Scenario Modeling Potential Eco-Efficiency Gains from a Transition to Organic Agriculture: Life Cycle Perspectives on Canadian Canola,Corn, Soy,and Wheat Production

We used Life Cycle Assessment to scenario model the potential reductions in cumulative energy demand (both fossil and renewable) and global warming, acidifying, and ozone-depleting emissions associated with a hypothetical national transition from conventional to organic production of four major field crops [canola (Brassica rapa), corn (Zea mays), soy (Glycine max), and wheat (Triticum aestivum)] in Canada. Models of these systems were constructed using a combination of census data, published values, and the requirements for organic production described in the Canadian National Organic Standards in order to be broadly representative of the similarities and differences that characterize these disparate production technologies. Our results indicate that organic crop production would consume, on average, 39% as much energy and generate 77% of the global warming emissions, 17% of the ozone-depleting emissions, and 96% of the acidifying emissions associated with current national production of these crops. These differences were almost exclusively due to the differences in fertilizers used in conventional and organic farming and were most strongly influenced by the higher cumulative energy demand and emissions associated with producing conventional nitrogen fertilizers compared to the green manure production used for biological nitrogen fixation in organic agriculture. Overall, we estimate that a total transition to organic production of these crops in Canada would reduce national energy consumption by 0.8%, global warming emissions by 0.6%, and acidifying emissions by 1.0% but have a negligible influence on reducing ozone-depleting emissions.     

热处理对猪粪高固厌氧消化产甲烷能力的影响

畜禽粪便属于有机物含量高、卫生风险大的污染物.本研究探寻不同热处理时间下,猪粪(含固率27.6%)不稀释直接进行70℃热处理的情况及热处理对中温高固厌氧消化的影响.结果表明,热处理能够去除猪粪的部分有机物,并能明显提高高固厌氧消化的产甲烷能力和产甲烷速率.热处理时间为1、2、3和4 d时,热处理对猪粪的VS去除率分别为15.1%、15.5%、17.8%、20.0%,甲烷产率(以CH4/VSadd计)分别为284.4、296.3、309.2、264.4 m L·g-1,相比原粪的甲烷产率分别提高49.7%、55.9%、62.7%、39.2%.热处理时间为3 d时,猪粪的甲烷产率最高.热处理对猪粪产甲烷的促进效果显著,能耗适中,并能够起到巴氏消毒的作用,具有较好的工程价值.     

Aerobic treatment of swine manure to enhance anaerobic digestion and microalgal cultivation

Aerobic treatment of swine manure was coupled with anaerobic digestion and microalgal cultivation. A 14-day aerobic treatment reduced the total solid content of swine manure by >15%. Ammonia and carbon dioxide were stripped by the air supplied, and this off-gas was further used to aerate the culture of Chlorella vulgaris. The microalgal growth rates in Bristol medium and the wastewater with the off-gas increased from 0.08 to 0.22 g/L/d and from 0.15 to 0.24 g/L/d, respectively. Meanwhile, the aerobically treated swine manure showed a higher methane yield during anaerobic digestion. The experimental results were used to establish a demonstration unit consisting of a 100 L composter, a 200 L anaerobic digester, a 60 L tubular photobioreactor, and a 300 L micro-open raceway pond.     

畜禽环境中抗生素的去除及其风险评估

抗生素作为饲料添加剂广泛应用于畜禽养殖业,造成养殖环境抗生素大量蓄积,尤其是在畜禽粪便中,长期的积累不仅污染养殖场内土壤环境,残留的抗生素还会随畜禽粪便进入周边水体及农田环境,威胁农作物及人体健康。目前,国内相关研究主要集中在抗生素的降解工艺及降解规律方面,而对其去除效率的影响因素及风险评价研究相对较少。笔者综述了国内外抗生素的降解转化及去除方式等的研究进展,并概述了抗生素在畜禽环境中的生态风险评估的研究现状,为抗生素的高效去除、风险预估及畜禽粪便资源化安全利用提供理论基础和技术支撑。     

有机肥处理对旱地红壤细菌群落及玉米生产力的影响

为探明旱地红壤细菌群落特征及玉米生产力对不同有机肥处理的响应，基于自2002年设置在中国科学院鹰潭红壤生态实验站的有机培肥长期定位试验，采用Illumina高通量测序，研究不同有机肥（不施肥，M0；低量有机肥，M1；高量有机肥，M2；高量有机肥加石灰，M3）处理下土壤细菌群落多样性和结构以及玉米生产力的变化.结果发现，与M0相比，土壤pH、有机质（SOM）、全氮（TN）、全磷（TP）含量和玉米生产力在不同有机肥（M1、M2和M3）处理下均显著增加，其中M3处理的提升效果最佳.施用有机肥显著提高了土壤细菌群落的Shannon、Evenness、Chao1与ACE指数，重塑了细菌群落结构.基于随机森林模型分析，土壤性质中的pH和TP显著影响土壤细菌多样性，而pH、SOM、TP和TN对土壤细菌群落结构影响显著.相关性分析和结构方程模型分析表明，土壤TP和SOM可以通过改变土壤细菌多样性和群落组成间接影响玉米生产力.研究结果从指导我国南方红壤区农田合理施肥的角度，为农田土壤质量提高及耕地产能提升提供科学依据.     

猪粪干发酵物料流动性指标研究

干式沼气发酵工艺的研究中,影响干发酵工艺的最大问题是出料困难.出料的方法及设备的研究开发都涉及物料流动性.目前,还没有表征干发酵物料流动性的指标.针对该问题,本研究考察了塌落度、休止角和静摩擦系数3种参数表征猪粪干发酵物料流动性的可行性.通过3种指标对流速的曲线拟合,发现塌落度与流速的关联性最好,灵敏度系数曲线显示塌落度的灵敏度较休止角和静摩擦系数高.塌落度的测定上限和测定下限分别为253和279 mm,对应的流速分别为0.01和0.29 m/s;休止角和静摩擦系数的准确度均超出了要求的范围,所以无测定限.塌落度的最大相对误差、相对平均偏差和相对标准偏差分别为12.79％、23.62％和30.68％,远低于休止角和静摩擦系数,因此,塌落度测量结果的准确度和精密度高于休止角和静摩擦系数.从参数的准确度和精密度以及测量方法的灵敏性和测定限几方面综合考虑,塌落度适合作为表征猪粪干发酵物料流动性的指标.     

快腐剂对畜禽粪便堆肥过程中腐熟度的影响

以牛粪、菌糠和鸡粪等为材料按照两种比例调配为混合基质,在添加或不添加快腐剂的条件下在发酵桶中进行为期38 d的堆肥发酵实验,通过对发酵产物的温度、p H值、总有机碳、C/N、硝铵态氮含量和种子发芽指数等指标变化的研究,揭示了快腐剂对发酵过程的影响。结果表明,虽然快腐剂对有机物料的温度、C/N比无显著的影响,但可以促进铵态氮向硝态氮的转化,在16 d时使发酵产物NH+4-N/NO-3-N比值降为0.15,达到腐熟标准(0.16);提升种子发芽指数,在腐解29 d时使种子发芽指数达到82.76%,达到完全腐熟指标(0.8),比不添加快腐剂的处理提前了4 d左右。快腐剂的作用效果受腐解物料配比的影响。     

蔬菜施不同肥料对产量和土壤肥力的贡献

为控制施肥对蔬菜和土壤的负面影响，充分利用施肥对土壤肥力的保护功能，探讨蔬菜合理的有机肥施用量，在不同质地土壤上，田间试验小白菜、苦瓜、豇豆三种蔬菜施不同量有机肥，收获时测定其产量、品质及试验前后的土壤有机质质量分数。结果表明，(1)在施适量无机NPK的条件下，每造蔬菜的有机肥(禽畜粪便，下同)施用量，砂土上小白菜为4500kg／hm^2、苦瓜和豇豆为3000kg/hm^2；在壤土上，小白菜和苦瓜均宜施3000kg/hm^2，豇豆则宜施4500kg／hm^2；在粘土上，小白菜每造只宜施1500～3000kg／hm^2的有机肥。(2)有机肥必须与无机肥合理配合施用，才能获得最佳的产量和品质效果。(3)施有机肥3000-4500kg/hm^2 适量无机肥可使土壤有机质水平保持在种植蔬菜前的质量分数水平，该施肥量和方式不仅可使蔬菜高产、优质，还有利于保护土壤肥力。(4)对蔬菜产量的贡献，有机肥和化肥配合施用的处理对蔬菜产量的贡献最大，来自土壤的效应由小到大依次为有机肥和化肥配合施用→化肥→有机肥，进一步反映合理施肥有利于保护土壤肥力。     

有机物料与~(32)P标记过磷酸钙混合施用对磷有效性的影响

本试验利用~(32)P示踪法研究赤红壤上两种有机物料与过磷酸钙混合施用对磷有效性的影响。盆栽试验表明,纸厂废料蔗渣或猪粪与磷肥混合施用比磷肥单独施用更有利于提高格拉姆柱花草的含磷量和总吸磷量。单位施磷量引起的土壤有效磷和植株吸磷量的增加量也是有机物料单施或与磷肥混施高于磷肥单施。在前39d,~(32)P标记过磷酸钙的利用率在单独施用时为2.14％,比混合施用高一倍左右;在80d时,混合施用的磷利用率较快提高,蔗渣与磷肥混施处理超过单独施用,达22.88％。     

闽江流域畜禽粪便的污染负荷及其环境风险评价

从闽江流域畜禽养殖业现状分析入手,根据作物所需畜禽粪尿肥的最大量,估算流域各县市的畜禽污染物产生量和农田畜禽粪便负荷量,对各县市畜禽养殖粪便污染进行潜在的环境风险评价.结果表明:闽江流域大多数集约化养殖场集中分布于中上游,并有向下游扩散的趋势;流域农田畜禽粪便负荷量平均达22.95 t·hm-2·a-1;整个流域的畜禽污染已对环境产生风险,尤其是富屯溪、沙溪流域更为突出.