养殖粪水长期贮存过程理化特性变化规律

目前中国中小规模畜禽养殖场主要采用自然贮存后还田的形式处理养殖粪水,受场地制约,养殖粪水贮存时间通常仅有1～2个月,之后便直接还田利用,贮存后的粪水理化特性变化尚不清楚,是否适宜直接还田尚需研究。该研究以猪粪水和牛粪水为研究对象,重点分析粪水在长期贮存中粪大肠菌群、电导率（Electrical Conductance,EC）以及化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD）的变化,分析粪水最佳贮存期及还田利用方式,以期为粪水资源化及安全还田提供参考。结果表明,粪水经自然贮存6个月,铵态氮损失达68%以上,不仅引起环境污染,且降低了养分;贮存后粪水基本可达到无害化要求,但pH值、EC值以及COD浓度仍然偏高,还田前应制定合理的粪水资源化利用方案;固液分离可以有效降低粪水中的COD浓度和EC值,促进粪水无害化进程。该研究为中国畜禽养殖粪水资源化用探索了新的技术路径。     

不同初始pH对猪粪水酸化贮存过程及氮素损失的影响

为减少猪粪水贮存过程中氮素损失，提高还田安全性，采用酸化贮存技术，以磷酸为酸化剂，比较了不同初始pH对猪粪水酸化贮存过程及氮素损失的影响。结果表明：试验用猪粪水中重金属浓度大小顺序为：Cu>Pb>Zn>Cd>As，贮存后重金属浓度均降低，符合《农用沼液：GB/T 40750-2021》标准，但贮存180 d后猪粪水氮素损失率达68.55%，贮存后猪粪水中氮素以氨氮为主，占比达51.73%；酸化pH与酸化剂用量的相关性公式为：y=-3.3113x + 22.999，R2=0.985；酸化贮存大幅减少了猪粪水氮素损失，损失率较CK降低了5.98-62.77个百分点，且贮存后氨氮占总氮占比大幅提高24个百分点以上，保氮效果与pH呈反比；磷酸酸化提高了猪粪水总磷和水溶性磷浓度，增加幅度与磷酸用量呈正比；酸化贮存后猪粪水EC、Cd和Pb浓度偏高，抑制根和茎生长，其负面效应与贮存pH呈反比；酸化贮存降低了猪粪水Cu浓度，Cu浓度与pH呈正比，对As和Zn的作用无明显规律。综上所述，建议将猪粪水pH调至6.0后贮存，酸化剂成本为13.89元·吨-1。     

影响牛粪高浓度水解酸化过程中乙酸含量的因素研究

在室温为20℃的实验室条件下,对牛粪进行了批量式高浓度厌氧发酵,采用二次正交旋转组合设计试验方法,探讨牛粪水解酸化过程中,温度、料液浓度和停留时间对乙酸含量的影响规律.温度、料液浓度和停留时间的取值范围分别为25～35℃、6%～10%和2～12 d,利用单因素分析法确定各因素在二次非线性模型中的主次顺序.利用频数分析找出各因素的最佳试验范围.结果表明,停留时间对乙酸含量的影响最大,温度次之,料液浓度的影响最小.通过频数分析,得出了在温度为26～30℃、料液浓度为7%～9%、停留时间为2～5 d时挥发酸中的乙酸含量均高于66%.当温度为26～30℃、料液浓度为10%、停留时间为10～12 d时挥发酸中的乙酸含量均低于60%.     

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。     

牛粪厌氧发酵酸化处理条件的优化

在牛粪厌氧发酵过程中,高含量的木质纤维素降低了厌氧发酵的水解酸化速度,水解酸化阶段成为牛粪厌氧发酵过程的限速步骤。为提高牛粪两相厌氧发酵甲烷的产量,对酸化处理条件进行优化。利用两相厌氧发酵工艺,在35℃发酵条件下,研究牛粪酸化处理时间、搅拌频率、料液浓度和尿素添加量对甲烷总产量的影响。单因素试验结果表明,最佳的酸化时间、搅拌频率、料液浓度、尿素添加量分别为96 h、3次.24 h 1(60 r·min-1,1 min·次-1)、8.0%、1.28 g·L-1。在单因素试验基础上,选取酸化时间、料液浓度、尿素添加量为自变量,以甲烷总产量为响应值,根据中心组合设计原理设计试验。采用3因素5水平的响应面分析法,建立酸化处理条件对甲烷产量影响的回归模型,进行显著性和交互作用分析。结果表明,在35℃、搅拌频率为3次.24 h 1(60 r·min-1,1 min·次-1)酸化条件下,酸化料液浓度对甲烷产量影响最大,尿素添加量次之,酸化时间影响最小;酸化最佳处理条件为:酸化时间93.7 h、料液浓度8.3%、尿素添加量1.26 g·L-1。经过优化,甲烷含量、总产气量、挥发性固体含量(VS)和化学需氧量(COD)去除率分别比未酸化处理提高了14.3%、44.7%、41.8%和33.9%,而酸化处理对纤维素、半纤维素和木质素含量影响不显著。由此可见,牛粪酸化处理有利于甲烷产生,可提高甲烷含量及VS和COD去除率。     

猪、牛粪厌氧发酵中氮素形态转化及其在沼液和沼渣中的分布

了解厌氧发酵过程中畜禽粪便氮素的形态转化及其在沼液和沼渣中的分布,是沼液和沼渣有效处理及合理利用的理论基础和前提条件。该研究以猪粪和牛粪为原料,在中温((37±2)℃)条件下采用连续搅拌反应器进行厌氧发酵,分析此过程中氮素形态转化及在固相和液相的分配。研究结果表明:厌氧发酵130d后,猪粪和牛粪氮素损失率分别为12.2%和11.5%。猪粪和牛粪沼渣(即出料的固体与残留在反应器内固体的总和)中的氮量分别为进料总氮量的61.9%和72.7%。发酵后的出料中,猪粪的氮量在液相中增加了约10.7%,在固相中降低了约28.0%;而牛粪的氮量在液相中降低了约8.7%,在固相中增加了约2.8%。猪粪和牛粪发酵出料中NH4+-N质量的增幅分别达162.2%和90.0%,占总氮量的43.3%和30.5%;而NO3--N质量分别降低了约50.0%和45.2%,不足总氮量的1%。猪粪发酵后残留在反应器中的沼渣干质量远大于牛粪,运行过程中需定期排渣。     

青贮玉米-牛粪尿体系的15N标记及氮素转化研究

15N示踪技术已开始应用于畜禽粪便氮素循环与利用研究领域,而15N在畜禽粪便不同组分和不同形态氮素中的丰度与数量将直接影响到畜禽粪便15N示踪去向与氮素实际去向的一致性。为了解15N在畜禽粪便标记过程的转化特点和在标记粪尿的分布特征,本文首先采用改进的、含有15N标记硫酸铵(60 atom%15N)的Hoagland营养液砂培种植15N玉米,然后将15N玉米和普通玉米以55∶45的氮配比作为混合青贮饲料饲喂1头已空腹2 d的2龄黄牛,饲喂4 d后停喂2 d,收集全部牛粪尿并对其不同组分和形态氮素的15N丰度和数量进行分析。结果表明:标记玉米、混合青贮饲料、牛粪尿的15N丰度分别为48.024%、26.579%和8.044%;标记玉米对硫酸铵15N的回收率为26.3%,牛粪尿对标记玉米15N回收率为36.0%。在收集的牛粪尿氮中,牛粪全氮、牛尿全氮、牛粪铵态氮和牛尿铵态氮量分别占70.25%、29.75%、5.44%和0.03%,其15N丰度分别为9.223%、5.261%、6.505%和5.419%。在短期内通过饲喂黄牛15N青贮饲料制备的标记牛粪尿中,15N丰度在不同组分和形态氮素中的分布并不相同,牛尿氮的15N丰度低于牛粪氮,矿质态和易于矿化态氮的15N丰度低于不易矿化态氮。     

牛粪堆肥化中氮素形态与微生物生理群的动态变化和耦合关系

在强制通风静态垛装置中研究了牛粪堆肥化中氮素形态和微生物生理群的动态变化。在堆制的56d里,根据堆温变化分阶段采集堆肥样品,测定各种氮素组分的含量和氮素微生物生理群的数量。结果表明,堆肥过程中,总氮减少了21．6％;有机氮是堆肥中的主要氮素形态,其含量降低了19．1％;氨基酸态氮和氨态氮的含量分别降低了20．9％和86．4％,在有机氮和总氮中的比例分别降低了2．2％和5．2％;氨基糖态氮和硝态氮含量分别增加了147％和79％,在有机氮和总氮中的比例分别增加了2倍和1．3倍。氨气的挥发占总损失的63％,高温期的释放量占总挥发量的69％。堆肥中氨化细菌数量较高,在高温期大幅度增加,其数量变化与堆肥中氨气和氨态氮含量都呈极显著正相关关系。在堆肥过程中,硝化细菌数量总体较小,在降温期增加幅度较大;反硝化细菌数量逐渐增加,堆制结束时达到堆肥初期的2．45倍;固氮菌数量总体增加1．8倍,其中降温期数量较多。堆肥过程中存在的反硝化作用,是氮素损失的另一个重要原因。     

牛粪堆肥过程中有机态氮的动态变化

利用外源微生物进行牛粪高温好氧堆肥试验,研究堆肥过程中不同形态有机态氮组分的变化规律。结果表明,全氮与酸水解氮均呈下降趋势,与不加外源微生物处理相比,外源微生物处理只是加速全氮与酸水解氮含量的降低,并没有引起氮素过多的损失;氨基酸态氮呈现先降低后增加的趋势,堆肥结束时,外源微生物处理含量明显高于不加微生物处理;酰胺态氮与氨基糖态氮各处理含量都在升温期、高温期增加,然后随着堆肥温度的下降而降低,在腐熟期则呈现较平稳的走势。在堆肥的不同时期,外源微生物处理酰胺态氮含量明显低于不加微生物处理,而氨基糖态氮则相反。     

鸡粪堆肥中氮转化微生物变化特征的初步研究

采用室外人工翻堆好氧堆肥方法，进行了70d的鸡粪、鸡粪添加1％稻草和鸡粪添加3％稻草堆肥试验，采用平板记数法和最大可能记数法(MPN)，研究了堆肥过程中氨化细菌、固氮菌、硝化菌和反硝化菌的数量变化规律。结果表明：氨化作用在堆肥初期显著，硝化作用、反硝化作用、硝化细菌和反硝化细菌数量随堆肥时间的推移有上升的趋势；堆肥中存在固氮菌，但数量变化不大。堆肥中氮转化微生物变化特征与堆肥中铵态氮、硝态氮变化规律相一致。     

蓄水坑灌单坑土壤氮素迁移转化的数值模拟

为了提高蓄水坑灌条件下土壤氮素的利用率,建立了蓄水单坑土壤氮素迁移转化的数学模型,利用有限体积法进行了求解,并利用室内蓄水单坑灌施尿素条件下土壤水分和氮素运移转化实测数据进行了验证。结果表明,蓄水单坑灌施尿素1 700 mg/L条件下,土壤铵态氮主要分布在20～70 cm深度范围内,1～3 d内土壤铵态氮含量明显增大,7 d后开始减小;土壤硝态氮主要分布在湿润锋附近,1～7 d内硝化作用逐渐增强,20～70 cm范围内硝态氮浓度不断增大。土壤含水率、湿润锋、铵态氮、硝态氮含量计算值与实测值吻合较好,说明所建立的蓄水单坑土壤氮素迁移转化的数学模型是正确的,采用有限体积法求解是可行的。该模型可较好地模拟蓄水坑灌单坑土壤氮素迁移转化的动态变化。     

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(H₂SO₄)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,H₂SO₄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H₂SO₄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_...     

生物炭对植烟土壤氮素形态迁移及微生物量氮的影响

为了在植烟土壤中施加生物炭,以及在不同氮素水平下验证生物炭对土壤氮素的淋洗及迁移的影响.采用大田试验,设计5个处理,在磷肥和钾肥施用量相同的基础上,除对照(CK)处理不施生物炭与氮肥外,其余4个处理都添加1 600 kg/hm2的生物炭,施氮量分别为(N0)0、(N1)37.5、(N2)52.5和(N3) 67.5 kg/hm2,对植烟土壤氮素在0～20、20 ～ 40和40 ～ 60 cm土层施加生物炭,研究全氮、碱解氮、硝态氮和铵态氮质量分数的影响及其迁移规律,以及0～20cm土层微生物量氮的变化特征.结果表明:植烟土壤施用生物炭降低了0～ 20 cm以下土壤氮素质量分数,提高了植烟土壤对氮素的固定能力.与CK相比,增施生物炭的N0在0～20 cm以下土层,土壤全氮、碱解氮、硝态氮和铵态氮质量分数降低率最高达到11.21％、49.07％、42.29％和31.35％.而施氮量对植烟土壤全氮、碱解氮和铵态氮的影响,主要集中在0 ～ 20 em土层,且土壤氮素质量分数随施氮量的增加而增加,以N3处理各氮素指标质量分数相对最高,其全氮、碱解氮和铵态氮质量分数最高分别为2.10 g/kg、261.86 mg/kg和49.80 mg/kg.土壤硝态氮质量分数随土层加深而下降,在0 ～ 20 cm土层,以N3处理最高,达264.90 mg/kg;但不同氮水平下,硝态氮质量分数在20 ～ 40 cm土层差异较其他土层更显著.施用氮肥对植烟土壤氮素的影响主要表现在烟草移栽后前30 d.增施生物炭可以提高烟草移栽后60 d时土壤微生物量氮;而施氮量对微生物量氮熵的影响主要表现在烟草移栽30 d之后.施氮量对植烟土壤氮素的影响主要表现在0～20 cm土层,且在烟草生育前期效果显著.生物炭可以明显抑制植烟土壤本身及低量氮肥施用下氮素淋失迁移,但在高量氮肥施用下的抑制作用不明显.在豫中烟区,以生物炭配施氮肥67.5 kg/hm2施肥措施,最利于植烟土壤氮素提高.     

Characterization of vegetable nitrogen uptake and soil nitrogen transformation in response to continuous molybdenum application

Molybdenum (Mo), a plant micronutrient, is involved in nitrogen (N) cycling of global ecosystem, but little is known about its effect on soil N transformation especially the key processes nitrification and denitrification. A long‐term field experiment was carried out to investigate the effects of continuous sufficient soil available Mo on vegetable N uptake and soil N transformation. The experiment consisted of three treatments: control (CK), Mo deficiency (NPK), and Mo application (NPK+Mo). The results show that (1) after a 7‐year‐experiment, continuous Mo application significantly increased soil available Mo content. (2) Compared to the NPK treatment, NPK+Mo treatment showed an increase of 11, 18, and 8% in the cumulative crop yield, plant N uptake, and N fertilizer use efficiency. (3) With continuous Mo application, the soil , , microbial biomass N, and total N contents were reduced by 14, 29, 40, and 12%, the soil nitrate reductase (NR) and nitrite reductase (NiR) activities were reduced by 14 and 8%, as well as the potential denitrification activity (PDA) and gross nitrification rate (GNR) were decreased by 64 and 80%, respectively. Additionally, continuous Mo application decreased the abundance of ammonia‐oxidizing archaea (AOA) and increased the abundance of narG‐containing denitrifiers (narG) and nirK‐type nitrite reducers (nirK) significantly. The data suggest that a deficiency in soil available Mo may induce the risk of soil N accumulation and environmental N emission in vegetable soil, whereas continuous Mo application could mitigate this risk by increasing crop yield and N uptake and, by decreasing soil N residues, soil nitrification and denitrification.     

不同施肥方式对水稻产量、吸氮特性和土壤氮转化的影响

采用15N示踪研究了盆栽条件下,不同施肥方式对水稻产量、吸氮特性和土壤氮转化的影响。结果表明,等氮磷钾量条件下,有机无机肥料一次性基施,有利于氮素向稻谷转移,其增产效果高于单施化肥,且具有氮利用率高、损失少、土壤残留多和省时省工等特点,是兼顾高产和地力保持的施肥方法。     

尿素肥斑中氮素形态转化初探

采用特制模拟容器,通过尿素扩散形成营养斑,观察斑内NH₄⁺、NO₂^-和NO₃^-浓度变化及它们之间的相互转化。结果表明,NH₄⁺、NO₂^-和NO₃^-浓度在距离肥斑7～8cm处的微域达到最大,尤以NO₂^-浓度增加较为显著,是一般土壤NO₂^-水平的数千倍。随培养时间增加,NO₂^-和NO₃^-最大浓度峰向施肥点移动,但两者浓度变化趋势不同,NO₂^-浓度在21d前随培养时间增加而增加,之后随培养时间增加而下降,而NO₃^-浓度随培养时间增加一直增加。结果还表明,NO₂^-是尿素营养斑内主要离子形态,从NH₄⁺到NO₂^-的转化比较迅速,而NO₂^-转化为NO₃^-不是短暂的过程,这可能与施肥引起的土壤pH值变化有很大关系。     

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.     

Effect of nitrogen supply on nitrogen and carbohydrate constituent accumulation in rhizomes and storage roots of Curcuma alismatifolia Gagnep.

Abstract

Curcuma (Curcuma alismatifolia cv. Gagnep.), a tropical flowering plant known as “Siam tulip”, were cultivated in a pot with vermiculite and supplied with different levels of nitrogen (N). Rhizomes with storage roots were harvested at 215 days after planting. Results indicated that a high level of N supply increased flower numbers and promoted continuous new rhizome formation, but storage root growth was depressed. The N supply to the plants increased the N concentrations both in the rhizomes and in the storage roots. The predominant nitrogenous compounds related to total N increase were proteins in the rhizomes. The N of the insoluble fraction of 80% ethanol or the N of the soluble fraction of 10% trichloroacetic acid was the predominant fraction of N that accumulated in the storage roots. A lack of N supply increased the starch concentration both in the rhizomes and in the storage roots. These results suggested that a high level of N supply to the curcuma plant increased new rhizome formation because of increased flower numbers, but depressed new storage root formation because of reduced starch accumulation.