冷凝水回流对堆肥腐熟度和污染气体排放影响

为探究堆肥过程中高温水蒸气携带的冷凝水回流对腐熟度及温室气体排放的影响,本文以猪粪和厨余垃圾为堆肥原料,在60L密闭好氧堆肥反应器中进行48d的高温好氧堆肥实验.结果表明,堆肥高温期产生的饱和水蒸汽因发酵罐封闭体系不能及时排出,会在发酵罐壁形成冷凝水回流入堆体中,整个堆肥过程冷凝水产率为物料湿重的18%.此外,回流冷凝水中主要成分为NH₄⁺-N(11.40g/L)、溶解性有机碳(6.3g/L)以及无机盐离子,具有较高的EC值(41.05mS/cm)和pH值(9.22),而较高的NH₄⁺-N含量使冷凝水回流处理的堆肥产品种子发芽指数(GI)略达到腐熟(71.4%),与排出处理相比GI下降了25.5%.同时,冷凝水回流使NH₃和CH₄排放量分别增加了55.2%的60.2%,但是CO₂和N₂O排放量分别降低了16.8%的34.8%.研究表明,冷凝水回流可降低17.8%总温室效应.本文建议堆肥过程将高温水蒸气冷凝排出,一...     

新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失及油菜氮吸收的影响

粮食需求日益增加,为了实现增产,大量氮肥被施入土壤,而氮肥利用率较低导致土壤氮淋失严重,造成水体污染. 生物炭施入土壤被认为是减少土壤氮淋失的有效措施. 本文通过室内土柱模拟淋溶试验,共设置5个处理——对照(仅施氮肥,B₀)、氮肥+1%新鲜生物炭(B₁)、氮肥+4%新鲜生物炭(B₄)、氮肥+1%老化生物炭(Ba₁)、氮肥+4%老化生物炭(Ba₄). 在植物-土壤-淋溶液系统内探究不同施加量的新鲜和老化生物炭对土壤氮淋失和油菜氮吸收的影响,并通过物质守恒定律来探究其对气态氮损失的影响. 结果表明:与对照相比,添加1%和4%新鲜生物炭时土壤氮素含量分别提高4.63%和9.68%,淋溶液氮素含量分别降低33.91%和61.18%,油菜氮素含量分别增加40.70%和129.65%;添加1%和4%老化生物炭时土壤氮素含量分别提高7.46%和13.30%,淋溶液氮素含量分别降低53.68%和72.05%,油菜氮素含量分别增加78.20%和185.76%;气态损失的氮量随生物炭老化和施加量的增加而减少. 研究显示,土壤中施加生物炭对于提高土壤氮素固持能力、减少氮素淋失、促进油菜氮吸收和减少气态氮损失均具有显著效果,且施加老化生物炭的促进效果优于新鲜生物炭,证明生物炭减少土壤氮淋失的效应具有长期性.      

废弃物基水热炭改良对水稻产量及氮素吸收的影响

生物炭农田回用是实现农林废弃物资源化利用和碳封存的有效手段.近年来,水热碳化技术由于在炭产率、能耗及生产过程中的烟气排放等方面显著优于常规热解碳化技术而受到关注.为实现农林废弃物的资源化利用,明确水热炭农田应用对作物生产力的影响,本研究通过原状土柱模拟试验和表征分析,研究了4种不同类型改良水热炭对两种典型土壤的水稻产量和氮素吸收的影响及可能的驱动因素.结果表明,锯末水热炭和秸秆水热炭经物理或生物改良后,在两种类型土壤上均能够增加水稻产量和氮素吸收,减少氮素损失,且其效应不受水热炭添加量影响（5‰,15‰;质量分数）.与对照相比,水热炭添加处理的产量和氮素吸收量分别提高9.2%~20.7%和7.7%~17.0%.高C/N比的锯末水热炭更有利于高肥力土壤水稻氮素吸收量的增加;而低肥力土壤由于限制性因子较多,受水热炭类型的影响较小.通过对水热炭的表征分析发现,其表面养分元素丰富;水洗或生物改良后其表面孔隙结构有较大改善,C元素相对含量明显降低,N和O元素相对含量明显增加,这对养分的固持/供应可能产生影响.因此,水热炭改良后孔隙结构的改变和N、O元素含量的增加可能是其施用后水稻产量和氮素吸收增加的关键驱动因素.结果说明,水热碳化材料改良后应用农田可以在实现农林废弃物资源化利用的同时,提高作物生产力,减少农田氮素环境损失.     

周村水库主库区热分层初期氮素降低的驱动因子分析

为了探究周村水库热分层前期氮素的变化趋势及其驱动因子,于2016年2~4月定期对周村水库主库区进行水质指标监测,并在采样点采集新鲜水样和表层沉积物,实验室模拟水库氮素变化过程中,水体和沉积物的反硝化作用量.结果表明周村水库在热分层初期,库区总氮浓度由(2.28±0.09)mg·L~(-1)降至(1.08±0.09)mg·L~(-1),硝氮浓度由(1.66±0.09)mg·L~(-1)降至(0.25±0.06)mg·L~(-1),氨氮浓度总体变化不大,亚硝氮的浓度几乎不变.与此同时,叶绿素没有明显增加,藻类的影响不大;氮素降低主要由于好氧反硝化菌的反硝化作用造成.热分层初期水库的温度逐渐增加、DO、pH的变化以及以小分子量为主的有机物组成均利用好氧反硝化菌的生长繁殖,菌数从1.06×105cfu·L~(-1)增加到8.33×106cfu·L~(-1),使得水库的反硝化作用增强,水库氮素下降;与此同时的模拟实验中,仅有水体好氧反硝化菌作用时,培养瓶的总氮去除量为0.7 mg,水体和表层沉积物共同作用时,总氮去除量为3.3 mg,水体与表层沉积物的反硝化去除氮量之比大体为1∶4,表层沉积物的反硝化作用是水库氮素去除的重要因素.     

天然文岩渠流域土壤水分渗漏和氮素淋失模拟

应用DNDC模型（denitrification-decomposition model）对黄淮海平原的典型平原小流域——天然文岩渠流域的土壤水分渗漏和氮素淋失状况进行了模拟.水氮控制田间试验的验证结果表明,模型对1 m土体日储水量、下界面硝态氮浓度、土壤水日渗漏量和氮素日淋失量的模拟均较理想,模拟值与实测值的相关系数分别达到了0.94（n=40）、 0.66（n=49）、 0.89（n=40）和0.94（n=39）,均方根误差则分别为15.66 mm、 2.66 mg·kg^-1、 9.00 mm和0.94 kg·hm^-2.模型在流域范围的模拟结果表明,冬小麦-夏玉米轮作农田在多年平均气象条件和常用水肥管理模式下,土壤的水分年渗漏量在220～327 mm之间,氮素年淋失量在73.1～100.6 kg·hm^-2之间.水氮淋失的空间和时间分布不均,淋失最严重的区域为固定细风沙土、砂土分布区,淋失时间主要集中于施肥、灌溉或强降雨之后.灌溉措施不当,施肥盲目以及土壤自身保水保肥能力差,是导致土壤水肥流失的主要原因.     

Evolution of soil fertility and nitrogen/phosphorus leaching risk in protected agriculture of the eastern Qinghai-Tibet Plateau北大核心CSCD

Understanding changes in soil fertility and soil environmental risks in protected agriculture with high irrigation and fertilizer inputs are of great significance for ecological protection. In this study, soil samples in the plow layer were collected from greenhouses >100 acres in the eastern Qinghai-Tibet Plateau after different durations of planting time (either ≤ 3, 3-5, 5-10, or 10-20 years) to assess the changing pattern of soil fertility indicators and the potential leaching risk of nitrogen and phosphorus. The results showed that soil organic matter (OM) and total nitrogen (TN) contents in protected agriculture were 17.1 and 1.3 g/kg, respectively, which suggests moderate content levels. Meanwhile, soil alkali-hydrolyzed nitrogen (AN), available phosphorus (Olsen-P), and available potassium (AK) contents were 160.9, 72.0, and 191.2 mg/kg, respectively, which suggests abundant content levels. As the number of planting years increased, the contents of soil OM, TN, AN, and Olsen-P increased significantly, especially after 10 years, with 41.6%, 44.2%, 26.5%, and 67.4% increases, respectively, compared to ≤ 3 years. As seen, Olsen-P had the most marked increase. In contrast, soil AK and pH decreased with planting years, and soil AK after 5 years decreased by 32% compared to ≤ 3 years. Moreover, the soil pH value in 3-5 years decreased by 2.3% compared to that of ≤ 3 years. The leaching risk of soil nitrogen and phosphorus was intensified after 10-20 years, and the probability of leaching was 0.74 and 0.84, respectively. This study indicated that, in protected agriculture, soil OM, AN, and Olsen-P contents improved, accompanied by a high risk of N and P loss, and AK and soil pH values decreased. It is recommended that the input of nitrogen and phosphorus fertilizers should be controlled, and the input of potassium fertilizer should be increased for more than 10 years of facility cultivation. This study provides a scientific basis for the rational fertilization of agricultural facilities. The findings indicate that after facility planting for 10-20 years, soil organic matter, nitrogen, and phosphorus significantly increased, yet the leaching risk of nitrogen and phosphorus increased as well, suggesting that the input of nitrogen and phosphorus fertilizer should be controlled. After 3-5 years of planting, soil AK and pH values decreased significantly, implicating that potassium and organic fertilizer should be supplemented in a timely manner. © 2022 Science Press. All rights reserved.     

秸秆还田配施氮肥对喀斯特农田微生物群落及有机碳矿化的影响

秸秆还田配施氮肥是调控农田土壤有机碳转化的重要措施,为认知秸秆配施氮肥对秸秆和长期施肥土壤有机碳矿化的作用机制,选取喀斯特长期施肥定位试验3种土壤(不施肥、无机肥、秸秆与无机肥配施),采用室内培养结合~(13)C示踪技术,设置不添加秸秆(对照组)及添加秸秆配施3种氮素水平处理(0、214. 0和571. 0 mg·kg~(-1),以干基土计),研究~(13)C标记的秸秆和土壤有机碳的矿化及其机制.结果表明,长期施肥土壤的秸秆CO_2排放量均显著高于不施肥土壤,且氮素水平显著影响不施肥土壤的秸秆有机碳矿化;长期施肥土壤激发效应均显著低于不施肥土壤,且低水平氮素配施降低秸秆添加引起的正激发效应,高水平氮素反而增大. PCA分析表明长期施肥、秸秆还田配施氮肥均显著改变土壤微生物群落,其中秸秆与氮素配施显著增加土壤总PLFAs、细菌和真菌PLFA摩尔质量浓度(与对照相比,增幅分别为40. 3%～53. 0%、41. 1%～62. 6%和60. 5%～148. 6%),但氮素水平影响不显著,土壤G~+/G~-降低并稳定在0. 8左右.结构方程模型结果表明,秸秆还田配施氮肥增加土壤DOC含量、影响土壤革兰氏菌群落结构,从而影响秸秆和土壤有机碳矿化.上述结果表明秸秆还田配施低水平氮肥有利于提升喀斯特农田土壤固碳能力.     

不同密度金鱼藻自然腐解时的水体氮素响应

研究沉水植物腐解过程中的氮素释放规律及其对上覆水的冲击影响,可以为沉水植物的科学管理提供技术支撑。为了研究季相交替时期不同密度金鱼藻(Ceratophyllum demersum L)腐解过程的氮素释放及其对上覆水中溶解氧、总氮、氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐含量的影响,作者通过实验室模拟的方法,在烧杯中进行金鱼藻的浸泡试验,以不同密度梯度的金鱼藻浸泡作对比,不放金鱼藻的烧杯做空白对照,测定水体中的各氮素含量以及水体相关的物理指标。结果表明,随时间的增加,实验组的上覆水总氮含量急剧上升,且上覆水总氮含量随着浸泡密度的升高而增高;同时,上覆水溶解氧含量在36 h后均迅速降低至0.04 mg/L左右。实验组中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮含量,均在8 h时达到峰值(分别为0.35、0.075 mg/L左右)后分别迅速下降至0.1、0.01 mg/L水平以下。各组上覆水氨氮和总氮含量则在4 h时就达到峰值(氨氮分别为3.83、8.78、13.40 mg/L,总氮分别为11.08、23.87、36.78 mg/L),氨氮随后持续降低至1.0 mg/L,总氮持续降低至1.5 mg/L,至实验结束时达到最小值。金鱼藻腐解的氮素释放量与其生物量密度呈现正相关关系,且金鱼藻腐解会使其上覆水的总氮和氨氮含量在4 h内达到最大,而硝酸盐氮和亚硝酸盐氮含量则在8 h达到最大值。因此,金鱼藻种植密度适宜控制在鲜重10 g/L以内,且季相交替时,应及时收割金鱼藻残体。     

拔风管对CANON型人工湿地脱氮性能的影响

以猪场沼液为处理对象,探究了拔风管对基于亚硝化的全程自养脱氮（CANON）型潮汐流人工湿地（TFCW）氮素转化性能及微生物种群结构的影响.结果表明,拔风管数量可显著影响CANON型TFCW中脱氮功能微生物的数量与活性,进而影响其氮素转化速率.在水力负荷（HLR）£0.18m³/（m²·d）的前提下,随着拔风管数量由0增至6,TFCW填料层中的氧环境逐渐优化,促进了其中短程硝化性能的提高与厌氧氨氧化菌的富集,进而使系统中形成了同步亚硝化、厌氧氨氧化与反硝化耦合反应体系,其脱氮效能不断提高;而当拔风管数量>6后,填料层中亚硝酸盐氧化菌的过量增殖破坏了短程硝化作用的稳定性,厌氧氨氧化作用与反硝化作用随之受阻,系统脱氮性能复又有所下降.当HLR=0.18m³/（m²·d）且拔风管数量为6时,TFCW中Nitrosomomas和Candidutus Brocadia2种菌属的相对丰度分别可达20.05%和18.38%,而Nitrospira的相对丰度仅为1.92%,此时CANON作用可得到较大限度的强化,且可与Denitratisoma等菌属主导的反硝化作用耦合,使系统的TN和NH₄⁺-N去除率分别达（90.29±3.70）%和（93.30±2.97）%.     

餐厨垃圾固渣DANO动态堆肥处理效果研究

分别采用中试规模的达诺滚筒(DANO)动态堆肥和静态发酵作为一、二次发酵工艺主体设备,为实际工程产生的餐厨固渣探究较适宜的参数控制条件。根据不同调理剂(木屑、稻草)、C/N和含水率参数。设置M1、M2、D1、D2和D3共计5个堆肥批次,通过理化指标、氨气挥发量、氧气含量、纤维素酶和蛋白酶含量等指标检测和最终肥料品质指标分析,揭示不同条件下餐厨固渣DANO动态堆肥处理效果。结果表明:1)环境温度在18.5~25.8 ℃,DANO一次发酵升温受环境影响较弱。木屑相较稻草总体上呈现升温速度慢、峰值温度高、堆肥持续时间长的特点。2)控制含水率为50.83%~60.30%,稻草堆体高温期温度都超过55 ℃,维持时间超过7 d。3)稻草堆体初始C/N控制在23~27内较为合理。综上,控制相关条件,堆肥周期可以控制在28~33 d。最终产品的C/N、含水率、总养分和pH等相关重要指标均符合NY/T 525—2021《有机肥料》标准的要求。