Herbicides interactions with cow manure and field soil organic matter

The direct interaction of the herbicide metazachlor ‐chosen as an example‐ with the soil organic matter has been studied by laboratory incubation of old and young cow manures containing metazachlor. The extraction efficiencies of solvents of increasing polarities indicated the formation of association compounds by bonds weaker than covalent between metazachlor and the organic matter: electron donor‐acceptor complexes, hydrogen bonding complexes, and complexes by both bonding types. Laboratory incubation of metazachlor in soil of low organic matter content indicated that the soil mineral part only had a diluting effect on the soil organic matter capacity to adsorb metazachlor. Similar association compounds were observed in the soil of a cauliflower field crop. Their concentrations were greater in the plots treated with organic fertilizers than in the organic fertilizers untreated plots. The free‐ unbound metazachlor was faster metabolized than the one bound to the soil organic matter, explaining why the organic fertilizer treatments slow down the herbicide soil biodegradation during the main first crop period. Inclusion of metazachlor in the field soil humic acids lattice ‐another kind of herbicide association compound with the soil organic matter‐ occurred at crop end when most of the metazachlor was metabolized; the soil concentrations of this kind of association compound thus was low, so that the release after crop of metazachlor in the environment has no practical significance.     

不同原料厌氧发酵及其微生物种群的研究

使用PCR-DGGE技术,对以鸡粪、猪粪、牛粪、秸秆为发酵原料的发酵体系的微生物群落多样性进行了研究.在发酵不同时间取样,进行了日产甲烷量、日产甲烷浓度的变化分析和DGGE分析.结果表明,日产甲烷量整体趋势为猪粪>鸡粪>秸秆>牛粪,日平均产甲烷量分别为2.67、2.24、0.99、0.49L;猪粪、鸡粪、秸秆的日产甲烷浓度在整个发酵周期大多可维持在50%以上,牛粪的日产甲烷浓度大部分时间低于30%;细菌的优势菌群有拟杆菌属(Bacteroidetes)、密螺旋体属(Treponema)、厌氧绳菌科(Anaerolineaceae)等,新增优势菌群有梭菌属(Clostridium)、脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、毛螺旋菌科(Lachnospiraceae)、醋弧菌属(Acetivibrio);古菌的优势菌群有甲烷鬃菌属(Methanosaeta)、甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales),新增优势菌群有斯氏甲烷球菌属(Methanosphaera stadtmanae).     

Methane emissions from a dairy feedlot during the fall and winter seasons in Northern China

Accurately determining methane emission factors of dairy herd in China is imperative because of China’s large population of dairy cattle. An inverse dispersion technique in conjunction with open-path lasers was used to quantify methane emissions from a dairy feedlot during the fall and winter seasons in 2009-2010. The methane emissions had a significant diurnal pattern during both periods with three emission peaks corresponding to the feeding schedule. A 10% greater emission rate in the fall season was obtained most likely by the higher methane emission from manure during that period. An annual methane emission rate of 109 ± 6.7 kg CH₄ yr⁻¹ characterized with a methane emission intensity of 32.3 ± 1.59 L CH₄ L⁻¹ of milk and a methane conversion factor (Y_m) of 7.3 ± 0.38% for mature cattle was obtained, indicating the high methane emission intensity and low milk productivity in Northern China.     

添加牛粪对蚯蚓处理污泥的影响

采用4个相同的塑料装置,将等量的污泥、EM菌、蚯蚓及不同量的牛粪装入其中并混匀后,通过60 d的培养实验,借助对污泥含水率、pH、TP、TOC和TN的监测及蚯蚓生存状况的考察,探究添加牛粪对蚯蚓处理污泥的影响。结果表明:添加牛粪可以抑制污泥含水率的增加,但不同牛粪添加量对污泥含水率的影响无一定规律性;与初始TP相比,1#~4#中污泥TP增长率分别为81%、97%、56%和102%,除3#外,污泥TP增幅随牛粪添加量的增加而增大;因生物作用,1#~4#污泥TOC均呈下降趋势,1#~4#中污泥TOC分别下降了13.6%、22.4%、21.7%和16.1%;1#~4#污泥TN变化与牛粪添加量的变化之间无明显规律。污泥中添加牛粪,对蚯蚓健康有益。     

牛粪工业化厌氧发酵生产工艺实验研究

针对牛粪的厌氧发酵设计了一套工业化试验装置,该装置是由降流式厌氧滤器(AF)和升流式厌氧污泥床(UASB)有机结合的新型动态序批式厌氧发酵系统,在此装置上对影响系统效果的进料浓度、日进料量和污泥回流量 3 个主要参数安排了二次正交同归试验研究,以产气量和 COD 去除率为目标甬数进行了分析,结果表明,系统整体产气效率较高,处理牛粪的产气率最高可达 2.3 L/(L·d),污泥回流量对产气效果的影响明显.在本实验设计的范围内,进料浓度在8.9%,日进料量在 7.2 L/d(相当于 0.15 L/(L·d)),污泥回流比在 25%时产气效果最佳,而进料浓度在 7.6%,日进料量在 6.8 L/d(相当于 0.142 L/(L·d)),污泥回流比大约在 25%时 COD 去除效果最佳.     

铜对蚯蚓转化牛粪过程抗生素抗性基因的影响

以赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）为试验蚓种,设定不同Cu浓度梯度,研究蚯蚓转化牛粪过程中Cu对ARGs消长的影响.结果表明,不同Cu浓度处理下,ARGs累积总丰度呈现出CF （未添加Cu）-1降低至4.33×10^-1copies/16S copies.低、中浓度Cu的添加显著提高了样品中ARGs的总丰度水平（P<0.05）.通过研究不同类型ARGs在不同时间阶段的变化,发现低、高浓度Cu处理组（T1、T3）在蚯蚓转化过程中提高了tet-ARGs、erm-ARGs和str-ARGs的丰度,而中浓度Cu处理组（T2）中tet-ARGs和str-ARGs丰度降低.冗余分析（RDA）得出pH值显著影响蚯蚓转化过程中ARGs相对丰度的变化（P<0.05）,且TOC、TN和Cu对ARGs的消长也发挥着重要作用.蚯蚓转化可加速牛粪中ARGs丰度的削减,一定程度上能够减少其环境风险,但牛粪中Cu的残留可导致蚯蚓转化过程中部分ARGs的富集,因此亟需进一步优化蚯蚓转化处理工艺.     

不同腐熟度猪粪、奶牛粪在小白菜和香瓜上施用的农学效应研究

进行猪粪和奶牛粪自然高温堆肥发酵,分别在15、25、35、50 d取样,获得了不同腐熟程度堆肥产物,分别进行了小白菜和香瓜种子发芽与田间应用试验,以期获得不同腐熟堆肥在蔬菜上施用的农学效应,旨在从堆肥农田施用的农学效应角度,为制订堆肥腐熟度标准提供科学依据。结果表明：牛粪堆肥过程中的最高温度高于猪粪,且高温期也长于猪粪;两种处理在35d有机碳含量均显著降低,全氮含量为先降低后升高趋势;两种堆肥在35d后,均达到无害化标准。不同腐熟程度堆肥对小白菜株高和主根长及香瓜苗重和主根长均没有明显抑制作用,对小白菜和香瓜出苗率、根系活力及小白菜单株鲜重和生物产量影响较大,尤其是猪粪腐熟25d,奶牛粪腐熟15d的堆肥表现出显著抑制作用。将堆肥理化参数与小白菜、香瓜生长指标进行相关分析表明：pH值、全氮含量和C/N这3种指标均与小白菜和香瓜各项生物性状无显著相关性;有机碳和DOC与各项生物性状指标均表现出显著或极显著相关性;铵/硝与小白菜和香瓜的GI和根系活力均表现极显著或显著的相关性,其结果与现行的堆肥腐熟度指标并不一致。因此,在制订堆肥腐熟度标准时,应关注堆肥产物农田施用后不同作物所表现出的不同农学效应。     

宏基因组学解析蚯蚓粪中微生物种群及耐药基因的组成

为判定蚯蚓粪作为微生物肥料的潜力,本研究采用宏基因组学的方法,对污泥、牛粪与蔬菜蚯蚓粪样品抽提的DNA进行测序,并将结果进行物种注释及功能注释,以揭示不同蚯蚓粪中功能性微生物的种群结构.结果表明：污泥、牛粪和蔬菜蚯蚓粪分别检测到117505、81182、81104条scaftigs.变形菌门、拟杆菌门、疣微菌门与放线菌门为3种蚯蚓粪的优势菌门.氮磷代谢途径分析表明,蚯蚓粪中富含固氮菌（Rhizobium、Mesorhizobium、Bradyrhizobium、Azospirillum）、硝化菌（Nitrosomonas、Nitrosospira、Nitrosococcus、Nitrospira）和溶磷菌（Flavobacterium、Pseudomonas、Arthrobacter、Streptomyces）等肥料功能菌.相比而言,蔬菜蚯蚓粪微生物肥料潜力较高.相对于蔬菜蚯蚓粪（371条Unigenes）,污泥（2461条Unigenes）和牛粪（965条Unigenes）蚯蚓粪中存在较多的病原菌.而且,污泥、牛粪与蔬菜蚯蚓粪中耐药基因相对丰度高达0.93×10^-3、0.32×10^-3和0.32×10^-3,主要为β-内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类及四环素类耐药基因等.研究结果显示,蚯蚓粪中有益的功能菌群和有害微生物同时存在,其生物污染物的环境风险值得关注.     

基于生命周期视角的种养一体化奶牛场环境经济效益评估

准确评估种养一体化奶牛场的经济性能与环境绩效,是相关支持政策制定的基础,也是促进奶业低碳生产的关键.本文基于生命周期视角,对非种养一体化奶牛场（non-IPBS）和种养一体化奶牛场（IPBS）养殖过程中的温室气体排放、能源消耗、水消耗、土地占用等环境成本和经济效益进行评估.结果表明,non-IPBS生产1t标准牛奶（FPCM）的净收益为1427元,而IPBS的实际净收益提高7%,如果青贮玉米自给率从当前的32%提升到100%,则实际净收益将提高19%,同时,该净收益的提高率取决于耕地流转费用,临界点为14695元/hm²;相比non-IPBS,IPBS生产1tFPCM的温室气体排放、能源消耗、水消耗、土地占用分别减少6%、6%、5%、7%,如果青贮玉米自给率提升到100%,则相应减少16%、16%、11%、14%.IPBS在降低青贮玉米种植的化肥施用、解决养殖场粪便污染等方面优势明显,在提升养殖经济效益、降低温室气体排放等方面具有巨大潜力,值得推广.     

新型覆土材料的CH_4氧化能力与N_2O释放能力

在垃圾卫生填埋处理技术中,覆土材料的选择对处理成本和技术都至关重要.探究了新型覆土材料(矿化垃圾+牛粪+木屑)的CH4氧化能力,并进一步分析了温度、含水率、初始φ(CH4)和好氧厌氧等环境因素对CH4氧化能力的影响.结果表明:1新型覆土中矿化垃圾的填埋龄不同,其CH4氧化能力也有所差异,填埋龄较久的覆土B(10 a)、C(15 a)在培养时间内对CH4去除率和氧化速率均明显高于覆土A(5 a);2当温度为30℃、含水率为35%时,新型覆土的CH4氧化能力最高;3用米歇尔-门坦方程表征CH4降解的过程,R2(相关系数)为0.993,CH4氧化速率最大值为5.21μmol/(g·h),半速常数为5.48%;4厌氧环境中新型覆土具有CH4氧化能力,而厌氧环境中CH4去除率相对好氧环境更慢,培养20 d后,厌氧环境CH4去除率为83%;5当土壤孔隙含水率分别为46%、70%时,覆土干湿交替导致的N2O和CO2释放量远小于CH4氧化量,故N2O增温效应可忽略.由矿化垃圾+牛粪+木屑组成的新型覆土材料的CH4氧化速率最大值比现有覆土材料高1~2个数量级,其可应用于不同类型填埋场,特别是降雨较多的南方垃圾填埋场,可有效减缓垃圾填埋气CH4的释放影响.