SPORL法制备的有机肥对土壤肥力的影响

选取玉米秸秆、鸡粪,经亚硫酸盐法(Sulfite pretreatment to overcome recalcitrance of lignocelluloses, SPORL)处理后的玉米秸秆和鸡粪制备的有机肥分别进行土壤培养试验,研究各处理对土壤腐殖质各组分和土壤养分的影响,并采用修正的内梅罗综合指数法(Nemerow index)计算得到土壤肥力指数(IFI),对土壤的肥力进行综合评价,为SPORL法对农业废弃物预处理后的固体产物,在土壤培肥方面的可利用性及其对土壤肥力的影响,提供理论指导和相关的数据支持。结果表明：土壤中添加经SPORL法预处理后的玉米秸秆和鸡粪制备的有机肥进行培养后,可以明显提高土壤中可提取腐殖质碳、腐殖质各组分的碳、有机质、全氮及碱解氮含量,且经SPORL法处理的鸡粪有机肥对土壤腐殖质、全氮、碱解氮含量的增加高于经SPORL法处理的玉米秸秆;各处理对土壤速效钾、有效磷含量影响的表现分别为鸡粪(CM)>玉米秸秆(MS)>鸡粪固体产物(SCM)>玉米秸秆固体产物(SMS)>对照(ck)、MS>CM>SMS>SCM>...     

不同氧气条件对玉米秸秆在土壤中腐殖化的影响

研究了实验室模拟条件下添加玉米秸秆对土壤中各有机质组分数量的影响以及不同氧气体积分数对玉米秸秆在土壤中腐殖化进程的影响.结果表明:添加玉米秸秆对土壤有机碳(SOC)、水溶性有机碳(wSOC)、胡敏酸(HA)和富里酸(FA)数量的增加有明显作用;高氧和低氧环境均有利于玉米秸秆在土壤中腐殖化的进行;高氧条件有利于腐殖化初期FA的生成,但持续高氧环境不利于FA的积累;在腐殖化后期,高氧条件使FA大量转化为HA并使得HA大量积累.     

基于响应面法优化玉米秸秆酶解条件

以蒸汽爆破玉米秸秆为原料,基于Box-Behnken试验设计,选取MgSO4、吐温80(Tween80)和牛血清白蛋白(BSA)作为酶解体系添加物,采用响应面法优化了玉米秸秆的酶解条件,并建立了数学模型.结果表明,在玉米秸秆酶解体系中,分别添加质量浓度为0.62mg·g-1MgSO4(底物),53.0mg·g-1Tween80(底物),0.48mg·g-1BSA(底物),48h糖化后,还原糖质量浓度从60.05g·L-1提高到73.64g·L-1,比对照提高了22.63％,糖化率质量分数达到理论值的85.38％,并验证了数学模型的有效性,获得较高的还原糖质量浓度.表明添加适量的化学物质,可以显著提高还原糖质量浓度.     

玉米秸秆纤维降解的预处理工艺条件筛选

为解决玉米秸秆在发酵中难降解的问题,以玉米秸秆为试验原料,通过物理-化学、物理-生物和物理-化学-生物3种方法对秸秆进行预处理,考察秸秆中纤维素、半纤维素、木质素含量,探讨各种预处理方法对玉米秸秆的降解效果。结果表明:添加10%NaOH溶液后加入绿秸灵的处理方式秸秆半纤维素的降解效果较好,降解率为32.98%;添加混合菌的处理方式秸秆纤维素的降解效果较好,降解率为51.46%;添加8%NaOH溶液后加入绿秸灵和添加10%NaOH溶液后加入绿色木霉的处理方式秸秆木质素的降解效果较好,降解率为39.28%。3种预处理方法对玉米秸秆中半纤维素、纤维素有显著影响,对木质素的降解影响不显著。3种预处理方法对玉米秸秆中不同组分降解率的影响大小顺序为:纤维素、半纤维素、木质素。     

响应面法优化玉米秸秆酶水解条件的研究

针对玉米秸秆制取燃料乙醇过程中玉米秸秆酶水解效率低的问题,利用响应面法对玉米秸秆酶水解条件进行优化。首先通过两水平Plackett-Burman试验中8个因素,筛选出3个对还原糖产率影响最大的因素(酶浓度、温度和固液比),再通过最陡爬坡试验确定其最优区域,然后通过Box-Behnken设计和响应面法进一步确定因素间相互关系和以还原糖最大产率为目标的最优条件。结果表明:酶浓度和固液比、温度和固液比间的交互作用对酶水解的影响显著,还原糖最大产率(42.97%)的最优条件为酶浓度55.45U.g-1,酶比例2∶1,温度44.39℃,pH值5.0,固液比1∶10.3,转速140r.min-1,酶解时间72h,Mg2+浓度0.01%。     

玉米秸秆预处理条件的优化

优化玉米秸秆预处理条件,测定其纤维素、半纤维素和木质素的含量,使其在生产过程中减少环境污染,降低生产成本和提高产率。将玉米秸秆切段除尘称量,先用亚硫酸氢钠浸泡,之后通过汽爆或蒸煮,再用氨水浸泡,然后烘干粉碎用蒸汽压力锅灭菌,最后进行液相色谱分析。结果表明,利用多种预处理方法相结合,使得纤维素、半纤维素、木质素分离开,切断其氢键破坏晶体结构,降低聚合度,有效去除木质素,提高纤维素、半纤维素的转化利用率。以亚硫酸氢钠浸泡24小时、3.0兆帕未挤干汽爆、氨水浸泡2小时的表现较好。     

响应面法优化玉米秸秆穰发酵燃料乙醇的研究

为提高玉米秸秆的综合利用,以玉米秸秆穰为发酵原料进行乙醇固态发酵,通过单因素试验考察pH、发酵温度、发酵时间、酶浓度4个因素对玉米秸秆穰发酵燃料乙醇的影响,在单因素试验基础上利用响应面法建立玉米秸秆穰发酵乙醇产量的数学模型。根据此模型进行工艺参数优化,以乙醇生成率为指标,确定玉米秸秆穰发酵燃料乙醇的最佳工艺条件:pH 5.1、发酵温度39℃、发酵时间28 h和酶浓度45 U/g。在此条件下,玉米秸秆穰发酵燃料乙醇的理论产率为0.249 0 g/g,实际得率为(0.237 6±0.000 7) g/g,生产1 t燃料乙醇需要4.002 t的玉米秸秆穰干料,玉米秸秆穰发酵燃料乙醇的理论转化率为95.77%,进行3组验证试验,乙醇转化率实测值为(95.44±0.28)%,验证了数学模型的有效性,为提高以玉米秸秆穰为原料发酵燃料乙醇提供参考。     

响应面法优化固体酸水解玉米秸秆制备乙酰丙酸的研究

以玉米秸秆为原料,以SO42--TiO2/黏土固体酸为水解催化剂制备乙酰丙酸。探讨了固体酸的用量、水解温度、水解时间和液固比对乙酰丙酸得率的影响。采用响应面法对水解工艺进行了优化,并建立二次回归模型。结果表明,当水解温度为241℃、水解时间为31min、固体酸的用量为4.5%和液固比为14∶1(V/W,mL∶g)时为较优的制备工艺,在该工艺条件下,乙酰丙酸的得率为13.16%。     

基于发酵产氢的玉米秸秆酶解条件响应面优化

利用3因素5水平的中心组合试验设计优化了玉米秸秆的纤维素酶水解条件,以提高纤维素氢气的产量。结果表明,酶解温度、pH和酶用量对氢气产量具有显著影响。在酶解温度51.8℃,pH 4.84、酶用量9.00 FPU/g TS条件下,氢气产量达到208.1 mL/g TVS。通过分析玉米秸秆在降解过程中的成分变化,发现玉米秸秆经水解后纤维素和半纤维素被降解,产氢菌主要利用其产生的可溶性糖发酵产氢,且混合产氢菌也具有直接降解纤维素发酵产氢的能力。     

超声波预处理玉米秸秆的条件优化

为加速纤维素酶对玉米秸秆的分解效率,采用超声波预处理玉米秸秆。研究超声波处理时间、功率、温度等因素对处理效果的影响,通过Box-Behnken中心组合试验设计优化超声波预处理玉米秸秆的条件。结果表明,超声波预处理玉米秸秆的最优条件为:料液体积比为1∶30,超声时间10min,温度45℃,功率140W。用纤维素酶酶解在优化条件下超声处理的玉米秸秆,酶解效果较好。     

玉米秸与风化煤配施对土壤结构性的影响

本文通过２０６Ｄ最优回归设计的盆钵实验,讨论了玉米秸与风化煤配比施用对土壤团粒结构的影响,得到在玉米秸与风化煤配比施用的情况下可以促进土壤团粒结构的形成。而且当风化煤用量为１０４６５～１５０００／ｈ与玉米秸用量１０４６５／ｈ的情况下配比施用为最优施用量。     

大豆秸秆剪切力学特性的研究

在微机控制电子万能试验机上对大豆秸秆的剪切力学特性进行研究。以大豆秸秆含水率、剪切角度和刀刃角作为影响因素,采用隶属度的综合评分法对抗剪强度和比能综合评分,建立二次多项式回归模型,并用响应面法对剪切工艺参数进行优化。结果表明:剪切角度对大豆秸秆剪切效果的影响程度最大,刀刃角的影响最小,大豆秸秆剪切的最佳条件为秸秆含水率25%、剪切角度60°、刀刃角45°,在该条件下对大豆秸秆进行剪切,得到最大综合分为0.969。     

基于响应面法的锤片-齿条式玉米秸秆切揉试验装置的参数优化

研制了一种锤片-齿条式切揉试验装置,并采用二次旋转回归正交试验设计进行了玉米秸秆切揉试验,建立了玉米秸秆揉丝率和度电产量与转子转速、锤片-齿条间隙、锤片厚度之间的数学模型,并采用响应面分析和多目标优化法,得到了锤片-齿条式切揉装置的最佳工作参数。结果表明:当转子转速为2 203.03 r.min-1、锤片厚度为3.26 mm、转子-齿条间距为23.00 mm时,揉丝率为90.12%,度电产量为202.02 kg.kW-1.h-1。实践证明该装置设计方案可行。     

豆科秸秆、氮肥配施玉米秸秆还田对秸秆矿化和微生物功能多样性的影响

基于施入物料的C/N比,采用室内培养试验,研究了苜蓿秸秆或者氮肥配施玉米秸秆在相同C/N(25∶1)下施入土壤对秸秆矿化和土壤微生物功能多样性的影响。结果表明:相比于玉米秸秆单施和氮肥配施玉米秸秆,苜蓿秸秆配施玉米秸秆提高了CO_2累积释放量,降低了施入有机碳的矿化率,提高了土壤有机碳含量,有利于碳的存储。苜蓿秸秆或者氮肥配施玉米秸秆施入土壤提高了土壤无机氮含量,缓解了对土壤氮素固持作用;苜蓿秸秆配施玉米秸秆相比于氮肥配施玉米秸秆,延长了氮素的可利用性。秸秆施入提高了土壤微生物群落的生理代谢活性,但对微生物功能多样性指数没有显著性影响。氮输入量与土壤无机氮含量显著影响了群落生理代谢活性。     

基于响应面法的乳酸菌发酵藜麦秸秆工艺条件优化

为优化藜麦秸秆的乳酸菌发酵工艺条件,选取发酵时间、乳酸菌添加量和秸秆含水量3个因素,利用单因素试验和响应面分析探究不同发酵条件对发酵后藜麦秸秆感官品质和粗蛋白质含量的影响。响应面分析结果显示,3个因素对发酵后的藜麦秸秆粗蛋白质含量的影响从大到小依次为乳酸菌添加量>秸秆含水量>发酵时间,最佳工艺参数为发酵时间24.5 d,乳酸菌添加量12 mg·kg^-1,秸秆含水量60%。在此条件下,发酵后的藜麦秸秆粗蛋白质含量为(6.93±0.05)%。该结果可以为藜麦秸秆发酵饲料的开发提供技术支撑。     

秸秆还田方式与施氮量对秸秆腐解及玉米氮素利用的影响

为探究高效秸秆还田方式与施氮量结合模式,明确黑土区玉米秸秆腐解和氮素释放规律对还田方式和氮肥管理的响应及其对玉米产量和氮素利用效率的影响,以玉米秸秆为研究对象,在吉林省四平市设置连续两年(2021和2022年)的田间定位试验,采用尼龙网袋法探究覆盖(Straw mulch,SM)和翻压(Straw bury,SB)2 种秸秆还田方式和不施氮肥(N0)、180 kg/hm²(N1)、270 kg/hm²(N2)3个施氮水平的组合下,秸秆腐解率和氮素释放率。结果表明:秸秆还田方式和施氮量显著影响秸秆腐解特征,其中SB处理的秸秆两年累积腐解率平均为83.0%,显著高于SM处理的65.3%;与N0处理相比,施氮处理(N1和N2)秸秆腐解率提高9.8%。SB处理秸秆氮素两年累积释放率为62.5%,显著高于SM处理的46.0%,秸秆氮释放量分别为51和38 kg/hm²;施氮促进秸秆氮素释放,提高秸秆氮素释放率的比例为12.5%;秸秆还田方式与施氮量显著影响玉米产量和植株氮素吸收,且具有交互效应,其中SBN2处理的玉米产量和植株氮素吸收量均为最高,分别为11 017.0和184.9 kg/hm²。统计显示,SB处理中施氮量、秸秆氮素释放量、穗粒数与玉米产量和吸氮量间均具有明显的正相关关系。因此,在翻压还田和高施氮量组合时,可以促进秸秆腐解和玉米氮素利用。     

基于响应面法的玉米籽粒离散元参数标定

【目的】离散元法普遍用于模拟农业物料在农业生产过程中的运动状态。离散元模拟的准确度取决于所使用的离散元参数,对颗粒离散元参数进行标定,为其在仿真试验中的应用提供可靠基础。【方法】以玉米籽粒为研究对象,以堆积角为响应值,将采用不同参数组合的仿真试验结果与实体试验结果对比,提出一种基于响应面法的离散元参数标定方法。采用Plackett-Burman试验对玉米籽粒离散元参数进行显著性检验,筛选对响应值影响显著的因素;根据最陡爬坡试验确定显著性因素的最佳水平范围;采用中心组合设计进行3因素5水平响应面优化试验。【结果】玉米泊松比与玉米–玉米静摩擦系数交互作用显著,得到玉米籽粒离散元参数最佳组合为玉米泊松比0.438、玉米–玉米静摩擦系数0.182、玉米–玉米滚动摩擦系数0.051。采用标定好的参数进行仿真试验得到堆积角平均值为26.89°,接近实体试验的堆积角值。【结论】基于响应面法的玉米籽粒离散元参数标定方法是可行的,可以提高玉米籽粒离散元仿真试验的准确性。     

广西蔗渣炭和玉米秸秆炭对水体中铵氮的吸附性能与比较

为进一步利用广西大量的农业有机废弃物资源,实现资源和环境效益的最大化,采用恒温振荡吸附方法,研究蔗渣炭和玉米秸秆炭对NH4Cl溶液中铵氮的等温吸附特征、吸附动力学过程,分析吸附时间、初始液浓度、添加量对生物质炭吸附铵氮效果的影响。结果表明,蔗渣炭和玉米秸秆炭对铵氮的吸附平衡时间均为3 h,平衡吸附率分别为39.0%和41.3%。生物质炭对铵氮的吸附率随添加量的增加而增加,但单位吸附量随添加量的增加而减少。对铵氮的吸附符合Langmuir方程和Freundlich方程,蔗渣炭和玉米秸秆炭对铵氮最大吸附量分别为2.50mg/g和2.88 mg/g。总体上,玉米秸秆炭对溶液中铵氮的吸附性能优于蔗渣炭。     

玉米秸秆不同配方栽培双孢蘑菇试验研究

玉米秸秆栽培双孢蘑菇,菌丝生长规律符合逻辑斯第曲线,子实体生长规律符合指数增长曲线,菌丝生长速率优于麦秸栽培料,子实体生长的高峰期比麦秸培养料提前,出菇期比麦秸培养料集中。玉米秸秆与麦秸秆以1∶1的比例栽培双孢蘑菇,菌丝生长速度快,生物学效率与麦秸培养料相近,可达到50%以上,产量可达10kg/m2以上。     

河南省小麦玉米秸秆资源测算与养分还田利用潜力分析

河南省为我国小麦和玉米主产区,明晰其主粮作物秸秆资源的市域尺度空间分布格局及秸秆还田情景下的化肥可替代量,可为秸秆综合利用政策制定及农田养分管理方案优化提供参考依据。本研究基于2018—2020年河南省18个地级市的小麦、玉米播种面积和产量,根据文献调研获得的作物草谷比及秸秆养分含量等参数,测算各地级市小麦、玉米秸秆产量和单位面积可收集量,并分析秸秆还田替代化肥的潜力。结果表明：2018—2020年河南省小麦和玉米秸秆年均产量分别为4 168.5万t和1 944.3万t,在市级尺度上,小麦秸秆产量较高的地市依次为周口（611.3万t）、驻马店（579.2万t）、商丘（493.7万t）和南阳（470.6万t）,其总占比为51.7%;四市的玉米秸秆产量也居于前列,分别为284.0万、216.9万、235.3万t和196.6万t,总占比为48.0%。郑州、鹤壁、三门峡、济源的小麦和玉米秸秆产量均较低,四市的总占比分别仅为5.0%和7.1%。河南省小麦秸秆N、P₂O₅、K₂O养分年均资源量分别为19.8万、7.3万、72.5万t,玉米秸秆N、P₂O₅、K₂O养分资源量分别为14.4万、5.7万、31.6万t。小麦秸秆还田当季的N、P₂O₅、K₂O养分可替代量分别为17.8、8.3、118.3 kg·hm^-2,玉米秸秆还田当季养分可替代量分别为23.7、11.0、77.7 kg·hm^-2。研究表明,河南省小麦、玉米秸秆资源丰富,但空间分布不均衡,应以秸秆主产市为重点,高质高效推进秸秆全量化利用,秸秆养分还田具有可观的化肥替代潜力,可通过秸秆科学还田实现化肥合理减量。