连续施用酸化粪水对土壤养分淋溶及重金属累积的影响

为探索连续施用酸化粪水对土壤养分淋溶及重金属累积情况的影响,采用新鲜粪水和酸化粪水,开展土柱淋溶试验。试验分别设置1个对照组、新鲜粪水和3个不同pH值（6.5、6.0和5.5）的酸化粪水,每个处理分别设置6次粪水淋溶。结果表明：施用新鲜粪水和酸化粪水均能增加土壤养分,施用新鲜粪水、pH值6.5、pH值6.0和pH值5.5的粪水后土壤总养分（N、P、K）的增长幅度分别为1%～40%、15%～66%和5%～21%,重金属Cu和Zn的增长幅度为4%～48%和4%～11%,重金属Cd和Pb的增长幅度为2%～14%和1%～18%;连续施用酸化粪水会使土壤pH降低、土壤电导率值升高以及土壤重金属不断累积,这也是导致土壤环境遭到破坏的风险因素,实际应用过程中应特别注意;建议每两季作物施用一次pH值为6.5的粪水;每三季作物施用一次pH值为6.0的粪水;每四季作物施用一次pH值为5.5的粪水。该研究通过对比分析连续施用新鲜粪水和不同pH值的酸化粪水后土壤养分和重金属浓度的变化,探讨了酸化粪水的还田效果,为连续施用酸化粪水的研究提供技术支撑。     

畜禽养殖粪水酸化贮存及氮素减损增效研究进展

畜禽粪水酸化贮存能够有效调控粪水贮存中微生物、环境与氮素间的作用关系,实现粪水氮素的减损增效,是一种具有广泛应用前景的关键技术。该研究系统综述了粪水酸化贮存中氮素的迁移转化机理,比较评价了常见酸化剂和不同酸化贮存工艺的应用效果,分析了酸化贮存技术对粪水氮素减损增效的影响。梳理总结得到：粪水酸化存储中氮素的迁移转化机制主要包括有机氮矿化、铵态氮固持、无机氮转化的抑制及硝化3个关键环节,可以依靠改变微生物作用和化学平衡状态实现氮素的减损;与其他酸化工艺相比,长期酸化工艺具有酸化效果更加稳定、应用范围较为广泛等优势;粪水酸化技术能够大幅降低NH3排放,以及部分N2O的排放,进而提高粪肥还田后土壤肥效,但不合理的酸化贮存技术及施用方式也会降低粪水肥效,甚至引起二次污染;未来应重点从氮素迁移转化路径的定量分析、复合酸化剂的开发、粪肥施用效果及风险的评估应对等方面进行深入研究。     

家畜圈舍粪尿表层酸化对氨气排放的影响

氨气是形成雾霾前体物的关键物质,而家畜养殖圈舍是氨气的重要排放源。本文选择圈舍环节新鲜猪粪和牛粪作为试验样品,利用动态箱-硼酸吸收法,研究了不同类型酸和不同剂量酸的表层酸化对圈舍粪尿氨排放的影响,探讨圈舍氨减排的方法。研究发现：按0.31 mL·cm^-2的喷施量在猪粪表层喷施0.012 mol·L^-1和0.006 mol·L^-1乳酸,24 h氨累积排放量可分别减少43%（P<0.05）和32%（P=0.07）;喷施0.017 mol·L^-1和0.009 mol·L^-1磷酸后,氨排放可分别减少74%（P<0.01）和61%（P<0.05）;粪尿表面喷洒0.017 mol·L^-1磷酸72 h后仍可减少氨排放64%（P<0.01）。另外,用同样方法对牛粪酸化可降低氨排放80%左右,且在不添加新粪的情况下,粪尿表层酸化间隔对24 h内氨减排效率无显著影响。同时,粪尿表面酸化仅改变粪尿表层pH,对粪尿整体pH无显著影响。综上所述：圈舍粪尿表面酸化可以大幅度降低氨气挥发,其减排效果与酸的种类、浓度及粪尿类型有关,是一种实现圈舍氨减排且经济可行的方法,此研究也可为家畜养殖业圈舍酸化氨减排技术提供科学数据支撑。     

牛粪水酸化贮存过程中氮形态转化的特性研究

近年来,随着畜禽养殖规模化的快速发展,养殖粪水的处理和利用已成为养殖业健康发展的难点和热点,粪水酸化技术是通过向粪水中添加酸化剂以降低氨气排放,减少粪水贮存中氮素损失的技术,目前此技术已经在丹麦等国推广应用,但中国对此技术的研究尚未起步,为探究粪水酸化固持氮素的效果,该研究以硫酸和明矾为粪水酸化剂,以固液分离前后奶牛粪水为处理对象,通过向粪水中添加酸化剂降低粪水pH值至6.0,分析粪水贮存中氨气排放、氮素转化以及粪大肠菌群数等指标,探索粪水酸化贮存过程氮形态转化机理。研究表明：向养殖粪水中添加酸化剂可降低6.3%～11.1%的总氮损失,能够降低粪水贮存初期中氨气的排放,同时有效抑制了奶牛粪水中粪大肠菌群的活性,使其更易达到无害化处理。酸化剂的加入一方面抑制粪水中微生物作用下的有机氮向无机氮素的转化,提高粪水贮存中有机氮的含量,减少铵态氮的产生量,另一方面酸化剂与粪水中的铵态氮结合生成稳定的铵盐,抑制了粪水中铵态氮向氨气转化的化学平衡,降低了粪水中因氨气排放导致的总氮损失,从而达到减少粪水贮存中氮素损失。     

基于酸化甘油的草莓花色苷提取与储存工艺优化

为提高草莓花色苷的提取效率和储存稳定性,该研究通过酸化甘油体系与探针脉冲超声相结合,优化草莓花色苷的提取工艺。采用UPLC-Triple-TOF/MS鉴定花色苷;在高温和光照条件下探究花色苷的稳定性;并利用分子动力学研究酸化甘油提取和储存草莓花色苷的内在机制。结果表明,在最佳条件：甘油浓度为26%（v/v）,温度为67 ℃,液料比为34 mL/g,超声时间为53 min下,花色苷得率为902.41 ± 0.84 μg/g ;酸化甘油提取液中含有飞燕草素-3-葡萄糖苷、矢车菊素-3-葡萄糖苷、天竺葵素-3-葡萄糖苷和锦葵色素-3-葡萄糖苷4种花色苷。酸化甘油体系能够显著提高花色苷在高温和光照条件下的稳定性。酸化甘油体系具有较大的扩散系数（0.57 m²/s）、平均氢键数量（406个）以及较小的非共价相互作用能（-1798.85 kcal/mol）。综上所述,通过酸化绿色溶剂甘油可以更高效地从草莓中提取并储存花色苷。     

中国畜禽粪尿养分资源及其还田的时空分布特征

为准确掌握中国不同地区畜禽粪尿量、畜禽粪尿氮磷钾量及其还田利用随时间变化特征,该研究基于统计数据和文献资料,估算各地区畜禽粪尿量、养分量及各种畜禽粪尿所占比例,分析不同时期畜禽粪尿养分还田量的地区间差异。结果表明:1980s,1990s,2000s和2010s全国畜禽粪尿(鲜质)资源量分别为276 177.41×10~4,391 083.29×10~4,445 885.84×10~4,423 422.87×10~4 t,30多年增长了53.32%,其养分资源分别为2 523.86×10~4 t(N 1 249.47×10~4 t,P_2O_5 230.64×10~4 t,K_2O 1 043.75×10~4 t),3 686.59×10~4 t(N 1 820.79×10~4 t,P_2O_5 327.13×10~4 t,K_2O 1 538.67×10~4 t),4 296.77×10~4 t(N 2 124.13×10~4 t,P_2O_5 401.29×10~4 t,K_2O 1 771.35×10~4 t)和4 089.40×10~4 t(N 2 017.66×10~4 t,P_2O_5 421.17×10~4 t,K_2O 1 650.57×10~4 t),30多年增加了62.03%,其中东北地区增幅最为明显。河南、四川、山东、湖南、云南和内蒙古的畜禽粪尿及其养分量约占全国的40%。全国不同畜禽粪尿及其养分量占总量的比例依次为:牛猪羊家禽马驴骡,但各地区有一定差异。西北、西南和东北地区牛粪尿及其养分占比较大,长江中下游地区猪粪尿及其养分占比最高,西北地区羊粪尿及其养分占比最大,东南地区禽粪及其养分占比最高,马、驴、骡粪尿及其养分在各地区占比都相对较小。1980s,1990s,2000s和2010s全国畜禽粪尿氮磷钾总养分还田量分别为1 132.73×10~4,821.36×10~4,1 860.52×10~4和1 709.19×10~4 t,还田率分别为44.88%,22.28%,43.30%和41.80%,河北、河南、山东、湖南、内蒙古、四川、云南和广西省畜禽粪尿养分还田量约占全国还田量的50%。2010s全国畜禽粪尿N,P_2O_5和K_2O还田量分别为615.91.91×10~4,297.70×10~4和795.58×10~4 t,还田率分别为30.53%,70.68%和48.20%。该研究为中国和各地区畜禽粪尿养分资源的合理利用和化肥零增长下畜禽粪尿养分管理提供科学依据。     

粪水离心分离机的研制

从生产实践出发,根据畜禽粪便处理的需要,设计了9LF-4.0型离心机。锥形转鼓是离心力自动卸料离心机中的关键部件。文中叙述了转鼓的强度计算、振动计算、减振设计、锥角与过滤介质的选用等。通过猪场粪水和鸡场粪水的离心试验表明该机能满足畜禽场粪水固液分离的需要,并具有结构简单、价格低廉、操作方便、能连续作业等优点。     

粪水离心分离机的研制

从生产实践出发,根据畜禽粪便处理的需要,设计了9LF-4.0型离心机。锥形转鼓是离心力自动卸料离心机中的关键部件。文中叙述了转鼓的强度计算、振动计算、减振设计、锥角与过滤介质的选用等。通过猪场粪水和鸡场粪水的离心试验表明该机能满足畜禽场粪水固液分离的需要,并具有结构简单、价格低廉、操作方便、能连续作业等优点。     

综合猪场粪水施用于农田前的预处理

<正> 发展工业式畜牧业,不可避免地将蓄积大量液体厩粪。当前苏联液体厩粪每年可达10亿立米。利用畜牧废弃物最通常的方法是把它们作为农田的肥料。这是因为这些废弃物中含有大量宏量和微量元素、各种酶与抗生素等。根据我们的资料,在猪粪的液体部分中氨氮含量达700毫克/升,固体部分中—300毫克/公斤,污泥中—400毫克/公斤、沉淀物     

轮耕秸秆还田促进冬小麦干物质积累提高水氮利用效率

通过田间定位试验,探究了不同耕作措施及秸秆还田对2015-2017年2个生长季冬小麦物质积累、氮素积累及水氮利用效率的影响。采用2因素裂区试验设计,主区为秸秆还田(S)和秸秆不还田(NS);副区分别为深耕(DT)、轮耕(RT)和免耕(NT)处理。结果表明:S处理较NS处理显著增加冬小麦旗叶SPAD和光合速率,提高成熟期植株生物量,但产量增加不显著。RT处理于2015-2016年和2016-2017年较DT处理分别显著增产4.88%和9.05%,2016-2017年较NT处理显著增产3.64%。秸秆还田和耕作方式交互作用显著影响冬小麦产量,S+RT处理2015-2016年和2016-2017年较NS+DT处理分别显著提高8.68%和16.98%。S处理显著增加植株氮素积累量和水分利用效率;RT处理显著提高冬小麦水分利用效率,增加冬小麦氮素积累量、籽粒氮素积累量、氮素转运及其利用效率。2015-2016年和2016-2017年RT处理水分利用效率较NT处理分别提高8.45%和8.92%,2015-2016年较DT处理提高5.24%;2016-2017年RT处理氮肥偏生产力较NT和DT处理分别显著提高3.68%和9.16%;氮素籽粒生产效率较NT和DT处理分别显著提高10.60%和4.78%。S+RT处理花后SPAD下降幅度最小,花期和成熟期均具有较高的光合速率,产量、水分利用效率和氮肥偏生产力与NS+DT和S+DT相比分别平均提高了12.58%,8.53%,7.95%和4.11%,19.79%,11.44%。因此,秸秆还田配合轮耕措施是黄淮海南部较为适宜的节水省肥型冬小麦耕作栽培措施。     

Impact of cattle slurry acidification on carbon and nitrogen dynamics during storage and after soil incorporation

Acidification of animal slurry is recommended in order to reduce NH₃ emissions, but relatively little is known about the effect of such treatment on C and N dynamics during acidification, storage, and after soil application. A laboratory study was performed, and the CO₂ emissions from a high–dry matter slurry (HDM), a low–dry matter slurry (LDM), and the same respective acidified slurries (AHDM and ALDM) were followed during a storage period and after soil incorporation. The N‐mineralization and nitrification processes, as well as microbial‐biomass activity were also estimated in soil receiving both the acidified and nonacidified materials. We observed a strong CO₂ emission during the acidification process, and acidification led to a small increase in CO₂ emissions (≈ 11%) during storage of AHDM relative to HDM. No effect of LDM acidification on CO₂ emissions during storage was observed. About 30% of C released during storage of AHDM was inorganic C, and for ALDM the C release was exclusively inorganic. Soil application of AHDM and ALDM led to a decrease in soil respiration, nitrification, and microbial‐biomass‐C values, relative to soil application of HDM and LDM, respectively. Furthermore, it was shown that this effect was more pronounced in ALDM‐ than AHDM‐treated soil. Considering both steps (storage and soil application), acidification led to a significant decrease of C losses and lower C losses were observed from LDM slurries than from HDM slurries.     

畜禽养殖废弃物贮存设施的设计

粪便贮存是废弃物农田利用和无害化处理的关键环节之一，该文对畜禽养殖粪便污水贮存设施设计过程中的选址、基本参数确定、如何防渗等进行了论述，提出优化设计方法，为资源化处理粪便的肥料利用成为可能，该设计运行费用低，使用方便，且能取得良好的经济效益，环境效益。设计可供畜牧环境工程设计和管理人员参考。     

畜禽养殖废弃物贮存设施的设计

粪便贮存是废弃物农田利用和无害化处理的关键环节之一,该文对畜禽养殖粪便污水贮存设施设计过程中的选址、基本参数确定、如何防渗等进行了论述,提出优化设计方法,为资源化处理粪便的肥料利用成为可能,该设计运行费用低,使用方便,且能取得良好的经济效益,环境效益。设计可供畜牧环境工程设计和管理人员参考。     

规模化奶牛场粪污全量贮存及肥料化还田工艺设计

为推进粪污全量贮存和肥料化还田模式在规模化奶牛场的应用,该研究以存栏500头规模奶牛场为例,分析了粪污收集量、贮存工艺与设施和粪肥还田等内容,提出了粪污贮存池设计容积和粪肥还田配套土地面积等参数。结果表明:奶牛粪污全量收集量为17.33t/d,全量贮存设施分为舍内贮存池和舍外贮存囊2种。单个舍内贮存池尺寸为85 m×12 m×2m(长×宽×深),粪污存储期9个月,所需贮存池数量为5个,总容积10200m³;舍外贮存囊占地尺寸为90 m×30 m(长×宽),深2.2 m,总容积5 615 m³。粪肥全部还田所需土地面积与种植作物类型和种植制度相关,种植作物为小麦、玉米、小麦+玉米和水稻(1年2熟)时,需配套土地分别为248.4、400.6、122.8和127.0hm²。粪肥还田成本为10.37万元/a,全部还田可节省化肥22.8万元/a,年可产生经济效益12.43万元。     

典型黑土区小流域秸秆直接还田技术在土壤改良中的应用

 黑土在人类的影响下,土壤结构恶化,土层不断变薄,其根本问题在于,不合理的人类活动使黑土区土壤侵蚀加剧,黑土赖以发育的有机质得不到补充。而该区的作物秸秆却又出现大量剩余,并且这些秸秆的不合理利用导致环境污染。因此,在东北典型黑土区小流域土壤改良中应推广秸秆直接还田技术,同时考虑到技术中存在的问题,提出相应的解决方案。     

多腔室秸秆原位炭化还田设备设计

原位炭化还田技术可将田间秸秆就地直接转化为生物炭,改善土壤结构,解决秸秆直接还田腐解慢、出苗率低、病虫害严重等问题。但目前炭化还田设备仍存在炭化不均匀,运行稳定性差,生产效率低等问题。该研究基于精准控氧控温炭化要求,在前期样机基础上,创新研发了立式多腔限域式炭化反应器,研制强化物料定向流动的多翅片型扰动部件,并运用ANSYS Workbench进行仿真模拟和结构优化,研制热解气清洁燃烧及高温烟气换热回用系统,集成秸秆捡拾粉碎系统及田间作业机具,研制立式多腔室秸秆原位炭化还田设备。以玉米秸秆为原料进行炭化试验,设备秸秆处理量为500 kg/h,生物炭产率为125 kg/h,固定碳含量为50.30%,系统能量利用率为70.66%,产出的炭达到Ⅰ级生物炭还田标准,燃烧烟气中颗粒物、NO_x、SO_x等排放均满足国标要求,整机系统运行稳定,满足设计标准。为秸秆直接炭化还田提供了技术及装备支撑。     

不同促腐条件下玉米秸秆直接还田的生物学效应研究

通过2年田间定位试验,研究了冀东地区小麦玉米轮作制度下,不同促腐条件下玉米秸秆配施化肥直接还田的生物学效应。结果表明,秸秆配施化肥并调节其C/N条件下,施用促腐剂较未施用处理增产达显著水平,作物各生育期土壤微生物量、酶活性均表现出高于未施用处理的趋势。以土壤微生物量、酶活性及氮、磷动态变化综合评判,秋季玉米秸秆直接还田在施用氮磷钾化学肥料作基肥的基础上,调节秸秆C/N.15∶1～35∶1范围内,不同C/N未影响秸秆的转化进程;在调节秸秆C/N的前提下,施用促腐剂则促进了秸秆的快速腐解,使秸秆转化过程中氮素的净释放和磷素再次进入净释放的时间提前,利于作物生长发育和产量形成。     

Effect of the long-term application of anaerobically digested residual slurry on methane emissions in a rice paddy field

ABSTRACT

The anaerobic digestion of livestock manure is an environmentally compatible technology used for the production of renewable energy. Anaerobically digested residual slurry has been used worldwide as a liquid fertilizer in both upland and paddy fields. However, a controversial question remains as to whether the application of slurry to rice paddy fields increases methane emissions; although methane is one of the most prevalent greenhouse gases, little is known about the effects of the long-term application of residual slurry on methane emission. In this study, we repeatedly applied slurry to a paddy field for six years at different application rates (10, 15, and 20 g N m^?2 based on ammonium-nitrogen content). At the fifth and sixth years of application, we evaluated the effect in terms of methane flux and soil total carbon content. The effect of the long-term application of the slurry (10 g N m^?2) on grain yield was equivalent to that of chemical fertilizer (10 g N m^?2). The application of the residual slurry was likely to increase the cumulative methane emissions during rice growing season in both 2006 and 2007. On the other hand, we observed that soil total carbon did not accumulate significantly in the soil. Thus, we cannot rule out the potential risk of additional methane emissions caused by the application of the residuary slurry to paddy fields.