中国作物秸秆资源利用潜力的多适宜性综合评价

由于作物秸秆类型不同,其营养成分和利用价值也不同,因此仅根据草谷比系数法以质量形态衡量其利用价值,难以全面直接地反映秸秆资源的多种利用价值.为综合定量评价不同利用方式下我国作物秸秆资源的各种利用价值,依据能量流动定律,构建作物秸秆多适宜性综合统一评价体系.结果表明:①以质量、能量和谷物当量3种形态综合核算我国秸秆资源量,其计量结果年际变化趋势较为一致,并且能量和谷物当量形态更能直接体现秸秆资源能源化和饲料化的实际利用价值;②1991-2015年我国作物秸秆资源利用价值总量整体上升,至2015年我国作物秸秆肥料化、基料化和原料化形态质量为6.88×1011 kg,能源化利用价值为8.89×1018 J,适宜饲料化的作物秸秆资源利用量为6.26×1011 kg谷物当量,折合当年全国粮食总产量的100.66%,因此秸秆饲料化具有较高的利用价值,并且符合当前我国"粮改饲"农业改革发展方向;③我国各地秸秆资源量在空间上呈现出显著的地域边缘属性,秸秆资源丰富地区主要集聚在华北、东北和长江中下游地区.研究显示,就作物秸秆主要利用方式而言,饲料化具有相对较高的适宜性和利用价值,但是由于经济收益、经营规模和市场供需不对称等原因,当前农户秸秆饲料化的意愿不高,可利用经济和政策等措施引导该产业有序开展.      

玉米秸秆生物炭固化细菌对镉砷吸附

为了确保细菌对镉砷复合污染土壤的修复效果,对细菌进行固定化处理.本研究将细菌悬液(Delftia sp. B9, B9)、玉米秸秆生物炭(corn stalks biochar,CSB)以及玉米秸秆生物炭-细菌复合体(corn stalks biochar-bacteria complex,B-CSB)作为3种吸附材料,探究3种材料对镉和砷的吸附特性及pH对3种材料去除水中镉砷离子性能的影响,进行了等温吸附模型拟合,并采用扫描电镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱(FT-IR)和X射线光电子能谱分析(XPS)对3种材料进行表征分析,同时探究添加B9、 CSB和B-CSB对土壤中镉和砷形态变化的影响.结果表明, 3种材料对Cd~(2+)的饱和吸附量分别为49.43、 82.68和75.38 mg·g~(-1);对As的饱和吸附量分别为24.67、 42.92和34.03 mg·g~(-1).添加B-CSB可使土壤中的弱酸可溶态Cd显著下降,残渣态Cd显著增加;铁型砷含量显著减少,残渣态砷含量增加.B-CSB是一种更有效地修复镉砷复合污染的材料.     

蚯蚓堆肥处理畜禽粪便的影响因素及其产物的应用综述

对蚯蚓堆肥在畜禽粪便中的影响因素进行了总结和评述,主要包括蚯蚓类型、温度与湿度、C/N、畜禽粪便种类及腐熟程度、接种密度等,并对蚯蚓堆肥中EM （effective microorganism）菌剂的添加及蚯蚓粪在农业上的应用潜力进行总结,提出蚯蚓粪作为生物肥的优势,建议现阶段将蚯蚓粪与有机肥配合使用。在此基础上,对蚯蚓堆肥处理畜禽粪便领域未来发展提出展望,可为蚯蚓堆肥处理畜禽粪便技术的推广应用提供参考。     

低温冰冻预处理对水稻秸秆厌氧发酵产气性能的影响

以水稻秸秆为厌氧发酵原料,在中温（37 ℃）湿式批次发酵条件下,考察了低温冰冻预处理在不同温度（-5,-18,-40,-60 ℃）和不同时间（12,24,36 h）下对水稻秸秆厌氧发酵产气性能影响。实验结果表明:低温冰冻预处理均显著增加了秸秆溶出物COD含量,其中D3处理与对照相比增加了7.65倍。低温冰冻预处理显著降低了木质素含量,降低幅度为16.36%~59.88%。在预处理冰冻温度为-5,-18,-40 ℃下,水稻秸秆厌氧发酵TS产气率和甲烷含量随着预处理时间增加而提高。其中,-60 ℃,24 h处理的厌氧发酵TS产气率与-60 ℃,36 h处理的甲烷含量最高,相较于对照组分别提高了96.46%和209.30%。     

不同含水率污泥和小麦秸秆混合热解制备富氢合成气

为拓展活性污泥资源化利用方向,在固定床反应器中研究了不同含水率污泥与小麦秸秆的共热解。将不同含水率的污泥和秸秆在600~900 ℃范围内混合热解,研究了热解温度、污泥含水率和秸秆添加量对气体组成的影响。当污泥含水率一定时,随着反应器温度的升高,H₂和CO的含量逐渐增加。在相同温度下,随着污泥含水率的增加,H₂的含量呈现先增加后减少的趋势,而CO含量呈逐渐下降趋势。当污泥含水率为60%时,H₂的含量达到最大值。当热解温度为800 ℃时,制备富氢合成气的最佳比例为40%的秸秆与含水率为60%的污泥混合热解。     

中国农田畜禽粪尿氮负荷量及其还田潜力

为准确掌握中国各省区畜禽粪尿及氮负荷量,以及还田利用潜力,本研究基于统计数据和已有资料,利用猪粪当量(N)估算了1978年以来中国畜禽粪尿量的变化规律,以及各类畜禽粪尿的构成比例,分析和评价了2016各省份畜禽粪尿、纯氮负荷量的空间分布和污染风险,并估算了各省份畜禽粪尿的还田潜力.结果表明,中国畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分量总体上呈"快速增加(1978~2005年)-保持稳定(2006~2016年)"的变化态势,到2016年,分别达到366 822.01×10~4t和2 024.10×10~4t,均增长了105.78%,94.03%~98.34%的粪尿量来源于家禽、羊、猪和牛.畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分量最大的区域是华北地区,其中河南省为最,分别占全国的22.25%和8.81%.其次是四川,占8.14%.按耕地、作物播种面积和农用地面积分别计算单位面积上的畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分量,并进行r值分级和环境风险评价.如果承载场所为耕地,负荷量较大的是西南和东南地区,污染风险较严重的是华北地区,为Ⅳ级;若按农作物种植面积,西北和西南地区负荷量较大,西北和华北地区为Ⅲ级有污染风险;若按农用地计算,华北和东南地区负荷量较大,华北地区Ⅲ级有污染风险,湖南负荷量最大,北京、山东和河南为Ⅳ级较严重污染风险.全国畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分还田量分别为113 480.75×10~4t和626.15×10~4t,按单位农用地面积分别相当于3.07 t·hm~(-2)和16.92 kg·hm~(-2),华北地区最大,为8.27t·hm~(-2)和45.62 kg·hm~(-2).若按50%的粪尿N养分环境容量(85 kg·hm~(-2))计算,全国可增加粪尿N养分还田量为2 520.21×10~4t,粮食主产区黑龙江还田潜力最大,其次是四川.     

油菜秸秆还田对土壤真菌群落结构和功能影响的研究

油菜是中国乃至世界重要的油料作物之一,油菜秸秆还田能改善土壤性质、提高土壤肥力,是农业废弃物综合利用的主要途径。文章为阐明油菜秸秆还田对土壤微生物群落的影响,特进行了2年油菜秸秆还田试验,并提取试验区土壤基因组DNA,利用真菌18S核糖体RNA基因高通量测序方法,研究不同处理土壤真菌组成、结构和功能的变化。试验结果表明,油菜秸秆还田(SR)和对照(CK)处理高通量测序分别获得135 824和100 582条高质量序列,分别代表1 129和964个OTUs,简并后得到1 498个OTUs,其中595(35.6%)个为两处理共有。两处理OTU丰度分布较为均匀,但SR处理OTU种类较CK多。两处理真菌群落在门水平较为类似,均以子囊菌门丰度最高,其次为担子菌门和罗兹菌门,仅新丽鞭毛菌门只在CK中检出。在检出的212个属中,126个属(59.4%)为两处理共有,同CK比较,SR处理部分属丰度发生较大变化。Alpha多样性分析显示,SR处理真菌群落丰富度、均匀度、Shannon指数和Simpson指数均显著增加(P<0.1),而Beta多样性分析显示SR处理土壤真菌群落与对照显著不同(P<0.05)。同对照比较,SR处理21个属(8.7%)丰度发生显著性改变(P<0.1),包括核盘菌属在内的17个属显著增加,倍数变化(FC)在0.09～7.76之间,而源杯梗孢属等4个属丰度则显著下降,FC在-1.6～-5.3之间。SR处理中编码与纤维素分解相关酶的基因,包括纤维素分解酶、纤维二糖脱氢酶、葡聚糖1,3-beta-葡萄糖糖苷酶,其丰度在还田处理中有较大幅度增加,倍数变化在1.95～3.29之间,而与编码木质素分解酶相关基因,L-木酮糖还原酶基因丰度显著增加(P<0.05)、漆酶基因则小幅下降。综合结果表明,油菜秸秆还田有利于增加土壤真菌群落的丰度和多样性、促进土壤纤维素分解相关基因丰度增加,但土壤核盘菌数量也相应显著增加,提示有可能增加油菜菌核病发生风险。     

秸秆活性炭活化过一硫酸盐降解酸性橙7

将磷酸氢二铵((NH_4)_2HPO_4)作为活化剂制备秸秆活性炭(SAC),并用其活化过一硫酸盐(PMS)产生硫酸根自由基(SO_4~-·)降解偶氮染料酸性橙7(AO7).首先对活化前后的SAC进行FTIR表征,发现(NH_4)_2HPO_4活化后的SAC含氧官能团特征峰强度增强,可能有利于过一硫酸钾的活化.其次研究了活化剂浓度、SAC投加量、PMS浓度、初始pH、抑制剂对AO7降解效果的影响.结果表明,AO7脱色率随着活化剂浓度、SAC投加量、PMS浓度的增加而增加;同时在偏中性条件下,有利于SAC活化PMS脱色AO7;加入相同物质的量比(2000/1)的甲醇、叔丁醇、苯酚,55 min内AO7脱色率分别为88.4%、66.2%、13.4%,苯酚对反应抑制效果最好,表明SAC表面的硫酸根和羟基自由基在AO7脱色中起主要作用.最后通过紫外光谱扫描、气质联用(GC-MS)和TOC分析表明,AO7的偶氮键和萘环结构被破坏,生成含苯环类中间产物,最终矿化为二氧化碳和水,矿化率可达31.7%.     

秸秆露天焚烧典型大气污染物排放因子

利用烟气污染物稀释采样系统,基于实际测试,针对玉米、小麦、花生和棉花4种农作物秸秆开展露天焚烧排放大气污染物采集和分析.利用修正燃烧效率区分燃烧状态,根据碳平衡法计算烟气中颗粒物和气态污染物排放因子.结果表明,4种秸秆露天焚烧CO、SO₂、NO_x和CH₄平均排放因子分别在7.39~92.4g/kg、0.11~0.89g/kg、0.72~3.86g/kg和0.2~5.45g/kg之间,PM_2.5平均排放因子在1.48~13.29g/kg之间.OC和EC的质量分别占PM_2.5全部质量的27.7%~54.3%和4.4%~17.1%,是PM_2.5的主要组成成分.污染物排放主要来自混合燃烧状态,焖烧状态排放污染物浓度相对较高.随着含水率升高,焖烧过程增强显著,CO、CH₄、PM_2.5和OC的排放因子升高,其中PM_2.5排放量增高主要是由OC排放占比升高导致.