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。     

中国东北地区畜禽粪污处理技术与资源化利用模式分析

为摸清东北地区畜禽粪污处理技术与资源化利用模式应用现状,该研究采用问卷调研与现场评估相结合的方式,对黑龙江、吉林和辽宁3省272个规模化养殖场进行了调研,分析了养殖畜种与存栏量、粪污产生量、粪污处理技术、粪污处理设施设备以及粪肥还田参数等数据,总结了东北地区畜禽粪污处理技术应用现状和资源化利用模式特点。结果表明：东北地区主要粪污收集工艺为干清粪,占比达94.35%。固体粪便以堆沤肥工艺为主,占所调研养殖场的86.93%,各畜种粪便存储设施面积符合畜禽规模化养殖场粪污资源化利用设施建设规范要求。液体粪污主要处理方式为粪水贮存,占所调研养殖场的68.18%;奶牛养殖场粪水贮存设施小于建设规范要求。东北地区粪肥还田主要种植作物为玉米,占所有种植作物的78.13%,现有配套土地面积普遍低于畜禽粪污土地承载力测算需求面积。固体粪肥主要施肥方式为人工施肥,占比达88.00%;液体粪肥主要施肥方式为漫灌和喷灌,占比分别为54.17%和37.50%。整体来看,东北地区粪污处理与资源化利用主要技术模式为“干清粪+粪便堆沤+粪水贮存”。研究结果可为东北地区粪污处理和资源化利用模式推广和政策制定提供参考。     

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。     

中国畜禽粪污资源化利用技术应用调研与发展分析

中国畜禽粪污资源化利用技术模式的选择和应用情况底数不清,缺乏系统研究。该研究采用问卷调研与实地测量相结合的方式,对中国190个县（市区）2 589个养殖场进行调研,并从畜禽粪污收集方式、粪污处理方式、粪肥还田利用情况等方面进行统计分析。结果表明,畜禽规模养殖场清粪方式以干清粪为主,占养殖场总数的89.40%;固体粪便处理普遍采用堆（沤）肥处理,占养殖场总数的89.44%,液体粪污处理主要采用厌氧发酵和贮存发酵等技术,分别占41.59%和39.09%,目前大部分规模养殖场粪污处理设施建设符合规范要求,但部分养殖场设施水平不高;粪污处理后还田是主要利用方向,利用粪肥的作物以水果蔬菜等经济作物为主,占比可达61.83%。总结分析了中国畜禽粪污资源化利用存在问题,提出中国畜禽粪污资源化利用亟需提升处理设施标准化水平,提高设施装备水平,同时还需引导养殖场按照种养平衡要求配套足够消纳土地,提高粪肥还田利用机械化水平。该研究可为畜禽粪污资源化利用科技创新、技术推广提供基础支撑,对于促进畜禽粪污资源化利用和农业绿色发展具有指导意义。     

粪水酸化储存还田应用效果

为探索酸化储存粪水对农田的施用效果,采用浓硫酸(H_2SO_4)酸化前后的粪水和长期储存前后粪水,开展盆栽试验研究酸化储存粪水对土壤养分和作物产量的影响。试验分别设置2个对照组:储存前和储存后的粪水,H_2SO_4酸化前和酸化后的粪水,每个处理分别设置4组施加量水平(5%、25%、50%和100%稀释比例的粪水)。试验结果表明:对于养殖粪水还田,应严格控制粪水还田比例,不宜施加浓度过高的粪水,宜控制在25%～50%施加量。粪水储存有利于土壤总氮(Total Nitrogen, TN)和总磷(Total Phosphate,TP)的固持,储存后土壤总养分(总氮、总磷和总钾(Total Potassium,TK))增加了11.32%～73.16%,SMS(储存60 d的粪水)(100%)处理产量提高了21.22%;粪水经过H_2SO_4酸化处理后,对土壤总养分影响变化较大,TN、TP和TK部分处理呈增加的趋势,HMS(25%)处理产量显著提高了27.94%;在H_2SO_4酸化的基础上储存粪水,土壤TN含量增加十分显著(P0.05),酸化与储存联合处理减少了粪水TN的损失,对于土壤速效养分的增加有促进作用,尤其对速效N的影响较显著(P0.05),SHMS(粪水+H_2SO_4储存60 d)(25%)处理产量提高了13.63%。该研究通过对比分析新鲜粪水、储存粪水、酸化粪水和酸化储存粪水的特性,探讨了畜禽养殖场粪水经酸化储存后的还田应用效果,为粪水还田提供技术支撑。     

规模化养猪场粪污全量收集及贮存工艺设计

基于全量收集的粪污贮存技术具有粪尿收集方便、运行成本低廉和养分利用率高等特点,在欧美等发达国家得到了普遍应用,是一种适合在中国华北、西北等地区和土地匹配较充足的区域进行推广的粪污处理与还田利用技术。文章以规模化养猪场尿泡粪全量贮存技术为研究对象,分析了尿泡粪收集量、贮存工艺控制参数、贮存设施设计和投资运行成本等内容,旨在为该技术的推广应用提供参考。结果表明:每头生猪整个饲养周期内尿泡粪收集量为0.70 m~3;粪污贮存设施分为舍内贮存池和舍外贮存罐2种,粪污贮存方法可采取舍内贮存、舍外贮存和舍内结合舍外贮存3种。粪污pH值酸化至5.5～6.5,氨排放量最高可减少80%;粪肥还田前一般要求存储时间为6个月。以存栏5000头规模养猪场为例,舍内贮存池所需容积为6 600 m~3,投资660万元;舍外贮存罐所需容积为4 118 m~3,投资206万元;舍内结合舍外贮存设施所需容积为8 214 m~3,投资651万元;粪污处理成本为3.83万元/a,施肥成本为10.8万元/a;全部粪肥还田可满足133 hm~2农田用肥,节省化肥6.0万元/a,该研究可为粪污贮存及利用提供参考。     

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。     

加气灌溉与秸秆还田对水稻氮磷损失的影响

秸秆还田对于培育地力、提高作物品质与产量具有重要意义,然而在中国南方水稻种植区稻麦轮作耕作方式下,小麦秸秆还田后出现了水稻田面水质恶化的问题。该研究设置不同秸秆还田以及不同进气量的微纳米加气灌溉6个处理,开展水稻盆栽试验,观察分析水稻生育期内稻田水化学指标以及氮磷损失的变化规律。结果表明：水稻田面水与渗漏水中化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD）浓度以及氮磷浓度的起伏变化主要受施肥因素影响;秸秆还田条件下水稻田面水COD浓度、总氮（Total Nitrogen,TN）浓度、铵态氮（NH4+-N）浓度、硝态氮（NO3--N）浓度均有所提升,总磷（Total Phosphorus,TP）浓度有所降低;水稻渗漏水COD浓度、NH4+-N浓度在秸秆还田后会有所升高,TN浓度、NO3--N浓度会有所降低;微纳米加气灌溉有利于降低秸秆还田后稻田水的COD浓度、TN浓度、NH4+-N浓度,其最优去除率可达19%、31%、45%。秸秆还田有利于提高稻田氮磷利用率,但是会增加氮素损失量,微纳米加气灌溉可以有效减少小麦秸秆还田后稻田的氮磷损失量,综合考虑改善稻田水COD浓度、减少氮磷损失以及保证水稻产量,推荐使用0.7 L/min进气量的微纳米气泡水对小麦秸秆还田后的水稻进行灌溉。该研究结果可为秸秆还田条件下稻麦轮作区水稻灌溉管理提供理论和技术指导。     

江苏省大中型沼气工程调查及沼液生物学特性研究

近年来,中国大中型沼气工程发展迅速,然而有关沼气工程运行情况的研究甚少。为探索沼气工程运行中存在的问题,该文对江苏省21家畜禽养殖场大中型沼气工程进行了实地调查,并采集发酵料液以及出料样品,分析了进出料液COD(化学需氧量)质量浓度、沼液产气潜力、粪大肠菌群数等指标。结果表明:江苏省沼气工程设计施工规范,配套设施较完备,但运行效率低,沼气、沼液处理或利用能力低。大多数沼气工程以处理养殖废水为主,发酵料液固体质量分数<3%,62%的出料沼液的COD质量浓度达到5000mg/L以上;沼液残余产气潜力较大,在35℃条件下,有12家沼气工程的沼液残余产甲烷量达100mL/L以上。沼气发酵处理可以显著降低粪大肠菌群含量,平均可减少92.9%,但厌氧消化后的沼液中仍含有较高浓度粪大肠菌群,不能达到无害化要求。该调查结果可为畜禽养殖场沼气工程的健康稳定运行与管理提供科学依据。     

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17.33 t/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×2 m（长×宽×深）,粪污存储期9个月,所需贮存池数量为5个,总容积10 200 m3;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127.0 hm2。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。     

北京大中型沼气工程冬季运行状况及发酵前后物料理化生物特性

为了解北京市大中型沼气工程冬季运行情况及发酵剩余物理化特性,该文实地调查了北京市29座沼气工程冬季运行情况,以调研问卷的形式了解沼气工程运行状况,并采样分析了发酵原料、沼渣和沼液样品的养分含量、粪大肠菌群数、铜、锌、砷、铅等指标。结果表明:北京29座冬季运行的沼气工程中主要以畜禽粪便为原料,其中有20座沼气工程采用猪粪进行厌氧发酵,厌氧消化反应器类型主要是全混式厌氧反应器和升流式厌氧固体反应器,沼气以供周边农户使用为主,沼渣和沼液以农田利用为主,从区域沼气工程运行状况来看,房山区的沼气工程运行状况相对较好,大兴区和顺义区的沼气工程运行状况参差不齐;所调研沼气工程沼渣和沼液的pH值适宜向农田施用,沼渣的EC值相对原料平均下降了56.97%,沼渣有机质和可挥发性固体的质量分数相对原料分别降低了20.99%和27.93%,沼渣的养分质量分数较高,沼液的养分质量浓度较低,沼渣中的粪大肠菌群数和沼液的化学需氧量、粪大肠菌群数整体偏高,有6座沼气工程的砷含量较高。调查结果可为北京市沼气工程冬季运行效果及沼渣沼液资源化利用提供基础数据,促进北京市沼气工程的可持续发展,提高生态和经济效益。     

Growth response and nitrogen metabolism of sunflower (Helianthus annuus L.) to vermicompost and biogas slurry under salinity stress

Sunflower was grown under saline media with or without vermicompost amendment and biogas slurry, the organic fertilizers. A randomized complete block design with five replications was used. Forty-five pots were divided in three sets comprising of 15 pots each. Out of 15 pots of each sets, five pots of each were subjected to different levels of saline water irrigation i.e. electrical conductivity (EC): 0.5, 4.8 8.6 dS/m). Amendments of vermicompost and biogas slurry have shown some reduction of sodium induced inhibitory effects. Analyses of fresh and dry weight of leaves, ions, amino acid, protein and nitrogen metabolism enzymes in leaves etc., have been undertaken with reference to above-mentioned treatments. Organic manure amendments improved growth yield, nitrate and protein content and decreased the amount of sodium (Na⁺), chloride (Cl^?), ammonium and total amino acid under saline or non-saline condition. Activities of nitrogen (N)-assimilating enzymes i.e. nitrate reducatse (NR, EC 1.6.6.1), nitrite reductase (NiR, EC 1.6.6.4), glutamine synthetase (GS, EC 6.3.1.2) and glutamate synthase (NADH-GOGAT, EC 1.4.1.14) were enhanced to some extent irrespective to non saline or saline condition. Under salinity NADH-glutamate dehydrogenase (GDH, EC 1.4.1.2) activity was stimulated concomitantly with the increasing ammonium contents and proteolysis activity in the leaves and organic manure did not show a significant difference as compared to their respective control. With respect to salt stress, among the two above-mentioned organic manure, vermicompost showed better result in the entire studied parameter as compared to the biogas slurry.     

绿肥还田对粉垄稻田土壤活性有机碳的影响

绿肥还田是影响农田土壤有机质的重要手段,为探索绿肥还田对粉垄稻田土壤活性有机碳的影响,采用常耕和粉垄栽培水稻,以不施肥、单一施用化肥、同等肥力条件下单倍绿肥配施化肥和双倍绿肥配施化肥共4种施肥处理,系统开展粉垄耕作稻田土壤活性有机碳研究.结果表明:①粉垄耕作减少了稻田土壤总有机碳含量,提高绿肥还田量有助于粉垄稻田土壤总...