添加剂对水稻秸秆实地混合厌氧发酵产甲烷系统的作用

为提高水稻秸秆利用效率,改进水稻秸秆实地混合厌氧发酵产甲烷技术,本研究开展了添加剂在混合厌氧发酵系统的应用研究。试验选取水稻秸秆和猪粪作为发酵原料,通过分别添加不同的浓度的吐温20和腐植酸,测定甲烷的产气量和浓度、秸秆的降解和土壤肥力的变化,以揭示添加剂类型及其浓度对水稻田实地甲烷生产系统的影响。结果表明:添加剂的掺入并未影响产气的动态变化趋势,但显著地促进产气和提高产气浓度,整体效果由高到低为腐植酸吐温20对照,其中经腐植酸处理的产气量和产气浓度对照相比分别提高了50. 73%和24. 55%。添加剂的掺入有利于水稻秸秆纤维素和半纤维素的降解,但对木质素没有显著影响;其中以0. 15 g/L腐植酸和0. 30 g/L吐温20的降解率最高,相较于对照其纤维素降解率均提高了22. 11%,半纤维素降解率分别提高了107. 13%和98. 39%。添加剂的掺入能显著增加土壤肥力,以0. 15 g/L腐植酸和0. 30 g/L吐温20处理水平的效果最优,相较于对照,其土壤有机质分别增加了29. 63%和23. 72%,全氮分别增加了52. 32%和42. 38%,全磷分别增加了83. 33%和57. 14%。     

基于GET技术的混合厌氧发酵产甲烷研究

GET是一种国外新研发的在田间利用秸秆进行甲烷生产的技术。为了推动该技术在我国的实际应用,本研究以稻草与牛粪为发酵原料,水稻田土壤作为基底,采用正交试验法,测试了温度、发酵基质配比（稻草∶牛粪）和秸秆腐熟剂浓度对混合厌氧发酵产气量的影响。结果表明：各处理因子的产气动态呈“S”型增长模式,但在快速增长时间和增长幅度上有一定区别。30 ℃和40 ℃处理的累积产气量显著高于10 ℃和20 ℃处理的累积产气量;发酵基质配比以1∶1处理的累积产气量最大,分别比1∶0（对照）、1∶2和1∶3配比高34.12%、20.39%和21.78%;秸秆腐熟剂浓度的产气效果在实验范围内随着浓度的增加而增加。厌氧发酵过程中各实验因子下挥发性脂肪酸（VFAs）含量和pH在20 d左右分别有一个高峰和低谷值且都有较大差异,各因子主要是通过在这个时期对厌氧发酵进程的影响而对整个产气量产生影响。综合分析显示稻草厌氧发酵产生物甲烷的最优组合为：温度30 ℃、发酵基质配比1∶1、秸秆腐熟剂浓度8%。     

秸秆与牛粪混合发酵对秸秆降解及土壤肥力的影响

利用GET技术可以有效地降解秸秆生产清洁能源生物甲烷,达到无害化处理与利用秸秆的目的。本研究应用GET技术研究了发酵基质(秸秆∶牛粪)配比和温度对秸秆降解及土壤肥力的影响,以求为GET技术的推广与应用提供支撑。结果表明,各处理因素中发酵基质配比和温度及其相互作用对秸秆纤维素和半纤维素的降解有显著影响,两因数的交互作用对纤维素和半纤维素的降解也有显著作用,但对木质素的影响不显著。其中发酵基质配比以1∶1最为适宜,其纤维素和半纤维素的降解率分别为55. 39%和27. 75%;秸秆纤维素的降解率随着温度的升高而增加,但半纤维素降解率在30℃时达到最高,分别比10℃、20℃和40℃时高33. 80%、18. 37%和6. 26%。发酵基质配比和温度对厌氧发酵后土壤的肥力也有显著作用,土壤有机质、全氮和全磷含量均以1∶1配比处理和30℃处理条件下为最高。GET技术的应用还能显著改善土壤结构,厌氧发酵后土壤微团聚体粒径组成由小团聚体转化为大团聚体为主,土壤微团聚体分形维数显著下降。     

秸秆还田对水稻固碳特性及产量形成的影响

以中浙优1号为材料、秸秆不还田为对照,在大田试验条件下研究了不同秸秆还田量（4000、6000、8000 kg·hm^-2）对水稻群体干物质积累、运转、植株固碳及产量形成的影响. 结果表明： 与对照相比,秸秆还田处理的水稻群体干物质积累总量平均增加63.03 g·m^-2,以6000 kg·hm^-2处理的干物质积累量最高,比对照增加154.40 g·m^-2;在水稻各生育阶段中,秸秆还田处理对分蘖盛期—齐穗期干物质积累的影响最为明显,干物质积累量比对照平均增加71.25 g·m^-2;与对照相比,秸秆还田处理的茎叶干物质输出率和表观转变率分别平均增加4.2%和3.7%,均以6000 kg·hm^-2处理最高,分别为12.8%和11.1%.秸秆还田处理的群体植株固碳量比对照平均增加55.38 g·m^-2,以6000 kg·hm^-2处理的增幅最大,为17.8%;从固碳量在各器官中的分配来看,秸秆还田有利于生育前期茎叶固碳量的积累和生育后期固碳量向穗部的分配.秸秆还田处理的水稻产量比对照平均增加794.59 kg·hm^-2,增幅9.5%,其中6000和4000 kg·hm^-2处理的产量均显著提高,而8000 kg·hm^-2处理的产量增加不显著;从产量构成因素来看,秸秆还田处理单位面积有效穗数的增加是增产的主要原因,平均增加8.4穗·m^-2.     

北方玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵条件

为了提高中国北方地区秸秆厌氧发酵产气效果,将秸秆与猪粪混合来进行厌氧发酵研究.在接种物量为20%、总固体发酵物浓度控制为10%的条件下,分别研究了温度(25℃、35 ℃)、玉米秸秆与猪粪质量比(1:1、1.5:1、2:1)、秸秆粒径(<1 cm、1～3 cm、5～10 cm)对玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产气效果的影响....     

秸秆还田与氮肥施用对稻田温室气体排放的影响

秸秆还田与氮肥施用是农田生态系统中碳氮元素的两大主要补给途径,其在调控稻田甲烷(CH₄)和氧化亚氮(N₂O)排放以及水稻产量方面具有重要作用。以往的研究主要关注秸秆还田或氮肥施用单因素对稻田温室气体排放的影响,而双因素互作对甲烷和氧化亚氮排放的影响尚未明确。同时,在秸秆还田条件下如何进行合理的氮肥施用鲜有深入研究。本研究基于3个氮肥处理(0、180、360 kg N/hm²)和3个秸秆还田处理(0、2.25、3.75 t/hm²)进行多年水稻田间定位试验,研究结果表明:CH₄季节累积排放随秸秆还田量增加而增加,与施氮量无显著正相关关系;N₂O季节累积排放随施氮量增加而增加,与秸秆还田量无显著正相关关系;秸秆还田对于产量的影响具有不确定性,两年均在秸秆不还田+不施氮处理(S0N0)出现最低产量,2021与2022年最低产量分别为5740.64和4903.75 kg/hm²。2021与2022年最高产量分别在秸秆不还田+高氮(S0N2)和高量秸秆还田+高氮(S2N2)出现,分别为10938.48和10384.83 kg/hm²。同时,本研究发现在低量秸秆还田条件下,在碳足迹(CF, Carbon Footprint)方面,施氮量为251 kg N/hm²时碳足迹达到最低点,为1.01 kg C/kg;而在生态经济净收益(NEEB, Net Ecosystem Economic Benefits)方面,施氮量为294 kg N/hm²时生态经济净收益达到最高点,为11778.15 元/hm²。为协同生态经济净收益与碳排放,在低量秸秆还田(S1)下,配合251-294 kg N/hm²的施氮量为最优施肥方案。研究结果为指导稻田温室气体减排、实现稻田碳中和以及农田管理提供了理论支撑,为实现水稻的高产稳产与低碳生产科学依据。     

蚯蚓处理猪粪与秸秆的最适碳氮比及混合物腐熟度评价

以猪粪和水稻秸秆混合作饵料,通过90 d的室内培养试验,用平均体质量、日均质量增加倍数、日均产茧量和累计繁殖量等指标衡量4个处理（C/N 20、C/N 25、C/N 30和C/N 35）中蚯蚓的生长繁殖状况,并通过35 d的混合物（C/N 25、C/N 30和C/N 35）腐熟试验,采用pH、C/N和水溶性有机碳（DOC）3个指标综合评定混合物腐熟度.结果表明: 处理C/N 30的蚯蚓生长繁殖状况显著优于其他处理.35 d的混合物腐熟试验以21 d为拐点,pH和DOC均呈现先下降后上升的趋势,C/N则呈现持续下降趋势;但综合3个指标衡量,混合物至试验结束尚未完全腐熟.处理C/N 25在7～35 d时C/N＜20,表明C/N＜20不适宜作为衡量混合物腐熟与否的单一指标,应结合其他指标综合判定混合物的腐熟情况.     

农作物秸秆体外发酵营养特性及其组合利用研究

采用体外产气技术,研究了不同粗饲料及其组合的体外发酵特性,探讨了合理利用不同粗饲料的有效途径.结果表明,玉米秸秆青贮后其理论最大产气量及产气速率比玉米秸分别高19.1%和8.2%.组合秸秆的理论产气量及产气速率要高于单一秸秆,发酵48 h后,组合秸秆的产气量可获得显著的正组合效应.可以认为,青贮玉米秸秆及不同粗饲料间进行组合可有效提高其营养特性.粗料间进行组合时,以青贮玉米秸与小麦秸或稻秆按25∶75和50∶50的比例组合较为适宜.     

玉米秸秆生物炭对秸秆腐熟进程、养分含量和CO2排放量的影响

生物炭具有良好的理化特性(富碳、呈碱性、孔隙丰富),能够有效调节其所在系统的理化性质.通过室内培养试验研究了玉米秸秆生物炭对玉米秸秆腐熟进程以及腐熟产物的理化性质、养分含量和CO₂气体排放的影响.试验设置4个处理:对照(CK);生物炭添加量5%(B₁,生物炭干基质量占玉米秸秆腐熟体系的干基质量分数);生物炭添加量10%(B₂);生物炭添加量20%(B₃).结果表明: 生物炭能够提高秸秆腐熟体系的升温速率和温度峰值,加快秸秆腐熟进程;生物炭能够提高秸秆腐熟过程中微生物活跃时期的pH值,提高秸秆腐熟体系的电导率(EC),为微生物降解有机物提供更适宜的环境;生物炭能够促进秸秆腐熟体系有机质的降解,增加秸秆腐熟体系的总养分含量,提高秸秆腐熟产物的品质.另外,随着生物炭添加量的提高,氮(N)含量没有显著变化,磷(P₂O₅)含量和钾(K₂O)含量都显著提高.其中,B₃处理的P₂O₅和K₂O含量较CK分别提高了0.2%和0.9%.生物炭添加能够提高秸秆腐熟体系CO₂的排放通量,且CO₂排放通量与温度的变化趋势一致,进一步说明生物炭能够提高微生物降解有机物的强度.     

玉米秸秆生物炭对秸秆腐熟进程、养分含量和CO2排放量的影响

生物炭具有良好的理化特性(富碳、呈碱性、孔隙丰富),能够有效调节其所在系统的理化性质.通过室内培养试验研究了玉米秸秆生物炭对玉米秸秆腐熟进程以及腐熟产物的理化性质、养分含量和CO₂气体排放的影响.试验设置4个处理:对照(CK);生物炭添加量5%(B₁,生物炭干基质量占玉米秸秆腐熟体系的干基质量分数);生物炭添加量10%(B₂);生物炭添加量20%(B₃).结果表明: 生物炭能够提高秸秆腐熟体系的升温速率和温度峰值,加快秸秆腐熟进程;生物炭能够提高秸秆腐熟过程中微生物活跃时期的pH值,提高秸秆腐熟体系的电导率(EC),为微生物降解有机物提供更适宜的环境;生物炭能够促进秸秆腐熟体系有机质的降解,增加秸秆腐熟体系的总养分含量,提高秸秆腐熟产物的品质.另外,随着生物炭添加量的提高,氮(N)含量没有显著变化,磷(P₂O₅)含量和钾(K₂O)含量都显著提高.其中,B₃处理的P₂O₅和K₂O含量较CK分别提高了0.2%和0.9%.生物炭添加能够提高秸秆腐熟体系CO₂的排放通量,且CO₂排放通量与温度的变化趋势一致,进一步说明生物炭能够提高微生物降解有机物的强度.     

Biomethanation of rice and wheat straw

When rice or wheat straw was added to cattle dung slurry and digested anaerobically, daily gas production increased from 176 to 331 l/kg total solids with 100% rice straw and to 194 l/kg total solids with 40% wheat straw. Not only was methane production enhanced by adding chopped crop residues but a greater biodegradability of organic matter in the straws was achieved.The authors are with the Microbiology and Molecular Genetics Unit, Tata Energy Research Institute, 158 Jor Bagh, New Delhi 110 003, India     

微生物转化秸秆饲料

正秸秆作为农作物的主要副产品,是一种重要的可再生资源。利用微生物的降解能力,将秸秆转化为动物可利用的饲料,对于解决人畜争粮具有重大意义。微生物处理法具有提高营养价值、改善适口性、绿色无污染、能耗低等优点,是当前最具应用潜力和发展前景的秸秆饲料生产技术。本刊2013年第4期刊登了吴文韬、鞠美庭等发表的文章"一株纤维素降解菌的分离、鉴定及对玉米     

秸秆及秸秆黑炭对小麦养分吸收及棕壤酶活性的影响

通过小麦盆栽试验,研究了玉米秸秆及其秸秆黑炭施加对小麦养分吸收利用和棕壤酶活性的影响。试验设对照(CK),黑炭(B),秸秆还田(S),尿素(U),尿素+黑炭(UB)及尿素+秸秆还田(US)6个处理,各处理3次重复。结果表明:无氮肥施入下,B处理较CK和S处理籽粒产量显著提高99.4%和77.7%,小麦地上部氮、磷、钾吸收累积量分别显著提高94.1%—140.9%,55.4%—66.3%和53.1%—72.6%;有氮肥施入下,UB和US处理较U处理提高籽粒产量8.2%—8.8%,小麦地上部氮、磷、钾吸收累积量分别显著提高14.3%—27.8%,19.6%—30.9%和24.4%—40.9%。秸秆及秸秆黑炭施加处理的氮素利用率显著提高21.4%—41.7%。黑炭施加显著提高土壤中有机碳、NH+4-N、NO-3-N和速效钾含量;在施氮条件下,秸秆还田显著提高土壤中NO-3-N含量;秸秆及黑炭施加对有效磷含量无显著影响。秸秆还田显著提高了土壤脱氢酶、过氧化氢酶、脲酶和中性磷酸酶活性;施加黑炭也明显提高了土壤脱氢酶和脲酶活性,但抑制过氧化氢酶和中性磷酸酶活性。土壤脲酶活性与土壤有机碳、无机氮含量呈显著正相关,表明土壤酶可反映土壤肥力水平。     

Estimation of metabolisable energy and net energy of rice straw and wheat straw for beef cattle by indirect calorimetry

Two experiments were conducted to estimate the metabolisable energy (ME) and net energy (NE) of rice straw and wheat straw for beef cattle. In each experiment, 16 Wandong bulls (Chinese indigenous yellow cattle) were assigned to 4 dietary treatments in a completely randomised design. Four dietary treatments included one corn silage-concentrate basal diet and three test diets in which the basal diet was partly substituted by rice straw (Exp. 1) or wheat straw (Exp. 2) at 100, 300 and 600 g/kg. Total collection of faeces and urine was conducted for 5 consecutive days after a 2-week adaption period, followed by a 4-d period where gas exchange measurements were measured by an open-circuit respiratory cage. Linear regression equations of rice straw- or wheat straw-associated ME and NE contribution in test diets against rice straw or wheat straw substitution amount were developed to predict the ME and NE values of rice straw and wheat straw. These regression equations resulted in ME and NE values (dry matter basis) of 6.76 and 3.42 MJ/kg for rice straw and 6.43 and 3.28 MJ/kg for wheat straw, respectively. The NE and ME requirement for maintenance of Wandong cattle fed a straw-based diet were 357 and 562 kJ·kg^?0.75·d^?1, respectively. The regression-derived ME and NE have lower standard errors and coefficients of variation than those estimated by any single substitution ratio. Our study found that the regression method based on multiple point substitution is more reliable than the substitution method for energy evaluation of feedstuffs for beef cattle.     

Solid-state anaerobic digestion of spent wheat straw from horse stall

The spent wheat straw from horse stall bedding has lower cellulose and hemicellulose contents, but higher volatile fatty acid content than raw wheat straw. Biogas production from solid-state anaerobic digestion (SS-AD) of spent wheat straw and raw wheat straw was compared in this study. The SS-AD tests were conducted at 22% total solids (TS) content using inoculum from a liquid AD system at three feedstock-to-inoculum (F/I) ratios of 2.0, 4.0, and 6.0. Daily methane yields of spent wheat straw peaked 8 and 3 days earlier than those of raw wheat straw at F/I ratios of 2.0 and 4.0, respectively. The highest methane yield of 150.0 L/kg volatile solids (VS) was obtained from spent wheat straw at an F/I ratio of 4.0, which was 56.2% higher than that of raw wheat straw. The corresponding cellulose and hemicellulose degradation of spent wheat straw was 24.1% and 49.4% higher than those of raw wheat straw, respectively.     

秸秆生物炭对尼泊金乙酯的吸附特性研究

为促进秸秆的资源化利用,该研究以甘蔗渣、茄子秸秆、玉米芯为材料,采用慢速热解技术于500℃条件下制备甘蔗渣生物炭(SBC)、茄子秸秆生物炭(EBC)、玉米芯生物炭(CBC),检测其去除水中尼泊金乙酯的特性。结果表明:(1)生物炭的制备原料显著影响其对尼泊金乙酯的吸附效果,三种秸秆制备的生物炭对尼泊金乙酯的吸附能力表现为SBC>EBC>CBC;此外,水中尼泊金乙酯的初始浓度、吸附温度和时间等因素均能影响吸附效果。(2)三种生物炭对尼泊金乙酯的去除率随尼泊金乙酯初始浓度的增加而降低,高温有利于吸附;45℃下尼泊金乙酯初始浓度为30mg·L^-1时,甘蔗渣生物炭(SBC)对尼泊金乙酯的去除率最高,达99.7%;反应在最开始的120min内增加迅速,经过270min达到吸附平衡。(3)生物炭对尼泊金乙酯的等温吸附线符合Langmuir模式和Freundlich模式。这为农业秸秆废弃物应用于尼泊金乙酯等有机污染物的去除提供了理论依据。     

Barley straw as an inhibitor of algal growth II: laboratory studies

The presence of rotting barley straw in water inhibited the growth of several planktonic and filamentous algae in laboratory culture. The inhibitory effect was produced progressively during decomposition of the straw at 20 °C and reached a maximum after six months. When the straw was autoclaved, all inhibitory activity was lost. Algae recovered and continued to grow normally when transferred from cultures containing rotting straw to sterile culture medium. Addition of liquor from rotting straw also inhibited algal growth. The capacity to inhibit growth remained in the liquor after passage through a 0.2 ,m filter but was removed by activated carbon. The inhibitory effect of straw shows promise as a practical means of limiting the growth of a range of algae which can cause problems in aquatic systems.author for correspondence     

The use of 13C-NMR for studies of wheat straw decomposition

13C-NMR was used to study the field decomposition of surface retained and incorporated wheat straw. Results showed decreasing proportions of straw carbon as carbohydrate and increasing proportions of aromatic compounds during straw decomposition. These changes were greater for the surface retained straw, however greater relative microbial contamination of incorporated straw may have affected results. The cost of 13C-NMR may lessen its role in studies of this nature.