元素分析仪测定玉米秸秆元素含量不确定度评定

生物质能源是近年来研究清洁可再生能源的热点之一。生物质废弃物中元素碳、氢、氮、硫含量的测试分析,对于研究生物质物料的特性、实现生物质废弃物资源化的利用具有重要意义。文章采用高温热分解元素分析法测定玉米秸秆样品的全碳、全氮、全氢和全硫元素含量,分析了不确定度的来源,建立了整个测量过程中不确定度分量的数学模型,对样品称重、标准物质、测量重复性等影响不确定度的分量进行了评定。玉米秸秆样品元素含量结果表示为:C元素含量(38.4±0.390)%,H元素含量(6.37±0.107)%,N元素含量(0.946±0.015)%,S元素含量(0.139±0.007)%,其中k=2。     

控制灌溉下秸秆还田对稻田土壤氮素组成的影响

为探明控制灌溉模式下秸秆还田与不同施氮量对稻田表层土壤氮素组成的影响,以黑龙江省寒地黑土为研究对象,于2017—2018年进行了田间连续定位试验,试验秸秆还田量设置为有秸秆还田(还田量为6t/hm2)和无秸秆还田2个水平,全生育期施氮量设置N0(0kg/hm2)、N1(85kg/hm2)、N2(110kg/hm2)和N3(135kg/hm2))4个水平,共8个处理。基于氮稳定性同位素技术,分析了秸秆还田后,稻田土壤表层总可溶性氮组分分配比例,铵态氮(NH+4N)、硝态氮(NO-3N)、可溶性有机氮(SON)、δ15N含量变化以及与土壤表层总可溶性氮含量的相关性。2年结果表明：控制灌溉模式下,秸秆还田提高了土壤表层可溶性有机氮占总可溶性氮的比例、氮矿化量以及δ15N含量。施加秸秆各施氮量处理土壤表层SON含量均低于无秸秆处理,其中N3处理土壤表层NH+4N与NO-3N含量较无秸秆N3处理分别降低40.3%、38.7%。与无秸秆处理相比,秸秆还田不仅提高了土壤供氮能力,而且促进了土壤表层总可溶性氮以较稳定的可溶性有机氮形态存在,当施氮量仅为0kg/hm2时,土壤表层氮矿化量与无秸秆处理最高氮矿化量无显著性差异,且随着施氮量的增加,土壤表层氮矿化量显著高于无秸秆处理(P<0.05)。秸秆中δ15N含量高,促使土壤表层富集δ15N,施加秸秆N1、N2处理土壤表层δ15N含量与无秸秆N2、N3处理无显著性差异,N3处理土壤表层δ15N含量显著高于无秸秆处理(P<0.05),而且连续2年秸秆还田,导致土壤表层总可溶性氮与铵态氮(NH+4N)、硝态氮(NO-3N)、可溶性有机氮(SON)以及δ15N的相关性发生变化。研究结果可为东北地区推行秸秆还田的可行性提供科学依据,对保障东北地区农业水土资源可持续利用具有重要意义。     

秸秆还田配施氮肥对土壤碳氮含量与玉米生长的影响

为明确宁夏扬黄灌区秸秆还田条件下的适宜施氮量,在玉米秸秆全量还田条件下,设4种纯氮施用水平(0 kg/hm~2(N0)、150 kg/hm~2(N1)、300 kg/hm~2(N2)、450 kg/hm~2(N3)),以秸秆还田不施氮肥(N0)为对照,研究了秸秆还田配施不同纯氮水平对土壤有机碳氮含量、微生物量碳氮含量和酶活性及其对玉米生长的影响。结果表明,秸秆还田配施氮肥有利于耕层土壤有机碳和全氮含量的提高,随施氮量的增加,土壤碳氮比降低,其中以N2和N3处理对提高耕层有机碳氮含量效果最佳。秸秆还田条件下土壤微生物量碳氮比随施氮量的增加而降低,N2处理对微生物量碳含量、N3处理对微生物量氮含量的提高作用最为显著。秸秆还田配施氮肥能显著提高土壤脲酶、过氧化氧酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性,以N2和N3处理的改善效果较优。秸秆还田配施氮肥对玉米前期生长影响不显著,而N2处理对中后期玉米生长具有显著促进作用。2年玉米籽粒产量以N2处理增产效果最佳,平均较N0处理提高22.0%。通过2年研究结果表明,在宁夏扬黄灌区实施秸秆还田配施氮肥措施可增加土壤有机碳氮含量,调节土壤碳氮比,促进玉米生长,进而提高玉米产量,以秸秆还田配施纯氮300 kg/hm~2效果最佳。     

芦苇秸秆中温发酵产沼气的实验研究

文章以新鲜芦苇秸秆为发酵原料,分别对其进行打碎和切碎预处理,在恒温30℃条件下进行全混合批量式沼气发酵实验。实验结果表明,两种预处理方法的发酵时间均为62 d,芦苇秸秆打碎处理的TS产气率和VS产气率分别为467 mL·g^-1和570 mL·g^-1,芦苇秸秆切碎处理的TS产气率和VS产气率分别为560 mL·g^-1和685 mL·g^-1,芦苇秸秆切碎处理的产气潜力明显大于芦苇秸秆打碎处理,且芦苇秸秆切碎处理的甲烷含量也较前者高。说明将进行芦苇秸秆切碎处理有利于它发酵产沼气,发酵产出的沼气品质较好。     

秸秆还田配施氮肥对土壤碳氮含量及玉米生长的影响

为明确宁夏扬黄灌区秸秆还田条件下的适宜施氮量,在玉米秸秆全量还田条件下,设4种纯氮施用水平[0 kg/hm~2(N0)、150 kg/hm~2(N1)、300 kg/hm~2(N2)、450 kg/hm~2(N3)],以秸秆还田不施氮肥(N0)为对照,研究了秸秆还田配施不同纯氮水平对土壤有机碳氮、微生物量碳氮含量和酶活性及其对玉米生长的影响。结果表明,秸秆还田配施氮肥有利于耕层土壤有机碳和全氮含量的提高,随施氮量的增加,土壤碳氮比降低,其中以N2和N3处理对提高耕层有机碳氮含量效果最佳。秸秆还田条件下土壤微生物量碳氮比随施氮量的增加而降低,N2处理对微生物量碳含量、N3处理微生物量氮含量的提高作用最为显著。秸秆还田配施氮肥能显著提高土壤脲酶、过氧化氧酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性,以N2和N3处理的改善效果较优。秸秆还田配施氮肥对玉米前期生长影响不显著,而N2处理对中后期玉米生长具有显著的促进作用。两年玉米籽粒产量以N2处理增产效果最佳,平均较N0处理提高22.0%。通过两年研究结果表明,在宁夏扬黄灌区实施秸秆还田配施氮肥措施可增加土壤有机碳氮含量,调节土壤碳氮比,促进玉米的生长,进而提高玉米产量,以秸秆还田配施纯氮300 kg/hm2效果最佳。     

盘锦芦苇湿地土壤有效氮季节动态变化研究

通过对盘锦芦苇湿地不同时期、不同土层土壤的有效氮含量进行调查,分析土壤有效氮的季节动态变化规律。试验结果表明:表层土壤的有效氮含量最高并随土层加深而降低;在不同生育期中,芦苇生长盛期的6月份的土壤有效氮含量最高,此后随生长季节延长而降低。     

保护性耕作农田耕层土壤养分含量动态变化研究

在西南地区三熟制套作模式下,以常规平作(T)为对照,连续2a进行大田对比试验,研究了垄作(R)、平作+秸秆覆盖(TS)、垄作+秸秆覆盖(RS)、平作+秸秆覆盖+腐熟剂(TSD)和垄作+秸秆覆盖+腐熟剂(RSD)等5种处理对农田耕层土壤养分含量的动态变化的影响.结果表明,与对照T相比,RSD,TSD,RS,TS处理均显著提高了土壤碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全钾含量和pH值.在3-7月份,RSD与TSD处理的土壤碱解氮、速效钾含量比RS与TS处理要高,但在10月份RSD与TSD处理的土壤碱解氮要低于RS和TS.与对照T相比,在不同时期,R处理均在一定程度上提高土壤碱解氮和全氮的含量,其它养分含量无明显差异.试验结果说明了这5种保护性耕作处理均在不同时期很好地调节了土壤养分的供应情况.     

耕作方式对稻麦轮作区土壤碳氮储量与层化率的影响

为研究不同耕作方式对稻麦轮作农田土壤碳氮固持和层化情况的影响,于2013年开始在江苏省泰州市姜堰区河横生态农业科技示范园进行试验,设置了少耕秸秆还田(MT)、旋耕秸秆还田(RT)、翻耕秸秆还田(CT)、翻耕秸秆不还田(CT0)4种处理。分层采集各处理0～20cm土壤,测定土壤容重、有机碳和全氮含量,计算碳氮比、层化率、土壤有机碳和全氮储量(等质量法)。结果表明,MT、RT、CT分别提高0～5cm、5～10cm和10～20cm有机碳和全氮含量。10～20cm土壤碳氮比随着耕作强度提高而减小。MT显著提高有机碳和全氮含量层化率,0～5cm土层:10～20cm土层碳氮比层化率随着耕作强度增加而增加。MT提高了0～20cm土壤有机碳储量和0～10 cm土壤全氮储量,但是0～20 cm土壤氮储量不及RT和CT。秸秆还田提高0～20cm土壤有机碳、全氮含量、碳氮比,显著增加了有机碳和全氮储量,具有良好的碳氮固持效应,但是对土壤有机碳和全氮含量层化率影响不显著。结果可为探寻有利于农田土壤碳氮库构建、提高土壤肥力的耕作方式提供理论依据。     

高粱不同保墒措施对土壤养分状况的影响

对沈阳地区高粱不同保墒措施下土壤剖面养分状况(包括碱解氮、速效钾、有机质和电导率)进行测定研究,结果表明:不同保墒措施下,土壤剖面碱解氮含量均随土层深度增加呈减少趋势,其中黑膜覆盖增加最大,白膜覆盖次之,秸秆覆盖、施用保水剂依次;土壤剖面速效钾含量均随土层深度增加呈减少趋势,覆膜处理和保水剂处理具有明显的增钾效果,秸秆覆盖増钾作用不甚显著;秸秆覆盖能明显地增加耕层有机质含量,白膜覆盖和黑膜覆盖次之,施用保水剂土壤剖面有机质含量变化不显著;各保墒处理对土壤表层盐分的累积有明显的抑制作用,其中秸秆覆盖抑制效果最明显,黑色地膜、白膜覆盖和保水剂依次.     

麦秸中温厌氧干发酵技术实验研究

本文研究了麦秸秆中温厌氧干发酵过程中的沼气产量和发酵残留物中有机质、全氮、速效磷、速效钾的含量及其与发酵条件的相关关系。实验结果表明,沼气产量随着发酵原料中固体浓度的增加而减少;发酵残留物中有机质、全氮、速效磷、速效钾的含量和发酵原料中固体浓度的关系并不十分明显,但在沼气产量较高的发酵工况下,其发酵残留物中有机质、全氮、速效磷、速效钾的含量较多,为进一步开发秸秆中温厌氧干发酵技术提供科学参考。     

预处理方式对水稻秸秆厌氧发酵产气特性的影响

在中温(35℃)条件下,分析了不同预处理方式对水稻秸秆厌氧发酵过程中产气特性的影响,比较了厌氧发酵前、后水稻秸秆组分变化的情况,结果表明:氨化预处理的秸秆产气量最大,VS(挥发性固体)产气量达到356.80 mL/g,比对照组高11.70％;各组甲烷质量分数的最大值均达到了70％以上,甲烷含量差异不显著;水稻秸秆厌氧发酵后的木质纤维素含量均呈现下降的趋势,木质纤维素的降解率与产气量成正比,氨化后的水稻秸秆与原水稻秸秆相比,纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别为28.49％、51.73％和7.13％.     

蚯蚓堆肥处理有机废弃物的研究——基于红薯秸秆、牛粪和污泥的混合物料

为了探明蚯蚓堆肥处理红薯秸秆、牛粪和污泥混合物料的最佳配比,在实验室条件下进行了模拟培养实验。实验共设不同配比混合物料5个处理,研究了处理前后物料的理化性质变化,从处理后物料速效养分的含量来确定蚯蚓处理混合物料的最佳配比。结果表明:经蚯蚓堆肥处理后,各种配比物料的pH值、有机质和全氮(处理1与处理2除外)含量均下降,EC值、速效氮、全磷、速效磷、全钾及速效钾含量均升高;总体上,10%红薯秸秆+60%牛粪+30%污泥的处理速效氮、速效磷和速效钾含量最高。因此,蚯蚓堆肥处理红薯秸秆、牛粪和污泥混合物的最佳配比是10%红薯秸秆+60%牛粪+30%污泥,此配比的混合物料经蚯蚓处理后可以得到高品质的有机肥。     

河套灌区覆盖对盐渍土壤养分迁移与分布的影响

在河套灌区对盐渍土壤覆盖后进行秋浇田间试验,研究不同覆盖下秋浇、冻融及玉米生育期3个阶段的土壤养分含量变化规律。试验设7个处理,分别为秸秆覆盖量1.2(F1.2)、0.9(F0.9)、0.6(F0.6)、0.3 kg/m2(F0.3)、玉米整秆覆盖(YZ)、地膜覆盖(DM)、未覆盖(CK)。结果表明,秋浇后地下水位较高,秋浇至冻融期间土壤水分与地下水具有补排关系,土壤养分的转化、迁移同时发生,秋浇后至冻融期内土壤养分的变化规律复杂;地表覆盖改变了土壤的水土环境,不同处理间养分含量存在差异,在试验期内全效养分的变化幅度较小,速效养分变化幅度较大;分析玉米播前耕层土壤供肥能力,秸秆覆盖处理的全氮、全磷含量小但供应强度大,春播时需补充氮肥、磷肥,以保证作物的生长。秸秆覆盖处理的全钾含量与钾素供应强度均高于CK,与CK相比较,秸秆覆盖使耕层土壤较好地满足了玉米播种及后续生长过程中的钾肥需求;相同施肥条件下,经过一年试验后,对于土壤耕层,处理DM的全氮含量较试验前降低了0.10 g/kg,其余处理变化幅度较小。各处理的全磷含量较试验前增加。处理CK、DM的全钾含量较试验前增加,处理F1.2、F0.9降低了全钾含量。处理YZ、F1.2和DM的碱解氮含量升高,其余处理则降低。各处理的速效钾、速效磷含量均较试验前升高。处理F1.2、F0.9和CK的有机质含量较试验前增加,其余处理则降低。     

氮溶液灌溉对芦苇生长的影响

以湿地芦苇生产区为研究背景,采用筒栽试验模拟人工湿地净化污水,研究分析了在3个不同浓度处理10,15,20mg/L,氮溶液灌溉下,芦苇的株高、茎粗、叶面积以及地上单株产量的变化,试验同时设计对照组用清水灌溉芦苇进行比较。结果表明:不同浓度的氮溶液灌溉后对芦苇的株高、茎粗、叶面积、地上单株产量的影响不同,均优于对照组。说明含氮溶液灌溉有利于芦苇的生长,含氮浓度为20mg/L的溶液增产效果明显。     

秸秆还田配施氮肥对土壤性状与水分利用效率的影响

为揭示宁夏扬黄灌区秸秆还田配施氮肥对土壤性状与玉米水分利用效率的影响,在秸秆全量还田(9 000 kg/hm2)条件下,设置4种不同纯氮施用水平:SR+N0(0 kg/hm2)、SR+N1(150 kg/hm2)、SR+N2(300 kg/hm2)和SR+N3(450 kg/hm2),以秸秆不还田施氮量333 kg/hm2为对照(CK),研究秸秆还田配施氮肥对土壤容重、含水率、养分含量、玉米产量及水分利用效率的影响。结果表明,秸秆还田配施氮肥可改善耕层(0～40 cm)土壤容重和孔隙状况,以SR+N2和SR+N3处理效果最优,耕层平均土壤容重分别较CK降低8. 0%和8. 8%,土壤总孔隙度分别较CK提高11. 4%和12. 5%。秸秆还田配施氮肥有利于提高耕层土壤有机碳和全氮含量,随施氮量的增加土壤碳氮比降低,其中以SR+N2和SR+N3处理效果最优。SR+N2处理改善土壤肥力效果最优,其土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量分别较CK提高33. 6%、47. 0%、30. 8%。SR+N2处理在玉米生育中后期具有较好的蓄水保墒效应,玉米增产和改善水分利用效率效果最优,两年平均玉米籽粒产量和水分利用效率分别较CK提高33. 9%、26. 2%。通过两年研究发现,在宁夏扬黄灌区,秸秆还田配施氮肥可有效改善土壤物理性质、增加土壤养分含量、调节土壤碳氮比、增强土壤的蓄水保墒能力,从而显著提高玉米籽粒产量和水分利用效率,以秸秆还田配施纯氮300 kg/hm2效果最优。     

基于主成分分析的不同预处理麦秸改良土壤效果评价

以7种不同预处理(T1~T7)麦秸改良土壤为试验数据,选用150 min累积入渗量(I150)、有效含水率(θ)、土壤累积蒸发量(Ec)、土壤团聚体分形维数(FD)、土壤孔隙分形维数(Dp)、秸秆分解率(Rd)、全氮含量(wTN)7个相互独立的指标,基于主成分分析方法研究不同预处理秸秆还田后,对土壤入渗特性、土壤水分有效性、持水性、结构稳定性、土壤孔隙、秸秆分解率、土壤全氮含量7个方面的改良土壤效果进行评价。将各评价指标的加权和作为改良土壤效果的综合主成分指标。结果表明,改良效果综合主成分可以代表86.93%的不同预处理麦秸改良效果变异信息,且服从正态分布,具有较好的代表性和客观性,可以用于预处理麦秸改良土壤效果的评价。在7个指标中,第一公因子以全氮含量(wTN)、孔隙分形维数(Dp)、土壤团聚体分形维数(FD)、土壤有效含水率(θ)的贡献率较大(达49.92%);第二公因子以秸秆分解率(Rd)、累积入渗量(I150)和土壤累积蒸发量(Ec)的贡献率较大(达37.01%)。不同预处理秸秆改良土壤综合效果优劣依次为T6、T7、T3、T5、T4、T2、T1。氨化秸秆对土壤的综合改良效果优于未氨化秸秆,粉碎秸秆对土壤的综合改良效果优于未粉碎秸秆,氨化秸秆与硫酸钙改良剂混合还田的土壤改良效果优于与硫酸铝改良剂混合配施措施。     

秸秆还田下水氮耦合对黑土稻田CH4排放与产量的影响

为探明秸秆还田下水氮耦合对黑土稻田CH_4排放的影响,探寻节水、减排、增产的水肥管理模式,在秸秆还田的基础上,以常规淹灌配施常量氮肥的处理为对照,设置了常规淹灌和控制灌溉两种灌溉方式,并设置4个氮肥梯度,采用静态箱-气相色谱法观测各处理的CH_4排放通量,分析了水氮耦合下稻田土壤氧化还原电位、各生育阶段土壤铵态氮含量、硝态氮含量和秸秆腐解率的变化,以及各因子对稻田CH_4排放的影响,同时综合产量计算了减排效益。结果表明:秸秆还田下常规淹灌CH_4排放通量、累积排放量显著高于控制灌溉(P0.05),且随着施氮量的增加,CH_4排放通量、累积排放量显著增加(P0.05);与对照相比,常规淹灌增施氮肥使CH_4累积排放量增加16.24%(P0.05),产量降低了2.01%;在常规淹灌下适当减施氮肥不但对产量无显著影响,还使得CH_4累积排放量降低18.59%(P0.05);若采取控制灌溉减量施氮,与对照相比,则使得CH_4累积排放量降低62.71%(P0.01),产量提高21.16%(P0.05)。通过相关性分析发现,施氮量、灌溉方式以及二者的交互作用对CH_4排放影响显著;水氮耦合下稻田土壤铵态氮含量、秸秆腐解率与CH_4排放呈显著正相关关系(P0.05),土壤氧化还原电位与CH_4排放呈显著负相关关系(P0.05)。综合减排效益分析,秸秆还田下采用控制灌溉、并适量减施氮肥可以使经济效益最大化,达到节水、减排、增产的目的。     

不同处理方式的作物秸秆田间腐解特性研究

采用尼龙网袋法,结合热重分析,研究玉米和大豆秸秆在3种试验地(葡萄园、桃园、农田)腐解过程中的腐解率和组分变化,为秸秆还田措施提供理论依据。结果表明,腐解前期0~20 d作物秸秆腐解20%以上,20~120 d腐解率无明显变化,120 d后继续腐解至60%~70%,大豆秸秆前期较玉米秸秆腐解快。热重分析得出,玉米秸秆在腐解期间(20~45 d)会产生TG曲线上200~300℃阶段的失重(20%~30%),腐解后期,大豆秸秆在300~400℃的失重百分比高于玉米秸秆,TG-DTG曲线在600~700℃阶段的失重量到腐解末期(300 d)均为6%左右,随着腐解的进行,固定碳和灰分百分比上升至40%。作物秸秆的腐解率、组分百分比在不同处理间(新鲜与干燥处理、大豆秸秆与玉米秸秆处理、加氮与未加氮处理)差异显著(P0.05),在3个试验地之间则无明显差异(P0.05),腐解率、固定碳与土壤温度和降水量都呈极显著正相关,挥发分与土壤温度、降水量呈显著负相关(P0.05)。玉米和大豆秸秆还田有增加土壤碳含量的作用,作物秸秆种类、碳氮比、干湿程度以及土壤温度、降水条件都会影响作物秸秆在土壤中的腐解率和组分变化。     

紫色土地区秸秆覆盖耕层土壤养分动态分析

通过田间试验,研究了不同秸秆(水稻秸秆和玉米秸秆)不同量覆盖条件下早地油菜株高、花序数和分枝数的差异,以及0～10cm和10～20cm土层土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾和pH的动态变化过程,并进行了产量分析.结果表明:秸秆覆盖处理下油菜株高高于对照,有速腐剂处理的株高最高;秸秆覆盖处理花序数多于对照;速腐剂处理下一级分枝数高于不加速腐剂处理;覆盖处理的有机质和碱解氮含量均略高于对照;加速腐剂覆盖处理的产量最高.     

小麦秸秆中K和Na元素LIBS同步定量分析研究

快速分析小麦秸秆中K和Na元素含量对提高其燃烧效率具有重要的现实意义。选用华北地区29个小麦秸秆代表性样本作为研究对象,以电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)量测结果作为标准值,探讨激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对小麦秸秆中K和Na元素含量进行定量预测分析的可行性。为提高模型定量分析精度,首先分别选取K和Na分析线附近波段光谱作为定标模型原始光谱数据,对比基线校正(BC)、归一化(Norm)与中心化(MC)相互组合算法对LIBS光谱降噪效果影响,分析比较线性建模方法:偏最小二乘回归(PLSR)和非线性建模方法:增强型反向传播人工神经网络(BP-ADaboost)对预处理后光谱数据的适用性。研究结果发现,与PLSR模型相比较,小麦秸秆中K和Na的BP-ADaboost最优模型效果均较好,其预测决定系数R2p分别为0. 908和0. 979,预测均方根误差分别为2. 388 g/kg和0. 138 g/kg,相对分析误差分别为2. 358和4. 203。结果表明,LIBS技术能用于小麦秸秆中K和Na的同步快速定量分析。