芽孢杆菌生物合成纳米硒条件优化及活性评价

作为生防菌的枯草芽孢杆菌XP(Bacillus subtilis subspecies stercoris strain XP)不仅具有较强的耐硒与耐盐能力,而且还可将毒性较高的无机硒转化为安全性高、生物活性好的纳米硒(SeNP),然而目前其合成SeNP的效率并不高。为提升菌株XP生物合成SeNP的效率,该研究针对其合成工艺条件做了进一步优化。首先,通过单因素试验,初步筛选出适宜范围量值的初始亚硒酸盐Se (IV)浓度、摇床转速、XP接种量;其次,将这三个因子作为影响因素,以SeNP产量为响应指标,利用Box-Behnken响应面法(RSM)进行分析;最终,通过响应面法获得枯草芽孢杆菌XP产SeNP的最优发酵工艺条件。研究结果表明,枯草芽孢杆菌XP合成纳米硒的最佳发酵条件为：初始Se (IV) 3.4 mmol/L、摇床转速157 r/min、菌株XP接种量9.9%,此发酵条件下纳米硒的产量达到1.82mmol/L,相对优化前提升了60%以上。此外,通过种子发芽试验,进一步证明此工艺条件下合成的纳米硒具有较高的生物活性,可有效提升油麦菜种子活力,促进种子萌发。     

猪、奶牛粪厌氧发酵中Pb的形态转化及其分布特征

畜禽粪便经厌氧发酵后其中的铅（Pb）仍然保留在沼液和沼渣中,阐明此发酵过程中 Pb 的形态转化对沼液和沼渣的后续处理有重要的参考意义。该研究以猪粪和奶牛粪为发酵原料,在中温（37℃±2℃）条件下,采用连续搅拌反应器进行了130 d中试试验,分析了Pb在固相和液相中的分配及其形态转化。研究结果发现：1）与进料相比,猪粪沼液和奶牛粪沼液中总Pb量降低了约70%和19%;2）猪粪沼液和奶牛粪沼液中Pb在液相中的比例为29%和17%,较发酵前降低约17%和58%;3）厌氧发酵后,猪粪沼液中各形态Pb所占比例的大小顺序为：残渣态（35%）>酸溶态/可交换态（34%）>可还原态（24%）>可氧化态（8%）;奶牛粪沼液中为：可还原态（33%）>酸溶态/可交换态（27%）>残渣态（26%）>可氧化态（15%）;4）厌氧发酵后,猪粪沼渣中残渣态和酸溶态/可交换态Pb的比例都极显著增加,奶牛粪沼渣中可氧化态Pb的比例极显著增加。猪粪和奶牛粪厌氧发酵后,适合通过沉淀池或氧化塘削减沼液中的Pb含量;但沼渣中Pb的浓度较大且化学形态发生显著变化,建议还田前进行重金属钝化处理。     

多级处理模式下粪污中氮、磷削减规律及其农田可消纳量——以苏南水网地区规模猪场为例

针对规模养殖场粪污多级处理模式下氮、磷削减规律及土地承载力不清等问题,以苏南水网地区一规模猪场为研究对象,系统分析了污水经二级厌氧消化、三级沉淀池和水生植物塘逐级处理后氮、磷的去除特征,进一步核算了此模式下粪污实际农田可消纳量。结果表明:猪场全年粪、尿总产生量分别约为4 086.9 t和10 995.8 t,粪便收集率约为90.5%。收集的粪污中可利用的总氮(TN)和总磷(TP)量分别为183.12 t和148.97 t。粪污经过厌氧消化后TN和TP去除率小于25.3%和57.2%,进一步通过三级沉淀池处理后二者可去除80%以上,最终通过水生植物生态处理后二者去除率均达95%以上。养殖废水经过多级处理工艺,可大幅提高其农田消纳量,降低粪污处理成本,特别适用于集约化程度高、经济发达、土地资源有限地区的畜禽养殖场。     

秸秆批式和半连续式发酵物料浓度对沼气产率的影响

为比较秸秆批式发酵和半连续发酵工艺的产沼气效果,以水稻秸秆为单一发酵底物,开展了室内中温批式发酵和半连续发酵对比试验,以容积产气率和原料产气率为特征指标,研究不同料液浓度对秸秆批式和半连续发酵产沼气的影响,以期获得秸秆沼气工程适宜的运行参数。结果表明,批式发酵容积产气率随着TS浓度的增加而增加,但增幅逐渐减少;与静态批式发酵相比,间歇搅拌有助于提高批式发酵容积产气率,特别对高TS浓度处理容积产气率的提升效果更加明显;而半连续进料条件下更有利于高TS浓度处理容积产气率的提高,但各处理原料产气率均随着固物滞留时间(solid retention time,SRT)缩短而逐渐降低。综合考虑产气情况及工程应用实际,建议秸秆批式发酵底物质量分数不超过8%,而半连续发酵TS质量分数8%时SRT设计为20 d(容积产气率1.00 m3/(m3·d)),若发酵TS质量分数6%时,SRT设计为15 d,容积产气率0.75 m3/(m3·d),该运行参数为秸秆沼气工程发展提供了理论依据。     

村镇有机生活垃圾处理产物对青菜品质及土壤性质的影响

以有机生活垃圾好氧堆肥和厌氧发酵沼渣为研究对象,通过盆栽试验探讨其与化肥配施对青菜(Brassica chinensis)产量、品质、土壤养分和土壤酶的影响特征。结果表明,与100%施用化肥处理相比,有机生活垃圾处理产物堆肥、沼渣与化肥配施处理部分提高了青菜干物质积累量和品质,干质量增幅为17.3%～44.2%,可溶性糖含量增幅为59.7%～114.8%,可溶性蛋白质含量增幅为80.5%～159.7%,硝酸盐含量最多降低了35.8%;堆肥和沼渣与化肥配施提高了土壤肥力,有机碳、总磷含量增幅分别为1.1%～40.1%和30.4%～34.7%,而蔗糖酶和过氧化氢酶活性增幅分别为16.3%～42.8%和17.9%～70.5%。总之,一定比例生活垃圾处理产物与化肥配施有利于青菜产量、品质和土壤肥力的提升,以100%化肥补充20%堆肥为最佳配比。     

纳米SiO2/氨基淀粉黏合剂秸秆炭的结构及除磷特性

将秸秆粉用氨基淀粉黏合剂均相包覆,并掺杂纳米二氧化硅(nano SiO_2),采用原位发泡、炭化处理技术制备成纳米SiO_2/氨基淀粉黏合剂秸秆炭(掺杂纳米SiO_2秸秆多孔颗粒炭,nano SiO_2/AR-biochar)。通过透射电镜(transmission electron microscope,TEM)、热稳定性(thermogravimetry,TG)、扫描电镜-能谱扫描(scanning electron microscope-energy dispersive spectrometer,SEM-EDS)、比表面积与孔分析(Brunauer,Emmett and Teller,BET)、氮气吸附和压缩测试等技术手段对nano SiO_2/AR-biochar的孔结构特征、比表面积、微观形貌及压应力进行系统表征,并研究了nano SiO_2/AR-biochar对磷酸根吸附过程等温线及动力学模型。结果表明,掺杂nano SiO_2/AR-biochar孔结构分布匀称、比表面积大幅改善;TEM和SEM发现,掺杂nano SiO_2秸秆多孔颗粒炭材料的表面可形成类似海绵絮状结构,为炭材料提供较高的吸附位点;掺杂nano SiO_2可显著提高炭材料的机械压缩性能,当掺杂量为秸秆粉质量的6%时,压缩强度由3.89 MPa增加到7.96 MPa,增幅达104.6%。由于纳米SiO_2的掺杂,nano SiO_2/AR-biochar具有了更强除磷效果,且吸附过程符合准二级动力学模型,在短时间内(5 min)其吸附率可高达18.42 mg/g,体现了该掺杂纳米二氧化硅秸秆多孔颗粒炭具有良好的除磷特性。     

秸秆还田模式对土壤有机碳及腐植酸含量的影响

通过9年水稻-小麦轮作田间定位试验,探讨南方稻麦两熟制农田秸秆还田模式对土壤有机碳(SOC)和腐植酸(HE)的影响。试验设置仅麦秆稻季还田(W)、仅稻秆麦季还田(R)、秸秆稻麦季均还田(RW)和秸秆均不还田(CK)共4个处理。结果表明,秸秆还田显著(P0.05)提高了0~10 cm土层SOC,对土壤总氮(TN)无明显影响;不同秸秆还田模式处理下,0~10 cm土层SOC及TN大小为WRWRCK;10~20 cm SOC及TN大小均为WCKRWR,但各处理之间的差异均不显著。秸秆还田处理中,0~10 cm土层土壤HE、富里酸(FA)和胡敏酸(HA)均低于CK,而在10~20 cm土层则高于CK。不同秸秆还田方式间,0~10 cm土层的HE、FA和HA以W处理为最高,其土壤腐殖化程度最大;而10~20 cm土层则以RW处理为最高,W处理的土壤腐殖化程度最小。相比其他秸秆还田模式,麦秸稻季还田能更好地提高土壤表层有机碳含量和腐殖质品质。     

农村面源污染治理的“4R”理论与工程实践——氮磷养分循环利用技术

农业面源污染已经取代点源成为水环境污染最重要的来源,其主要的污染物为各种途径排放的氮和磷,有效减少氮和磷的排放或循环利用这部分养分,不仅可以减少污染物的排放,也是实现氮磷养分资源化利用的重要途径。本文在以往研究成果的基础上,结合国内外已有研究报道,重点阐述了畜禽粪便、作物秸秆、农村生活污水及工程处理尾水中的氮磷养分利用方式、应用效果及环境效应。畜禽粪便固体部分经高温好氧堆肥后可直接还田,养殖肥水和沼液可替代25%~75%的化肥。农作物秸秆可直接还田或经堆肥化处理及能源化利用后还田。农村生活污水、农田排水及     

追施沼液对不同pH土壤CH4和N2O排放的影响

摸清不同pH土壤施用沼液后CH4和N2O的排放特征,对沼液农田回用的有效性及其养分管理具有重要意义.通过盆栽试验,探讨了猪粪沼液在pH为5.5(S5.5)、6.5(S6.5)和8.2(S8.2)的菜地土壤追施后CH4和N2O气体的排放特征.研究结果发现,不同pH菜地土壤追施猪粪沼液后,CH4和N2O排放速率和总量增加,特别是在S6.5和S8.2土壤中,二者增幅均显著高于施用化肥的处理.追施猪粪沼液后,CH4在pH较低的土壤(S5.5和S6.5)开始表现为负排放,随后逐渐表现为正排放,而在pH较高的土壤(S8.2)始终为正排放.N2O的排放表现为:S5.5土壤仅在第三次施沼液后,其N2O瞬时排放速率显著高于施用化肥和对照处理;而在S6.5和S8.2土壤N2O排放速率均显著增加,其平均排放速率显著高于施用化肥和对照处理.追施沼液后,整个生长季内CH4平均排放量在不同pH土壤间的变化趋势为S8.2＞S6.5＞S5.5,N2O排放的变化趋势为S6.5＞S8.2＞S5.5.碱性土壤上施用沼液会增加其氮素损失和环境污染的可能性.     

微囊藻毒素对陆生植物的污染途径及累积研究进展

微囊藻毒素(Microcystins,MCs)是全世界范围内普遍存在、且随着水体污染的加剧而在自然环境中大量积聚的蓝藻毒素之一,对多种生物有着严重的毒性作用。MCs在生物体内富集并通过食物链传递,对人类健康造成威胁。近些年,MCs对陆生植物的毒害作用及累积研究尤为引人关注,取得了一批重要的研究成果。MC-LR(L为亮氨酸)和MC-RR(R为精氨酸)是淡水水体中普遍存在且危害较大的两种MCs异构体。针对这两种毒素,重点介绍其对陆生植物的污染途径、毒性作用及其在作物体内的累积量,对今后的研究进行了展望。