中国规模化秸秆沼气工程现状及存在问题

中国是世界上秸秆资源最丰富的国家之一。利用农作物秸秆进行厌氧发酵产沼气,是一条清洁高效的秸秆能源化利用途径。为了研究中国规模化秸秆沼气工程的现状,笔者在实地调研的基础上,结合前人的研究结果,简述了中国规模化秸秆沼气工程发酵原料的分布特征及特性、发酵原料的预处理方法、发酵工艺类型及特点、沼气利用状况等发展现状。同时,对比当前欧洲先进的沼气发酵工程特点、借鉴欧洲沼气产业发达国家的经验,论述了中国秸秆沼气工程发展中现存的原料收集与处理、工程运行管理等问题,并对中国沼气工程发展提出了建议。     

欧盟畜禽养殖废弃物先进管理经验对中国的启示

研究阐述了欧盟在畜禽养殖废弃物管理方面采取的有效措施和先进的生态补偿经验,结合中国在规模化畜禽养殖废弃物管理方面存在的不足,得出合理规划布局大中型畜禽养殖场、尽快配套制定畜禽废弃物管理的政策法规、加强宣传培训和教育等方面的启示,为中国构建完善的规模化畜禽养殖业管理体系,促进该行业的可持续发展提供参考.     

天津黄潮土剖面磷素分布特征及其影响因素研究

采用野外采样及室内分析方法,研究了不同磷素形态在旱地黄潮土0～120cm土壤剖面中的分布特征。结果表明,经过长期施肥,供试土壤剖面100～120cm的底层土壤中全磷、速效磷、各无机磷形态均有不同程度的积累。土壤剖面速效磷与全磷含量的相关系数（0.8139）达到显著水平（P〈0.05）。无机磷形态中Fe-P和O-P的含量分别达到52.03和53.57mg·kg^-1,分别高于0～20cm的表层土壤的含量,达到5%的差异显著水平。但总体上看,由于供试土壤下层质地较为粘重以及高达10%的CaCO3含量,促使磷在剖面的移动得以放缓,还不足以影响到地下水的质量。     

猪场废水灌溉对潮土酶活性的影响

通过天津杨柳青镇田间小区试验,研究了猪场废水原水、厌氧出水和仿生态塘与地下水稀释(1:5)灌溉以及厌氧出水高、中、低定额灌溉对潮土0～20 cm和20～40 cm土层的土壤脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性及土壤有机碳和全氮的影响.结果表明,猪场废水灌溉显著增加土壤有机碳和全氮含量;中量厌氧水灌溉增强土壤脲酶、转化酶和过氧化氢酶活性,过高或过低量厌氧水灌溉降低土壤酶活性;原水、厌氧出水和仿生态塘水稀释灌溉对土壤酶活性也有显著影响;与对照(正常施肥和灌溉)相比,仿生态塘水稀释灌溉促进土壤脲酶活性;所有的稀释灌溉处理对土壤转化酶和过氧化氢酶活性均有抑制趋势,但其中仿生态塘水稀释灌溉处理的降幅较小.建议适宜的猪场养殖废水厌氧出水灌水定额为500 m3·hm-2,适宜的稀释灌溉处理为仿生态塘水与地下水1:5的稀释比例.     

牛场肥水灌溉对冬小麦产量与氮利用效率及土壤硝态氮的影响

【目的】本研究利用田间小区试验,研究牛场肥水灌溉对冬小麦产量、 氮利用效率及土壤硝态氮的影响,以期为提高灌溉肥水中氮利用效率,降低养殖肥水灌溉的氮损失提供理论依据。【方法】通过田间小区定位试验,以华北平原典型冬小麦种植系统为研究对象,定量研究牛场肥水灌溉对冬小麦产量、 氮素积累、 氮效率及土壤硝态氮的影响。试验共设5个处理,分别为: 不施肥、 小麦各生育期进行清水灌溉(CK); 在冬小麦生育期内进行2次牛场肥水灌溉(越冬期和灌浆期,肥水灌溉带入氮量为160 kg/hm2),其他生育期清水灌溉(T1); 在冬小麦生育期内进行3次牛场肥水灌溉(越冬期、 拔节期、 灌浆期,肥水灌溉带入氮量为240 kg/hm2),其他生育期清水灌溉(T2); 在冬小麦生育期进行4次牛场肥水灌溉(越冬期、 拔节期、 抽穗期和灌浆期,肥水灌溉带入氮量为320 kg/hm2),不进行清水灌溉(T3); 农民习惯施肥,冬小麦播种时施复合肥(15-21-6)375 kg/hm2、 拔节期追肥尿素600 kg/hm2(氮投入量为332 kg/hm2),全生育期灌溉清水(CF)。每个处理重复3次,冬小麦全生育期灌水4次,灌水定额为830 m3/hm2,灌水量用超声波流量计计量。【结果】牛场肥水灌溉对冬小麦产量和氮的影响主要有以下几个方面: 1)连续三年冬小麦产量均随牛场肥水灌溉次数的增加表现为先增加后降低的趋势,肥水灌溉带入氮为240 kg/hm2(灌溉3次)时,冬小麦产量最高。2)牛场肥水灌溉显著增加冬小麦植株地上部氮积累量。2011年和2012年肥水灌溉的三个处理之间及与习惯施肥处理之间差异不显著,2013年T2和T3处理植株氮吸收量显著高于T1处理和习惯施肥处理。3)冬小麦肥水氮利用率和农学效率随肥水灌溉带入氮量的增加而降低。三年均以T1最高,分别为48.57%和37.15 kg/kg。4)每季冬小麦收获后,随着灌溉带入氮量的增加,0100 cm土层NO-3-N积累量增加。肥水灌溉带入氮为320 kg/hm2时,0100 cm剖面NO-3-N积累量显著高于肥水灌溉带入氮为160~240 kg/hm2处理。【结论】牛场肥水灌溉显著增加冬小麦产量,随肥水灌溉带入氮的增加冬小麦产量呈先增加后降低的趋势。冬小麦肥水氮表观利用率和农学效率均随肥水灌溉带入氮量的增加而降低,肥水灌溉带入氮为320 kg/hm2,80100 cm土层有大量NO-3-N累积,且有向下淋溶的趋势。本试验条件下,综合产量、 冬小麦植株氮积累量及氮效率等方面考虑,牛场肥水灌溉冬小麦适宜氮带入量为160~240 kg/hm2。     

沼液替代化肥对小麦-玉米轮作温室气体排放及温室效应的影响

本文采用密闭箱-气相色谱法研究不同沼液灌溉模式,小麦-玉米轮作条件下温室气体的排放特征,并运用全球增温潜势(GWP)和气体排放强度(GHGI)对小麦-玉米排放的温室效应进行估算。研究表明,在冬小麦-夏玉米轮作周期中,以清/沼比2∶1配比的沼液灌溉,小麦灌3次,玉米灌溉1次的处理(T3)和小麦灌溉4次,玉米灌溉1次的处理(T4)与常规施肥(CF)相比,GWP连续两年没有显著性差异,T3、T4和CF在2016年的GWP为2 990.82±285.00、3 235.48±307.05、3 047.35±315.11;T3、T4和CF在2017年的GWP为2 865.61±296.44、3 069.10±318.44和2 741.70±284.37。但小麦季灌溉1次,玉米灌溉1次处理(T1)和与小麦灌溉2次,玉米灌溉1次的处理(T2)的GWP比CF处理相比显著降低。T1和T2处理在2016年和2017年的GWP分别为2 578.57±279.39、2 586.13±263.01;2 702.59±300.75、2 733.19±260.81,T1和T2处理2016年比CF处理降低了15.38%和11.31%;2017年比CF处理降低了5.67%和0.31%。针对产量进行分析,T2、T3、T4和CF处理连续两年差异性不显著,其中T4处理在2016年产量比CF处理提高了4.12%。T3、T4的温室气体排放强度与常规施肥处理(CF)连续两年差异性不显著,2016年T1和T2处理与CF处理相比显著降低了0.56%,2017年T2处理和CF处理相比差异性不显著。综合考虑GWP与作物产量的因素,T2处理(小麦季2∶1沼液灌溉2次,玉米季2∶1沼液灌溉1次,施氮量为315 kg·hm~(-2))为最优选择,所以T2处理是可以替代化肥且较合理的灌溉模式。     

三种添加剂对猪粪厌氧干发酵的影响

为避免猪粪厌氧干发酵酸抑制,提高产气效率,以猪粪为主要发酵原料,研究中温(37℃)条件下不同添加剂(蛭石、海泡石和生物炭)及添加量(添加比例为5%、10%、15%和20%)对厌氧干发酵(总固体为20%)的产酸及产气性能的影响。结果表明:加入添加剂的发酵体系中,总有机酸(TVFAs)质量浓度随蛭石和生物炭添加比例的增加而降低,第25 d后TVFAs质量浓度迅速降低,相比生物炭和蛭石,海泡石的不同添加比例差异不显著。与猪粪单独发酵相比,不同生物炭(P-C)添加比例下迟滞期可缩短31.23%～83.90%。10%添加比例下,蛭石、海泡石和生物炭使累积挥发性固体(VS)产气率分别提高了98.97%、76.78%和93.06%,当添加比例达到20%时,最大VS产甲烷速率分别为3.62、2.87 mL·g~(-1)和3.15 mL·g~(-1),累积VS产甲烷量可达106.38、106.68 mL·g~(-1)和126.23 mL·g~(-1)。3种添加剂均能够缓解猪粪厌氧干发酵的酸抑制,提高甲烷产率,总体上生物炭效果优于蛭石和海泡石。     

粪草比对猪粪与稻草干发酵产沼气及古菌群落的影响

为获得猪粪与稻草联合厌氧干发酵较佳原料配比,采用批次试验在进料有机负荷(organic loading rate,OLR)为90 g/(L·d)和中温((37±1)℃)的条件下研究猪粪与稻草挥发性固体(volatile solid,VS)质量比(1∶0、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、0∶1)对干发酵厌氧消化性能的影响。结果表明,猪粪与稻草不同配比累积VS甲烷产率分别为188.8、204.0、213.4、198.1、168.5、169.6和124.7 mL/g,猪粪与稻草配比为2∶1时累积VS甲烷产率最高,与猪粪单独发酵处理相比甲烷产率提高13.0%。协同效应分析表明,猪粪与稻草不同配比联合厌氧干发酵均存在协同作用,当配比为2∶1时协同效应最大,增率达到27.5%。古菌群落分析表明,发酵前后各配比古菌Shannon指数下降幅度与累积甲烷产率变化规律一致,当配比为2∶1时Shannon指数下降幅度最大,达到29.1%;Methanosphaerula为试验中优势菌属,其相对丰度与累积甲烷产率呈正相关。在中温厌氧干发酵工程应用中,建议猪粪与稻草VS配比为2∶1,设计水力停留时间为36 d。     

猪场废水灌溉对土壤-夏玉米系统氮素分布的影响

通过田间小区试验,研究了猪场废水处理工艺中3个阶段出水(原水、厌氧水和仿生态塘水)与地下水1∶5混水和厌氧水不同灌溉量对土壤中矿质氮含量、夏玉米产量以及植株吸氮量的影响。结果表明:厌氧水不同灌溉量对各土层硝态氮和铵态氮含量影响差异较显著,而不同阶段出水混水灌溉对各土层硝态氮和铵态氮含量影响差异不显著;厌氧水不同灌溉量处理下玉米产量呈现中量厌氧水高量厌氧水低量厌氧水的趋势,不同处理阶段出水混水灌溉时,原水与地下水1∶5混水灌溉产量较其他处理高;仿生态塘混水灌溉玉米籽粒粗蛋白含量最高。建议适宜的猪场养殖废水厌氧出水灌水定额为500 m3/hm2,适宜的混水灌溉处理为仿生态塘水与地下水1∶5的配水比例。     

猪场废水灌溉对潮土硝态氮含量变化的影响

该文应用猪场废水处理工艺中3个阶段的出水（原水—猪圈舍干清粪后冲洗直接流入积水池的水;厌氧水—原水经厌氧池处理后的出水;仿生态塘水—经曝气和植物吸收处理的厌氧水）与地下水1︰5（体积比）配比和厌氧水不同灌溉量进行冬小麦小区灌溉试验,通过监测土壤硝态氮含量动态变化和残留量筛选适宜的混合水类型和厌氧水灌溉量,为制定合理的猪场废水灌溉制度提供理论依据。试验结果表明：应用3种混合水灌溉0～100 cm土壤剖面硝态氮含量随深度增加呈现“S”形变化趋势,小麦收获后各层土壤硝态氮含量均比初始值有所增加;收获后3种混合水灌溉处理0～100 cm土层中的硝态氮累积量比拔节期均有很大增加,仿生态塘水︰地下水1︰5处理变化幅度最小,较适宜灌溉;厌氧水灌溉量与土壤中硝态氮淋溶量和残留量成正相关关系,中灌水量（500 m3/hm2）较适宜。灌浆期灌水大大增加了收获后土壤中的硝态氮含量,灌浆期宜使用地下水灌溉。