改性膨胀蛭石覆盖对沼液贮存氨气和温室气体排放影响

畜禽养殖污水贮存是重要的氨气(NH_3)和温室气体(GHG)排放源,本文以奶牛场沼液贮存气体排放为研究对象,探索采用不同酸性盐溶液改性膨胀蛭石后再覆盖对气体减排效果的影响。研究比较了硫酸铜改性蛭石(CuSO_4-VM)、氯化锌改性蛭石(ZnCl_2-VM)、未改性蛭石(UN-VM),以及不加覆盖(CK)4种条件下奶牛场沼液贮存32 d过程中NH_3、甲烷(CH_4)、二氧化碳(CO_2)和氧化亚氮(N_2O)排放情况,分析了不同改性处理蛭石覆盖对各气体排放的影响及其原因。研究发现,改性处理后可使蛭石覆盖对NH_3和CH_4的减排效果增强,ZnCl_2-VM、CuSO_4-VM和UN-VM对NH_3减排效果分别为90%、81%和34%;对CH_4减排效果分别为58%、21%和14%;对于CO_2的减排效果分别为-8%、2%和20%。蛭石改性后呈酸性,其覆盖后对污水的酸化是NH_3减排效果提高的关键因素;而蛭石改性后产生的对污水有机物的絮凝作用以及形成的良好覆盖是促使CH_4减排效果提高的主要原因。但是酸性的提高会降低改性蛭石覆盖对CO_2的减排效果。研究中较低的温度条件造成N_2O排放较低,不能判断改性对N_2O排放的影响。研究表明,改性膨胀蛭石覆盖可能是一种有效的污水贮存NH_3和CH_4的减排方法。     

发酵周期、贮存时间和过滤对沼液养分和理化性状变化的影响

针对实际生产中中小型养殖场不规范和粗放式厌氧发酵模式以及沼液需要长时间贮存的问题,为实现沼液养分有效利用与管理,根据沼液厌氧发酵实际生产状况,进行模拟发酵实验。设置2、4、6、8、10 d等5个不同的发酵周期处理并分别在该时间点进料出料,研究出料沼液在贮存过程中COD、pH、TN、TP和TK 等养分和理化特性变化以及网筛过滤对养分和理化性状的影响。结果表明：随着发酵周期与贮存时间的延长,28 d后5种沼液中TN 和TP 含量分别减少了40.9%～46.31%、35.62%～53.61%;TK 的含量呈现随时间延长有小幅增加的趋势,基本维持稳定。贮存期内铵态氮含量逐渐降低,贮存14 d各降幅接近62%;与之相反,硝态氮的含量则呈现逐渐增高的趋势。所有处理沼液在贮存过程中COD 下降了69.97%～85.86%,pH 值变化均呈现逐渐升高的趋势,从7.6~7.9变为8.2~8.7。经过不同孔径网筛过滤后,沼液的养分含量、COD和pH值变化不具有显著性差异,因此过滤不会对沼液的养分存储造成影响。     

不同酸化剂对畜禽养殖粪水无机氮形态转化的影响

粪水储存过程中会释放大量氨气（ammonia, NH₃），不仅造成环境污染，还降低粪水肥效。粪水酸化技术是一种通过添加酸化剂降低粪水pH，减少NH3挥发的有效办法。为探究不同酸化剂对粪水无机氮形态转化的影响，以生猪养殖粪水为试验对象，选择强酸类、盐类和易分解有机物3类共11种酸化剂，包括浓硫酸、硝酸、盐酸、磷酸、明矾、硫酸铝、氯化铝、磷酸二氢钾、过磷酸钙、葡萄糖、蔗糖，以未酸化粪水为对照，将粪水初始pH降至6.0后，分析60 d储存期内粪水中总无机氮（total inorganic nitrogen, TIN）含量、氨氮（ammonia nitrogen, NH⁺⁴）含量、硝态氮（nitrate nitrogen，NO^-3）含量及NH3排放的变化规律。结果表明，在粪水储存过程中，酸化可以有效降低粪水中的NH3排放，提高储存后粪水的养分含量，与CK相比，酸化处理的TIN和NH⁺⁴含量分别提高了63.19%~2 481.34%和59.17%~2 591.72%，NH3减排了18.77%~80.33%。综合酸化效果以及经济成本，认为浓硫酸、明矾和过磷酸钙是较适合的酸化剂，其总无机氮含量分别提高了517.05%、1 414.82%和2 481.34%，氨氮含量分别提高了535.50%、1 443.79%和2 591.72%，NH3排放量分别减少了48.81%、71.43%和65.60%，成本分别为0.66、5.20和23.70元·m^-3。研究为粪水酸化剂的优选提供数据支撑，为促进粪水资源化利用，提高粪水利用的生态和经济效益提供理论依据。     

复配酸化对滴灌条件下石灰性土壤pH、磷有效性及玉米吸收的影响

【目的】研究不同比例硫酸铵(生理酸性)和磷酸脲(化学酸性)在石灰性土壤上施用,对土壤酸碱度、土壤有效磷含量和玉米对磷素吸收及产量的影响。【方法】采用田间小区试验方法,模拟大田条件下复配酸化剂对作物生长发育的影响。【结果】施用硫酸铵和磷酸脲复配显著降低局部土壤pH,且随施用次数的增加,酸化效果呈现增强的趋势。在第6次施用复配酸化后酸化效果最强,土壤pH最大降幅0.35个单位,并且复配酸化显著提高了土壤有效磷含量。在等养分投入和管理水平下,施用复配酸化能增加玉米植株生物量和提高植株磷素累积量。与常规施肥处理相比,复配酸化的磷素累积量分别增加了29.86%、15.06%、11.52%,玉米产量提高了7.72%~10.58%。【结论】滴灌条件下施用复配酸化是提高石灰性土壤养分有效性和作物增产的一种有效方法。     

稻蟹共生系统温室气体排放特征及其影响因素

稻田是农业温室气体排放的重要来源。近年来，稻田综合种养模式发展迅速，但其对温室气体排放的影响具有较大争议。为明确我国东北地区典型稻田种养模式——稻蟹共生系统温室气体排放特征，在辽宁省盘锦市大洼区开展微区试验，设置持续淹水水稻单作、晒田水稻单作和稻蟹共生3种处理，开展了不同稻田生态系统下温室气体排放特征及其主要影响因素研究。结果表明：稻蟹共生能够降低稻田N₂O排放，与持续淹水水稻单作处理和晒田水稻单作处理相比，稻蟹共生处理N₂O排放量分别降低23.9%和16.7%。稻蟹共生对CH₄排放的影响则取决于水稻单作的水分管理模式。相比于持续淹水水稻单作处理，稻蟹共生处理使CH₄排放量降低13.5%；然而相比于晒田水稻单作处理，则使CH₄排放量增加34.0%。整体而言，与持续淹水水稻单作处理相比，稻蟹共生处理降低了13.6%的增温潜势；与晒田水稻单作处理相比，却增加了32.6%的增温潜势。冗余分析表明，在稻田生态系统中，温室气体排放主要受田面水溶解氧和pH以及土壤中NO₃^--N含量和pH的影响。综上，从温室气体减排潜力的角度看，与持续淹水水稻单作系统相比，稻蟹共生模式可以降低N₂O和CH₄等温室气体排放；而与晒田水稻单作系统相比，持续淹水的稻蟹共生模式会增加温室气体排放。     

砂壤土贮存池中沼液入渗及氮磷迁移特征

为探讨猪场沼液在砂壤土贮存池中入渗率及其影响因子、氮磷迁移特征,采用间歇供水方式,设置沼液（BS）、井水（W）、1/3沼液+2/3井水（1/3BS）共3个处理,开展3个贮存周期的入渗率、累积入渗量、氮磷水平与垂直迁移特征研究。结果表明：各处理入渗率、累积入渗量均呈现BS<1/3BS相似文献   

酸化处理对猪场原水和沼液存储过程中气体排放的影响

为探索酸化处理对猪场原水和沼液存储过程中温室气体(CH_4、N_2O、CO_2)以及NH_3排放的影响,采用浓硫酸酸化处理猪场污水,利用动态箱法在线监测存储75 d内各气体排放通量。试验分别设置一个对照组和两个酸化处理组:原水对照组p H为6.5(RCK),加酸处理后p H分别为5.1(RT1)和5.7(RT2);沼液对照组p H为7.8(BCK),加酸处理后p H分别为5.7(BT1)和6.5(BT2)。对于原水组,RCK、RT1、RT2的CH4排放通量分别为32.2、2.37、3.10 g·m~(-3)·d~(-1),N_2O排放通量分别为336.45、23.36、29.79 mg·m~(-3)·d~(-1),NH_3排放通量分别为1.01、0.82、1.63 g·m~(-3)·d~(-1),CO2排放通量分别为109.14、99.66、110.55 g·m~(-3)·d~(-1),酸化处理显著降低原水CH_4和N_2O排放量;对于沼液组,BCK、BT1、BT2的CH_4排放通量分别为0.24、0.86、0.63 g·m~(-3)·d~(-1),N_2O排放通量分别为2.54、73.43、268.66mg·m~(-3)·d~(-1),NH_3排放通量分别为8.02、1.35、1.51 g·m~(-3)·d~(-1),CO_2排放通量分别为48.9、44.3、44.0 g·m~(-3)·d~(-1),酸化沼液显著增加CH_4和N_2O排放通量,但NH3排放可显著降低81%~83%,同时酸化组内氨氮含量较对照组增加40%~54%。根据CH_4和N_2O在100年尺度上的全球增温潜势计算各组的综合温室效应,猪场原水酸化后CO_2-eq降低91%~92%,沼液酸化后温室气体增加5~11倍。结果表明:酸化处理原水能够有效降低温室气体排放,而酸化处理沼液则一定程度上增加了温室气体排放,但可有效降低NH_3排放,同时保留沼液中氮养分。     

猪粪沼液贮存过程中养分变化

为实现沼液养分有效利用与管理,研究了规模化养猪场沼液在不同季节、不同方式贮存条件下,沼液中COD、pH、TN、TP、TK等变化,结果表明:贮存90d后,沼液中TN、TP、TK含量分别减少了67.22％～84.31％、59.70％～93.45％、35.27％～80.25％,COD下降了24.78％～42.96％;贮存期内铵态氮含量持续下降,至60d后基本保持稳定,90d后4个处理铵态氮减少了75.35％～89.71％,硝态氮含量增加了3～6倍.比较不同季节,在贮存期前60d内,夏秋季的COD浓度以及TN、TP、NH4+-N下降幅度高于冬春季,而在贮存60 d后,冬春季贮存沼液中TN、TP、NH4+-N下降幅度显著高于夏秋季;沼液加盖贮存,在前期可减少沼液中TN、TP、NH4+-N量的下降,但贮存90 d时,其贮存方式对TN、TP、NH4+-N量变化的影响已不明显.试验结果为沼液的存放和农田施用提供了重要参数.     

BiFeO3/H2O2类芬顿体系去除猪场沼液中3种磺胺类抗生素

沼气工程会产生大量的沼液,其养分浓度低、体积巨大,且含有抗生素等污染物,是沼液无害化处理和资源化利用中需要解决的难题。本研究利用BiFeO₃/H₂O₂类芬顿体系去除猪场沼液中3种磺胺类抗生素,通过设置单因素条件考察了沼液初始pH值、H₂O₂浓度、催化剂BiFeO₃的添加量对沼液中抗生素去除的影响。结果表明：磺胺类抗生素去除的最佳反应条件为初始pH=5、H₂O₂浓度为0.8 mol·L^-1、催化剂添加量为0.8 g·L^-1,在此条件下,磺胺甲恶唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶去除率分别为97.93%、89.67%、86.42%,平均去除率为91.34%;沼液中总氮、总磷、总钾的保留率分别为94.7%、96.2%、95.1%。BiFeO₃经过4次重复使用,其类芬顿体系对沼液中3种磺胺类抗生素的平均去除率基本不变,说明其稳定性好、可重复利用。研究表明,BiFeO₃/H₂O₂类芬顿体系去除猪场沼液中抗生素具有良好的效果,为沼液无害化处理提供了一种可能方案。     

沼液浓缩液与粗木醋液农田混合施用的应用前景及潜在环境效应探讨

传统农田沼液施用通常因为沼液的养分浓度较低而需要大量施用。同时,因为沼液的养分浓度受外界环境因素的影响具有较大的波动性而极难做到精准施用。此外,沼液农田施用会显著增加土壤氨挥发和硝酸根流失,引发区域及下游的生态环境问题。沼液膜浓缩技术是解决沼液产生量大、养分含量波动大,以及沼液存储与运输成本高的关键措施。粗木醋液中的有机酸、酚、酮等有机物质能够与沼液浓缩液中的铵盐等易挥发或易流失养分形成弱有机结合氨氮或金属络合物,可以起到缓释沼液浓缩液养分的作用。围绕沼液的产生特征与其膜浓缩工艺研究进展,结合粗木醋液的农业应用及其与沼液原液混合施用对土壤氨挥发和养分流失的截留作用,探讨沼液浓缩液与粗木醋液混合施用的应用前景。并在此基础上,结合农田沼液施用对全球气候与环境变化方面的潜在影响作用,探讨沼液浓缩液农田施用面临的主要问题和相应问题的解决思路,为农业废弃物资源化利用过程中的低污染利用提供科学参考。     

Reduction of N2O emissions by DMPP depends on the interactions of nitrogen sources (digestate vs. urea) with soil properties

The inhibition of nitrification by mixing nitrification inhibitors (NI) with fertilizers is emerging as an effective method to reduce fertilizer-induced nitrous oxide (N₂O) emissions.  The additive 3,4-dimethylpyrazole phosphate (DMPP) apparently inhibits ammonia oxidizing bacteria (AOB) more than ammonia oxidizing archaea (AOA), which dominate the nitrification in alkaline and acid soil, respectively.  However, the efficacy of DMPP in terms of nitrogen sources interacting with soil properties remains unclear.  We therefore conducted a microcosm experiment using three typical Chinese agricultural soils with contrasting pH values (fluvo-aquic soil, black soil and red soil), which were fertilized with either digestate or urea in conjunction with a range of DMPP concentrations.  In the alkaline fluvo-aquic soil, fertilization with either urea or digestate induced a peak in N₂O emission (60 μg N kg^–1 d^–1) coinciding with the rapid nitrification within 3 d following fertilization.  DMPP almost eliminated this peak in N₂O emission, reducing it by nearly 90%, despite the fact that the nitrification rate was only reduced by 50%.  In the acid black soil, only the digestate induced an N₂O emission that increased gradually, reaching its maximum (20 μg N kg^–1 d^–1) after 5–7 d.  The nitrification rate and N₂O emission were both marginally reduced by DMPP in the black soil, and the N₂O yield (N₂O-N per NO₂^–+NO₃^–-N produced) was exceptionally high at 3.5%, suggesting that the digestate induced heterotrophic denitrification.  In the acid red soil, the N₂O emission spiked in the digestate and urea treatments at 50 and 10 μg N kg^–1 d^–1, respectively, and DMPP reduced the rates substantially by nearly 70%.  Compared with 0.5% DMPP, the higher concentrations of DMPP (1.0 to 1.5%) did not exert a significantly (P<0.05) better inhibition effect on the N₂O emissions in these soils (either with digestate or urea).  This study highlights the importance of matching the nitrogen sources, soil properties and NIs to achieve a high efficiency of N₂O emission reduction.     

不同形态猪粪储用过程的气态氮损失特征

为探讨不同形态猪粪短期存储和施用全过程的气态氮(N)损失特征,优化猪粪清储模式,以猪粪生浆液(PS)、固液分离液态组分(LF)、固液分离固态组分(SF)和风干猪粪(DM)为研究对象,利用原位气体采集法和盆栽试验,针对粪肥气态氮损失主要形式——NH_3挥发和N_2O排放,开展了不同形态猪粪存储及施用过程中的气态氮损失特征研究,并比较了4种形态猪粪施用后生菜产量和氮素利用效率(NUE)。结果表明:存储和施用全过程中,各形态猪粪的总气态氮损失达12.4%～20.9%,其中PS最高,SF最低;气态氮损失主要发生在存储/风干过程,占总气态氮损失的58.6%～76.3%。不同形态猪粪存储/施用过程的气态氮损失形态差异显著,在存储过程,LF和DM以NH_3挥发为主,分别占存储过程气态氮损失的71.5%和49.8%,而PS(38.0%)和SF(31.4%)的NH_3挥发占比相对较低;在施用过程,LF的气态氮损失依然以NH_3挥发为主,排放系数达到9.7%,其他形态猪粪NH_3挥发排放系数仅为3.3%～3.9%。SF经存储初级发酵后施用的资源化利用模式效果最优,其生菜产量(33.2 t·hm~(-2))及NUE最高,而等N施用下LF和PS对作物生长具有抑制作用。猪粪施用后N_2O排放带来的增温潜势达2.01～4.26 t CO_2e·hm~(-2),具有较高的温室效应。综上,猪粪的清储模式宜选择干清粪或者固液分离模式,液态部分可通过酸化等方式降低NH_3挥发损失,而固态组分可在简单堆肥发酵处理后进行农田资源化利用。     

尿素和生物质炭对茶园土壤pH值及CO2和CH4排放的影响

为明确生物质炭对酸化茶园土壤改良及温室气体排放的影响,利用室内培养试验,研究了在施氮(N1)和不施氮(N0)条件下,不同小麦秸秆生物质炭添加量(B1,10 g·kg~(-1);B2,30 g·kg~(-1);B3,50 g·kg~(-1))对茶园土壤pH值、CO_2和CH_4排放的影响。结果表明,添加生物质炭显著提高了茶园土壤pH值(P0.05),生物质炭施加比例越高,土壤pH值提高幅度越大,处理组N0B1、N0B2和N0B3土壤平均pH较对照组CK(氮和生物质炭都不施)分别提高了0.18、0.53、1.06个单位,生物质炭添加量为3%(B2)时,短期内可达到提高土壤pH值、改良酸化土壤的效果;CO_2和CH_4的累积排放量随着生物质炭添加比例的升高而增大,且显著高于对照组CK(P0.05)。施加尿素短期内显著提高了土壤pH值(P0.05),并促进了CO_2的排放,但对CH_4的排放无显著影响。与单施生物质炭相比,生物质炭与尿素共施时土壤pH提高幅度更大,CO_2累积排放量提高程度也更为显著,而CH_4的排放得到抑制,但仍显著高于对照组CK(P0.05)。生物质炭的添加在提高土壤pH值的同时也会增加CO_2和CH_4的排放量,增大环境风险,但当土壤酸化程度较轻时,可适当施加低量生物质炭,在缓解土壤酸化状况的同时尽可能地减少温室气体的排放量。     

花生壳生物炭用量对猪粪堆肥温室气体和NH3排放的影响

为研究不同花生壳生物炭添加比例对猪粪堆肥过程中温室气体和NH3排放的影响。利用强制通风静态堆肥技术,研究0(对照)、3%、6%和9%花生壳生物炭添加比例(质量比)对猪粪堆肥过程CO_2、CH_4、N_2O和NH_3排放和堆肥性质的影响。结果表明:添加生物炭能够延长堆肥高温期持续天数,使pH提高0.09～0.13个单位,EC提高11.7%～50.6%;各堆肥处理CO_2、CH_4和N_2O排放速率均随发酵时间的延长呈先升高后降低的趋势,且CO_2、CH_4和N_2O排放速率均与pH具有显著的相关性;随生物炭用量的增加,猪粪堆肥过程中CO_2排放速率表现为先升高后降低的变化趋势,其中以3%生物炭添加比例处理最高,其平均CO_2排放速率比对照增加12.9%;N_2O排放和NH_3挥发均以9%生物炭添加比例处理最低,分别比对照降低12.5%和29.9%。综上,在整个堆肥过程中,花生壳生物炭的添加降低了N_2O和CH_4的累积排放量,且随花生壳生物炭添加比例的增加,温室气体减排效应增大。     

农田氨排放影响因素研究进展

从源头上控制对大气中PM2.5贡献率较高的氨排放,对降低大气污染物PM2.5含量、以及减少雾霾污染起着很重要作用。在农业源氨排放中,由农业活动(主要是施肥)导致的氨排放占整个农业源氨排放的40%。因此,总结农田氨排放的研究进展,分析影响农田氨排放的主要因素,描述农田氨排放的规律,对国家制定氨减排措施有指导意义。通过对农田氨排放影响因素的系统分析,发现影响农田系统氨排放的因素包括气象条件(温度、降水、风速和光照强度)、土壤因素(土壤类型、理化特性、含水量等)、施肥因素(肥料种类、施肥量、施肥方式及灌溉和施肥时期)、和农作物(种类,生长时期)。其中最主要的影响因素有:温度、风速、土壤pH、土壤粘粒含量、土壤有机质含量、土壤含水率、肥料类型、施肥量、施肥及灌溉的方式。其中温度、土壤pH、有机质含量以及施肥量与农田氨挥发量呈正相关关系;风速与含水率在一定范围内与氨挥发呈正比关系;土壤粘粒含量与氨挥发呈负相关。上述的研究都是基于合理施肥,增加氮肥利用率,减少氨排放导致的氮损失为目的的,而以减少环境污染物、保持空气质量为目的氨减排措施的研究较少。因此,开展农田氨排放污染系数的确定,建立农业氨排放清单模型的研究,可为环境相关部门有效控制和减少农业污染物的排放,促进农业生产健康良性发展和环境保护起支撑作用。     

猪场污水高氨氮负荷处理过程中温室气体的排放特征

为探讨畜禽养殖污水高氨氮负荷处理过程中的温室气体排放,本试验对缺氧/好氧(A/O)中试工程处理猪场沼液过程进行采样,对温室气体特性及影响因素进行了监测分析。结果表明：A/O工艺CH₄平均排放通量为1 454.76 mg·m^-2·h^-1,平均排放因子为0.85%,缺氧池排放占比最高,占总排放量的56.0%;N₂O平均排放通量为101.25 mg·m^-2·h^-1,平均排放因子为0.64%,好氧池排放占比最高,占总排放量的87.1%。NO₂^--N的积累会促使N₂O排放,但对CH₄排放有抑制作用。硝化细菌和反硝化细菌的反硝化反应可能是猪场污水处理过程中N₂O的主要排放途径。     

施用生物炭对农田土壤N2O的减排效应

生物炭作为一种土壤改良剂,在农田土壤氮素转化和温室气体减排等方面发挥着重要作用。本实验对不同施氮量的农田土壤添加生物炭,研究了其对N₂O的减排潜力,为生物炭的固氮减排提供理论依据。于2015年6月18日至9月25日,利用盆栽实验研究了施用生物炭对农田土壤在不同氮肥用量下N₂O排放的影响,实验共设4个处理：对照（CK）为不施氮处理、N1（200 kg·hm^-2）、N2（400 kg·hm^-2）和N3（600 kg·hm^-2）,各处理均施用土壤质量15%（W/W）的等量生物炭。结果表明,随着施氮量的增加,土壤N₂O的累积排放量逐渐增加,N2和N3处理差异不显著,N₂O排放系数逐渐降低,N1、N2、N3的排放系数分别为1.33%、1.27%、0.90%。Pearson相关分析表明,土壤孔隙含水量（WFPS）、土壤pH、土壤NO₃^--N和土壤微生物量氮（MBN）含量是影响N₂O排放最主要的因素,其中土壤WFPS、土壤NO₃^--N和MBN含量与N₂O排放通量之间呈极显著的正相关关系,土壤pH与N₂O排放通量之间呈极显著负相关关系。生物炭的施用对农田土壤N₂O具有巨大的减排潜力,并且生物炭与氮肥配施对土壤氮素有很好的固持作用。