Effects of different loading rates and types of biochar on passivations of Cu and Zn via swine manure composting

Pollution of arable land caused by heavy metals in livestock and poultry manure has become a potential threaten to human health in China. Safe disposal of the contained toxic pollution with animal manure by co-composting with biochar is one of the alternative methods. Biochars from different sources (wheat straw, peanut shells and rice husks) amended with different loading rates were investigated for passivations of copper and zinc (Cu and Zn) in swine manure composting. Results showed that the passivation effects of the three types of biochar on Cu and Zn were enhanced with increasing biochar dose. Contents of Cu and Zn measured by diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) and Community Bureau of Reference (CBR) showed that wheat straw biochar with the loading rates of 10%-13% (w/w) was superior to the other two types of biochar in this study. Compared with the control, sample from wheat straw biochar was more favorable for the bacterial growth of Proteobacteria, Firmicutes and Actinobacteria. In addition, pot experiment showed that organic fertilizer amended with wheat straw biochar could significantly improve the growth of Chinese pakchoi and enzyme activities (superoxide dismutase, peroxidase, polyphenol oxidase and catalase) as compared with the control. Cu and Zn contents of Chinese pakchoi in the organic fertilizer group containing wheat straw biochar reduced by 73.2% and 45.2%, 65.8% and 33.6%, respectively, compared with the group without loading biochar. There was no significant difference in the contents of vitamin C and reducing sugar between the groups of organic fertilizer amended with/without wheat straw biochar, however, there was significant difference compared with the heavy metal addition group. The application of organic fertilizer formed by adding biochar can effectively reduce the adverse effects of heavy metals on crops.     

C/N比对好氧堆肥中NH3挥发损失和含氮有机物转化的影响

利用牛粪和不同比例玉米秸秆的混合,设置5个不同C/N比处理(T1=15、T2=20、T3=25、T4=30、T5=35),研究其对条垛式好氧堆肥过程中的NH_3挥发损失和含氮有机物转化的影响。结果表明:在肥堆前24 d有11.1%～23.1%的总氮损失,堆体C/N比越低,总氮损失率越高。堆肥结束时,T1～T5处理的总氮损失率为10.1%～24.1%,其中由NH_3挥发造成的氮损失占总氮损失的30.9%～40.5%。堆肥过程的NH_3挥发主要发生在升温期和高温期,此期的NH_3挥发量占总挥发量的95%以上,是总氮损失的主要途径。堆肥前6 d各处理堆体铵态氮积累并达到最高值,导致pH值迅速升高,是造成堆肥NH_3挥发的直接原因。堆体C/N比越低,pH值越高,NH_3挥发量越大,由此造成的氮损失占总氮损失的比例越大。堆肥材料总氮的90%以上为有机氮,其降解主要发生在堆肥前24 d,堆体初始C/N比越低,有机氮矿化越快。不同有机氮组分的降解速率不同,以氨基酸态氮和酰胺态氮的降解为主。当堆体初始C/N比低于25时,堆肥材料中氨基酸态氮和酰胺态氮等有机态氮快速降解产生大量的铵态氮,由此导致堆体pH值的迅速升高,是导致堆肥过程中大量NH_3挥发和氮素损失的主要原因。     

基于正交试验的花生种养结合栽培方式研究

种养结合是农业循环经济发展的重要措施之一。通过正交试验设计,分析了不同种植密度、复合肥用量、腐熟干粪用量对花生生长发育及产量的影响。分析结果表明:1)三因素中高钾复合肥用量对花生的生长发育及产量影响最大。2)13-10-20高钾复合肥用量为300kg/hm2的处理组合普遍表现出植株较高、分枝数较多、单株结果数多等特点。3)产量分析结果显示:最优处理组合为种植密度120 000穴/hm2、高钾复合肥300kg/hm2、腐熟干粪30kg/hm2,同时影响产量大小的因素顺序为:高钾复合肥腐熟干粪种植密度。     

高温秸秆降解菌的筛选及其纤维素酶活性研究

筛选能在高温（55~75℃）好氧堆肥中高效降解纤维素的菌株，并评估其降解秸秆的能力与产纤维素酶的热稳定性。从高温期堆肥中采样，以水稻秸秆粉为唯一碳源，通过55、65℃和75℃连续高温传代驯化并分离筛选耐高温菌，结合水解圈和水稻秸秆崩解试验筛选不同高温下高效降解秸秆的目标菌株，采用16S rRNA测序和系统发育分析鉴定目标菌株分类地位，通过分析目标菌株纤维素降解相关酶在50~90℃之间的热稳定性，解析其高温适应性机制，评价其在实际生产中的应用潜力。高温驯化分离得到13株耐高温降解菌，其中B-5、B-6、B-7和B-11的纤维素和秸秆降解能力较强，而只有B-7和B-11在55~65℃和75℃具有高效降解水稻秸秆的能力，将其认定为目标菌株。系统发育分析表明B-7和B-11菌株与芽孢杆菌科高度相似，分别命名为短小芽孢杆菌B-7和嗜热脂肪芽孢杆菌B-11。酶活热稳定性分析发现B-7和B-11各纤维素酶活性在50~90℃之间先升高后降低，其最适温度范围不同，分别为55~65℃和70~80℃，其中B-11在85℃时的相对酶活仍高于60%。研究表明，菌株B-7和B-11是耐高温高效秸秆降解菌，其具有不同高温偏好性，纤维素酶热稳定性强，在秸秆高温好氧堆肥中具有潜在的应用前景。     

堆肥及消化对城市污泥中LABs降解行为的初步研究

对广州、深圳两城市污泥及经消化和堆肥化的污泥中ＬＡＢｓ的检测和分析表明：（１）两城市污泥中ＬＡＢｓ化合物均为合成来源,但二者的配方不同．（２）厌氧消化和好气堆肥两种处理对同碳数的ＬＡＢ所有异构体降解程度基本相近,但不同异构体之间降解速度不同,２－苯基异构体优势于其它异构体降解．（３）两种生污泥都已经历了较高程度的降解,好气堆肥能使有机质降解程度提高,而厌氧消化作用则不能．新降解程序指标［Ｉ／Ｅ］１３的有效性有待进一步研究．     

畜禽废弃物高温好氧堆肥过程中磷素的变化研究

用猪粪进行高温好氧堆肥,在堆肥过程中分别加入0%、5%、7.5%、10%湿重堆肥质量的过磷酸钙,研究了堆肥进程中磷素的变化。结果表明,加入无机磷后能显著提高有效磷含量,平均分别提高45%、59%和62%,并且有相当部分的无机磷转变成有机态磷,提高了磷的有效性及利用率,为减少无机磷被土壤固定、提高磷素的当季利用率提供了一种可行途径。     

不同秸秆与城市污泥好氧堆肥过程中重金属质量分数及形态变化

以油菜、小麦、玉米和水稻秸秆为调理剂,与城市污泥混合进行好氧堆肥,研究了不同作物秸秆作调理剂对城市污泥好氧堆肥产品重金属质量分数及形态的影响.结果表明:好氧堆肥使堆体中Cd,Pb和Cr 3种重金属质量分数升高,使Pb,Cr可交换态质量分数及生物有效性降低,但不能降低Cd的生物有效性.其中,添加玉米秸秆有利于Cd的碳酸盐结合态向残渣态转化;添加油菜和水稻秸秆促进Cr分别向有机结合态和残渣态转化;添加玉米秸秆能有效降低Pb碳酸盐结合态质量分数,而水稻秸秆更有利于Pb向残渣态转化.表明4种秸秆作为调理剂对重金属形态的影响有一定的差异,对不同的重金属钝化效果不同,应根据污泥中的重金属选择合适的调理剂.     

余热和菌剂对垃圾堆肥效率及温室气体减排的影响

为探讨生活垃圾堆肥过程中同时添加外源菌剂和使用循环热风对缩短堆肥周期的影响,该文以15～80 mm生活垃圾为原料,设置了无添加菌剂和无余热回用堆肥（对照）与添加菌剂和余热回用堆肥（处理）强制通风隧道发酵仓对比试验。结果表明：菌剂和余热利用后堆肥高温达到55℃的时间缩短了1～2 d,高温堆肥时间7 d,堆肥周期缩短为27 d;按600 t/d处理规模计算,菌剂和余热利用处理全年的温室气体比对照少排10 150.65 t（ 以CO2计）;日进仓数由3个增加到4个,处理能力可以提高到800 t/d。菌剂和余热利     

添加剂对番茄茎秆好氧堆肥发酵过程及氮素损失的影响

为研究减少在番茄茎秆好氧堆肥过程中氮素损失的途径,提高堆肥品质,以粉碎的番茄茎秆为原料,按物料干重分别加入5%的腐殖酸(T1)、氯化钙(T2)和过磷酸钙(T3),同时以不进行任何添加的堆体作为对照(CK),进行45 d的好氧堆肥试验。结果表明：3种添加剂均可降低堆肥过程中的氮素损失,同时减少了NH₃的挥发量;堆肥结束时,CK、T1、T2和T3处理的氮素损失率分别为18.04%、15.00%、12.65%和14.05%,累计NH₃挥发量为CK(1 648.11 mg/kg)>T1(1 330.35 mg/kg)>T3(995.35 mg/kg)>T2(528.11 mg/kg)。其中,添加氯化钙的处理保氮效果最好,与对照相比,氮素损失率低至12.65%,NH₃挥发量减少67.96%;各处理高温期均≥3 d,发芽指数≥80%,表明堆体已经腐熟,无植物毒性。综上,番茄茎秆好氧堆肥中添加氯化钙,对于减少堆肥过程中的氮素损失较为理想。本研究可为番茄茎秆好氧堆肥保氮工艺优化提供理论依据。     

含油污泥的堆肥处理对微生物群落结构的影响

采用堆肥方法处理含油污泥,评价堆肥处理对含油污泥中石油烃的去除效果,并采用Biolog方法和构建16SrRNA基因克隆文库的方法对处理过程中微生物碳源利用特征和微生物群落结构进行了研究。结果表明,含油污泥经过90d的堆肥处理,石油烃降解率达53.3%±9.5%,显著高于对照处理。堆肥处理可以显著促进石油烃降解,是一种处理含油污泥的有效措施。Biolog分析结果表明,堆肥处理的孔的平均颜色变化率(AWCD)显著高于对照处理,堆肥处理提高了土壤微生物代谢活性。主成分分析结果表明,对照处理和堆肥处理的微生物碳源利用特征明显不同,堆肥处理改变了含油污泥中微生物的代谢功能特征。对照处理和堆肥处理的16SrRNA基因克隆文库之间存在显著差异,对照处理的优势类群是γ-Proteobacteria,堆肥处理的优势类群是Bacteroidetes,堆肥处理显著改变了含油污泥中的微生物群落结构。Marinobacter和Alcanivorax是对照处理中的优势菌,可能与石油烃的自然降解过程有关,而Pusillimonas和Agrobacterium可能对堆肥处理中石油烃的降解起一定作用。