基于秸秆材料的生物基质系统对养殖废水污染物去除效果研究

采用人工湿地处理养殖废水具有良好的去除效果和资源化利用优势,但畜禽养殖废水浓度较高,直接排入人工湿地易导致湿地植物死亡,采取措施适度降低废水污染物浓度是生态治理的重要前提。因此,本研究选取稻草和芦苇两种秸秆材料,设置稻草、芦苇和对照三个处理,利用三级生物基质消纳系统,开展为期6个月的野外控制试验,对比分析稻草和芦苇对养殖废水主要污染物的去除效果及其自身的降解特征,探讨生物基质系统对养殖废水中主要污染物的去除效果。结果表明,稻草和芦苇对主要污染物指标化学需氧量(COD)、氨氮(NH_4~+-N)、总氮(TN)和总磷(TP)均有良好的去除效果,其中稻草对NH_4~+-N、TN和TP的去除率相对较高,分别为44.9%、39.2%和39.6%,去除负荷分别为17.38、19.84和3.02 g/(m~3·d);芦苇对COD的去除率相对较高,为50.6%,去除负荷为87.28 g/(m~3·d)。NH_4~+-N和TN的去除效果与Eh呈显著正相关(P0.05),而与pH值呈显著负相关(P0.05);TP的去除则受环境因素的影响较小。稻草的降解速率显著快于芦苇,半年内的月平均降解率分别为8.0%和3.6%。稻草总体去除效果好于芦苇的原因可能与其主要成分纤维素、半纤维素和木质素的降解速率相对较快有关,但是芦苇作用的持续时间则相对较长。     

铁氧化物改性煤渣去除废水中磷的研究

以煤渣为载体制备了负载型铁氧化物的填料作为人工湿地系统新型除磷基质,研究了其对废水中磷素的吸附特性.结果表明,与未改性煤渣相比,改性基质对废水中磷素的去除率提高了约11倍.动力学研究表明,准二级动力学方程可以很好模拟改性基质对磷素的吸附动力学过程;热力学研究表明,用Langmuir方程能较好地描述吸附等温线,理论饱和吸附量为84.75 mg/kg.当改性基质的投加量为80 g/L时,对磷素的去除率达到90%;同时研究了基质投加量、溶液pH值、腐殖酸和温度对吸附的影响.     

固磷试剂强化湿地基质吸附磷的研究

湿地中基质的吸附与转化是磷去除的主要途径,强化湿地基质对磷的吸附能力是提高磷去除率的关键所在。研究以云南罗时江河口湿地的基质为实验对象,考察了三种固磷试剂(FeCl3、AlCl3、CaCl2)对基质磷吸附性能的强化效果。结果表明,FeCl3和AlCl3的施用比CaCl2更明显有效地增加了基质磷的吸附能、最大吸附容量、最大缓冲容量,同时更大幅度地降低了基质磷平衡浓度(EPC0),从而赋予基质更强的从水相中吸附磷的能力。在同处最低使用剂量时,投加FeCl3降低EPC0值的幅度大于AlCl3,而AlCl3对其他吸附参数的提升高于FeCl3。     

不同人工湿地基质除磷效率研究

[目的]探讨不同人工湿地基质对磷的去除效率。[方法]通过静态试验,选取钢渣、煤渣、炉渣、页岩、土壤、砂石6种基质,研究不同人工湿地基质对磷的去除效率及除磷特性。[结果]6种基质对磷的去除能力表现为钢渣煤渣炉渣页岩土壤砂石;当总磷初始浓度为5 mg/L时,6种基质对总磷的去除率分别为99.8%、85.8%、71.2%、63.0%、46.8%、11.7%。页岩和炉渣适合作潜流型人工湿地基质;煤渣适合作为可更换湿地基质,强化除磷效果;钢渣可用于潜流型湿地末端,对尾水TP进行处理。[结论]该研究为今后人工湿地基质的选取提供了理论参考。     

秸秆作孔雀草栽培基质的适应性研究

以几种常见的农作物秸秆(稻草、香蕉干、玉米秆)和香根草秸秆为基质材料,并以泥炭土为对照进行孔雀草的盆栽试验。探讨了不同处理的秸秆作为孔雀草栽培基质的适应性。结果表明:新鲜香根草秸秆适合直接作孔雀草的栽培基质,新鲜玉米秆、香蕉干和稻草不适合直接作孔雀草的栽培基质,需堆沤处理后才有较好的栽培效果;堆沤后的玉米秆较适合作栽培基质,栽培效果比对照好;堆沤后的玉米秆、稻草和香蕉干与进口泥炭土(1∶1)混合后均适合作栽培基质,且栽培效果比单一秸秆基质好。     

皎口生态湿地脱氮除磷的效果研究

以宁波市皎口生态湿地为研究对象,通过长期定点监测,研究了湿地总体运行效果、功能模块脱氮途径及不同植物配置间的脱氮除磷差异。结果表明,湿地对总氮、总磷的平均去除率分别为39.3%和28.5%,夏秋季湿地对总氮的去除效果显著高于春冬季,总磷的去除效果基本不受季节变化的影响。微生物反硝化脱氮是湿地功能模块(2-1,3-1)总氮去除的重要途径,后续湿地工艺设计中,可针对总氮偏高水体适当增设反硝化功能区块。水生美人蕉+钱币草对总氮的平均去除率较茭草+钱币草高8.5%,对总磷的去除效果无显著差异,二者脱氮除磷效果差异不显著,但不同植物配置有利于保护湿地生态多样性。     

天然沸石负载氧化镁对养猪场废水中磷的净化效果及其机制研究

以天然沸石为对照,在探讨天然沸石负载氧化镁对养猪场废水中磷素净化效果的基础上,分析了天然沸石负载氧化镁对养猪场废水中磷素的净化机制.结果表明:天然沸石负载氧化镁对养猪场废水中磷素的去除率可以高达96.8%,比单独天然沸石处理高出38.5%.与天然沸石相比,天然沸石负载氧化镁对磷素的去除机制主要是化学吸附(沉淀),通过化学吸附(沉淀)去除的磷占全部去除磷素的比重为97.7%～97.9%,而天然沸石对养猪场废水中磷素的净化机制主要是静电吸附和表面吸附,其中表面吸附机制去除的磷占全部去除磷素的35.4%～45.1%,专性吸附机制去除的磷素占44.5%～50.2%.     

两种外源性有机物料对设施土壤磷变化的影响

采用室内强化模拟试验研究了90 d培养期内稻草和草炭2种外源性有机物料对设施菜地土壤磷素转化的影响。结果显示,与对照相比,添加量为2 g C·kg-1和4 g C·kg-1的稻草处理土壤微生物生物量磷分别增加111.1%~310.0%和197.7%~356.3%,草炭处理分别增加23.7%~54.6%和63.2%~157.1%;添加量为2 g C·kg-1和4 g C·kg-1的稻草处理土壤有效磷平均降低了15.0%和20.2%,草炭处理土壤有效磷与对照差异在前期(45 d)并不显著;土壤易解吸磷30 d后持续降低,培养结束时稻草和草炭处理土壤易解吸磷均值分别降低了21.3%和10.9%。以培养结束时各组分磷占全磷的比例来看,稻草和草炭均可促进土壤无机态的Al-P、Fe-P、O-P及有机态的MLOP、HROP等组分向有机态的LOP和MROP转化,土壤微生物生物量磷、有效磷和易解吸磷均与Fe-P呈显著线性相关。研究表明,添加稻草和草炭有利于设施土壤磷素的管理,且稻草的效果总体上比草炭的要好;Fe-P是调控设施土壤磷素周转与流失的重要形态。     

自动供氧型湿地系统除磷效果研究

本研究拟利用页岩空心砖内部空隙提高湿地系统内部供氧能力,以增强湿地系统的净化能力。研究表明:构建的自动供氧湿地系统(A系统)泥土层、粉煤灰层基质层溶解氧含量以及对磷的去除率均高于人工强化供氧湿地系统(B系统)对应基质层,而A系统底部砾石层基质溶解氧含量和对磷的去除率则低于B系统砾石层,经A系统处理后的废水中磷含量略低于人工强化供氧湿地系统。由此说明,构建的自动供氧型湿地系统内部具有较强的供氧能力,其内部供氧水平以及对磷的净化效果可与人工强化供氧型湿地系统相媲美     

三峡库区消落带狗牙根和牛鞭草人工湿地对磷的去除效应

研究了以狗牙根和牛鞭草为优势种的人工湿地对不同浓度含磷污水的季节性消减效果。结果表明,以狗牙根和牛鞭草为优势物种的人工湿地比未进行生态修复的对照,在总磷去除能力方面显著提高。此外,狗牙根和牛鞭草人工湿地对总磷的去除不受植物生长季的影响。狗牙根和牛鞭草对中浓度和高浓度磷的去除能力要显著高于对低浓度磷的去除能力。在三峡库区消落带采用适宜物种构建人工湿地进行生态修复,对于截留、吸收库区屏障带进入消落带湿地生态系统的生活和生产污水的磷素具有重要的生态效益,是防治三峡库区水体富营养化的有效途径。     

新疆驴对4种秸秆日粮采食与消化的研究

以3头雄性、健康、体重（132±10）kg、3～4周岁的新疆驴为实验动物，采用全收粪消化实验方法，分4批次进行研究新疆驴在400g精料水平下对麦秸、稻草、玉米秸秆和青贮日粮的利用率。实验结果表明，麦秸组、稻草组、玉米秸秆组和青贮组的干物质采食量分别为（4508±380），（3813±284），（4368±250），（2841±230）g／d，干物质消化率分别为41.53％±2．24％，44．72％±7．03％，50．61％±3．63％和59．71％±3．68％，有机物消化率分别为45．07％±2．09％．51．51％±6．13％，57．50％±3．11％和64．25％±3．25％，NDF消化率分别为43．86％±2．22％，49．26％±6．52％．51．91%±3．57％和54．36％±4．14％，能量消化率分别为43．38％±2．16％，50．72％±4．26％，55．59％±3．26％和62．15％±3．46％，粗蛋白的消化率51％～55％。总体来看，新疆驴对青贮日粮的主要养分消化率要高于其他3组日粮，利用率最高，但含水量高而降低干物质采食量，而玉米秸秆日粮又好于稻草和麦秸日粮，饲喂价值较好，稻草、麦秸次之。     

持续性秸秆还田配施化肥对油菜-水稻轮作周年氮磷径流损失的影响

【目的】探究秸秆还田对巢湖地区油菜-水稻两熟制农田径流氮磷流失的影响,为源头控制巢湖流域面源污染提供科学依据。【方法】开展连续3年（2017—2019年）的田间小区实验,设置无秸秆+无施肥（CK）、常规施肥（F）、秸秆还田+常规施肥（SF）和秸秆还田+常规施肥减15%（SDF）4个处理。通过测定油菜-水稻轮作下农田地表径流中氮磷浓度和流失量,油菜水稻作物收获时土壤养分、作物氮磷养分吸收和产量,探讨秸秆还田对农田径流养分流失规律及土壤养分含量的影响。【结果】秸秆还田配施化肥降低了农田径流中氮的质量浓度,增加了磷的质量浓度。SF较F处理油菜和水稻季总氮（TN）平均质量浓度减少15.6%和26.0%,总磷（TP）增加12.5%和8.1%。SF、SDF处理降低了油菜-水稻轮作农田氮磷流失量。2017—2019年F处理的油菜和水稻径流TN、TP的流失量分别为11.9—26.7、1.3—2.8和15.6—27.0和0.8—2.0 kg·hm^-2,较F相比,SF处理的油菜和水稻季TN显著降低18.4%—29.7%和21.9%—28.1%,TP流失量则降低1.3%—4.0%和1.0%—6.6%。秸秆还田能够增加土壤有机质等养分含量,短期内均能够降低土壤pH值,与F相比,SF处理的油菜和水稻季有机质、全氮、全磷、速效磷、碱解氮平均含量增幅分别6.2%、8.4%、27.3%、19.5%、5.0%和7.0%、10.9%、17.7%、7.5%、5.1%。秸秆还田配施化肥能够提高作物地上部氮磷累积量。F处理的油菜和水稻地上部作物氮素、磷素累积量均值分别为105.0、20.4和134.3、36.7 kg·hm^-2,SF较F处理油菜和水稻季氮素累积量增加28.9%和7.8%,磷素增加12.1%和5.9%。秸秆还田提高了油菜-水稻轮作的周年产量,其中SF较F处理显著提高7.8%（2017年）和6.4%（2019年）。【结论】油菜-水稻轮作模式下秸秆还田配施化肥能够在保证作物产量的同时提高土壤养分含量,降低氮磷流失负荷。     

浮萍混养体系对养猪场废水厌氧消化液的处理效果

[目的]为养猪场废水的达标处理工艺研究提供参考和借鉴。[方法]将供试废水加到水生植物处理装置中,再加入处理稀释养猪场废水后的健康浮萍及水花生,于人工气候培养箱内连续培养1周,监测COD、NH4+-N、TP和pH值的变化。[结果]结果表明,试验期间废水COD、NH4+-N和TP浓度均持续降低,总去除率分别为75.7%、47.6%和83.0%,最终出水浓度分别为336.51、95.2和7.2 mg/L,处理系统运行良好。[结论]利用浮萍混养体系处理养猪场废水具有较好的经济可行性及广阔的应用前景。     

秸秆改良土壤对磷的淋溶能力及其在不同 团聚体中垂直分布的影响

采用室内土柱模拟法研究了不同处理秸秆改良土壤对磷的淋溶能力及其在不同团聚体中垂直分布的 影响,测定了淋溶液中全磷和水溶性磷以及土柱不同层次土壤中全磷、Fe-P、Al-P、Ca-P、O-P 和水溶性磷的含量。结 果表明院不同处理秸秆改良土壤中全磷淋失曲线呈降低趋势,碳化秸秆处理相比其他处理淋溶液中全磷的含量较 少,对全磷淋溶损失具有较大的抑制作用;T2、T3、T4 处理可溶性磷累计淋溶损失量比T1 处理分别减少59.44%、 30.56%、69.44%,处理与对照间差异极显著;土柱中无机形态磷垂直分布中T2、T3、T4 处理在20~25 cm 处增加值都 低于T1 处理,不同处理秸秆改良土壤阻止了无机形态磷向下层土壤的迁移。     

成都平原农业废弃物施用下稻田田面水氮磷动态变化特征

为合理利用农业废弃物,设置不同量的废弃物还田处理,以期通过研究稻田田面水中氮素和磷素的动态变化探明废弃物施用下面源污染风险。结果表明:总氮(TN)、可溶性总氮(DTN)、铵态氮(NH+4-N)以及硝态氮(NO-3-N)在各施肥处理下均表现为先升后降的趋势,施肥后2~3 d达到峰值,之后迅速下降;各处理下各形态氮含量在施肥后21 d内差异趋同。总磷(TP)、可溶性总磷(DTP)在施肥后1 d达最大,之后迅速下降,猪粪施用处理的田面水TP、DTP含量在施肥后5~7 d明显回升。与纯化肥相比,加施全量麦秆对田面水中各形态氮、磷含量及分配无显著影响;高量猪粪施用会显著降低田面水NH+4-N含量,降低氨挥发潜能,显著提高各形态磷含量,延长磷素流失风险期,增加磷素流失风险;废弃物施用对水稻产量及糙米磷含量无显著影响。综合考虑废弃物施用下的环境风险与粮食生产,成都平原麦秆全量还田模式下水稻季每667 m2田的猪粪承载量不宜超过3头猪0.5年的排泄量。     

栽培措施对水稻氮素吸收利用及稻田尾水氮磷含量的影响

为探讨在不同耕作模式下秸秆还田和肥料品种对水稻产量形成、氮素吸收利用、土壤养分含量及稻田尾水氮磷含量的影响,以南粳9108和金武软玉为供试材料,设计秸秆还田与肥料品种、秸秆还田与耕作方式、耕作方式与肥料品种3个互作试验。结果表明：与秸秆不还田处理相比,秸秆还田处理的水稻产量平均高5.57%,成穗率平均高6.11%,吸氮量、氮素籽粒生产效率、氮素收获指数、氮肥偏生产力和氮肥利用率分别高3.30%、2.16%、0.70%、5.46%和4.96%,土壤中全氮和速效氮含量分蘖期较低,分蘖期后较高,全生育期尾水中总氮、总磷含量分别平均提高4.83%、39.28%。与浅旋处理相比,深耕处理的水稻产量平均高9.75%,成穗率平均低0.62%,吸氮量、氮素籽粒生产效率、氮肥偏生产力和氮肥利用率分别高3.27%、6.33%、9.76%和1.52%,氮素收获指数低1.42%,土壤全氮和速效氮含量分别低0.27%和2.83%,全生育期尾水中总氮、总磷含量分别平均降低4.23%、12.71%。与速效肥处理相比,缓释肥处理的水稻产量平均低12.01%,成穗率平均低2.95%,氮素籽粒生产效率、氮素收获指数、氮肥...     

篦齿眼子菜对水体氮、磷去除效果的研究

试验以白洋淀底泥为栽培基质,用室内栽培的试验方法,研究不同营养条件下,蓖齿眼子菜的生物量变化及其对水体中氮、磷的去除效果.结果表明:随着营养等级的提高,蓖齿眼子菜生长性状良好,且生物量及其对水体总氮的去除率均呈逐渐增加趋势,当水体中总氮浓度高于10 mg/L时,蓖齿眼子菜对总氮的去除率达到最高,为63.06％;对总磷的去除率呈递减趋势,水体总磷浓度低于0.9 mg/L时,蓖齿眼子菜对总磷的去除率最高,为96.63％.同时提出更加优化的修复富营养化水体的途径.     

小麦秸秆对尿素中养分的吸附研究

小麦秸秆浸泡于尿素溶液,通过吸附试验,利用半微量凯式定氮法,研究了小麦秸秆在不同尿素浓度下对氮素的吸附能力。结果表明:小麦秸秆对氮素具有吸附作用,理论最大吸附量为9mg/g纯氮(单位秸秆量的吸氮量),纯氮浓度为150mg/L(常规施肥水平)尿素溶液条件下,其吸附纯氮量达2.4mg/g;第1d内,小麦秸秆主要以吸水途径吸附尿素,1d后其可能以电子吸附和比表面能吸附为主;常规施肥水平下,以1hm2地秸秆还田量达4500kg计,可吸附拦截的纯氮总量约为10.8kg。这为小麦秸秆的还田利用在减少肥料流失方面的作用提供了理论依据。     

小麦玉米秸秆长期还田对砂姜黑土磷库组成的影响

为优化管理小麦-玉米轮作体系秸秆还田条件下的土壤磷素,本研究依托皖北砂姜黑土区秸秆还田定位试验,设置不施肥（CK）、常规施肥（F）、常规施肥+小麦秸秆单季还田（FWS）、常规施肥+玉米秸秆单季还田（FMS）、常规施肥+小麦玉米秸秆双季还田（FWMS）5个处理,采用蒋柏藩-顾益初法及Bowman-Cole法分别测定了砂姜黑土无机磷和有机磷组分含量,运用相关分析和通径分析探究了土壤不同磷组分与有效磷之间的关系。结果表明：小麦玉米秸秆还田显著提高了砂姜黑土全磷和有效磷含量及土壤磷活化系数。秸秆还田可显著提高砂姜黑土无机磷组分中磷酸二钙（Ca₂-P）、磷酸铝（Al-P）及磷酸铁（Fe-P）的含量,与F处理相比,FWS、FMS和FWMS的土壤Ca₂-P含量分别增加32.3%、28.4%和43.8%,Al-P含量分别增加15.3%、10.7%和13.4%。土壤有机磷组分中活性有机磷（LOP）、中活性有机磷（MLOP）和中稳性有机磷（MROP）含量在秸秆还田条件下均明显增加。秸秆还田下砂姜黑土闭蓄态磷（O-P）含量无显著变化,FMS和FWMS处理的磷酸八钙（Ca₈-P）含量显著增加,磷灰石（Ca₁₀-P）和高稳性有机磷（HROP）含量下降。秸秆还田可显著增加砂姜黑土中Ca₂-P所占比例,降低O-P、Ca₁₀-P和HROP的占比。砂姜黑土中Al-P、Fe-P、Ca₂-P及MLOP与有效磷呈极显著正相关关系,其中Al-P、Ca₂-P和MLOP对有效磷的正向直接影响较大。研究表明,小麦-玉米轮作制中秸秆单季或双季还田均可促进砂姜黑土中无效态磷向有效态磷和缓效态磷转化,从而提升土壤磷素有效性,秸秆单季和双季还田处理在砂姜黑土磷素活化效果方面无显著差异。