畜禽粪便堆肥腐熟度评价指标体系研究

以牛粪和猪粪两种畜禽粪便分别与秸秆混合堆肥,全面考察了堆肥过程中与腐熟度有关的理化指标和生物指标变化。结果表明,在3个月的堆肥熟化试验考察期内,堆肥初期堆体升温迅速,50℃以上高温持续时间累计超过15d;物料pH值先升后降,60d后稳定在8.0左右;含水率和C/N持续下降,C/N60d后接近20;氨氮含量呈先升后降趋势,胡敏酸和富里酸比值则先降后升;Solvita腐熟等级、种子发芽势和根系建成指标不断升高,而作物生长指标则无显著变化。由腐熟度指标相关性分析表明,最能体现堆肥腐熟程度的Solvita腐熟等级与C/N、种子发芽势、根系建成指标呈高度相关,与含水率和腐殖酸呈低度相关。据此,结合常规温度指标建立了堆肥腐熟度评价指标体系,用于科学指导农牧业废弃物堆肥质量控制。     

木质纤维素降解菌剂DN-1促进堆肥腐熟度的评估

为提高堆肥中木质纤维素降解效率,促进堆肥腐熟进程,主要采用红外光谱法(FTIR),同时结合堆肥温度、种子发芽率及木质纤维素含量变化,研究了添加木质纤维素降解菌剂DN-1对堆肥腐熟的促进作用。结果表明,加入菌剂使堆肥在45℃以上高温期持续20 d,比自然堆肥高温期延长6 d;堆肥结束时,添加菌剂堆肥的种子发芽指数为93.3%,自然堆肥仅为56.7%;菌剂堆肥中木质素、纤维素和半纤维素的降解率分别为42.54%、62.57%和67.14%,分别高出自然堆肥14.33、31.31、19.57个百分点。红外光谱变化反映了堆肥过程中木质纤维素、多糖、脂肪和酰胺等成分的减少及芳香结构成分的增加,为菌剂DN-1促进堆肥中有机成分的转化和腐熟进程提供了有力的直接证据。菌剂DN-1具有很好地促进堆肥中木质纤维素降解和提高堆肥腐熟度的潜力,可以将其进一步应用于较大规模的堆肥处理。     

鸡粪堆肥腐熟度参数及波谱的形状研究

本研究从农业固体废弃物资源化利用角度出发,设计了以鸡粪、玉米秸秆为原料和填充料的高温堆肥体系,应用物理分析法、化学分析法、波谱分析法和植物生长分析法研究了高温堆肥的腐熟度参数及指标。结果表明,温度是表征高温堆肥腐熟度的最直接参数。随着堆肥进程的进行,C/N、NH4+-N含量呈下降趋势,HA/FA呈上升趋势,它们能较好地反映高温堆肥腐熟程度,可以作为堆肥的腐熟指标。堆肥胡敏酸可见光谱、红外光谱、核磁共振光谱对堆肥有机质结构变化和腐熟度判定具有重要的参考价值;堆肥过程中堆肥腐熟指标变化与种子发芽率变化规律具有一定的相关性。     

采用EEM-FRI方法研究黑曲霉对牛粪堆肥腐熟及纤维素降解影响

为了优化堆肥工艺,提高堆肥产品质量,研究黑曲霉对牛粪堆肥腐熟度和纤维素降解的影响.该研究以牛粪为原料,小麦秸秆为辅料,以不添加黑曲霉为对照,分别添加1％、2％和3％的黑曲霉进行好氧堆肥,研究了黑曲霉不同添加量对腐熟度指标、养分含量、腐殖质组成以及纤维素组分的影响,并采用激发发射荧光光谱结合荧光区域积分(Excitati...     

不同腐熟度猪粪、奶牛粪在小白菜和香瓜上施用的农学效应研究

进行猪粪和奶牛粪自然高温堆肥发酵,分别在15、25、35、50 d取样,获得了不同腐熟程度堆肥产物,分别进行了小白菜和香瓜种子发芽与田间应用试验,以期获得不同腐熟堆肥在蔬菜上施用的农学效应,旨在从堆肥农田施用的农学效应角度,为制订堆肥腐熟度标准提供科学依据。结果表明:牛粪堆肥过程中的最高温度高于猪粪,且高温期也长于猪粪;两种处理在35d有机碳含量均显著降低,全氮含量为先降低后升高趋势;两种堆肥在35d后,均达到无害化标准。不同腐熟程度堆肥对小白菜株高和主根长及香瓜苗重和主根长均没有明显抑制作用,对小白菜和香瓜出苗率、根系活力及小白菜单株鲜重和生物产量影响较大,尤其是猪粪腐熟25d,奶牛粪腐熟15d的堆肥表现出显著抑制作用。将堆肥理化参数与小白菜、香瓜生长指标进行相关分析表明:pH值、全氮含量和C/N这3种指标均与小白菜和香瓜各项生物性状无显著相关性;有机碳和DOC与各项生物性状指标均表现出显著或极显著相关性;铵/硝与小白菜和香瓜的GI和根系活力均表现极显著或显著的相关性,其结果与现行的堆肥腐熟度指标并不一致。因此,在制订堆肥腐熟度标准时,应关注堆肥产物农田施用后不同作物所表现出的不同农学效应。     

不同通风速率对堆肥腐熟度和含氮气体排放的影响

NH3和N2O等含氮气体的排放不仅对堆肥腐熟度和堆肥产品的品质产生影响,同时也与环境污染有直接关系。以鸡粪、秸秆和干草皮为堆肥原料,采用好氧堆肥的方法,探讨了不同通风速率对堆肥腐熟度及NH3和N2O等含氮气体排放变化的影响。结果表明,通风速率为0.01、0.1、0.2 m3.min^-1.m^-3的处理高温期持续时间分别为0、11、7 d;0.1 m3.min^-1.m^-3的堆肥积温为16 176.4℃.h,在各处理中为最高;到堆肥结束时,各处理的全碳降解率分别为9.87%、24.94%、19.01%,总氮增加率分别为19.67%、32.00%、12.14%,其中处理A2的有机质降解及总氮增加效果最好。对堆肥产物腐熟度的测试结果表明,除通风速率为0.01 m3.min^-1.m^-3不能达到堆肥腐熟外,其他两个处理均达到了要求。氨气累积释放量与通气速率有关,通气速率越大,越有利于氨气的挥发。低的通气量可能会促成N2O的生成,到堆肥结束时,3个处理的N2O平均排放率分别为6.2、2.37、1.5 mg.kg^-1.d^-1。     

不同粒径生活垃圾对腐熟度影响统计分析(简报)

为了解不同粒径生活垃圾之间腐熟度的差异以及影响腐熟度最大的粒径范围,该文以南宫堆肥厂的物料为研究对象,将15～80 mm混合垃圾细分为15～30、30～40、40～50、50～60及60～80 mm五个粒径组,分别进行物理组成分析,并在发酵的0、8、18、42天分别采样测定其腐熟度指标铵态氮(NH 4-N)、硝态氮(NO-3-N)、水溶性碳(WSC)、发芽率指数(GI)、pH值、电导率(EC)和固相碳氮比(C/N),利用SAS统计软件对数据进行统计分析并建立了多元回归模型。结果表明:较大粒径垃圾中可填埋和可焚烧物较多,更适宜填埋和焚烧处理;不同粒径垃圾对腐熟度的影响不同,其中15～30 mm垃圾堆肥产品的GI和固相C/N等指标反映其腐熟程度较好,并且在多元模型中其腐熟度与混合垃圾腐熟度的相关频率最高、系数较大,由此可见15～30 mm垃圾对堆肥腐熟度的贡献最多。该研究为今后垃圾前处理及堆肥工艺的优化改进提供了必要的数据支持和研究基础。     

基于卷积神经网络的堆肥腐熟度预测

【目的】目前堆肥腐熟度主要采用复杂的化学、生物学方法进行判断,操作繁琐且效率低。卷积神经网络 (convolutional neural network,CNN) 模拟人类视觉,既可保留堆肥图像的颜色信息,也提取了轮廓、线条、粒度等更加具有代表性的特征,从而避免了因光照条件不同对堆肥腐熟度预测识别效果的影响。本文提出了通过堆肥图像判断堆肥腐熟度的方法,构建基于卷积神经网络的堆肥腐熟度预测模型,并验证了该模型进行堆肥腐熟度判断的准确度。【方法】供试堆肥样本采集自江苏、山东、浙江三省,堆肥原料分别为秸秆、尾菜和畜禽粪便,堆肥周期依次为50 d、45 d和60 d。在厂棚内的堆肥槽中,用海康威视摄像头 (型号为C3W,焦段为广角,焦距2.8 mm,清晰度1080 p,夜间自动补光,摄像头距堆肥表面约1 m) 拍摄不同腐熟时期的堆肥图像,图像格式为JPEG。分别取三种不同原料的堆肥图像样本构成三组图像数据集,将三种原料的图像按照尾菜∶秸秆∶畜禽粪便原料1∶1∶1构成第四组图像数据集。每组数据集中,80%的图像数据用于训练基于卷积神经网络模型,并建立预测模型参数。剩余20%的图像用于测试,验证模型的腐熟度预测效果。【结果】搭建的堆肥腐熟度预测模型由输入层、3层卷积层、3层池化层、2层全连接层和输出层构成。构建的腐熟度预测模型在秸秆、尾菜、畜禽粪便及三者堆肥混合图像数据集上的腐熟度预测平均准确率分别为98.7%、98.7%、98.8%和98.2%。与几种经典高效的图像特征提取、分类方法相比,较每个数据集上最优经典算法的平均准确率提升了3～14个百分点。通过CNN方法判断堆肥腐熟度,纹理特征比颜色特征更加有效。【结论】采用卷积神经网络的堆肥腐熟度预测模型能够提取堆肥图像外观特征,实现在可见光条件下直接通过堆肥图像准确、快速地识别堆肥腐熟度,可为堆肥企业生产实践提供指导。     

有机固体废弃物堆肥的腐熟度评价指标

有机固体废弃物堆肥的腐熟度指标是评价堆肥稳定及安全农用的重要参数，通过综述堆肥的物理、化学、生物学指标，提出评价堆肥的腐熟度时，物理指标一般作为辅助指标，化学指标中T值≤0．6、水溶性C／总有机N≤0．70可以稳定应用，核磁共振和红外光谱分析可以精细地评价腐熟后堆肥产品中各组分，发芽率指标可作为堆肥产品安全稳定的生物指标。在应用时要与BOD、CEC、腐殖化参数等多方面结合来评价堆肥的腐熟程度。     

碳氮比对鸡粪堆肥腐熟度和臭气排放的影响

为确定鸡粪堆肥最优碳氮比（C/N比）,该研究以新鲜鸡粪为堆肥原料,添加玉米秸秆调节初始C/N比为14、18和22进行好氧堆肥,研究不同C/N比对鸡粪堆肥腐熟度和臭气排放（NH3和H2S）的影响。结果表明：C/N比为14的处理堆肥产品未腐熟,C/N比为18和22的处理均达到腐熟。C/N比为18的处理NH3累积排放量和总氮（TN）损失率最高;C/N比为18～22时,C/N比越高,NH3累积排放量和TN损失率越低。C/N比为14的处理H2S累积排放量和总硫（TS）损失率最高;C/N比为18和22的两个处理,H2S累积排放量显著降低,且无显著差异。此外,C/N比为18处理的微生物群落多样性在整个堆肥过程中显著高于C/N比为14和22处理。堆肥的理化指标、臭气排放与微生物群落之间的相关性分析表明,高温、高pH和缺氧环境会增加Firmicutes丰度,进而促进NH3和H2S的排放,相反地,低温、低pH和氧气充足的环境更有利于Actinobacteria增殖,有利于减少NH3和H2S的排放。综合考虑堆肥产品腐熟度和臭气减排效果,建议低C/N比鸡粪堆肥的初始C/N比为18～22。当秸秆资源不足时,建议初始C/N比为18;秸秆资源充足时,建议初始C/N比为22。     

秸秆-粪便属地化微贮制肥工艺参数优化

为解决中小散种养户农业废弃物污染环境、属地化利用率低问题,提出一种因地制宜利用属地秸秆和畜禽粪便进行微贮腐熟工艺生产有机肥或土壤改良剂。以玉米秸秆和牛粪为肥源物料,以种子发芽指数为腐熟效果的检测指标,试验确定肥源物料配比、物料含水率、压缩比、微生物菌剂施用量、腐熟时间关键工艺参数的适宜取值范围,结果表明,肥源物料配比为15%~35%、物料含水率为45%~60%、压缩比为25%~50%,且微生物菌剂施用量临界值为0.5‰、腐熟时间达到24 d时,微贮肥料的腐熟效果较好。通过三元二次回归正交旋转组合试验,分析关键工艺参数对腐熟效果的影响并对参数进行优化,建立了微贮制肥腐熟效果特性参数与各因素之间的回归模型,分析表明,各因素对种子发芽指数的影响主次顺序为:物料含水率>压缩比>肥源物料配比。对优化后工艺参数进行试验验证,确定出最优工艺参数:在施用1.5‰微生物菌剂量、腐熟32 d,物料含水率为60%、压缩比为39.50%、肥源物料配比为23%,微贮肥料种子发芽指数达到96.52%,此条件下生产的腐熟肥料可以达到有机肥国家标准,实现就地、就近、就便利用秸秆和畜禽粪便。该研究结论为属地规模化微贮生产有机肥及配套装备设计提供了理论基础。     

促腐剂在鸡粪堆肥发酵中的应用研究

选用鸡粪和小麦秸秆为原料进行高温好氧堆肥,研究促腐剂在鸡粪堆肥发酵中的应用。结果表明,接种促腐剂可迅速提高堆肥初期的发酵温度,最高温度超过70℃,但发酵后期降温快,高温加快了堆肥的发酵。发酵20d种子发芽指数达到80%以上;发酵30d含氮量比对照高4.3%,含水量降低3个百分点。综合堆温、C/N、种子发芽指数各项腐熟度指标,接种促腐剂可使鸡粪堆肥腐熟时间比对照提前5d以上。接种促腐剂可降低物料对种子发芽指数的影响,显著缩短发酵时间,加快堆肥物料的水分挥发,使堆肥中的无机营养成分含量相对增加,从而提高鸡粪堆肥的质量。     

基于模型平均法的表层土壤含水率多模型综合反演

土壤水分是农作物和牧草生长的关键因素,也是影响全球气候变化和水循环的重要因子,因此准确监测土壤水分对促进农牧业可持续管理至关重要。基于Landsat 8 OLI多光谱影像,在表面生物物理特性和地形参数的基础上,结合野外实测土壤含水率,采用经验模型法分别构建了反距离加权法（Inverse Distance Weighting,IDW）、多元线性回归（Multivariable Linear Regression,MLR）、随机森林（Random Forest,RF）的土壤含水率反演模型,并采用模型平均法（Granger-Ramanathan,GR）进行组合反演,结果显示,通过模型平均法组合单一模型后在该研究区的土壤含水率反演中表现出了更好的适用性,模型平均法GR对于土壤含水率的估算效果佳,建模集与验证集R2≥0.88,均方根误差均不大于1.42%,且模型性能远优于反距离加权法、多元线性回归和随机森林。     

采煤扰动下潜水位及包气带水分变化特征

为更好地了解采煤扰动下潜水位及包气带水分变化规律,在陕北典型矿区开展了降雨、潜水位、包气带土壤含水率等水循环要素的野外原位观测试验,基于观测数据,采用Spearman秩相关系数检验、小波分析等方法,分析了未开采区及采空区潜水位和包气带水分的变化特征。结果表明：未开采区地下水位对于降水的响应明显且时间上存在4、5个月的滞后,采煤扰动后,地下潜水位持续下降,与降水响应关系微弱;在垂向上,未开采区较大降水可对100 cm以下埋深的土壤含水率产生影响,采空区土壤含水率总体减小,且同降水的响应程度不显著,含水率最大值相对于未开采区出现时间提前,50 cm以下埋深的土壤含水率对小强度降水无响应。采煤扰动潜水位下降后造成包气带增厚,包气带损耗的水量增加,随之造成降雨入渗补给地下水减少,进一步加剧了潜水位下降。     

Compost Production from Olive Tree Pruning Wastes Enriched with Phosphate Rock

Olive production is increasing very fast in the last 20 years in Al-Jouf region, northern region of the Kingdom of Saudi Arabia. There are now more than 5 million olive trees in the productive stage. A huge amount of waste is produced annually from this sector, including pruning waste of olive trees and solid waste from olive oil mills of three-phase system. The waste of olive used to produce compost could be of safe disposal technique. Disposal of such waste is expensive and it causes some environmental hazards. Rock phosphate (RP), which is available in the same region, can be used to improve the nutrient value of the produced compost. In this experiment olive pruning waste was composted alone and in a mixture with different RP in two different ratios, namely 5% and 10%, on the dry weight basis of olive waste. Compost processing took place on plies for 8 months. Temperature and moisture were monitored daily while periodical samples were taken from all piles for testing pH, EC, C/N, and germination index. Composts in all treatments reached the theomorphic phase, which killed weed seeds and pathogens. The produced compost from all treatments fulfilled the requirements of maturity according to the California Compost Quality Council after 8 months of composting. In addition, the RP enhanced composting efficiency and improved the quality of the produced compost. Compost parameters met the standard requirements for the compost that was suitable for agriculture purposes with average values of pH ranging from (7.02–7.65) and EC (2.20–3.94 dS m^?1). Nutrient concentrations in the produced compost were N (1.28–1.79%), P (0.23–2.15%), and K (2.59–4.22%).     

Evaluation of the maturity of municipal waste compost using simple chemical parameters

Abstract

Changes in different chemical parameters of the mixtures of several organic residues during composting were studied in order to establish simple parameters that can be useful as indices of compost maturity. Circular chromatography test and the study of the colour in solid samples of compost cannot be considered sufficiently reliable for determining the degree of maturity in composts. Similarly, parameters such as ash, C/N ratio, CEC, total organic carbon (TOC), and total nitrogen (TN) must be ruled out. Other parameters such as water soluble carbon (WSC), water soluble carbohydrates, the C/N ratio of the water soluble extract, and the ratios WSC/TN and CEC/TOC, can be used as indices of compost maturity.     

海泡石添加对猪粪堆肥腐熟和水溶性有机质的影响

为明确黏土矿物的投加对畜禽粪便堆肥腐熟和稳定化的影响,该研究以猪粪和杨木木屑为原料,探究添加海泡石对堆肥基本理化性质、不同成分有机质含量以及溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)结构的影响。结果表明,添加海泡石后堆体最高温度比对照有所下降且电导率上升9.69%,而C/N则降低2.81%,同时种子发芽指数提高11.96%,显示腐熟状况更好;DOM含量降低7.84%而胡敏酸占比提高9.71%,使得堆体有机质更加稳定。荧光光谱分析表明,添加海泡石堆体DOM的荧光谱图中,长波长的峰强在较短时间内出现了明显增加;三维荧光光谱-平行因子分析显示,添加海泡石增加了堆体中高芳香性组分的占比。相关性分析结果表明,添加海泡石后,高芳香性组分与总有机碳之间相关性更为显著,说明海泡石在碳素分解的同时促进了其聚合,从而出现了胡敏酸与高芳香性荧光组分的增长。添加海泡石既能促进堆体腐熟,又可转化调控碳素进而提高堆体稳定性,有利于堆肥的后续农田施用。