秸秆还田下氮肥运筹对白土田水稻产量和氮吸收利用的影响

【目的】研究小麦秸秆直接还田条件下不同氮肥基追比例运筹方式对白土稻田水稻产量和氮素吸收利用的影响, 为华中低产白土稻田水稻合理施肥提供科学依据。【方法】设置2种小麦秸秆还田量(0和3000 kg/hm2)及3种氮肥基肥-分蘖肥-穗肥施用比例(80-0-20、 60-20-20 和40-30-30)和不施氮的对照, 共7个处理, 分别为N80-0-20、 N60-20-20、 N40-30-30、 N80-0-20+S、 N60-20-20+S、 N40-30-30+S和CK。水稻收获期采集代表性样品考察水稻产量结构性状, 同时测定水稻籽粒和秸秆产量, 分析籽粒和秸秆氮素含量, 计算水稻氮素吸收量和氮肥利用效率。【结果】基肥-分蘖肥-穗肥施用比例60-20-20的处理水稻籽粒产量最高, 两年试验较不施分蘖肥的对照分别增产9.4%~12.9%和7.4%~8.9%。实施小麦秸秆直接还田后, 水稻籽粒产量较不施秸秆的对照分别提高10.2%~23.4%和0.8%~5.5%。不施秸秆条件下, 基-蘖-穗肥施用比例60-20-20的处理水稻籽粒含氮量最高, 较不施氮的对照提高11.3%, 而秸秆含N量随中后期追肥比例的加大而提高。秸秆还田条件下, 氮肥后移能明显提高水稻籽粒和秸秆含氮量。水稻籽粒氮素吸收量, 基-蘖-穗肥比例60-20-20处理最多, 2011年较对照N80-0-20分别增加13.7%和24.8%, 2012年提高14.5%和9.2%; 秸秆氮素积累量则随中后期追肥用量的增加而增多, 基-蘖-穗肥比例40-30-30处理最多。不施秸秆条件下, 基-蘖-穗肥比例60-20-20的处理氮素干物质生产效率、 氮素稻谷生产效率、 氮收获指数均最高, 百公斤籽粒吸氮量最低。秸秆还田条件下, 氮素干物质生产效率和氮素稻谷生产效率均随中后期追肥量的增加而下降, 而百公斤籽粒吸氮量则最高。氮素农学效率、 氮肥回收利用率和偏生产力也是60-20-20比例的处理最高, 较对照N80-0-20农学效率分别提高4.90和2.44 kg籽粒/kg N, 氮肥利用率提高7.82和21.29个百分点, 偏生产力提高4.90和2.44个百分点。【结论】综合水稻产量、 氮素吸收量以及氮肥利用效率, 安徽省江淮丘陵低产白土地区, 小麦秸秆直接还田条件下, 单季中稻氮肥的基肥-分蘖肥-穗肥施用比例, 以60-20-20运筹方式较为适宜。     

热解油水相酸洗-烘焙二级预处理改善玉米秸秆热解特性

烘焙和酸洗都是可提升生物质品质的预处理方法。烘焙可以脱除生物质中的氧,酸洗则可有效脱除碱金属及碱土金属,而氧和AAEMs对热解油的品质和产率均具有影响。该文研究了酸洗-烘焙两级耦合预处理对玉米秸秆热解特性的影响。试验用酸液取自热解联产联供示范项目热解油的水相部分,烘焙温度选取230、260、290℃。研究发现,酸洗预处理能够有效脱除AAEMs,对K、Na、Mg脱除率分别达到97.53%、81.38%、84.86%。两级预处理能明显降低O/C;酸洗-290℃烘焙半焦相比玉米秸秆原样,O/C降低了25.32%。两级预处理能明显削弱烘焙对热解油产率的不利影响,酸洗-290℃烘焙半焦相比290℃烘焙半焦,其热解油产率提高127.66%;两级预处理显著提高了热解油中糖类的含量,同时降低了酚类和酸类的含量;对酸洗-290℃烘焙半焦,其热解油中糖类含量高达45.89%,酚类和酸类则低至9.76%和6.31%。其他化学组成如酮类和呋喃类的含量存在一定程度的下降,醛类含量则有小幅度的提升。该文提出的利用热解联产联供示范项目热解油的水相部分对秸秆进行酸洗,并结合烘焙的两级预处理方法可为对生物质热解提供参考。     

大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排估算

发展秸秆沼气工程可有效地减少农业温室气体排放,科学核算温室气体减排量为管理和监督温室气体排放状况提供数据支撑。该文以河北省沧州市耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程为研究对象,参考和借鉴了自愿减排项目方法学、CDM方法学,构建了大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排计量方法,包括项目边界、基准线排放量、项目排放量、泄漏量、减排量5个方面,计算了2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程温室气体减排量。研究结果表明:项目基准排放量包括秸秆处理产生的温室气体排放、未建秸秆沼气工程情况下农村居民生活用能及农田施用化肥生产耗能产生的温室气体排放。项目排放量包括秸秆与沼肥运输过程耗能排放、工程运行过程耗能排放及沼气处理温室气体排放,项目泄漏量即沼气生产、储存、管网供气和利用过程中产生的因物理泄漏所造成的排放。2014年耿官屯大型秸秆沼气集中供气工程基准线CO2排放量为5 776.15 t,项目排放量为57.53 t,泄漏量为136.59 t,减排量为5 582.03 t,约相当于2 100 t标准煤CO2排放量,每消耗1 t(干质量)秸秆可净减排3.56 t,每利用1 m3沼气可净减排11.50 kg。同时,在工程设计、管道设计、工程管理、工艺技术改良升级等方面提出了提升大型秸秆沼气工程温室气体减排能力的策略。     

添加尿素和无机盐土对秸秆厌氧消化的影响

向厌氧消化体系加入外源添加剂是一种有效且简单的用于提高产气效率的方法。为了解决秸秆厌氧消化原料转化率低、易酸化、厌氧消化时间长等问题,该文选取尿素和无机盐土作为秸秆厌氧消化的添加剂,研究比较不同添加量对玉米秸秆厌氧消化过程产气特性、发酵环境、微生物活性以及物能转化效率的影响。结果表明,对于出现酸化问题且甲烷菌活性较低的厌氧消化系统,添加尿素和无机盐土有利于缓解酸化并促进微生物生长繁殖,三磷酸腺苷（ATP）峰值时的微生物数量可增加2.76×1011-5.31×1011个/L。添加一定量的尿素和无机盐土可使产气高峰提前,添加10%的无机盐土处理组与纯秸秆处理相比,产气高峰可提前4d;但酸化也会削弱尿素和无机盐土对产甲烷过程的促进作用,添加量越大,削弱效果越显著。研究结果可为秸秆厌氧消化的工程应用提供参考。     

玉米秸秆厌氧产氢工艺参数优化

为解决玉米秸秆结构致密导致秸秆发酵难于直接降解的问题,首先分别采用0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的HCl溶液对其进行预处理,以厌氧活性污泥为接种物进行中温(38℃)发酵产氢试验。结果表明,玉米秸秆的累积产氢量和产氢速率随着盐酸质量分数的增大先增加后降低,0.6%HCl处理效果最佳,单位累积产氢量和产氢速率分别为87.90 m L/g和3.05 m L/(g·h)。再以0.6%HCl溶液预处理的玉米秸秆为底物进行发酵产氢的单因素和正交试验,研究了秸秆粒径、底物浓度、初始p H值对玉米秸秆厌氧发酵产氢过程的影响。结果表明:玉米秸秆粒径越小越利于发酵产氢;适度增加底物浓度可增加产氢量;适宜的发酵初始p H值有利于产氢细菌的生长繁殖;得到较佳的工艺参数组合为秸秆粒径150μm、底物浓度15 g/L、初始p H值为7,此时累积产氢量为112.87 m L/g。     

成灰温度对三种生物质灰及其元素水溶性的影响

生物质灰及灰中化学元素的水溶特性是其是否能作为肥料应用的主要指标,成灰温度会影响这些特性。该文试验研究了成灰温度在400~800℃范围内,3种主要农业废弃物麦秸、玉米秸、稻壳的灰的水溶性和灰中各元素的水溶性。结果表明:1)麦秸灰、玉米秸灰的水溶性明显高于稻壳灰,三者水溶性都随成灰温度增高而显著降低,温度从400升高到800℃,水溶性分别从48%,35%和12%降至约12%,8%和0。2)灰中水溶元素主要有K,Cl和S,其中,K和Cl的水溶性随着成灰温度升高而降低,而S的水溶性几乎不受成灰温度的影响。     

有机物料对白土土壤胡敏酸结构特征的影响

【目的】研究有机物料施入对白土土壤的腐殖质含量组成和胡敏酸(HA)结构特征的影响,为明确不同腐殖质组分对土壤肥力的影响提供理论依据。【方法】供试土壤为江苏省溧阳市南渡镇"白土改良大田示范试验核心区"的南方中低产水稻土(白土)。试验设秸秆还田(ST)、施有机肥(OM)和对照(CK,不施有机物)3个处理,培肥3年。同时采集试验田周围相邻的江苏省耕地质量监测点(2007~2013年)的每年施化肥(LAF)和长期不施肥(NF)的两种处理土壤进行比对研究。分别测定土壤的基本理化性质及其腐殖质含量的组成,并提取土壤胡敏酸(HA)固体样品利用红外光谱和元素分析来进行结构表征。【结果】秸秆还田和施有机肥处理的有机碳、全氮含量明显高于对照;与对照相比,施有机物料土壤HA的E4/E6比值增加,且秸秆还田施有机肥对照。红外光谱显示,试验区域和耕地监测点的不同处理土壤HA均在1650 cm-1处(酰胺I带)和1550 cm-1处(1500~1580 cm-1酰胺II带伸缩振动)有特征吸收。施有机肥和秸秆还田处理土壤HA的2920/1720、2920/1650比值显著大于对照。在元素组成上,OM、ST处理的土壤腐殖质(HA)中C、H、N的含量比均高于CK,相对长期施化肥(LAF)和不施肥(NF)的土壤有明显提高,而氧元素的含量呈降低的趋势;OM和ST处理土壤HA的[H]/[C]和[O]/[C]原子数比均低于CK;与LAF和NF处理相比,试验区域各处理土壤腐殖质的[H]/[C]和[O]/[C]原子数比均有明显降低。【结论】有机物料施入土壤后可增加土壤有机碳含量,改善土壤理化性质,提高作物产量和品质,且施入土壤的有机物料可转化为新的腐殖质,降低土壤的腐殖化程度。土壤腐殖质(HA)的红外光谱分析说明,白土土壤HA具有明显的酰胺类化合物特征。有机物料施入后使得土壤脂族性增强,羧基量减少,芳香度降低;秸秆还田和施有机肥处理与对照相比,土壤HA的[H]/[C]和[O]/[C]比均有下降的趋势,且HA的氮素含量明显增加,这显示有机物料施入后白土土壤腐殖质发生"脱水"过程,同时也反映了白土土壤腐殖质形成的特征。     

耕作方式对豫南雨养区土壤微环境及冬小麦产量的影响

针对豫南雨养农业区降水基本满足作物生长需求但年内和年际间分配不均、土壤耕性差的生态实际,为解决小麦播种期和冬春干旱以及改善耕层水、肥、气、热等因子提供理论依据。于2007—2015年,在豫南雨养农业区进行了连续9a的大田定位试验,研究了不同耕作模式对小麦生长季土壤水分、容重、温度及冬小麦产量的影响。试验共设置6个处理:T1(传统翻耕)、T2(不覆盖/不深松+覆盖/免耕)、T3(覆盖/不深松+不覆盖/免耕)、T4(不覆盖/深松+不覆盖/免耕)、T5(覆盖/深松+覆盖/免耕)以及T6(不覆盖/不深松+还田/旋耕)。结果表明,(覆盖/深松+覆盖/免耕)T5可以有效提高小麦播种期0~40cm土层的含水量,为麦播提供较好的水分基础,不同耕作方式处理对冬小麦越冬期和返青期土壤日平均温度影响较小,不足以对冬小麦发育进程产生影响。(覆盖/深松+覆盖/免耕)T5能够有效降低耕层0~20cm和0~40cm的土壤容重。覆盖/深松+覆盖/免耕处理的前3a,冬小麦产量较对照有所降低,从第4年开始较对照增产,2011—2015年增产幅度分别为2.02%、2.83%、10.93%、5.88%、1.97%。以上结果表明,通过T5(覆盖/深松+覆盖/免耕)的简耕覆盖技术可以有效利用降水资源、培肥地力,提高产量,具有节本增效的作用。     

饲料用秸秆丝化多频快速压缩成型工艺参数优化

为了进一步探明丝化后干玉米秸秆压缩成型的最佳工艺参数,利用WDW-200微机控制电子式万能试验机,以秸秆含水率、最大压缩力(能够压缩成型的最小压缩力)、压缩次数和压缩速度为影响因子,对饲料用玉米秸秆丝化后压缩成型块的松弛比进行了二次回归旋转组合试验研究。建立并分析了4个影响因子对玉米秸秆丝化压缩成型松弛比的回归模型,并进行了验证试验。结果表明:丝化后玉米秸秆压缩成型最佳工艺条件为:含水率为7.8%~18.3%,能够成型的最小压缩力为6.22 MPa,压缩次数为2~6次,压缩速度为128~337 mm/min。在此工艺条件下,干玉米秸秆丝化压缩成型的松弛比在1.2和1.5之间,均能满足实际生产中较低能耗与生产质量的要求。该试验对压缩工艺的优化、压缩设备的研制和了解压缩成型后产品的特性具有参考意义。     

户用太阳能恒温沼气生产系统全年产气性能试验

为满足北方农户全年生活燃气需求和研究户用恒温沼气池的产气特性,研发了发酵容积为3 m3的地上式太阳能恒温沼气生产系统。从沼气池的产气稳定性,不同发酵温度、不同发酵原料下的产气性能,全年产气特性4个方面对该系统做了试验研究。在兰州地区气象条件下,厌氧发酵试验结果发现:该太阳能恒温产气系统可全年稳定连续运行,全年累计产气398.52 m3;当最低环境温度分别高于-19.9、0.7和6.9℃时,系统可以实现26、28和37℃恒温厌氧发酵;当猪粪与农户常见的玉米秸秆、蒿草、莲花菜叶按一定比例混合发酵后,可显著提高沼气中甲烷体积分数并延长或缩短发酵周期。