施用产沼废弃物和堆肥对蕹菜生长的影响

[目的]比较施用不同畜禽粪便产沼废弃物和堆肥对蕹菜(Ipomoea aquatica Forsk)生长和产量的影响,为产沼废弃物和堆肥在绿色蔬菜上的应用提供科学依据.[方法]以蕹菜为材料,基于342 kg/ha的施氮水平,分别以猪粪、鸡粪的不同畜禽粪便的沼液、沼渣和堆肥及牛粪的沼渣和堆肥施于蕹菜,设8个处理,以不施肥作对照,测定各处理蕹菜的产量、株高、鲜重、干重、上市时间、生长期、养分含量及土壤的养分含量,以分析其对蕹菜生长的影响.[结果]各处理中,以鸡粪沼液和猪粪沼液处理的蕹菜产量、株高、鲜重和干重都最高,其次是鸡粪沼渣、鸡粪堆肥、猪粪沼渣和猪粪堆肥处理,牛粪沼渣和牛粪堆肥处理最低.猪粪和鸡粪沼液处理的蕹菜生长期缩短为10～20d,猪、鸡粪沼渣和堆肥处理为20～30 d,而牛粪处理的蕹菜生长期没有缩短,为30～40 d.蕹菜的养分吸收方面,猪粪和鸡粪沼液处理氮的吸收最高,猪粪沼渣处理磷吸收最高,猪粪沼液和鸡粪沼液处理的磷吸收最低,鸡粪沼液处理钾吸收最高.蕹菜收获后鸡粪堆肥处理土壤氮含量最高,沼液中磷含量低.[结论]鸡粪和猪粪沼液适于短期有机蕹菜种植,其次是猪粪、鸡粪的沼渣和堆肥.建议沼液、沼渣和堆肥配合施用,单施沼液则需补充磷源.     

不同原料沼气池发酵残留物养分含量比较

本研究对牛粪、猪粪、鸡粪、玉米和小麦秸秆等5种不同原料沼气池发酵残留物中的有机质、常量元素和微量元素等养分含量进行了测定和比较,结果表明,沼渣中养分含量明显高于沼液;发酵原料种类不同,沼渣、沼液中的有机质、常量和微量元素含量也存在明显差异;沼渣中的13种微量元素、沼液中的6种微量元素的含量大小次序排列基本呈现一致性。     

沼液主要养分含量特征分析

农村沼气发展是推进农业有机废弃物资源化利用的重要途径.沼液具有资源属性,为全面掌握沼液全国尺度的主要养分含量特征,本研究收集了近二十年在中国发表的关于沼液还田的研究论文,挖掘了以猪粪、牛粪、鸡粪等为发酵原料的沼气工程及农村户用沼气池所产生的沼液样本的主要养分(TN、TP和TK)含量与其速效养分含量等理化指标,进一步分析了全国不同区域、不同发酵原料的沼液的主要养分含量特征.研究发现,全国范围内猪粪沼液中TN、TP和TK平均含量为1166.71 mg/L、291.60 mg/L和1144.26 mg/L;牛粪沼液中TN、TP和TK平均含量分别为1488.59 mg/L、561.67 mg/L和1679.10 mg/L;鸡粪沼液中TN、TP和TK平均含量分别为3226.13 mg/L、959.71 mg/L和2858.31 mg/L;户用沼气池沼液中TN、TP和TK平均含量分别为1369.31 mg/L、665.90 mg/L、1240.21 mg/L.猪粪沼液中NH+4-N和NO-3-N含量分别占TN含量的51.2％和5.8％,DP含量占TP含量的89.6％,DK含量占TK含量的86.2％,分析结果表明沼液中氮、磷和钾的总量与其速效养分含量间存在显著(P<0.05)的正相关关系.不同地区沼液中的养分含量存在明显差异,在区域尺度上分析土地承载力和环境风险评价时,应充分考虑地区间不同沼液中养分含量的差异性.本研究结果对推动沼液合理资源化,准确评估区域环境承载力,有效防控区域环境污染具有重要意义.     

以猪粪为原料的沼气发酵系统中镉、铜、锌分析

以猪粪为主要原料的沼气发酵系统中,24天的生物发酵试验结果表明:镉主要残存在不可溶的沼渣中;无论是沼渣、沼液,还是两者的自然混合体系中,其镉、铜、锌的含量均未表现出明显的动态变化趋势;沼液中的镉、铜、锌含量小于沼渣中镉、铜、锌含量,其存在比例随沼渣的含水量、沼液悬浮颗粒含量的变化而变化。     

厌氧发酵对猪与奶牛两种粪污固液相中磷含量的影响

阐明畜禽粪便厌氧发酵过程中磷在固、液相中含量变化,对畜禽粪便养分管理极为重要.以猪粪和奶牛粪为发酵原料,在中温[(37±2)℃]条件下,采用连续流动搅拌反应器(CSTR)进行了130d厌氧发酵试验,分析厌氧发酵过程中磷元素的总量及其在固体和液体中的分布变化.结果表明,猪、牛粪发酵后总磷损失率分别为2.96％和2.44％.猪粪和牛粪沼渣(即总出料的固体与残留在反应器内的固体总和)中的总磷量分别为进料(含本底值)总磷量的95.95％和91.96％.与进料相比,猪粪发酵后随沼液排出的总磷在液体中的含量降低了77.35％,在固体中的含量降低了29.95％;而牛粪总磷在液体中的含量降低了79.47％,在固体中的含量增加了38.66％.猪粪和牛粪发酵后的沼液中可溶性磷含量降低了79.04％和78.77％.经厌氧发酵后,猪、奶牛粪中的磷元素会由液相向固相迁移.     

麦秸和奶牛场废弃物联合堆肥试验

设置小麦秸秆和奶牛场废弃物联合堆肥试验,以评估其消纳养殖废水与制作商品有机肥的可行性。试验用麦秸分别与沼渣、沼液、牛粪、粪水混合堆肥,以小麦秸秆并用尿素调节碳氮比为35∶1的处理为对照。结果表明,各处理堆体温度50℃以上持续时间分别为30 d、17 d、41 d、12 d和24 d,均已符合堆肥卫生标准要求的高温天数;堆肥过程中麦秸分别与沼渣、沼液、牛粪、粪水混合堆肥及对照的有机碳含量分别下降了14.00%、5.50%、15.80%、4.45%和10.70%;堆肥过程各处理氮、磷、钾含量逐渐增加。堆肥结束时,各处理有机质含量介于590.28 g/kg与701.86 g/kg之间;氮磷钾总养分含量介于46.54 g/kg与89.45 g/kg之间,其中麦秸与牛粪混合堆肥处理总养分含量最高(89.45 g/kg),麦秸与沼渣混合堆肥处理次之(69.61 g/kg)。秸秆与牛粪或沼渣混合堆肥时高温时间较长,且堆肥产物养分含量高;用麦秸和养殖废水(沼液或牛粪水)混合堆肥,每处理1.0 t麦秸可消纳废水1.8 t,有利于奶牛场节本增效。     

不同原料沼气池沼渣沼液中养分含量的差异分析

为指导沼渣（液）的高效合理肥用,对4种不同类型原料沼气池沼渣沼液的养分情况做了分析,结果发现：以猪粪为原料的沼液中全P含量比其他原料沼液高出较多,而以秸秆为原料的沼气池,沼液中的氮含量偏低,而沼渣中的全N含量却较高;不同原料沼气池沼渣中有机质和腐殖酸含量差异不大;以玉米秸秆原料的沼渣生产有机肥时其粗纤维的降解问题需要引起重视。     

玉米秸秆对畜禽粪便厌氧发酵后沼渣沼液中重金属含量的影响

为了实现沼渣沼液的有效安全利用,在高温(55℃)条件下,研究以玉米秸秆作为调节剂对畜禽粪便(鸡粪、猪粪、牛粪)厌氧发酵后沼渣沼液中重金属含量的影响。结果表明,玉米秸秆添加量是影响畜禽粪便沼渣沼液中重金属含量的重要影响因素之一。在3种畜禽粪便与玉米秸秆的混合处理下,3种畜禽粪便沼渣中的重金属含量均表现为3∶12∶11∶1,而沼液中的重金属含量大体上均表现为1∶12∶13∶1的趋势,且沼渣中Cu、Zn、As、Pb、Cr、Cd的含量均高于沼液中的含量。相较于发酵初期,发酵末期沼肥(沼渣+沼液)中的Cu、Zn、As、Pb、Cr、Cd含量均有不同程度的升高。按照NY/T 798—2015《复合微生物肥料》,沼渣中的重金属含量均低于限量值,可以安全农用。按照GB 5084—2005《农田灌溉水质标准》,猪粪沼液中Cu、Zn的含量超标明显,因此须要进行安全处理之后才可以施用于农田。     

畜禽粪便厌氧发酵的产气特点及其发酵物养分的变化动态

为弄清不同畜禽粪便的产气特点及其发酵物养分含量的变化,利用高效曲流布料发酵池厌氧发酵,对其进行了研究。结果表明:猪粪、鸡粪和牛粪干粪便的产气时间分别为150、90和90 d,产气量分别为250、150和70 m3,最大甲烷含量分别为76.1%、79.9%和62.0%。发酵物养分含量变化,3种粪便厌氧发酵后养分含量的变化趋势一致,发酵物中大多数氮以氨态氮形式存在,NH4+浓度在水解阶段后随着发酵进程递增,NO3-浓度呈下降趋势。发酵过程中养分不断被消化和溶解,沼液中所有养分含量呈增加趋势,而沼渣中养分含量呈减少趋势,但沼液中的磷含量较低。     

重庆沼气肥养分物质和重金属状况研究

本文对重庆地区沼气肥的基本性状、养分物质含量、毒性重金属及其污染状况进行了研究。结果表明,沼气肥的pH值范围为中性到微碱性。沼气肥养分和重金属含量及变异主要受发酵原料的影响。沼液全量和水溶性氮磷钾养分平均含量均以K>N>P,沼渣则以P高于N、K。沼液的中、微量元素平均含量为Ca>Mg>Fe>Zn>Cu>Mn,沼渣则为Ca>Fe、Mg、Mn>Cu、Zn。沼液毒性重金属的平均含量为全As>Cr>Cd>Pb>Hg,而沼渣则为全Cr>As>Pb>Cd>Hg。沼气肥重金属含量的变异很大,以猪粪发酵而成的沼气肥(沙坪坝区)毒性重金属含量(除As外)均低于以猪粪+农作物废弃物为发酵原料的沼气肥(涪陵区),且毒性重金属的变异也较小。除Pb外沼液毒性重金属均存在不同超标现象,并以As较严重。沼渣的毒性重金属含量均在允许范围内,农用安全性高。     

沼气发酵不同物料比对氮素损失的影响及施用沼肥的增产效应

为探索沼气发酵的最佳物料比及施用沼肥的增产效应,分别在室内和田间进行了试验。结果显示,沼气发酵全氮平均损失率仅为482％,有效氮却为发酵前的354倍,发酵后有效氮占全氮的621％。沼气发酵处理产生有效氮量为堆肥发酵有效氮量的613倍。沼气发酵法中的氮素损失率按以下次序递减: 处理1(猪粪∶稻草=4∶1)(997%)> 处理2(猪粪∶牛粪∶稻草=1∶1∶05)(434%)> 处理3(猪粪∶牛粪∶人粪=3∶1∶1)(268%)。沼气发酵的氮素有效化率平均比堆肥发酵高415倍。在不同土壤中,水稻、玉米、小麦、棉花、油菜上施用沼肥的增产率为65%～157%,平均增产达到1138%。     

畜禽粪便与秸秆混合发酵及贮藏阶段沼液中碳氮元素变化

为研究沼液从产生到贮藏期间碳氮元素的变化规律,将猪粪、鸡粪和秸秆混合,进行中温厌氧发酵,并在常温下以密闭静置、密闭搅拌、敞口静置、敞口搅拌等4种方式贮藏沼液,跟踪并分析了猪、鸡粪和秸秆混合发酵沼液在厌氧发酵及贮藏期间碳、氮元素的形态和含量变化。结果表明:厌氧发酵阶段,沼液中的总有机碳(TOC)和总氮(TN)浓度均有所增加,增加幅度在15.0%~36.1%之间,其中TOC在第18 d达到最高浓度(6467 mg·L~(-1)),TN在第23 d达到最高浓度(4181 mg·L~(-1))。贮藏阶段,沼液中的TOC、TN浓度均有所降低,TOC先下降后升高,总体降低幅度较小(2.9%~12.0%),降幅顺序为敞口静置敞口搅拌密闭静置密闭搅拌;TN先升高后降低,总体降低幅度较大(4.2%~56.2%),降幅顺序为密闭静置密闭搅拌敞口静置敞口搅拌。综上,厌氧发酵18~23 d的沼液碳氮元素含量最高,采用密闭静置方式并缩短贮藏时间可减少沼液贮藏过程氮元素的损失。     

菌渣厌氧发酵制取沼气研究

以酒糟菌渣为原料,在实验室内利用自行设计的发酵装置进行了批次发酵试验,探讨了菌渣厌氧发酵的产沼潜力及影响因素,并在农户沼气池内进行了应用试验。结果表明:菌渣经过适当处理可实现高效发酵产出沼气,原料产气率可达0.133 m3/kg干物质,产气潜力约为秸秆的一半,但菌渣产沼气具有预处理方式简便、启动迅速等优点。菌渣产沼气的最佳参数为:将菌渣和牛粪以7∶3的配比(以干物重计)制作发酵原料,发酵原料、沼液、水以5∶3∶2的比例(按重量计)混合,堆沤预处理3~5 d后,投入发酵装置,添加10%的鸡粪沼液为接种物启动发酵。菌渣用于农户沼气池发酵产气可行,气温较高的季节可满足农户日常生活所需,应用时宜采取分批进料方式。     

基于全混合厌氧反应器厌氧发酵猪粪产生沼液的环境影响分析

为了探究基于全混合厌氧反应器工艺处理猪粪产生沼液的主要成分和沼液还田的环境影响,通过采集3个规模化养殖场的猪粪、经厌氧发酵产生的沼液及沼液灌溉后的土壤样品,分别检测分析了样品中化学需氧量（COD）、5日生化需氧量（BOD5）、重金属含量和营养元素等物质含量。结果表明：基于全混合厌氧反应器工艺处理猪粪后,沼液中COD和氨氮的去除率分别为63%~82%和37%~75%;沼液重金属中锌、铜含量相对较高,分别为2.1×104 μg/L和3.8×103 μg/L;沼液和饲料中重金属含量的相关系数达0.93~0.95;施用沼液后土壤中营养元素增加幅度为0.3~14倍,重金属含量基本能够达到Ⅰ级土壤标准要求。合理的施用沼液可增加土壤中有益成分的含量,不会对土壤造成明显的重金属污染,其种植作物可食用部分的重金属含量满足食品安全的要求。     

猪场废弃物对Cd超标土壤生菜生长及Cd含量的影响

为了比较同一猪场废弃物对Cd超标土壤生菜生长及其Cd含量的影响,从广东省博罗县某规模化养猪场同时采集猪粪、沼液与沼渣,通过在Cd超标土壤中添加不同用量猪场废弃物(按每千克土壤0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g氮用量计算)的盆栽试验(连续2茬生菜),研究生菜生物量与Cd吸收对这3种废弃物的响应关系。结果表明:猪场废弃物种类或用量均显著影响生菜地上部的生物量,其贡献大小为废弃物用量废弃物种类;第1茬生菜生物量随猪场废弃物用量的增加而降低,第2茬生菜生物量与沼液或沼渣用量之间呈"Λ"形关系,但随猪粪用量增加而显著提高。猪场废弃物种类和用量均显著影响生菜地上部Cd含量,其贡献大小为废弃物种类废弃物用量。猪粪与沼渣降低生菜Cd含量,沼液提高生菜Cd含量;生菜Cd含量随猪粪用量增加而显著降低,随沼液用量增加而显著提高。生菜Cd含量的变化主要受生物量稀释效应的影响(猪粪处理第1茬例外),每千克该土壤的沼液、猪粪、沼渣用量分别≤370 m L、10 g、15 g时,生菜正常生长。     

牛粪沼液对枯草芽孢杆菌产孢影响

枯草芽孢杆菌是生产微生物菌肥的有效微生物菌种之一,芽孢含量直接影响菌肥效果。为降低生产成本,提高发酵液中芽孢数量,探究牛粪沼液对枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)D1产孢影响。采用分批培养法确定发酵培养基中沼液最适浓度及碳源与氮源种类和含量。利用比浊法和稀释平板涂布法检测枯草芽孢杆菌的菌体数量及芽孢产率,采用火焰原子吸收光谱法检测沼液中金属离子含量。结果表明,牛粪沼液中含有对产孢有显著影响的Ca~(2+)、Mn~(2+)、Mg~(2+)三种离子;当沼液与水配比为11时,产孢效果最佳;麸皮和大豆粉分别是菌株生孢最佳碳源、氮源;最适碳源和氮源含量分别为2.0%和0.5%(质量比),35℃,120 r·min~(-1)恒温培养24 h后,产芽孢率可达83.77%。     

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。     

光照强度对猪粪、牛粪厌氧发酵的影响研究

研究光照强度对猪粪、牛粪厌氧发酵的影响,为沼气池的改进、提高产气量提供参考。试验以猪粪、牛粪为发酵原料,设置0、6、12、24h4组光照梯度处理,在恒温35℃和料液总固体质量分数为8%的条件下进行厌氧发酵。结果显示,不同光照强度下同一发酵原料的产气量差别较大,猪粪、牛粪在12h光照条件下的累积产气量分别是0h光照条件下的(黑暗)1.80、2.34倍;相同的光照强度不同发酵原料产气量存在差别,0h光照条件下(黑暗)猪粪的累积产气量为8136mL,牛粪的累积产气量为3282.5mL;光照条件改变发酵料液的理化性质,使累积产气量与发酵料液的碱度、挥发性脂肪酸(Volatile fatty acids,VFA)、pH值、氨态氮的相关性呈动态变化。     

基于工厂调研的堆肥原料种类和理化性质分析

为了解我国堆肥原料种类和理化性质,于2017-2018年对全国346家有机肥生产企业开展调研,采集堆肥原料样品并进行理化性质测定和分析。结果表明：累计采集动物粪便、作物秸秆、园林废弃物、蔬菜尾菜、农副产品加工副产物和餐厨垃圾等堆肥原料样品共36种523个,未采集到马粪、驴粪、骡子粪和圈粪。畜禽粪便氮磷钾总养分呈升高趋势,牛粪、猪粪、羊粪和鸡粪与20 a前相比分别增加27.4%、8.2%、1.7%和26.9%,其中氮增加幅度为-12.5%~19.7%,磷增加幅度为17.1%~56.1%,钾增加幅度为-8.2%~21.9%。不同原料N/P差异性大,畜禽粪便N/P普遍低于秸秆类。在过去的20 a间,马粪、驴粪、骡子粪和圈粪等不再是主要的堆肥原料。以畜禽粪便为主要原料的堆肥N/P与C/N呈显著正相关,堆肥时可通过调控C/N获得适宜的N/P,减少土壤磷素累积。     

同源猪场废弃物对土壤-生菜系统铜锌迁移的影响

猪场废弃物Cu、Zn含量高,为了比较同源猪场废弃物(沼液、猪粪、沼渣)对土壤-生菜系统Cu、Zn迁移的影响,从广东省博罗县某规模化养猪场同时采集了猪粪、沼液与沼渣3种猪场废弃物,在Cu风险土壤中添加不同用量猪场废弃物(按每千克土壤0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g总氮水平计算),通过连续2茬生菜的盆栽试验来研究同源猪场废弃物对生菜可食部分Cu、Zn含量和土壤有效态Cu、Zn含量的影响。结果表明:生菜生物量受猪场废弃物种类及其处理水平2种因素的显著影响。生菜可食部分Cu、Zn含量范围分别为0.46～2.08、0.70～14.4 mg·kg~(-1)。生菜可食部分Cu、Zn含量受猪场废弃物种类及其处理水平的显著影响,影响大小顺序为废弃物种类废弃物处理水平;猪场废弃物提高第1茬生菜可食部分Cu含量,但降低第2茬生菜可食部分Cu含量和第1、2茬生菜可食部分Zn含量。废弃物种类对Cu影响大小顺序为猪粪沼渣沼液,对Zn影响大小顺序为猪粪沼液沼渣。猪场废弃物种类及其处理水平(两者中前者的影响大于后者)显著影响DTPA-Cu或DTPA-Zn含量,废弃物种类的影响大小顺序为沼渣猪粪沼液。本文供试土壤具有一定的消纳富Cu猪场废弃物的能力,富Cu猪场废弃物也适合施用到缺Cu土壤上。