稻麦轮作猪粪-秸秆还田的环境经济效益研究

[目的]为探明猪粪-秸秆还田的应用效果,确定最佳还田模式.[方法]通过稻麦轮作田间试验,开展猪粪-秸秆还田处理对稻麦生长形状及产量的影响研究,统计分析其经济效益及二氧化碳减排量,对比分析出最佳的猪粪-秸秆还田模式.[结果]猪粪-秸秆还田有利于稻麦的生长,在“30％猪粪氮+20％秸秆氮+50％化肥氮”还田模式下,稻麦产量为最高,分别为7 874.57 kg/hm2和6 427.00 kg/hm2,且稻麦轮作一年可节约成本5 14635元/hm2,稻麦分别增收5 312.56元/hm2和3 931.93元/hm2,温室气体平均减排量为1.30 t/hm2(按C02干基计算)[结论]因此,建议“30％猪粪氮+20％秸秆氮+50％化肥氮”模式为猪粪-秸秆还田的最佳施肥模式.     

稻麦轮作猪粪-秸秆还田的环境效益及经济效益

[目的]探明猪粪–秸秆还田的应用效果,确定最佳还田模式。[方法]通过稻麦轮作田间试验,开展猪粪–秸秆还田处理对水稻、小麦生长性状及产量的影响研究,统计分析其经济效益及二氧化碳减排量,确定最佳的猪粪–秸秆还田模式。[结果]猪粪–秸秆还田有利于水稻、小麦的生长,在"30%猪粪氮+20%秸秆氮+50%化肥氮"还田模式下,水稻、小麦产量均最高,分别为7 874.57和6 427.00 kg/hm~2,且稻麦轮作可节约成本5 146.35元/hm~2,水稻、小麦分别增收5 312.56和3 931.93元/hm~2,温室气体平均减排量为1.30 t/hm~2(按CO_2干基计算)。[结论]"30%猪粪氮+20%秸秆氮+50%化肥氮"模式为猪粪–秸秆还田的最佳施肥模式。     

蚯蚓对猪粪重金属Cu、Zn的吸收及影响因素研究

由于饲料添加剂的使用,猪粪重金属污染已非常普遍,尤其是铜(Cu)、锌(Zn)污染最为明显.为了探讨利用蚯蚓萃取猪粪重金属Cu、Zn从而减少猪粪中重金属Cu、Zn含量的技术途径,采用室内接种法研究了赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)对猪粪重金属Cu、Zn的吸收及影响因素.结果表明,蚯蚓对猪粪重金属Cu、Zn具有一定的吸收能力,富集系数分别为0.43、0.73;物料C/N比、温度、湿度和蚯蚓接种密度均能影响蚯蚓对猪粪重金属Cu、Zn的吸收,在物料C/N比为17:1～22:1、温度为14～21℃、湿度为70%～75%、接种密度为10～20尾·200 g-1物料(2.4～5.0 g·200 g-1物料)条件下,蚯蚓对Cu、Zn的吸收量较高.     

水稻秸秆-猪粪混合发酵研究

[目的]对水稻秸秆与猪粪进行混合发酵研究。[方法]在不对秸秆进行预处理的情况下,在35℃恒温下进行发酵,研究稻秆-猪粪VS比、底物-接种物VS配比(S/I)和VS浓度对混合厌氧发酵产气量的影响。[结果]当稻秆-猪粪VS配比为1∶4、底物-接种物VS配比(S/I)为2∶1、VS浓度为6%,产沼气量及甲烷产量均达到最大,产气效率高,其累积产气量为548.90mL/g。[结论]在水稻秸秆不进行预处理的情况下,水稻秸秆-猪粪进行中温发酵工艺最佳发酵条件为VS比1∶4、S/I2∶1、VS浓度6%。     

基于长江三角洲地表水典型土壤铜 锌环境容量探究

我国水污染日益严重,Ⅰ类地表水地区较少.目前可供饮用的Ⅲ类水成为研究土壤地表水体系污染状况的热点.选取具有代表性的长江三角洲地区4种母质(河相、湖相、海相沉积物和沟沟堆积物)发育而成的土壤,通过加入不同量的外源铜、锌金属培育污染土样,使其分别达到国家土壤环境质量三级标准的0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5倍.在此基础上研究雨水和模拟酸雨条件下,对模拟污染的土样进行解吸,并对解吸曲线进行拟合,在基于地表水Ⅲ类水质标准的铜、锌环境容量的摹础上,计算了4种土壤在不同情况下的土壤环境容量,并通过探讨国家土壤标准的吻合性,提出针对不同母质的土壤,对其重金属的土壤污染临界值进行适当的调整,以达到Ⅲ类水标准,保障人类的安全与健康.结果表明,在模拟雨水情况下,基于地表水Ⅲ类标准的4种土壤的环境容量分别为:SEBC-06:铜10 002 mg·kg-1,锌848.1 mg·kg-1;SEBC-19:铜1 162 mg·kg-1,锌612.9 mg·kg-1;SEBC-20:铜9 796 mg·kg-1,锌1 047 mg·kg-1;SEBC-25:铜720 mg·kg-1,锌180.2 mg·kg-1.     

重金属对猪粪在茶园土壤中矿化的影响

为了解规模化养殖场猪粪中高量铜锌对有机肥施入土壤后碳循环的可能影响,研究了猪粪中铜、锌水平对猪粪在茶园土壤中矿化的影响。结果表明,在猪粪施入土壤初期,由于猪粪中大量可溶性有机物的存在,猪粪中铜、锌水平对猪粪在土壤中的碳呼吸强度影响不大;但在培养30～120 d后,随着猪粪中铜、锌含量的增加,猪粪的碳呼吸强度逐渐减弱,矿化速率也随之下降。试验结束时(1年),随猪粪中铜锌含量的增加,猪粪残留比例从19.44%增加到28.74%。     

猪粪对土壤不同形态铜、锌含量及蔬菜的影响

研究土壤中施入猪粪有机肥后各形态铜、锌含量的变化发现,土壤中施入猪粪有机肥后,各形态铜含量均有所上升;各形态的锌含量升降不一,其中残留态呈下降趋势,其他各形态含量均有所上升。未添加猪粪有机肥的土壤中所种植的花椰菜中铜、锌含量分别为(0.86±0.22)、(4.76±1.09)mg·kg^-1,添加猪粪有机肥的土壤中所种植的花椰菜中铜、锌含量分别为(3.25±0.87)、(9.24±1.30)mg·kg^-1。     

秸秆堆腐还田对土壤肥力及作物产量的影响

连续2a进行了秸秆堆腐还田技术应用试验研究。结果表明:秸秆堆腐还田具有改良土壤,培肥地力,增加作物产量的作用。秸秆堆腐还田土壤全年作物产量增加了4.1%～5.6%,有机质含量增加0.9～1.5g/kg,速效钾含量增加3.2～5.6mg/kg,速效磷含量增加1.3～2.3mg/kg,容重降低0.07～0.13g/cm3。     

秸秆堆腐还田对土壤肥力及作物产量的影响

连续2年进行了秸秆堆腐还田技术应用试验研究。结果表明:秸秆堆腐还田具有改良土壤,培肥地力,增加作物产量的作用。与CK相比,土壤有机质含量增加0.2～1.1g/kg,容重降低0.02～0.1g/cm3,速效P含量增加1.5～5mg/kg,速效K含量增加3.5～14mg/kg;全年作物产量增加了1.4%～22.1%。     

冻融作用对猪粪模拟施肥条件下东北黑土中重金属铜锌活性的影响

随着规模化养殖场的发展和饲料添加剂中Cu和Zn的添加, 畜禽粪便中重金属Cu和Zn含量较高, 通过畜禽粪便施肥可能造成土壤重金属污染。畜禽粪便施肥和冻融作用均可能影响土壤中重金属的活性, 进而改变土壤重金属的环境效应。本文针对东北气候特点, 通过实验室模拟, 研究了猪粪施肥和冻融作用对黑土中重金属Cu和Zn活性(可交换态和碳酸盐结合态)的影响。结果表明:同未施肥的对照比, 猪粪施肥初期, Cu和Zn的可交换态含量均明显增加, 而Cu和Zn的碳酸盐结合态含量则略有下降;同低施肥量比, 高施肥量下, Cu和Zn的可交换态含量略有增加, 而Cu和Zn的碳酸盐结合态含量下降;同施肥初期比(1周), 随施肥时间延长(1个月)土壤中可交换态Cu和Zn含量下降, 而碳酸盐结合态Cu和Zn含量增加;高低不同施肥量相比, 高施肥量下可交换态Cu和Zn含量均高于低施肥量, 而碳酸盐结合态Cu和Zn含量则低于低施肥量;随冻融温度下降, 土壤中可交换态Cu和Zn含量、碳酸盐结合态Cu和Zn含量均显著增加, 且在高施肥量下的含量均大于低施肥量。由此可见, 猪粪施肥和冻融作用对黑土中Cu和Zn活性均有不同程度的影响, 总的看是随施肥量的增加和施肥时间的延长, 黑土中Cu和Zn活性不同程度地下降, 但冻融作用可以使猪粪施肥的黑土中Cu和Zn的活性增加, 且随冻融温度下降Cu和Zn活性增加的幅度增大。     

秸秆还田与有机肥对黑土区土壤团聚性的影响

土地长期处于过度开垦状态,化肥大量施用,使土壤肥力下降,有机碳含量下降,作物产量降低。通过两组试验,1组施用有机肥,另1组秸秆全量还田,2组均以单施化肥处理(CK)作为对照。结果表明,秸秆还田和施用有机肥可增加黑土5 mm粒径大团聚体含量,有效缓解土壤大团聚体减少;有机肥和秸秆还田处理下机械稳定性团聚体平均重量直径(MWD)和水稳性团聚体MWD均高于CK;施用有机肥和秸秆还田显著提高土壤有机碳含量SOC,增幅2.4%～40.8%;施用有机肥和秸秆还田可有效提高作物产量,秸秆还田平均增产17.09%,施用有机肥平均增产23.41%。     

碱预处理稻秆与猪粪混合厌氧发酵特性研究

采用不同浓度的Na OH对稻秆进行预处理,对碱处理的糖化效果、作用机制以及对混合厌氧发酵产甲烷的影响进行了研究。结果表明:当NaOH溶液浓度为1.5%(W/V)时产还原糖质量分数最高,达到71.6 mg·g~(-1)稻秆,远高于对照组(P0.01);扫描电镜(SEM)分析发现预处理后稻秆结构松散,细胞壁松弛,外壁比表面积增大,生物可利用性增加;傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和同步热分析仪(TG)分析均发现,NaOH预处理改变了稻秆的结构特征,木质素和半纤维素含量发生了变化;采用全自动甲烷潜力测试系统(AMPTS)对预处理稻秆及其与猪粪混合发酵产甲烷特性进行了分析,发现经1.5%NaOH预处理的稻秆中温厌氧发酵累积产甲烷量为327.10 m L·g~(-1)VS,远高于对照组稻秆的产甲烷量(P0.01);将经1.5%Na OH处理后的稻草秸秆与猪粪进行混合厌氧发酵,累积甲烷产量达到了340.95 mL·g~(-1)VS,比未处理稻秆猪粪混合组的272.23 mL·g~(-1)VS提高了25.24%(P0.01),比单一碱处理稻秆组提高了4.23%(P0.05)。研究结果表明1.5%Na OH预处理能够有效改善稻秆纤维结构,提高其与猪粪混合厌氧发酵的产甲烷效率。     

超声联合NaOH预处理小麦秸秆与猪粪混合厌氧发酵特性

【目的】研究NaOH及其与超声联合预处理对小麦秸秆与猪粪混合厌氧发酵特性的影响。【方法】采用0%,3%,6%NaOH单独(分别命名为CK,3%,6%处理)或其联合250 W超声波15 min (分别命名为CK+,3%+,6%+处理)预处理小麦秸秆,用扫描电镜观察小麦秸秆表层结构的变化,之后将预处理的小麦秸秆与猪粪按照2∶1,1∶1,1∶2比例(质量比)进行混合发酵,测定小麦秸秆与猪粪不同配比下混合厌氧发酵过程中产气量、pH、碱度和挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)的变化。【结果】经NaOH单独预处理或其与超声波联合预处理后,小麦秸秆表面结构均受到了明显破坏。从发酵开始,各处理的日产气量均在第3天左右达到第1次峰值,在第8天左右下降到最低值;随着水解酸化的进行,各处理的日产气量又出现第2次高峰,但出现高峰时间差异较大。在NaOH单独预处理组或其与超声波联合处理组中,当小麦秸秆与猪粪按照2∶1,1∶1比例混合时,随NaOH含量的增加,累积产气量均呈增大趋势;当小麦秸秆与猪粪按照1∶2比例混合时,NaOH单独预处理组中CK组累积产气量最大,而联合预处理组中3%+处理累积产气量最大。预处理小麦秸秆与猪粪混合厌氧发酵效果依赖于两者混合比例。在整个发酵过程中,当小麦秸秆与猪粪配比分别为2∶1,1∶1和1∶2时,NaOH单独预处理的pH分别为5.6～7.7,5.6～7.6,5.7～7.7,NaOH与超声波联合预处理的pH分别为5.7～7.9,5.6～7.6,5.7～7.7,可见NaOH单独预处理及其与超声波联合预处理的pH并无明显差异。当小麦秸秆与猪粪按照2∶1比例混合时,碱度增加速率最快,并在整个发酵期内总体较高,其次是1∶1配比组,1∶2配比组最低。在发酵过程前期VFA质量浓度变动幅度较大,发酵后期VFA质量浓度变动幅度较小。总体上各预处理小麦秸秆与猪粪配比为1∶1时的VFA质量浓度与1∶2配比组接近,但是高于2∶1配比组。超声单独预处理可提升产气效果,但相比NaOH单独处理,超声与NaOH联合预处理并不具有增强产气效果的协同作用。【结论】经6%NaOH预处理后小麦秸秆与猪粪按照2∶1比例混合后,可获得良好的产气效果。     

三种秸秆材料处理养猪废水除磷效果及磷形态变化特征研究

利用人工湿地处理养殖场废水具有良好效果和可资源化利用的显著优势,但养殖场废水一般养分浓度过高,湿地植物难以耐受,采用适当措施降低养分浓度是生态治理的重要前提。为此选取麦秸、玉米秆、稻草三种南北方常见的农作物秸秆作为生物基质材料,建立三级生物基质处理系统,开展为期6个月的野外控制试验,以期探明生物基质处理系统对高负荷养殖废水中磷的去除效果及磷形态的变化特征。结果表明,利用秸秆材料可以有效去除高负荷养殖废水中的磷,其中总磷(TP)和溶解态无机磷(DIP)去除率平均可达40.1%和35.9%,出水TP和DIP平均浓度分别可降至54.35～62.35 mg/L和22.68～23.25 mg/L,达到绿狐尾藻生态湿地的耐受范围之内(73 mg/L)。生物基质处理系统对磷的去除主要以颗粒态磷在生物基质处理系统中的物理沉淀为主,平均占磷素总去除量的57.5%;养殖废水中DIP的去除率与水温(T)、pH值呈显著正相关(P 0.05),而与溶解氧(DO)和氧化还原电位(Eh)的相关性不显著(P 0.05)。三种秸秆基质材料对磷素的去除能力有一定差异,当磷素去除率显著下降时需要对秸秆材料进行补充,建议稻草和麦秸的补充周期为90 d,而玉米秆的补充周期为120 d。本试验对于养殖废水污染的生态治理具有重要理论价值和指导意义。     

不同品种水稻糙米对Cd Cu Zn积累特性的研究

以酸性矿山废水污染的含有多种重金属的农田土壤为供试土壤,通过盆栽实验,研究不同水稻品种,不同类型、不同遗传背景水稻糙米重金属Cd、Cu、Zn的积累差异.结果表明,供试水稻糙米Cd含量为0.006～0.092 mg·kg-1,最高值和最低值相差15倍;Cu含量为6.712～27.117 mg·kg-1,最高值和最低值相差4倍;Zn含量为28.390～43.296 mg·kg-1,最高值和最低值相差不到1倍.常规稻和杂交稻糙米的Cd、Cu、Zn含量差异不明显.三系杂交稻的糙米Cd、Cu含量极显著高于二系杂交稻,而二系杂交稻糙米中Zn含量则显著高于三系杂交稻.不同遗传背景水稻品种糙米Cd、Cu、Zn含量也存在明显差异.相关分析结果表明,糙米中Cu、Cd含量间呈极显著正相关,Cu、Zn含量之间存在显著负相关,而Cd、Zn含量间的相关性不明显.     

小麦秸秆添加量对羊粪高温堆肥腐熟进程的影响

通过研究小麦秸秆添加量对羊粪高温堆肥腐熟进程的影响,寻求羊粪高温堆肥时与秸秆的最佳配比,旨在为羊粪快速资源化利用提供科学依据。结果表明:羊粪高温堆肥时添加小麦秸秆可以缩短进入高温发酵期的时间,减少氮素损失,加快C/N降低速率,减少有害物质产生;羊粪和小麦秸秆质量分数9∶2处理在堆肥结束时,有机质和速效氮含量较堆肥初期下降幅度最小,分别为33.67%和14.10%,全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾含量较堆肥初期提高幅度最大,分别为13.84%、8.40%、24.82%、31.34%和5.47%。若以种子发芽指数80%作为堆肥腐熟的评价指标,羊粪和小麦秸秆按质量9∶2堆肥的腐熟速度比纯羊粪提高了1倍,28d即可腐熟。在实际应用中,羊粪与小麦秸秆按质量9∶2进行堆肥较为适宜。     

猪粪添加稻草对高温堆肥腐熟进程及物质变化的影响

以猪粪和水稻秸秆为材料,采用发酵槽内堆置,分别设置低量秸秆、高量秸秆和纯猪粪三个处理,分析堆肥33天过程中的物理、化学和纤维素类等指标的变化,探讨堆肥过程中添加不同比例的水稻秸秆对堆肥特性的影响。结果表明,添加高量秸秆堆肥处理的升温速率最佳,纯猪粪处理的水分散失率大于其他两个处理。堆肥结束时,各处理的p H值为8.46-8.66,电导率稳定在1.4-2.4 ms/cm,E4/E6降至3.12-3.37,堆肥达到了腐熟;高量秸秆处理的(终点C/N)/(初始C/N)介于0.53-0.72,其堆肥效果较好、腐熟程度较高。各处理堆肥产品的全磷含量均有提高;纯猪粪处理的纤维素、木质素和半纤维素的总降解率均高于其他两个处理。整体来说,添加高量秸秆处理腐熟速度较快,且效果较好,这可为猪粪快速资源化利用和猪粪堆肥产品质量的提高提供科学依据。     

3种作物对添加外源性Cu、Zn的土壤中Cu、Zn的富集与转运

以Cu、Zn为研究对象,分别在土壤中添加猪粪10 g·kg-1、猪粪10 g·kg-1+Cu 63 mg·kg-1+Zn 54 mg·kg-1、猪粪10 g·kg-1+Cu126 mg·kg-1+Zn 108 mg·kg-1,同时设置不添加猪粪和外源性Cu、Zn的对照处理组,通过盆栽试验研究了施用猪粪和外源性Cu、Zn后土壤中Cu、Zn在大蒜、白菜和玉米体内的富集和转运特征。结果表明,只添加猪粪能显著提高作物生物量,而添加猪粪+高剂量的Cu+Zn可抑制作物生长。其中不同作物的抑制强度表现为白菜大蒜玉米,同种作物的抑制强度表现为根部茎叶部。3种作物对Zn的积累显著高于Cu,其中大蒜对Cu的累积主要分布在茎叶部,对Zn的积累主要分布在根部,而白菜和玉米对Cu的积累主要分布在根部,对Zn的积累主要分布在茎叶部。在添加猪粪+Cu+Zn处理的3种作物中,Cu浓度均低于国家的食品限量卫生标准,而白菜和玉米中Zn浓度均高于国家的食品限量卫生标准,在添加猪粪+低剂量的Cu、Zn处理的大蒜中,Zn浓度低于国家食品的限量卫生标准。土壤中Cu、Zn全量和有效态含量与大蒜、白菜和玉米的茎叶和根部Cu、Zn含量具有显著的相关性(P0.01),因此,可用土壤中Cu、Zn全量或有效态含量表征植物各部分吸收Cu、Zn的效果。3种作物对Zn的富集系数和转运系数均大于Cu。其中对Cu的富集系数表现为大蒜白菜玉米,对Zn的富集系数表现为白菜玉米大蒜。3种作物只添加猪粪处理对Cu、Zn的富集系数均略有上升,而添加猪粪+Cu+Zn处理的富集系数随Cu、Zn添加浓度的提高而下降,白菜和玉米对Cu、Zn的转运系数均下降,大蒜对Cu的转运系数上升,对Zn的转运系数下降。添加猪粪和高剂量外源性Cu、Zn可显著抑制作物生长,作物对Cu的积累显著低于Zn,对Zn的富集系数和转运系数均大于Cu;作物各部分对Cu、Zn的吸收效果可用土壤中Cu、Zn全量或有效态含量来表征。     

鸡粪与水稻秸秆混合厌氧发酵特性研究

【目的】研究温度、原料配比对鸡粪与水稻秸秆混合原料厌氧发酵产气特性的影响,为提高厌氧发酵的产气效率提供依据。【方法】采用自行设计的可控性恒温沼气发酵装置,以不同配比(0.5∶1,1∶1,2∶1,3∶1)的鸡粪与水稻秸秆为发酵原料,在总固体(TS)质量分数为8%的情况下,研究各配比鸡粪与水稻秸秆在25,30,35,40℃下的厌氧发酵情况,并用SAS软件对温度、鸡粪与水稻秸秆配比和累积产气量的关系进行多元回归分析。【结果】25~40℃条件下,各配比鸡粪与水稻秸秆均能正常发酵产生沼气,发酵时间随温度上升而下降,鸡粪与水稻秸秆各配比对发酵时间无显著影响;随着温度的升高,除鸡粪与水稻秸秆配比为1∶1时的累积产气量升高外,其余配比处理的累积产气量均呈先增加后降低的变化趋势。通过模型分析,可知在发酵温度为35.5℃,鸡粪与水稻秸秆的配比为1.86∶1时,累积产气量最大可达9 290.9 mL。【结论】确定了鸡粪水稻秸秆沼气发酵的最佳温度和最适配比,为提高厌氧发酵的产气速率提供了依据,也为秸秆的合理利用提供了条件。     

我国主要粮食作物秸秆还田替代化学氮肥潜力

基于最新农业统计资料和文献数据,分析了2013—2017年我国不同省份和不同农区主要粮食作物秸秆氮养分资源量及还田当季替代化学氮肥的潜力,为秸秆还田条件下的化学氮肥替代和减施提供科学依据。结果表明,我国主要粮食作物种植区域水稻、小麦和玉米秸秆年均产量分别为2.3亿、1.7亿t和3.9亿t,所含氮养分资源量分别为209万、108万t和356万t。三大粮食作物秸秆氮养分资源主要分布在华北、长江中下游和东北农区,分别占全国总量的31.6%、25.4%和24.2%。其中,水稻秸秆氮养分资源主要分布在长江中下游农区(120.9万t);小麦秸秆氮养分资源主要分布在华北农区(66.6万t),玉米秸秆氮养分资源集中分布于华北农区(142.1万t)和东北农区(132.5万t)。水稻秸秆还田化学氮肥可替代量较大的省份为江苏、湖北、浙江、湖南、辽宁和安徽,为34.6～46.5 kg·hm(~-2);小麦秸秆还田化学氮肥可替代量较大的省份为河南、河北、山东、安徽、江苏和新疆,为22.2～27.4kg·hm(~-2);玉米秸秆还田化学氮肥可替代量较大的省份有吉林、辽宁、内蒙古、宁夏、黑龙江、山东、江苏、新疆、湖南和安徽,为54.3～70.7 kg·hm(~-2)。在秸秆全量还田的情况下,我国水稻、小麦和玉米秸秆还田当季化学氮肥可替代总量分别为99万、54万t和192万t,化学氮肥可替代量分别为33.6、23.4 kg·hm(~-2)和51.2 kg·hm(~-2)。我国主要粮食作物秸秆氮养分资源量巨大,在秸秆还田化学氮肥替代潜力较大的地区,合理利用秸秆氮养分资源是实现化学氮肥减量的重要途径。