接种高温嗜热菌剂加快牛粪秸秆堆肥发酵进程

  【目的】  探究添加高温嗜热菌剂对牛粪堆肥的发酵效率、木质纤维素降解和堆肥品质的影响。  【方法】  以牛粪和玉米秸秆为原料进行堆肥。添加嗜热菌剂处理(GLL)的菌剂主要由普通高温放线菌(Thermoactinomyces vulgaris)、地尿素芽孢杆菌(Ureibacillus terrenus)和嗜热脱氮芽孢杆菌(Geobacillus thermodenitrificans)组成,以分别添加两个市售有机肥发酵菌剂的处理(A、B)为对照,同时设不接种菌剂的空白对照(CK),发酵试验为期30天。在堆肥第0、3、7、12、16、23、30天取样,烘干样用于测定堆肥木质纤维素含量,鲜样用于测定含水率、pH、电导率（EC）值、种子发芽率指数(GI)和细菌群落结构。  【结果】  GLL处理在堆肥第2天迅速升温至超高温期(85.8℃),超高温期持续5天;CK、A和B处理在堆肥第3天内进入高温期(分别为56.3℃、59.2℃和57.6℃),高温期分别持续了10、11和13天。接种GLL显著降低了堆肥水分含量,堆肥结束时含水量下降至34.3%,而CK、A和B处理的含水量分别下降至45.4%、43.8%和44.6%,未能满足产品水分标准。GLL处理半纤维素、纤维素和木质素在堆肥后比初始值分别下降81.6%、65.2%和53.7%,对木质纤维素的降解能力明显高于CK、A和B处理。在GLL处理堆肥高温期及超高温期,厚壁菌门细菌相对丰度增加到46.6%。接种GLL菌剂发酵后的堆肥产物的有机质、总养分、机械杂质质量分数及酸碱度、GI值等均满足NY/T 525—2021的要求。  【结论】  接种高温嗜热菌剂能够显著提高堆肥温度,延长高温期持续时间,实现超高温堆肥,降低水分含量,提高木质纤维素的降解效果,快速获得满足NY/T 525—2021要求的堆肥产品。     

微生物菌剂对猪粪堆肥过程中堆肥理化性质和优势细菌群落的影响

  【目的】  掌握猪粪堆肥过程中微生物群落的演替规律与理化指标的相互关系,对提高猪粪堆肥营养品质和加速堆肥进程具有重要的意义。  【方法】  以猪粪和玉米秸秆 (质量比6∶1) 混合物为堆肥原料,耐高温菌剂主要含Acinetobacter pittii、Bacillus subtilis subsp. Stercoris和Bacillus altitudinis。堆体设接种菌剂 (MI) 和未接种 (对照,CK) 两个处理。常规监测堆肥温度和理化指标值,于堆肥开始后第4、12、24和32天采集样品,以16S rRNA高通量测序技术研究堆肥细菌群落的变化。用堆肥第4、12、24和32天采集的新鲜样品制备浸提液,进行紫花苜蓿种子发芽试验。堆肥结束时,测定全氮、全磷和全钾含量,并探讨微生物菌剂对堆肥理化指标和细菌群落演替的影响。  【结果】  接种微生物菌剂可使堆肥高温期提前2天出现,并且能延长高温期2天。堆肥浸提液的促生试验发现,在堆肥24天后紫花苜蓿种子发芽指数 (GI) 大于80%,且MI对幼苗主根的促生能力大于CK (P < 0.05)。随着发酵过程的进行,堆体体积不断缩小,CK和MI中全钾 (TK) 和全磷 (TP) 含量一直呈增加趋势,在堆肥第32天,CK和MI的全磷含量分别为2.28%和2.63%,处理间差异显著 (P < 0.05),而全钾含量分别为1.81%和1.86%,全氮含量分别为2.65%和2.63%,pH分别为8.72和8.78,处理间差异均不显著。在整个堆肥过程中,MI和CK的pH变化范围分别为8.40～8.95和8.61～8.93;CK和MI中总有机碳 (TOC) 的降解速率在堆肥的4～12和24～32天均表现为MI大于CK,CK和MI的碳氮比 (C/N) 分别为13.28和15.26,差异显著 (P < 0.05)。堆肥过程中在门水平上占据主导地位的细菌群落主要包括 Proteobacteria、Actinobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,在堆肥的高温期 (堆肥24天),堆体CK和MI中Firmicutes的相对丰富度分别为17.4%和59.8%;在堆肥的升温期、高温期和腐熟期,优势门水平细菌群落Proteobacteria、Firmicutes和Actinobacteria依次演替,且MI堆体中细菌群落的相对丰度均大于CK。属水平优势细菌为Acinetobacter、Lysinibacillus、Solibacillus、Pseudomonas和Flavobacterium,添加微生物菌剂可使Acinetobacter的丰度在堆肥第4天增加21.41%,此外,添加复合微生物可使堆肥第12天的Shannon和Observed species指数增加。相关性分析表明,温度、全N (TN)、TP、TK、TOC及GI与堆体中细菌组成具有显著相关性,而pH和细菌的相关性不显著。  【结论】  在堆体内接种微生物菌剂可显著提高并维持堆肥过程中优势门、属细菌群落的丰度,进而促进堆体升温并延长高温时期,缩短堆肥腐熟周期,加快总有机碳的分解,最终提高堆肥产品中有效磷的含量。复合微生物菌剂在堆肥升温期起主要作用的为Acinetobacter pittii,高温期为Bacillus subtilis subsp. Stercoris和Bacillus altitudinis,我们建议筛选耐高温细菌时应集中在厚壁菌门的芽孢杆菌属。     

生物质炭添加量对伊乐藻堆肥过程氮素损失的影响

为探讨高温堆肥中氮素损失的有效控制技术,研究以生物质炭为添加剂对伊乐藻与稻草混合堆肥过程中氮素损失的影响,通过静态高温好氧堆肥试验,设置了6个处理,即：CK（不添加生物质炭）、5个生物质炭不同添加量处理（以CK为基础,生物质炭添加量分别为CK堆体干基质量的6%、18%、30%、42%、54%）,监测了伊乐藻与稻草混合堆肥过程中堆温、氨挥发速率等相关指标的变化。结果表明,与 CK 相比,添加生物质炭可以提高堆温、延长高温期天数、缩短堆肥周期,堆肥周期减少天数与生物质炭添加量呈极显著的对数曲线相关（P<0.01）;添加生物质炭可以显著降低堆肥过程中的氨累积挥发量（P<0.05）,但与CK相比,生物质炭添加量为6%、18%处理的氨累积挥发量分别增加了26.58%、6.34%,同时,氮素损失率亦高于CK处理;堆肥过程中氮素损失率与生物质炭添加量关系密切,呈显著的一元三次曲线相关（P<0.05）,生物质炭的适宜添加量为27.11%～45%;根据不同影响因子的标准偏回归系数,对堆肥体氮素损失率的影响,由大到小依次为全氮、铵态氮、有机碳。     

堆肥反应器中硫磺对牛粪好氧堆肥的保氮效果研究

利用堆肥反应器严格控制堆肥条件,以牛粪和蘑菇渣为原料进行好氧堆肥,在堆肥过程中添加硫磺粉,研究硫磺对堆肥温度、pH、氮素转化、硫素转化和保氮效果的影响。结果表明,堆肥中添加0.5%硫磺粉（T1）对堆肥温度没有显著影响,高温期（≥50℃）维持5.5 d; 而添加1.0%硫磺粉(T2)能快速升温,但堆肥高温期维持时间4.6 d。添加不同量的硫磺粉均能显著降低堆肥pH,与CK比较差异显著。添加硫磺粉能大幅度增加铵态氮含量,至堆肥结束时,T1和T2处理铵态氮含量分别是CK处理的15倍和24倍,差异极显著; 还增加了堆肥有效硫含量,至堆肥结束T1和T2有效硫含量分别较堆肥初始增加35.7%和77.1%。整个堆肥过程总氮（TN）含量呈增加的趋势,堆肥结束时CK、T1和T2处理的TN含量分别达15.8、16.5和16.9 g/kg,T1和T2分别比CK处理增加4.4%和7.0%。说明在牛粪好氧堆肥中添加0.5%或1.0%硫磺粉,均可起到一定的保氮作用,可大幅度提高堆肥铵态氮和有效硫的含量,改善了堆肥养分品质; 而且添加1.0%硫磺粉效果好于0.5%硫磺粉。但是添加1.0%硫磺粉缩短了堆肥高温期,降低了种子发芽指数,不利于堆肥的无害化进程。     

添加生物炭对鸡粪好氧堆肥过程中养分转化的研究

为研究不同柠条生物炭添加量对鸡粪堆肥过程中养分转化的影响,以鸡粪和小麦秸秆粉为堆肥原材料,并添加质量分数为0%、3%、6%、9%、12%和15%的柠条生物炭进行好氧堆肥,并在堆肥第0、3、8、19、26、33和40 d取样测定各项指标。结果表明,与对照组CK相比,添加柠条生物炭可以缩短堆肥升温期1～2 d,延长堆肥高温期的停留天数2～4 d,增加堆体的保水能力;而且有利于堆肥高温期氨气的吸附,减少氮素损失,提高堆肥质量。堆肥结束后,添加柠条生物炭可以使全氮质量分数提高5.59%～27.38%;无论是否添加生物炭,随着堆肥进行,各处理的全磷、全钾均迅速增加。在鸡粪麦秆堆肥中添加柠条生物炭可以加快堆肥进程,减少氨气的挥发损失。柠条生物炭是一种有效的堆肥添加剂,且适宜的柠条生物炭添加比例在9%～12%之间。     

嗜热复合菌对堆肥品质及微生物群落演替的影响

  【目的】  研究嗜热复合菌对畜禽粪污堆肥理化特性和腐熟度的影响,探讨嗜热菌影响堆肥过程的微生物机制。  【方法】  堆料由75%羊粪和25%养鸡发酵床垫料构成,初始原料C/N为28,堆料量1.2 t,高度70～90 cm,开放条垛式堆沤。处理组为堆肥添加0.1%嗜热菌B. fordii FJAT-51578和U. thermosphaericus FJAT-51579等比混合的发酵液,对照组为添加1%市售枯草芽孢杆菌堆肥菌剂(Bacillus subtilis)。堆肥时间为2021年9月18日—10月14日,每两天检测1次温度。堆肥前15天,每两天进行一次翻抛,后期每5天进行一次翻抛,保持堆肥含水量50%～60%,直至高温期结束。在堆肥开始后第1、9和26天取堆肥样品,分析氮磷含量、硝化指数和种子发芽指数。结合扩增子测序,分析堆肥细菌群落结构变化,并揭示其主要环境影响因子。采用PICRUSt分析堆肥有效氮和有效磷代谢的微生物机制。  【结果】  嗜热复合菌添加促进堆肥硝化指数的降低和种子发芽指数的升高,促进堆肥腐熟;堆肥产物碱解氮和有效磷的含量分别比市售菌剂组高11.8%和7.7%。同时,嗜热复合菌的添加改变了细菌群落的分布,降低了堆肥细菌的多样性和丰富度,提高了糖单胞菌、链霉菌和嗜热葡萄孢菌等降解菌的丰度。RDA分析表明,pH和C/N是影响堆肥微生物群落多样性的主要因素,碱解氮与芽孢杆菌和糖单胞菌属丰度正相关,有效磷与嗜热裂孢菌、直丝菌属和马杜拉放线菌属丰度正相关。氮、磷代谢相关京都基因和基因组百科全书同源基因(KO)的PICRUSt分析显示,微生物氮磷循环相关KO的丰度随着堆肥进程均有所增加。添加嗜热菌剂提高了氨化、铵同化、硝酸盐同化、同化/异化硝酸盐还原等氮循环相关KO,及无机磷溶解、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶等磷循环相关KO。  【结论】  在畜禽粪污堆肥中添加嗜热复合菌剂加快并延长了高温期,降低了C/N,提高了堆肥中碱解氮和有效磷含量,其中C/N、硝化指数和GI指数等指标在堆肥中期达腐熟程度标准,促进堆肥腐熟。堆肥中添加嗜热复合菌剂增加了细菌氮磷代谢相关KO的表达,提高了腐熟中期堆肥中嗜热菌的丰度和种类,碱解氮与芽孢杆菌和糖单胞菌属丰度呈正相关,有效磷与嗜热裂孢菌、直丝菌属和马杜拉放线菌属丰度正相关。因此,添加嗜热复合菌促进了堆肥有效氮磷的含量。     

生物质炭对蔬菜废弃物堆肥化过程氮素转化的影响

为了研究添加生物质炭对蔬菜废弃物堆肥化处理过程中氮素转化特征的影响,分析堆肥过程中氮素的转化及损失规律,用西红柿茎蔓、玉米秸秆和猪粪按一定比例混合后添加不同比例的生物质炭,进行了为期30 d的堆肥发酵试验。结果表明,添加生物质炭能够提高堆体温度,使堆体快速进入高温期,延长高温持续时间,可降低挥发性氨的累积释放量,减少堆肥过程中的氮素损失,从而提高堆肥产品全氮的含量,并可促进堆肥后期NH+4-N向NO-3-N转化,提高非酸水解态氮的含量。添加生物质炭有利于堆肥的腐熟,在堆肥第18 d添加较高比例的生物质炭的处理其NH+4-N/NO-3-N≤0.5,堆肥产品达到腐熟。综合保氮和腐熟效果,蔬菜废弃物在堆肥化过程中以添加10%的生物质炭为最佳。     

低蛋白饲喂技术对猪粪好氧堆肥腐熟度的影响

  【目的】  猪粪由于产生量大、碳氮比低、水分含量高等导致储存处理难度较大,好氧堆肥处理猪粪因原料所提供微生物活动环境较差,导致堆肥效率低下。低蛋白饲喂技术在不影响猪生长发育的同时降低了饲料中的氮投入,可以显著改变猪粪的养分组成。本研究通过多种有机肥腐熟指标判定,分析低蛋白含量日粮饲喂的猪粪通过不同堆肥方式是否可快速有效地达到腐熟,并符合安全施用标准。  【方法】  动物试验选取初始体重为60 kg的去势公猪72头,分高、低蛋白饲喂两个处理,每个处理6次重复,每个重复6头猪。试验饲料均适应喂养7天后,开始收集粪便,收粪期为60天。堆肥试验共设4个处理,分别是高蛋白饲喂静态堆肥 (MH)、低蛋白饲喂静态堆肥 (ML)、高蛋白饲喂好氧堆肥 (CH)、低蛋白饲喂好氧堆肥 (CL),堆肥周期为14天。监测了堆肥过程中堆体温度和碳、氮含量等指标,并测定堆肥处理的小白菜种子发芽指数 (GI)。  【结果】  以堆肥过程中高温持续时间、堆肥NH₄+-N含量、T值 (堆肥结束C/N与堆肥初始C/N的比值) 和GI (小白菜种子发芽指数) 4项为腐熟判断指标,在14天堆肥周期内,高蛋白饲喂产生的猪粪在静态堆肥情况下 (MH),高温持续时间为0天,NH₄+-N含量为0.43 g/kg、T值为0.91、GI指数为0,未能达到腐熟标准;高蛋白饲喂产生的猪粪堆肥在好氧堆肥条件下 (CH),高温持续时间为5天,NH₄+-N含量为0.33 g/kg、T值为0.70、GI指数为0.31,T值和GI值均未能达到腐熟标准;低蛋白饲喂产生的猪粪,在静态堆肥中 (ML) 高温持续时间为0 天,NH₄+-N含量为0.54 g/kg、T值为0.81、GI指数为0.25,均未能达到腐熟标准;而在好氧堆肥 (CL) 中,高温持续时间为6天,NH₄+-N含量0.14 g/kg、T值为0.57、GI指数为0.96,均达到腐熟标准。  【结论】  高蛋白饲养产生的猪粪在静态和好样发酵条件下堆放14天,都不能完全腐熟。低蛋白饲喂产生的猪粪在静态堆放条件下,堆肥14天也不能达到腐熟标准。而低蛋白饲养产生的猪粪在好样条件下,可以在堆放14天时达到腐熟,因为低蛋白饲喂技术使猪粪碳氮比提高了约15%,高温发酵时长延长了40%,极大提高了猪粪短时间内的腐熟程度。因此,在循环农业中,通过上游低蛋白饲喂技术可促进下游猪粪的快速处理和循环利用。     

脲酶抑制剂NBPT对鸡粪好氧堆肥的保氮效果

利用堆肥反应器, 以鸡粪和蘑菇渣为原料进行好氧堆肥, 在堆肥中添加不同浓度的脲酶抑制剂NBPT, 研究其对堆肥氮素转化的影响及保氮效果。结果表明: 添加不同浓度的脲酶抑制剂NBPT对堆肥进程中温度无显著影响, 在堆肥的高温阶段可有效控制堆料pH的升高, 在堆肥高温前期的0~10 d可有效降低堆肥的脲酶活性, 在堆肥中后期10~25 d明显提高全氮含量。堆肥25 d后, 添加0.04 mL·kg^-1、0.08 mL·kg^-1、0.16 mL·kg^-1脲酶抑制剂NBPT分别比CK减少氮素损失6.61%、4.89%和13.51%。堆肥过程中, 堆料铵态氮含量呈升-降-升-降的双峰趋势, 且大部分时间CK处理的铵态氮含量高于添加脲酶抑制剂NBPT处理, 且CK处理铵态氮的两次升高速度均高于添加脲酶抑制剂NBPT处理。在堆肥的升温和高温期硝态氮含量不稳定, 但堆肥结束时, 各添加脲酶抑制剂NBPT处理的硝态氮含量显著高于CK处理。本试验结果表明, 在堆肥过程中添加脲酶抑制剂NBPT可延缓鸡粪中的尿素态氮向铵态氮的转化, 增加堆肥成品中的硝态氮含量。在畜禽粪好氧堆肥中加入脲酶抑制NBPT可起到一定的保氮作用。     

添加小麦秸秆生物质炭对猪粪堆肥腐熟程度及温室气体排放的影响

以猪粪堆肥为对象,研究添加小麦秸秆生物质炭对猪粪高温好氧堆肥腐熟程度和温室气体排放的影响。结果表明,在整个堆肥腐熟过程中,纯猪粪、猪粪与生物质炭分别以12∶1、5∶1和2.3∶1比例混合的堆体达到的最高堆肥温度分别为44℃、58℃、63℃、60℃,其中5∶1和2.3∶1比例混合的处理均比12∶1处理提前2天进入高温腐熟阶段,并且提前5天完成腐熟过程;12∶1和5∶1生物质炭处理可显著降低堆体的EC值,但高比例(2.3∶1)添加下EC值超出堆肥安全施用范围;与CK相比,添加生物质炭处理堆体NH4+-N含量较对照提前11天降到最低值并趋于稳定;堆肥结束时,生物质炭添加比例为12∶1、5∶1和2.3∶1堆体的NO3--N含量分别比对照提高了53.70%、148.36%和27.61%。且堆肥结束后添加生物质炭12∶1、5∶1和2.3∶1比例的堆体全氮损失率较对照分别降低32.07%、60.78%和50.18%;添加生物质炭显著降低堆体CH4排放总量82.03%~96.93%;5∶1和2.3∶1处理的CO2排放总量较对照显著降低20.21%和41.10%,而12∶1处理与CK相比无显著性差异;12∶1和5∶1处理的N2O的排放总量较CK显著提高66.61%和50.11%,而2.3∶1处理比CK显著降低了40.87%。     

尿素硝酸铵调节碳氮比促进小麦秸秆堆肥腐熟

【目的】高温堆肥可以加快秸秆腐解并浓缩其养分含量,是秸秆综合利用的有效措施之一。通常采用畜禽粪便来调节秸秆堆肥的C/N比,但由于重金属和抗生素问题限制了其在高价值经济作物上的应用。为此选择绿色无污染的尿素硝酸铵溶液(UAN)作为氮素调理剂开展堆肥试验,为生产高品质秸秆有机肥提供科学依据。【方法】设置4个处理,按照UAN添加量由多到少分别将堆肥C/N调节为15、20、25和30,进行50d堆肥,监测堆肥过程中温度、pH、EC、有机碳、铵态氮、硝态氮、纤维素组成、种子发芽率指数等指标的动态变化,并综合判定堆肥腐熟效果。【结果】C/N25和C/N30的处理最高温度分别达到63.4℃和65.9℃,50℃以上高温持续时间分别为7d和8d,而C/N15、C/N20处理高温持续仅1~2d,未达到无害化处理要求。堆肥初始pH值随着UAN添加量的增大而升高,范围在6.79~7.94,堆肥后pH值范围在7.63~7.89,各处理间没有明显差异。堆肥后各处理有机碳含量下降了8.29%~13.5%,且C/N25、C/N30的处理有机碳降解率显著高于C/N15和C/N20的处理。全氮含量较堆肥初增加53.3%~83.7%。秸秆中有机物组成表现为纤维素>半纤维素>木质素,堆肥后半纤维素、纤维素和木质素含量分别较堆肥初下降了30.5%~50.9%、42.%~55.8%和15.3%~29.4%。堆肥过程中由氨气挥发造成的氮素损失率随着C/N比升高而降低,分别为34.9%、29.0%、22.1%和7.37%;堆肥过程中无机氮占总氮的比例逐渐降低,由初始的52.4%~75.8%下降到结束时的25.4%~63.1%,而对应有机氮的比例则较堆肥初提高了52.4%~66.0%,表明小麦秸秆堆肥中氮素的稳定性增强。经过50d的堆肥处理,C/N25和C/N30的处理种子发芽率指数均达到彻底腐熟(GI≥80%),C/N20的处理达到基本腐熟(GI≥50%),而C/N15的处理未腐熟。【结论】采用尿素硝酸铵溶液作为氮素调理剂可有效降低小麦秸秆堆肥C/N比,促进小麦秸秆腐解,以C/N30处理腐熟效果最好。     

减氮条件下生物炭对甜菜盐碱胁迫的缓解效应

  【目的】  通过模拟盐碱胁迫环境,在施用生物炭、减施氮肥的条件下,研究甜菜根际土壤微生物数量、甜菜氮代谢相关酶活性、块根产量和含糖率的变化,明确生物炭对盐碱胁迫的缓解作用,以及盐碱胁迫下施加生物炭后是否可减少氮肥的施用, 为今后盐碱地改良以及甜菜合理施肥提供理论依据和技术支撑。  【方法】  试验于2018年在黑龙江哈尔滨东北农业大学试验站进行。以甜菜品种KWS0143为试验材料,在土壤中添加盐碱处理以中性盐 (Na₂SO₄、NaCl) 和碱性盐 (Na₂CO₃、NaHCO₃) 模拟盐碱胁迫土壤 (Na+含量为3 g/kg)。采用桶栽试验,每桶装土10 kg,共设6个处理,以在盐碱胁迫土壤施N 180 kg/hm2为对照 (CK),其余5个处理土壤中均加入生物炭30 g/kg, 施氮量依次为N180、162、144、126和108 kg/hm2。子叶完全展开后测定甜菜出苗率,3对真叶后每隔20天左右测定土壤微生物数量及叶片硝酸还原酶 (NR)、谷氨酰胺合成酶 (GS)、谷氨酸合成酶 (GOGAT) 活性,收获后测定块根产量和含糖率并计算产糖量。  【结果】  盐碱胁迫下,施加生物炭显著提高了土壤真菌和细菌数量;BC+N180处理显著提升放线菌数量,在施BC基础上随着施氮量的降低,各时期土壤放线菌含量呈降低趋势。施加生物炭能够显著提高盐碱胁迫下甜菜出苗率,施氮量对出苗率的影响不大;施加生物炭后氮代谢相关酶活性显著提高,其中BC+N162和BC+N144各时期NR活性均高于CK,BC+N144除播种后第117天、第138天外,叶片GS活性均显著高于CK,BC+N144叶片GOGAT活性始终显著高于CK,BC+N126除播种后第53天和第138天外,GOGAT活性显著高于CK;施加生物炭后除BC+N108处理外, 各施加生物炭处理甜菜的块根产量、含糖率、产糖量均显著高于对照,减施氮肥10%～20%的甜菜产量与BC+N180相当,BC+N162的产糖量与BC+N180差异不显著,但显著高于其他处理;而BC+N126和BC+N108的产量与产糖量均显著低于BC+N180。  【结论】  施加生物炭可有效缓解盐碱胁迫对土壤微生物数量及甜菜氮代谢相关酶活性的影响,提高甜菜产量、含糖率、产糖量。在本试验条件下,施加土壤风干质量3%的生物炭,可节约氮肥施用量的10%～20%,提高甜菜的产糖量。     

酒糟生物炭与化肥配施对土壤理化特性及作物产量的影响

【目的】以酿酒废弃物(酒糟)为原料热解制备可燃气体和生物炭,研究生物炭对土壤及作物产量的影响,为酒糟的无害化处理与资源化利用,以及合理施用生物炭提供理论依据。【方法】利用电子显微镜观察比较400°C、480°C和600°C裂解得到的生物炭表面结构,分析其理化性质。在四川泸州设置油菜–高粱轮作田间试验,研究不施肥(CK)、单施化肥(CF)和化肥与生物炭配施(CF+BC)处理的作物产量和土壤理化性质及生物学性状。【结果】在480°C热裂解条件下,酒糟生物炭的表面孔隙结构最佳,pH 10.1,阳离子交换较大(33.41cmol/kg),保蓄了较多的碳、氮、磷、钾,理化性质最优。在CF+BC处理中,田间土壤碳含量增加,土壤微生物生物量碳氮提高,蔗糖酶和磷酸酶活性及有效氮、磷、钾含量显著高于或相似于CF,说明部分生物炭能被微生物利用,促进其生长繁殖,增强土壤酶活,提高土壤养分的生物有效性。与单施化肥相比,化肥配施生物炭使油菜和高粱产量分别增加9.3%和9.5%,油菜磷和钾的经济效率分别提高15.1%和30.7%。【结论】采用480℃低温热裂解制备的酒糟生物炭理化性质优良,与化肥配施有利于提高油菜...     

玉米秸秆源有机物料对黑土养分有效性与酶活性的提升效应

[目的]研究以玉米秸秆为主要原料制备的不同类型有机物料对东北黑土土壤肥力和玉米产量的影响,为黑土地保护和秸秆资源高效利用提供理论依据.[方法]田间定位试验连续进行了5年.试验设不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)、化肥配施秸秆(NPK+ST)、化肥配施生物炭(NPK+BR)以及化肥配施堆肥(NPK+CP)5个处理,各...     

热解温度和氮肥用量影响生物炭的减排和增产效应

  【目的】  研究生物炭性质与氮肥用量对河套灌区春玉米田温室气体排放和产量的影响,为河套灌区高效利用生物炭固碳减排提供理论支撑。  【方法】  试验采用室内培养与田间试验相结合的方法,供试材料为秸秆生物炭和竹炭。田间试验设常规施氮300 kg/hm2对照(N)、常规氮量配施秸秆炭(SB+N)、常规氮量配施竹炭(BB+N)、减氮50%配施秸秆炭(SB+50%N)、减氮50%配施竹炭(BB+50%N)。采用静态暗箱–气象色谱法测定春玉米田温室气体排放量,并测定玉米产量。室内培养试验中分别制备热解温度为200℃、400℃和600℃的秸秆炭(S)和竹炭(B)加入土壤中,平衡3天后施入N 300 kg/hm2开始恒温恒湿培养,共培养14天。监测了不同培养时间土壤中N₂O、CO₂及CH₄气体的排放通量。  【结果】  与N处理相比,SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%N处理0—5 cm深土壤温度分别提高了0.50℃、1.84℃、0.35℃和1.37°C,0—10 cm深土壤温度分别提高了0.43℃、1.83℃、0.39℃和1.11°C;0—10 cm土壤含水率分别提高13.70%、8.90%、12.33%和8.90%。与N处理相比,在春玉米整个生育期内SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%N处理的土壤N₂O累积排放量分别减少了21.91%、23.16%、25.98%和28.17% (P<0.05);SB+N和BB+N处理的CO₂累积排放量分别提高了7.96%和9.94% (P<0.05),而SB+50%N和BB+50%N处理的分别降低了11.54%和10.74% (P<0.05);整个春玉米生育期各生物炭处理的CH₄累积排放量为负值,显著低于N处理(P<0.05);SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%N处理土壤的全球增温潜势(GWP)分别降低了23.26%、23.98%、27.00%和29.14%,温室气体排放强度(GHGI)分别降低了27.24%、28.97%、32.57%和34.68% (P<0.05)。生物炭添加能够提高玉米产量,SB+N、BB+N、SB+50%N和BB+50%处理较N处理分别增加5.47%、7.01%、8.26%和8.47% (P<0.05)。培养试验发现生物炭能够减少土壤N₂O和CO₂的排放。N₂O和CO₂的排放通量随生物炭热解温度升高而减少,在相同热解温度下,竹炭的减排效果优于秸秆炭。各处理下土壤CH₄的排放均表现为碳汇,其中600°C制备的竹炭对CH₄的吸收量最高。  【结论】  施用生物炭能够改善土壤温度和土壤含水率,并显著降低N₂O和CH₄累积排放量,但常规施氮量下施用生物炭会提高CO₂累积排放量。施用生物炭能够显著提高春玉米的产量并降低春玉米田GWP和GHGI。培养试验进一步说明了竹炭的减排效果优于秸秆炭,高热解温度的生物炭减排效果优于低热解温度生物炭,综合考虑田间与室内培养试验的结果、环境效益和经济效益,减氮50%配施竹炭的处理是河套灌区春玉米田提高产量并减少温室气体排放较为合适的措施。