机无公害栽培和有机食品生产提供了科学依据，使大量废弃的秸秆成为替代化肥的资源。

具体研究方法与步骤如下：

①保护地栽培植物废弃物循环利用及生物有效性与有机养分调控技术基地建设

每个温室或大棚处理（废弃物与菌种比例不同）建设内容主要包括：

a主生物反应堆：

在温室的一边通过外置（地上）或内置（地下）建一发酵池，可用厚塑料薄膜或水泥建造，将植物废弃物置入池上，分层加入发酵菌剂，浇透水，用旧塑料薄膜覆盖秸秆（注意塑料上要有气孔，以利进气）。

通过发酵产生CO2，通过简易的带有小孔的塑料膜二氧化碳输气袋将二氧化碳送到温室的各个角落，一般情况下，提高（比大气中CO2浓度）4~6倍（1公斤废弃物产生1.1公斤的CO2）。

同时浸出液可以灌根做肥用，也可以做叶面喷肥，另外浸出液中含有大量的微生物孢子和矿质元素可以大大减少防止病虫害的发生。

b副生物反应群：

是在温室内每个畦面底下，按作物定植行的大小定宽度，一般沟宽70~80cm，沟深20~25cm挖沟，填入厚度25~30cm植物废弃物。

均匀撒入菌种，覆土18~20厘米，浇透水。

然后在上定植蔬菜作物（多年生的果树可树边或周围进行）。

其主要的生态功能就是植物废弃物在微生物作用下完全降解，矿质元素全部释放，达到农作物再利用的需求，并产生一定量的有机质，增强土壤的透气性，改善了土壤的理化性状，增加了土壤保肥保水能力，增加了有益菌群的活动。

生物反应堆专用菌种能够处理农药和化肥中的大分子链或苯环，分解成无毒的小分子乃至CO2和H2O等，有效处理了土壤中的农药、化肥等化学有害物质的残留，第一年70%左右，第二年90%左右，第三年达到有机果、菜对土壤的要求。

同时改善了植物生长的土壤的理化性状，尤其是冬季提高地温，有利于植物的正常生长。

而且通过细菌活动代谢的物质（酶）对病虫有抑制拮抗现象（作用），使病虫的生长、活动受到了限制。

②保护地栽培农业植物废弃物循环利用试验研究

不同作物废弃物的纤维素含量不同，菌剂不同，矿化速度不同，养分含量不同，矿化出的速效养分配比不同。

项目计划通过田间试验，探索不同发酵菌剂与不同反应填充物处理条件下的作用机理，摸清不同处理条件下的发酵速度、发酵温度、反应所释放的CO2量、反应残渣与残液养分含量，找到不同植物废弃物与菌剂的最优配比。

探讨优化配比施用改良土壤、提升果菜产品品质的效果，制定农业废弃物腐熟液的合理施用技术规范。

③最佳菌种植物废弃物比有机养分调控土壤养分供应试验研究

由于不同的农业植物废弃物在反应过程中对温度的影响不同，温度过高会对果树、蔬菜作物根系造成伤害，温度太低则达不到提升土温的效果，影响土壤中速效养分的矿化，从而影响果树、蔬菜作物的生长。

项目计划开展不同菌种、不同菌种量和不同种类、不同数量植物废弃物的筛选试验，筛选出对耕层土壤升温影响最快，养分供应高效的植物废弃物与菌种组合。

④不同种类发酵植物废弃物用量试验研究

果树、蔬菜品种不同，其养分吸收规律差异很大。

若发酵植物废弃物用量不足，果树、蔬菜养分供应不足，则会限制其产量；若发酵植物废弃物用量过大，会出现烧苗或抑制果树、蔬菜生产的现象，而且过量的矿化养分在土体中残留，会污染地下水。

因此，项目计划在青岛主栽果树、蔬菜品种上开展发酵植物废弃物不同用量试验研究，制定不同品种果树、蔬菜保护地栽培废弃物循环利用与有机养分调控技术规程。

⑤建立保护地栽培植物废弃物生物处理及循环利用与有机养分调控配套综合技术规程并示范

通过项目的主要试验成果，建立保护地栽培植物废弃物生物处理及循环利用与有机养分调控配套综合技术规程，通过反馈试验，探讨其与传统有机栽培、传统栽培在提高果菜产量，改善果菜品质的效果，建立示范基地，开展综合配套技术规程的示范。

2.技术路线

2.其可行性、可靠性论证

课题组由长期从事大田及保护地栽培果树、蔬菜施肥和退化土壤修复及农业植物废弃物生物反应堆技术推广研究的高校、科研院所和农业局土肥管理部门组成。

课题组成员长期从事大田及保护地栽培果树、蔬菜施肥和退化土壤修复研究、农业先进技术推广应用方面的工作，在大田和保护地果树、蔬菜施肥、土壤改良与环境保护、尤其是保护地果树、蔬菜施肥、土壤改良与环境保护，农业废弃物生物反应堆技术、农业技术推广方面积累了大量的成果和实践经验。

主持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。

课题主持人及课题组成员主持承担了国家科技攻关、“863”、“973”、国家自然科学基金、山东省科技重大创新等各级各类科研课题，发表学术论文200余篇。

协作单位--------

四、研究工作的总体安排及年度进展

1、项目进度安排及年度进展

2010年1月－2010年6月

建立组织机构，制订和落实项目实施方案，具体制订每个示范开发项目区、每种保护地果树、蔬菜的试验研究方案，蔬菜立体有机栽培设备的购买、安装和调试；进行技术宣传发动培训，检测土壤环境背景值。

2010年7月－2010年12月

在平度、即墨、胶州基地开展基质高产栽培试验研究，同时建立立体化有机栽培技术规范，示范推广立体化有机栽培技术；

2011年1月－2011年6月

在平度、即墨、胶州建立设施秸秆循环利用与有机养分调控技术示范基地，基地全面实施项目核心技术；

2011年7月－2011年12月

培训农民，示范推广设施栽培秸秆循环利用与有机养分调控技术，项目总结。

2、项目合同的技术与经济目标

通过项目实施，对不同作物秸秆、果树落叶、菌种开展试验研究，找出最佳的配比方案，形成果菜类作物的保护地栽培农业废弃物循环利用与有机养分调控操作技术体系，建立青岛市秸秆生物处理技术操作规程1个。

申请发明专利1项。

建立3个项目示范基地，示范面积200亩，指导从业农户200户。

辐射推广1000亩，辐射带动农民5000户。

能使作物残体秸秆得到有效综合利用，亩增收节支2500～3500元，经济、社会、环境效益显著。

示范棚目标及经济效益：

化肥底肥用量减少60%，化肥追肥用量减少40%，根结线虫等病害明显减轻，杀菌剂用量减少40%，浇水用量减少30%，土壤盐分含量低于2.5%，土壤环境质量得到明显提高，平均增产30%以上，增效40%以上，

（1）直接经济效益：

单棚每亩增收3000元，共计增收60万元。

（2）间接经济效益：

39万元，其中：

①单棚每亩肥料投资减少800元，共计减少投资8万元；

②单棚每亩农药减少投资150元，共计减少投资1.5万元。

③每千克蔬菜多卖0.2元，单棚每亩增收1000元，共计增收10万元。

五、实现预期目标已具备的条件

1．现有研究工作基础

2．现有仪器设备

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（包括论著、论文、获奖专利情况，请注明出处、第几完成者）

2.课题参加单位及分工

七、本研究经费预算

八、单位学术委员会审查意见（对本研究的意义、研究方案、申请课题组主要成员的素质与水平等签署具体意见）

九、其他需要说明的事项

十、有关附件（此部分附件可选择性提交，若提交请按份单独扫描上传，不要直接附在可行性报告之后）

依据《20010年度青岛市公共领域科技支撑计划申报指南》，申报青岛市公共领域科技支撑计划项目所需其他相关附件如下（附件仅用于证明申报书中陈述的真实性、可行性和研究水平以及评审专家参考用）：

1、符合申报总体要求与各专项计划要求的有关项目及申报单位情况的证明文件；

2、企业法人营业执照或事业单位法人证书复印件；

3、当期财务报表和经审计的上年度财务报表（仅针对企业申报的项目）；

4、专利证书复印件、专利许可合同复印件；

5、项目相关技术领域的专利检索、科技查新报告，知识产权与技术标准分析报告；

6、其他相关材料。