利用乳酸菌处理农业废弃物的研究进展

我国农业废弃物种类繁多、存量巨大,其资源化处理关乎人与自然的和谐发展。利用乳酸菌处理农业废弃物具有安全高效、适用范围广泛、产品附加值高等突出优势。本文综述了国内外乳酸菌在农业废弃物"饲料化"、"肥料化"、"能源化"及"材料化"中的应用现状和研究进展,并分析了乳酸菌在其中的关键作用以及存在的问题,最后对利用乳酸菌处理农业废弃物的前景与趋势进行了展望。

区块链技术在农村沼气发展中的应用前景分析

利用农牧业废弃物发展沼气事业,是解决农村地区能源短缺和环境污染问题的有效方式。我国农村沼气尚存在效率低下、监管困难、科研生产结合不紧密、经济效益不佳等一系列问题,限制其更高水平的发展。区块链技术高度契合我国现阶段农村沼气发展状况,通过与互联网、物联网等技术有机结合,可优化沼气生产各环节信息流的传导,提高沼气项目运行与维护效率、支持决策与资金激励、促进产学研结合、开展新能源和碳汇交易等,促进我国农村沼气事业更上一个新台阶。

山东省设施蔬菜施肥现状调查研究

为明确设施蔬菜施肥现状、存在主要问题和科学指导农民施肥,对山东省2016-2017年度6个县(市、区)的设施蔬菜(番茄、黄瓜、茄子和芹菜)产量及施肥情况进行调查分析。结果显示,设施蔬菜中,茄子和芹菜的产量水平变异较小,变异系数在7.18%~27.63%;番茄和黄瓜的产量水平变异较大,变异系数在33.84%~65.15%。施肥方面,黄瓜上N、P2O5、K2O养分投入量差异最大,投入量最大值分别是最小值的7.95、8.54、8.77倍;番茄、黄瓜和茄子的N、P2O5、K2O投入量分别是需求量的1.47~2.68、3.93~7.50、1.09~1.51倍;芹菜的N、P2O5养分投入量分别超出需求量32.0%和79.0%,而K2O投入量仅为需求量的48.69%。设施蔬菜总施肥量、有机肥、基施化肥、追施化肥N∶P2O5∶K2O比例分别为1∶0.84∶1.02、1∶0.84∶0.80、1∶0.99∶1.05、1∶0.77∶1.25,其中P2O5投入量占比过高,有机肥中K2O投入量占比不足。N、P2O5、K2O三种主要养分投入量中有机肥占比平均分别为43.96%、43.72%、36.99%,N和P2O5的投入量中有机肥占比较合理,K2O占比较低。不同蔬菜主要养分投入量中来源于有机肥的养分所占比例黄瓜较合理,茄子较高,番茄和芹菜偏低。建议农户今后减少氮肥和磷肥的投入,增加钾肥和有机肥的施用;肥料类型上选择低磷高钾的品种。

持续施用鸭粪和牛粪对山东设施菜田土壤氮、磷转化及迁移的影响

设施菜田施用有机粪肥是改善土壤质量的重要手段,但是常年持续过量施用粪肥极易造成土壤氮磷的累积和淋失。本研究在持续施用鸭粪和牛粪5年以上的设施大棚中,分析施用两种粪肥在作物生长过程中对土壤氮、磷累积转化和迁移的影响,可为今后设施菜田科学施用粪肥提供理论依据。通过筛选长期施用鸭粪和牛粪的设施大棚,在作物苗期、初果期、盛果期和拉秧期按照20cm一层采集0~100cm土壤剖面样品,研究其不同土层氮、磷累积和迁移的变化规律,以及表层土壤氮、磷转化规律。结果表明,持续施用鸭粪和牛粪5年以上的设施菜田中,氮、磷在不同土层中均出现累积,两种粪肥处理下氮素在不同土层中均以向下迁移为主,牛粪处理速效磷在60cm以下土层中仍以累积为主,而鸭粪处理以向下迁移为主;表层土壤C/N受生育时期影响显著,且与土壤Olsen-P、微生物量磷显著正相关,土壤硝态氮和微生物量碳极显著正相关。鸭粪和牛粪持续施用5年以上的设施菜田土壤硝态氮的累积深度已在100cm以下土层中;60cm土层是养分迁移敏感层,持续施用鸭粪更易使Olsen-P在60cm以上土层中达到饱和并发生淋溶;微生物量磷的周转主要受有机碳和氮素含量的影响,牛粪相对于鸭粪更有利于微生物量碳氮的周转。

接种比对叶菜类尾菜厌氧发酵产沼气性能影响的研究

以叶菜类尾菜为主要原料进行厌氧发酵,常因"过酸化"导致产气失败,为提高其能源化利用效率,本研究系统比较了10%、20%、30%和40%接种比对产沼气性能的影响。结果表明:接种比为10%和20%时,丙酸、乙酸和氨氮浓度失衡,p H值最低可至4.82和5.50,系统出现不同程度的"过酸化"现象,产气停滞或大大减少,甲烷含量低;而接种比为30%和40%时,丙酸、乙酸和氨氮浓度维持良好平衡,pH值基本维持中性,产气正常。采用较高的接种比对于叶菜类尾菜厌氧发酵正常产气至关重要,同时鉴于30%和40%接种比产气效果差别不大,从经济性角度考虑,确定30%为最佳接种比。

黄河三角洲盐渍化农田不同轮作方式对土壤理化性质和小麦产量的影响

本试验设置4种不同轮作方式(小麦-玉米、小麦-田菁、小麦+牛粪堆肥+5‰菌剂和小麦-玉米+改良剂)处理,研究其对黄河三角洲盐渍化农田土壤养分有效性和小麦产量的影响。结果表明,轮作措施显著影响盐渍化农田土壤理化性质和小麦产量。与其它轮作方式相比,玉米季牛粪堆肥处理能够显著提高表层土壤有机碳、有效磷和速效钾等养分含量,并提高土壤大颗粒团聚体分布比例,显著提高小麦产量;玉米季种植田菁能够有效提高根层土壤氮素有效性,对其它土壤养分有效性和小麦产量均无显著提升作用;小麦种植前施用改良剂对土壤养分有效性和小麦产量均无显著正效应。种植田菁和施用改良剂均不利于大颗粒团聚体的形成,不利于土壤理化性质的提升。综合来看,玉米季牛粪堆肥处理提高小麦产量和提升土壤理化性质效果最佳。本研究为两年试验数据,随试验年限延长,其效果可能会发生变化,因此盐渍化农田轮作方式对土壤理化性质和小麦产量的影响尚需进一步研究。

新型尿素对高产冬小麦生长、产量及品质的影响

氮肥对于作物产量的提高和品质的改善有重要作用,将普通尿素改良为控释尿素和含微量元素尿素等新型尿素可能有助于提高氮肥生物有效性,促进作物生长和降低环境污染。本研究在田间条件下,施用等量氮素的控释尿素(CLU)、聚能网尿素(SNU)、腐植酸尿素(HAU)、含锌尿素(Zn-U)和含锰尿素(Mn-U)与普通尿素(CU),比较其对改善土壤养分状况和提高冬小麦产量与品质的影响。结果表明:施氮量相同时,CLU、SNU、HAU、Zn-U、Mn-U与CU相比对冬小麦生长和产量无显著促进作用,增施锰肥(Mn-U和U+Mn)增产效果优于增施锌肥(Zn-U和U+Zn);CLU、Zn-U和Mn-U对土壤养分含量和冬小麦品质均无显著促进作用,新型尿素Mn-U能够促进作物对氮素的吸收,其氮肥利用率相对较高。因此,受土壤条件、作物品种、新型尿素种类、施用量和施用时期等多因素共同影响,石灰性土壤中施加不同新型尿素对冬小麦产量和品质均无显著促进作用,如何通过尿素种类进一步提高冬小麦产量和品质还有待于进一步研究。

不同种植年限设施菜地土壤超标重金属及其形态特征研究

为探讨设施大棚土壤中超标重金属种类及其形态特征,以不同种植年限大棚为研究对象,分析棚内土壤不同重金属的累积量,以及超标率最高的重金属及其形态结构特征、影响因素。结果表明,Cd是设施大棚土壤中唯一超标重金属元素,超标率为6.76%;Cd及有机质含量均与棚龄呈显著正相关;pH值与棚龄呈负相关。设施土壤中Cd主要以残渣态为主,分配系数平均为53.9%;氧化态的分配系数最低。Cd酸溶态含量在1~15年间随着棚龄的增加显著增加,超过15年增幅降低。种植年限延长、Cd累积量增加、土壤pH值降低均导致的土壤中Cd酸溶态含量增多。因此,为保证设施蔬菜产地环境安全,应高度重视因长期种植导致的土壤环境质量下降、Cd累积、土壤酸化等问题,预防Cd对设施蔬菜生产带来的污染风险。

马铃薯茎叶青贮时间对厌氧发酵产沼气性能的影响

为提高农业废弃物能源化利用率,保障沼气工程原料长期供给,该研究探讨了青贮时间对马铃薯茎叶成分、品质及厌氧发酵产沼气特性的不同影响。研究结果显示:除粗蛋白和粗脂肪含量小幅波动外,青贮过程中马铃薯茎叶挥发性固体、可溶性碳水化合物、中性洗涤纤维等有机成分指标均逐渐下降;30~180 d青贮周期内,pH值始终维持在4.10~4.40,乳酸含量30 g·kg^-1以上,乙酸含量、氨氮/总氮比值均较低,丁酸无检出,青贮品质良好。以青贮30 d,60 d,120 d,180 d马铃薯茎叶为原料进行厌氧发酵,发酵前期酸化更快,产气启动更迅速,后期酸碱更平衡,累积产气量分别提高7.88%,18.03%,25.56%和26.11%,最高甲烷浓度提高5.36%~8.59%。添加0.2%丙酸条件下对马铃薯茎叶进行30~180 d的青贮,可显著提高其厌氧发酵产沼气性能。

鲁西南褐土土壤容重对冬小麦生长发育及养分吸收的影响

采用盆栽试验方法,以原状土壤不打破犁底层为对照(CK),设置土壤容重1.2、1.3、1.4、1.5、1.6g/cm^3共5个水平处理,研究山东省褐土不同土壤容重对冬小麦生长发育及养分吸收的影响。结果表明:随着土壤容重增加,冬小麦株高、植株干物质量、籽粒产量、地上部养分吸收量均呈现先增后减的趋势,土壤容重1.4g/cm^3时达到最高值,增至1.5g/cm^3和1.6g/cm^3时生长发育受到明显抑制,且容重越大降幅越显著。与对照相比,土壤容重1.6g/cm^3处理的株高、植株干物质量、籽粒产量和籽粒养分吸收量分别降低11.55%、13.61%、37.86%和39.46%。处理间的产量差异主要是由穗粒数变化所致,容重1.5、1.6g/cm^3处理的穗粒数比对照分别下降27.37%和36.79%。原状土结构紧实,下层土壤容重过大严重制约冬小麦产量提高,与CK相比,容重1.2、1.3、1.4g/cm^3处理分别增产12.85%、21.49%、31.01%。通过深松等耕作技术打破犁底层,降低20~40cm深层土壤容重,促进植株生长和后期干物质积累,是冬小麦增产的重要途径。

不同耕作与秸秆处理模式对鲁西南潮褐土物理性状及玉米产量的影响

为评价两熟制条件下实施保护性耕作的可行性,探明鲁西南潮褐土合理耕层构建的最佳耕作方式,提高玉米产量,设置田间定位试验,研究免耕、常规旋耕、深松三种耕翻及不同秸秆处理方式组合对土壤物理性状及玉米产量形成的影响。结果表明:"深松+秸秆还田"耕作模式的松土保墒和玉米增产效果最好。与秸秆不还田处理下免耕和常规旋耕相比,秸秆还田条件下深松处理在20～30、30～40 cm土壤容重平均下降11.3%、10.6%和7.6%、8.0%,玉米全生育期的土壤含水量提高8.1%～10.3%,土壤田间持水量增加3.6%～6.1%。秸秆还田配合深松处理下玉米穗长、穗粒数、千粒重等产量构成因素均有不同程度的改善,产量较秸秆不还田下免耕处理增产13.6%。因此,"秸秆还田+深松"耕作模式可作为本地区构建合理耕层结构、充分挖掘耕层潜力、提高玉米产量的推广技术。

自然风干对马铃薯茎叶成分及厌氧发酵产沼气性能影响的研究

为提高马铃薯茎叶资源化利用水平,文章研究了自然风干对马铃薯茎叶成分及厌氧发酵产沼气性能的影响。实验中首先比较了马铃薯茎叶营养成分和木质化程度随风干时间的变化情况;随后在35℃的中温条件下,分别以不同风干时间的马铃薯茎叶为发酵原料,进行周期为40 d的批式厌氧消化产沼气实验。结果表明:风干时间对马铃薯茎叶成分影响较大,风干时间越久,则可溶性碳水化合物、粗蛋白、粗脂肪等成分含量越低,而中性洗涤纤维含量越高;原料风干程度显著影响厌氧消化启动速度,风干时间越久则发酵启动越慢,但对沼气中甲烷含量影响不大;实验条件下,48 h风干处理组TS产气率最高,达251.70 mL·g^-1,其后依次为24 h风干,新鲜72 h风干和96 h风干处理组,TS产气率分别为227.90 mL·g^-1,154.10 mL·g^-1,193.30 mL·g^-1,和120.50mL·g^-1,各组均未出现体系“过酸化”导致的发酵失败现象。对马铃薯茎叶做适当风干处理后用于厌氧沼气发酵,可有效提高产沼气量,促进农业废弃物资源化利用。

盐碱地设施蔬菜土壤淋盐培肥研究进展

盐碱土壤水溶性全盐含量高、有机质含量低、结构不良等缺点严重降低蔬菜产量。设施蔬菜通过膜下滴灌可以显著降低表层土壤含盐量,形成淡化脱盐土层,提高灌溉水分的利用率。施用盐碱土壤调理剂在一定程度上能够改善土壤理化性状,改变土壤盐离子组成,降低土壤含盐量。施用有机物料能够增加盐碱土壤有机质,促进团粒结构形成,降低土壤pH值,提高盐碱地的养分含量,减缓蔬菜盐渍胁迫。

沸石缓解尾菜厌氧发酵酸抑制现象的研究

厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸(VFAs)的超量累积对产沼气性能有重要影响。本研究以尾菜为主要发酵原料,在20%接种比条件下进行30天中温厌氧发酵试验,通过设置不同酸碱调控方式,探究沸石在缓解厌氧发酵酸抑制方面的有益效果。结果表明:不采取任何调控措施时,发酵液pH最低降至5.31且不能恢复至中性范围,对产甲烷古菌有较强毒害作用的丙酸浓度长时间高于1 500 mg/L,发酵系统产沼气/甲烷性能大幅下降;而发酵过程中以NaOH调节pH、发酵初始或发酵过程中添加沸石,均可促进以挥发性脂肪酸为主的物质代谢,保障厌氧发酵顺利进行,各调控处理组累积产沼气量比对照组分别提升18.56%、68.94%和35.26%,累积产甲烷量分别提高271.76%、535.88%和347.71%,其中以发酵初始即添加沸石对酸抑制的缓解效果最为显著。

深松深度对鲁西南土壤耕层理化性状和作物产量的影响

鲁西南地区长期单一旋耕的耕作方式,造成土壤耕层变浅、土壤紧实、地力下降、土壤养分不均衡等,严重制约作物生长和产量提高。本研究旨在探索深松耕作对冬小麦-夏玉米轮作系统土壤蓄水能力、紧实度、养分以及作物产量等的影响,以期为鲁西南地区土壤耕作方式的优化选择提供理论依据。2015—2017年在山东省济宁市嘉祥县进行田间试验,设置旋耕、秋深松30 cm+旋耕、秋深松35 cm+旋耕、秋深松40 cm+旋耕4个耕作处理,研究深松深度对土壤水分、紧实度、土壤养分等理化性状和作物产量的影响。结果表明:深松耕作对土壤含水量、紧实度、养分、作物产量均有影响。与旋耕相比,深松增加0~40 cm土层土壤中水分含量,降低40~60 cm土层水分含量,降低土壤紧实度,且深松深度越大,土壤紧实度越小。深松改变氮、磷在土壤剖面中的分布,增加土壤速效钾含量。深松耕作对冬小麦和夏玉米均有增产效果,且深松深度越大,作物产量越高。在本试验条件下,鲁西南地区深松40 cm最佳。

高碳有机物料对设施菜田土壤速效磷累积的影响

设施菜田施用有机粪肥是改善土壤质量的重要手段,但是常年持续过量施用粪肥极易造成土壤磷的累积和淋失。本研究在持续施用鸭粪的设施大棚中投入不同C/N有机物料,研究其对西葫芦生长和土壤速效磷累积的影响。试验以鸭粪为习惯施肥处理,高碳有机物料分别是沼渣、菌渣、泥炭土、生物炭和麦秸,所有处理碳投入量相同。结果表明,常年施用鸭粪导致0~100cm土层中速效磷严重累积,且向深层土壤运移现象明显;高碳有机物料的投入不仅实现了西葫芦稳产,而且增加了磷吸收量,有效缓减土壤中速效磷向深层土壤的迁移,改善土壤微生境从而促进土壤微生物生长,进而增加土壤磷有效性,提高其利用效率。