畜禽粪便生物炭内源重金属在酸性土壤中的迁移转化

为探究生物炭内源重金属在酸性土壤中的迁移转化规律,科学指导畜禽粪便生物炭农田应用,该研究以猪粪生物炭为研究对象,开展土壤培养试验,利用扫描电镜、物理吸附、X射线衍射物相分析、X射线光电子能谱和电感耦合等离子体质谱等方法表征不同培养时间生物炭表面形貌、孔隙结构、元素分布的变化规律,以及土壤孔隙溶液中重金属、磷酸盐等组分的变化规律。结果显示生物炭内源重金属Cu、Zn主要存在形态为氧化提取态,Cu、Zn氧化提取态比例分别为79.37%和53.43%,生物炭矿物质元素主要以氧化物形式存在于生物炭颗粒表面,施入酸性土壤后,生物炭比表面积及孔容增加,颗粒表面Cu、P、K等元素含量降低,土壤孔隙溶液中pH值、EC、Cu与PO43-含量显著升高,PO43-的浓度范围为2.26～298.00 mg/L,Cu的浓度范围为1.81～2.86 μg/L,生物炭颗粒粒径越小,PO43-和Cu溶出率越高,生物炭施入土壤30 d时,土壤孔隙溶液中PO43-和Cu的浓度最高。研究表明酸性土壤可促进以碳酸盐、磷酸盐氧化物形式存在的Cu以及被碳酸根与磷酸根沉淀的Cu不断释放进入土壤,但生物炭内源Zn在酸性土壤环境不易释放,且生物炭可吸附土壤中的Zn,降低Zn的生物有效性。     

盐含量对餐厨垃圾好氧堆肥腐殖化过程及微生物演变的影响

含盐量过高会对堆肥有机质腐殖化过程产生抑制作用,但作用规律仍不清楚。该研究以餐厨垃圾为研究对象,以不添加盐分的处理为对照,设置添加食用盐的处理作为试验组（添加质量分数分别为0.5%、1%和1.5%）,进行好氧堆肥,研究不同盐分含量对基本腐熟度指标、有机质组成、腐殖质（Humus,HS）的影响,并结合微生物群落结构和相关性统计分析阐明其作用规律。结果表明,4个处理温度、碳氮比（C/N）、有机质组成等达到腐熟要求,但盐分添加提高了堆体电导率（Electrical Conductivity,EC）,添加比例达到1.5%时,高温期缩短至13 d,种子发芽指数（seed Germination Index,GI）降低至65.5%,总有机物降解率降低6.5%,有机质腐殖化过程受到限制。高通量测序和相关性分析的结果表明,添加1.5%盐分主要通过抑制高温双岐菌（Thermobifida）、糖单孢菌（Saccharomonospora）和曲霉（Aspergillus）、毛孢子菌（Trichosporon）的活性,降低总糖、木质纤维素等有机物质的降解和后续HS形成,从而限制餐厨垃圾堆肥过程中腐殖化效果的提升。本研究将为餐厨垃圾等农村有机废弃物处理技术应用提供理论指导。     

不同菌剂对猪粪发酵中腐植酸含量的影响

【目的】以期考察不同菌剂对发酵产物中生物腐植酸含量的影响,探索畜禽粪便规模化发酵生产高生物腐植酸含量肥料的可行性。【方法】以猪粪为原料,按添加不同菌剂设3个处理（菌剂A：8个菌种,浓度1.5-2.0×108 CFU/g,添加比例为0.3%;B：5个菌种,0.5-1.5×108 CFU/g,0.3%;C：3个菌种,≥2.0×108 CFU/g,3%）,另设不添加菌剂处理为对照,进行单因素自然堆沤发酵试验,测定发酵产物中的生物腐植酸含量。【结果】不同菌剂处理下达到最高生物腐植酸含量的时间不同,添加菌剂处理均有利于提高发酵物料的腐植酸含量,以菌剂A处理效果最佳,生物腐植酸含量达15.63%,生物腐植酸提高率达112.94%。【结论】添加菌剂可提高猪粪发酵中生物腐植酸含量,但要获得高生物腐植酸含量肥料则须注意选择合理的发酵周期。     

城市污泥生物干化过程的有机质转化与产水规律

城市污泥生物干化期间,微生物降解有机质产生水分,影响最终的干化效率。该研究采用自动控制技术进行城市污泥生物干化,测定了干化过程不同阶段的有机质组分转化,并通过水分平衡方程计算了污泥干化过程中堆体的产水量,研究了干化过程的产水规律。结果表明,第1次高温期是有机质降解最快的时期,日均降幅达6.68 kg/(t·d);生物干化完成时,有机质中的易降解有机质(易水解物和脂类)比例由49.91%降至37.94%,腐殖酸的比例由39.34%升至54.14%;堆体总产水量为61.80 kg/t,产水速率排序为:第1次高温期升温期第2次高温期降温期,其中第1次高温期日均产水速率达6.51 kg/(t·d),该时期也是有机质降解速率最大的时期。整个生物干化过程中,堆体产水量与蒸发量的比值为1:6.7,产水量远低于蒸发量,各阶段的产水量变化可为优化生物干化工艺提供参考。     

生物炭基保水剂对土壤水分及油菜生长的影响

为考察生物炭基保水剂对土壤及作物的作用效果,利用自制的生物炭基保水剂,采用铝盒法和盆栽法探讨了不同种类保水剂对土壤持水保水性能及油菜生长的影响。结果表明:施用生物炭基保水剂可以有效提高土壤的持水保水性能,提高油菜的地上生物量及水分利用效率;生物炭基保水剂B作用效果最优,与对照相比,土壤饱和含水率提高13.54%,土壤水分蒸发速率降低31.98%,油菜地上生物量增加30%~50.1%,土壤水分利用效率提高56.7%~110.9%,本研究可为低成本、高效保水剂的开发及应用提供参考。     

沼渣沼液养分含量及稳定性分析

为实现沼渣沼液有效利用与管理,选取以牛粪、猪粪、鸡粪为厌氧发酵原料的沼气工程,测定了沼液、沼渣中养分含量及重金属含量,探讨了不同发酵原料沼液的养分含量随储存时间的变化规律。结果表明:鸡粪沼液中养分含量最高,总氮、总磷含量分别为5 706.23 mg/L和121.21 mg/L;猪粪沼渣中总氮含量最高,达到31 000.03 mg/kg,而鸡粪沼渣中总磷含量最高,达到23 951.02 mg/kg;猪粪沼渣中锌、铜含量以及牛粪沼渣中铜含量超标;沼液营养成分含量随储存时间的延长不断降低,两者之间呈显著负相关性,且温度越高,营养成分损失率越大,鸡粪沼液中的营养元素更易流失。该结果可为沼渣沼液的合理存放及高效施用提供理论依据。     

沼液喷淋秸秆与生物炭联合好氧发酵效果研究

为实现沼液的减量化和肥料化,以玉米秸秆为载体吸附过滤沼液,开展沼液喷淋与秸秆和生物炭联合好氧发酵试验,分析沼液喷淋对好氧发酵效果的影响,以及与秸秆和生物炭共发酵的效果。结果表明,粉碎后玉米秸秆吸附过滤猪粪沼液、鸡粪沼液后,秸秆含水率由5.92%分别上升至76.35%和85.72%,碳氮比由42.4分别上升至50.2和51.7,沼液中总悬浮物、总磷分别降低了34.42%～43.78%和20.00%～41.01%,而对溶解态的总磷、总钾吸附过滤效果一般。沼液喷淋翻拋可延长堆体发酵高温期2倍时长以上,有机质含量降低了10.42%～18.63%,氮磷钾含量提高6%～21.5%左右,并可提高堆体腐熟度,促进类腐殖质物质产生。添加生物炭可缩短发酵升温期并延长高温期,更有利于堆体消纳沼液。沼液喷淋与秸秆和生物炭联合好氧发酵工艺可达到利用沼液生产有机肥的目的,是资源化利用沼液的有效途径之一。     

温度对生物炭吸附重金属特性的影响研究

为探究温度条件对生物炭吸附重金属离子特性的影响,采用吸附试验研究25、45和65 ℃ 3种温度条件下生物炭对单一重金属离子溶液和多种重金属离子混合溶液的吸附能力变化.结果表明:生物炭对4种重金属的吸附均可采用Langmuir和Freundlich方程进行描述;温度是影响生物炭吸附重金属的重要因素,生物炭对Cu的吸附能力...     

酸化储存粪水对油菜品质及重金属累积特征的影响

研究了储存后粪水对油菜的产量、品质和重金属累积的影响,结果表明:生猪粪水经酸化储存60 d后可以明显提高油菜的产量,改善油菜的品质.当酸化粪水浓度在25％和50％时,油菜的产量显著提高,分别增加了172.02％和209.76％,同时硝酸盐含量显著降低,分别降低了40.15％和32.02％,达到了蔬菜质量安全标准.从食品...     

不同发酵工艺对猪粪中重金属活性的影响

以猪粪和秸秆为原料,研究自然发酵、强制通风发酵、厌氧干发酵3种不同发酵工艺对发酵效果及重金属Cu、Pb、Zn形态的影响。结果表明:强制通风发酵处理对Cu、Pb、Zn的有效态钝化效果分别达45.42%、60.18%、32.21%;自然发酵处理对Cu、Pb、Zn的有效态钝化效果分别达39.60%、28.68%、6.19%;厌氧干发酵处理对Cu、Pb、Zn的有效态钝化效果分别为3.08%、24.19%、-1.11%。相对于厌氧干发酵处理,自然发酵处理和强制通风处理更有利于重金属有活性较高的形态向活性较低的形态转化。从发酵的品质效果看,发酵过程中自然发酵处理和强制通风发酵处理可以利用高温期有效杀害猪粪中病原菌和杂草种子,且强制通风发酵处理在55℃以上的高温期约为自然发酵处理的2倍,厌氧干发酵处理始终保持40℃左右的中温发酵;发酵结束后,强制通风发酵处理的EC值为1.79mS/cm,自然发酵处理和厌氧发酵处理的EC值较高,分别为5.67、6.36mS/cm,较高的EC值具有潜在的土壤盐渍化风险。自然发酵由于氧气供应不足导致肥料无法完全无害化,为保证肥料完全腐熟,需延长自然发酵时间;而厌氧干发酵的有机肥难以无害化,因此需继续进行好氧发酵以实现完全腐熟。综合考虑3种工艺的发酵效果及重金属的钝化效果认为,强制通风发酵工艺对提升发酵产品质量更具优势。