养猪场沼渣提取高附加值产品——腐植酸的工艺研究

针对养猪场沼渣产生量大,直接作为肥料,污染严重这一难题,文章以养猪场湿沼渣为原料,以盐酸、氢氧化钠、硫酸为助剂从中提取高附加值产品——腐植酸,优化了盐酸用量、活化温度、活化时间及氢氧化钠用量等影响沼渣提取腐植酸的因子。对于含水率94.19%,质量50 g的沼渣,当盐酸用量为50 m L,盐酸活化时间为45 min,活化温度为80℃、氢氧化钠用量为22 mmol时,可得纯腐植酸产品290 mg。红外光谱、核磁氢谱显示提取的腐植酸存在羟基、芳香烯烃等基团,扫描电镜(SEM)显示其形貌、结构未见明显差异,有利于该工艺工业化应用。从养猪场沼渣中提取腐植酸不仅原料易得、工艺操作比较简单,而且提取的腐植酸能够进一步提纯作为医用,产品附加值高,对于养猪场沼渣资源化利用意义重大。     

沼液净化沉淀污泥制备颗粒肥料及其缓释特性研究

针对猪场沼液净化沉淀污泥产生量大、氮磷含量较高、难以处置的问题,笔者以沼液净化沉淀污泥为原料,以聚乙烯醇和淀粉为助剂,制备了聚乙烯醇包膜肥、淀粉包膜肥、聚乙烯醇粘结肥、淀粉粘结肥等4种颗粒状缓释有机肥料,分别研究了水浸条件下4种颗粒状缓释肥的氮、磷缓释特性,从肥料基核、制备工艺及助剂、土壤环境3个方面解析了4种颗粒肥的氮、磷缓释机理。结果表明:聚乙烯醇粘结肥料保肥性最好,1 d的氮、磷溶出率最小分别可达2.5%和7.8%,淀粉粘结肥料保肥性较差,1 d的氮、磷溶出率最大分别可达5.6%和13.2%;模拟植物吸收28 d的氮、磷溶出率最大分别可达33.3%和40.4%。氮、磷养分释放指标均符合《缓控释肥料(HG/T 3931-2007)》评价标准要求。农作物生长特性对比分析表明,除淀粉粘结颗粒肥不适宜水稻田,聚乙烯醇粘结颗粒肥不适宜旱地农作物外,其余的均适宜于长江中下游地区的水田、旱地、果园、茶园等农作物的增肥。本研究对于猪场沼液净化沉淀污泥的资源化利用具有一定的理论意义和实用价值。     

淀粉胶生物质炭基氮肥制备及其缓释特性分析

以生物质炭为载体,与自制改性淀粉胶黏剂、尿素进行复合,利用万能力学试验机和自制成型模具制备颗粒缓释肥料,研究水分添加量、成型压力、炭肥比及胶黏剂添加量4个因素对颗粒肥料抗压性能和缓释性能的影响。结果表明:对于纯炭粉成型,当水分含量为10%、成型温度为45℃、成型压力为6k N时,成型颗粒的抗压强度达到最大;尿素与炭粉混合后成型可以增加颗粒强度,当稻壳炭-尿素(即炭肥比)为5:1时,在同样成肥条件下,肥料颗粒的抗压强度最大;改性淀粉胶黏剂可进一步增加肥料颗粒强度,当胶黏剂添加量为5%时,肥料颗粒的抗压强度达到最大。不同配比条件下制备的缓释肥料,其氮素累积释放规律符合"S"型释放模型,添加胶黏剂制备的缓释肥的缓释性能明显优于传统的尿素肥料,以胶黏剂添加量为5%时缓释效果最佳。     

温室辣椒利用沼渣沼液栽培技术北大核心

沼渣是有机物经沼气池制取沼气后的固体残留物,含有丰富的有机质和腐殖酸,能明显地改善土壤的理化性能,培肥地力,是持效速效兼备的无公害肥料。沼液是有机物经沼气池制取沼气后的液体残留物,它不仅含有作物生长所必需的氮、磷、钾、微量元素、氨基酸等多种营养物质,而且含有丁酸、吲哚乙酸、维生素B等活性、抗性物质。     

纳米SiO2—淀粉—PVA复合膜材料的制备及其在炭基肥中的应用

淀粉—聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)作为缓释肥包膜材料具有价格低廉、环保等优点,但其高吸水性限制其应用,采用纳米二氧化硅(SiO₂)改性可提高其疏水性。首先探讨PVA浓度、交联剂用量、增塑剂用量对淀粉—PVA复合膜吸水率的影响,之后用纳米SiO₂对淀粉—PVA复合膜进行改性,探讨纳米SiO₂添加量对复合膜吸水率和力学性能的影响,并找出最优原料配比,最后将此复合膜液作为黏结剂,制备生物质炭基肥并进行土柱淋溶试验。试验结果表明:在150 mL蒸馏水中控制淀粉与PVA的添加质量之和为10 g,当淀粉与PVA的质量之比为2∶3、交联剂硼砂添加量为0.1 g、增塑剂甘油添加量为3 mL时,所制成复合膜的吸水率最低,为78%。添加纳米SiO₂后,各处理膜的吸水率随纳米SiO₂添加量的增加呈现先升高后降低的变化,当纳米SiO₂添加量为2.4 g时,与未添加的相比,复合膜的吸水率下降38.4%,水接触角提高89.5%,拉伸强度提高49.0%,此时制备的复合膜材料性能最佳。将纳米SiO₂—淀粉—PVA复合膜材料应用于生物质炭基肥的制备,制备出的炭基肥颗粒包覆完整,粒径主要分布在3.8~4.4 mm之间,在28 d时氮素累计释放率为65%,具有良好的缓释效果,为炭基肥的开发应用提供新途径。     

自制包膜复合肥的养分释放特征及其对番茄光合作用的影响

氮肥施用量大．氮素利用效率低一直是困扰我国农业生产的突出问题。如何提高氮肥利用效率、减少因过量施用氮肥而引起的环境污染问题是目前国内外肥料研究的热点问题。通过水培和盆栽试验,研究了几种自制包膜复合肥的氮释放速率及其对番茄光合作用的影响。结果表明：聚合物包膜的复合肥能明显克服未包膜复合肥“破裂释放”模式的缺点,使养分释放更加平缓;聚合物包膜的膜厚度对肥料的养分释放期起决定性作用,养分初期溶出率随着膜厚度的增加而降低,养分释放期相对延长;增加抑制剂可以明显降低复合肥的氮释放速率。对比盆栽试验表明：随着包膜厚度的增加,番茄叶片的净光合作用、蒸腾速率和叶绿索含量明显增加;包膜中加入抑制剂也可以提高番茄叶片的净光合作用、蒸腾速率和叶绿素含量,各处理之间呈显著水平,说明对复合肥进行包膜可以降低氮的释放速率,提高番茄叶片的光能利用效率。     

自制包膜复合肥的养分释放特征及其对番茄光合作用的影响

氮肥施用量大,氮素利用效率低一直是困扰我国农业生产的突出问题。如何提高氮肥利用效率、减少因过量施用氮肥而引起的环境污染问题是目前国内外肥料研究的热点问题。通过水培和盆栽试验,研究了几种自制包膜复合肥的氮释放速率及其对番茄光合作用的影响。结果表明:聚合物包膜的复合肥能明显克服未包膜复合肥破裂释放模式的缺点,使养分释放更加平缓;聚合物包膜的膜厚度对肥料的养分释放期起决定性作用,养分初期溶出率随着膜厚度的增加而降低,养分释放期相对延长;增加抑制剂可以明显降低复合肥的氮释放速率。对比盆栽试验表明:随着包膜厚度的增加,番茄叶片的净光合作用、蒸腾速率和叶绿素含量明显增加;包膜中加入抑制剂也可以提高番茄叶片的净光合作用、蒸腾速率和叶绿素含量,各处理之间呈显著水平,说明对复合肥进行包膜可以降低氮的释放速率,提高番茄叶片的光能利用效率。     

猪粪沼渣生物炭制备及其植物毒性评价

沼渣量大面广，具有环境污染与资源能源双重属性，研发以热解气化技术处置棘手的沼渣，是实现废弃生物质资源高效利用的重要途径。利用猪粪沼渣通过热解技术制备生物炭，表征了550℃和700℃条件下制备的生物炭的物理和化学结构特征，结果表明550℃条件下碳产率更低，表面孔隙结构更好，孔隙更加均匀，并且官能团更多。植物生态毒理评价结果表明，植物长势随着生物炭的添加量先降低再增加，550℃热解生物炭(BC550)添加量为8 g和16 g的生物炭悬浮液(生物炭∶超纯水=1∶3),对石英砂组的西红柿生长促进最大；700℃热解生物炭(BC700)添加量为1 g,有利于大棚土壤组的西红柿生长。以上结果对沼渣减量、高附加值利用和大中型沼气工程的可持续发展具有重大价值和现实意义。     

溶解混施水肥一体化装置自动控制系统研制

为了提高溶解混施水肥一体化装置的施肥均匀性,解决水肥调控时灌溉量和质量浓度的综合控制问题,设计了溶解混施水肥一体化装置的自动控制系统.采用STM 32微控制器作为控制核心,通过肥料质量浓度标定试验,确定肥液质量浓度和电导率之间的关系,由电导电极及相关检测电路对出口肥液的质量浓度实时在线检测,将肥液质量浓度信号反馈回处理器,并生成控制信号,构建闭环控制回路;采用半桥式电路驱动直流水泵调节供水流量,采用PWM脉宽调制方法实时改变固体肥料添加速度,使出口的肥液质量浓度更加均匀、稳定.试验测定了装置施肥性能,结果表明在加入控制系统实时调节后,装置出口水肥溶液的均匀系数提高了31.46%.     

生物质炭基缓释肥的成型特性研究

为了提高化肥的利用率,改良土壤理化特性,以500℃温度下制备的稻壳炭为基质、改性玉米淀粉为粘结剂、尿素为肥料,在挤出造粒机上制造出球形生物质炭基缓释肥。同时,研究了其成型特性,并分析了抗压强度、成型率、干燥特性和N损失情况。结果表明:采用挤出式造粒法可增强抗压强度和成型率。当烘干温度为60~100℃、炭肥比≤1:1时,颗粒肥料的抗压强度40 N;炭肥比≥1:1时,成型率95%,各组肥料在烘干90 min左右基本达到质量平衡,低炭氮比肥料的干燥时间较长。当炭肥比≥1:1时,温度越高,烘干所需时间越短;而当炭肥比≤1:2时,温度越高,烘干所需时间反而增长;炭氮比较低时,由于尿素含量高,易吸收空气中的水分,吸附于造粒机工作表面,会造成成型肥料一定的N损失。上述结论为利用生物质炭制备缓释肥料的成型工艺提供了参考依据。     

沼肥对水稻增产作用的研究

本文根据本所4年沼肥肥效定位试验结果,证实沼气发酵剩余物是一种缓速兼性的优质有机肥料。不仅沼液、浮渣、沉渣单独施用对水稻有较为显著的增产作用,而且沼液、浮渣、沉渣合并施用对水稻的增产作用更为显著,因此,必须纠正某些地方“弃渣用液”或“弃液用渣”的片面施用沼肥的现象,大力提倡全沼肥的合理施用。     

不同配比沼肥在日光温室番茄种植中的应用比较

在日光温室番茄种植过程中,笔者设计了5组肥料配比对比试验、5组沼液喷施对比试验,筛选出了沼渣作基肥时的最佳沼渣化肥使用配比及使用量,沼液作喷施肥时的最佳使用浓度.     

基于光谱技术的维生素B12与大豆分离蛋白相互作用分析

为了提高维生素B12稳定性和开发维生素B12营养强化食品,以维生素B12-大豆分离蛋白复合体系为研究对象,利用光谱技术(荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、红外光谱、圆二色谱)分析维生素B12与大豆分离蛋白的相互作用对蛋白质结构的影响。荧光光谱分析表明,随着维生素B12质量浓度的增大,大豆分离蛋白的荧光强度不断降低,通过Stern-Volmer方程计算可得,维生素B12对大豆分离蛋白的猝灭方式属于静态猝灭,二者主要通过范德华力和氢键作用结合,结合位点数为1;同步荧光光谱分析表明,维生素B12与大豆分离蛋白结合位点位于色氨酸附近;紫外光谱分析表明,维生素B12诱导色氨酸残基附近的微环境疏水性增强,蛋白分子的结构发生改变;红外光谱和圆二色谱分析表明,维生素B12的加入导致大豆分离蛋白的二级结构发生改变,具体表现为α-螺旋和β-转角相对含量增加、β-折叠和无规则卷曲相对含量减少。     

果树专用饼状缓释肥递肥机构设计与优化

针对现代果园生产过程中出现的化肥施用不当、浪费资源、污染环境等问题,提出果园缓释肥施肥方法。缓释肥料由于肥力释放速率、方式和持续时间已知并可控制而被推广,发展潜力大,但目前缓释肥施肥以手工施肥为主,劳动强度大,作业效率低。为解决这些问题,提出了一种缓释肥施肥机凸轮递肥机构。该机构由单片机、步进电机、凸轮、推杆及递肥盒构成,实现可控单一递肥。基于碰撞函数接触算法(IMPACT-Functionbased Contact)对不同基圆半径R的凸轮进行仿真,通过对凸轮递肥机构的仿真试验,获取凸轮机构与推杆机构之间的接触力数据及推杆运动时的加速度和速度数据。通过对所得数据进行分析,优化凸轮基圆半径,结果表明:当基圆半径为105mm时,不仅可以减少材料成本,而且凸轮与推杆之间的挤压与接触力、推杆运动的加速度和速度在要求范围内实现多目标最优。     

沼气工程残余物资源化利用研究

沼气规模化与工业化生产在解决能源问题的同时也产生了大量的发酵残余物沼液沼渣,国内外现有的沼液沼渣处理和利用方式不能及时、高效地消纳沼气工业化生产过程中所产生的大量沼液沼渣,由此产生了资源浪费和二次污染问题,已制约了沼气工业的发展。沼液沼渣富含植物生长所需的营养物质,是一种优质的有机肥。农田沼液沼渣暗灌工艺可快速、高效和大量地利用沼液沼渣,实现沼液沼渣的资源化利用。     

猪粪源沼液振荡淋洗修复铬污染土壤效果及机制

针对铬污染土壤不易处置的难题,文章通过室内模拟实验,采用振荡淋洗的方法研究了猪粪源沼液对铬污染土壤中铬的淋洗效果,优化了固液比、淋洗时间和淋洗次数等影响土壤中总铬和六价铬洗脱效果的因子,并研究了猪粪源沼液淋洗前后土壤中铬形态分布及DOM的变化。结果表明,当环境温度为20℃,振荡速度200 r·min^-1时,沼液洗脱土壤铬的最优条件为:固液比1∶10,振荡6 h,淋洗1次。该条件下,当土壤总铬浓度为121.54 mg·kg^-1(六价铬浓度为119.9 mg·kg^-1)时,其总铬和六价铬洗脱率分别为43.27%,48.99%;当土壤总铬浓度为941.9 mg·kg^-1(六价铬浓度为856.9 mg·kg^-1)时,洗脱率达84.89%,96.32%。猪粪源沼液对水溶态、弱酸提取态和残渣态铬有较好的洗脱效果,有效削减了土壤环境风险。紫外-可见光谱和三维荧光光谱显示:淋洗后土壤DOM芳香性物质及疏水性物质减少,类腐殖酸类还原性物质增多,使得沼液对铬污染土壤有解毒效果。该研究可为铬污染土壤淋洗修复提供一定的参考价值。     

水肥耦合对水稻生长土壤呼吸与无机氮的影响

为研究不同灌水方式配施腐植酸肥对水稻干物质转运、碳含量和土壤呼吸速率以及无机氮含量的影响,在大田试验条件下设置了3种灌水方式（控制灌溉、淹灌和浅湿灌溉）和5种施肥方式（100%尿素（T1,为当地传统施肥方式,纯氮量110kg/hm2）、30%腐植酸肥+70%尿素（T2）、50%腐植酸肥+50%尿素（T3）、70%腐植酸肥+30%尿素（T4）和100%腐植酸肥（T5,1500kg/hm2）),共计15个试验处理,并对水稻的抽穗后期干物质转运、成熟期水稻各器官的碳含量以及土壤呼吸速率和无机氮含量进行观测。结果表明：水肥处理影响了水稻的干物质转运、碳含量和土壤呼吸速率以及氮素形态的积累,在CT5、WT5和FT5处理下水稻抽穗后期茎叶干物质转运相比较其他水肥处理,具有显著优势,且在成熟期各器官的碳含量也相对较大;随着腐植酸肥的增加,3种灌水方式下的土壤呼吸速率逐渐增大,控制灌溉不同施肥处理下的土壤呼吸速率大于淹灌和浅湿灌溉,而淹灌和浅湿灌溉各处理之间的差异不显著;腐植酸肥的增加,提高了土壤铵态氮和硝态氮含量,并在CT5处理下达到最大值。因此,控制灌溉下施加1500kg/hm2腐植酸肥,能够提高水稻的生长和改善土壤的呼吸和无机氮含量,综合考虑CT5处理为最佳的水肥模式。     

新型环保缓释肥料对小麦的应用效果

为考察氮素利用率、缓释肥使用技术及肥料价值，以小麦为试验对象，探讨新型缓释肥对作物的影响。结果表明，新型缓释肥在应用后，氮素的利用率进一步提升，农作物的品质提升，并降低氮素淋溶损失及对环境产生的污染，该肥料具有良好的使用效果。在小麦产量、蛋白质含量对比试验发现，使用新型环保型缓释肥后小麦质量更佳。与传统施肥方式相比，新型环保缓释肥对小麦不同生长期的影响效果效果更佳，在满足产量需求的同时，保证社会效益及经济效益。