响应面法优化猪粪沼气发酵工艺

为提高猪粪沼气发酵的产气效率,试验应用响应面法对其沼气发酵工艺进行优化,通过Design-Express8.0.6.1软件的Box-Behnken中心组合试验设计,以原料产气率为响应值,研究发酵温度、总固体浓度(TS)和搅拌转速3个因素对猪粪产气效率的影响,建立相关数学模型,并对模型进行降维优化分析,最后进行试验验证。结果表明,发酵温度和TS两因素对于猪粪产气效率的影响表现为极显著。最优工艺条件TS为5.8%,发酵温度为29℃,搅拌转速为92 r·min^(-1)时,理论原料产气率为160.09 mL·g^(-1)TS,试验原料产气率为154.83 mL·g^(-1)TS,试验值与理论值接近,二者相对偏差为3.21%。可见,所建模型能较好的优化沼气发酵工艺参数。

不同浓度和温度下猪场粪水厌氧发酵产气特性及能效分析

该研究以养殖场新鲜猪粪为原材料在不同温度(15℃,20℃,25℃,30℃和35℃)和不同TS浓度(3%,4%,5.5%,7%和8%)条件下进行产气特性研究及效能分析。结果表明15℃35℃平均池容产气率分别为0.121,0.605,0.615,0.906和1.065 L·L^(-1)d^(-1),甲烷含量分别为42.25%,49.78%,47.25%,52.56%及53.35%。在相同温度条件下,TS越高,COD的去除效率越低。在相同底物浓度条件下,随着温度的升高,COD降解率逐渐增加。在15℃35℃范围内并没有发生明显的酸化现象,pH值稳定在67.5之间。在15℃温度条件下,进料浓度在8%时,pH值最低,为5.8。在15℃35℃范围内,发酵浓度TS在7%时由拟合方程y=0.0083x^(3)-0.579x^(2)+13.23x-95.17(Adj.R^(2)>0.999),得到在20.6℃时产能/耗能的值最大,此时的池容产气率为0.615 L·L^(-1)d^(-1),E/Q为4.0937。

气候变化对黑龙江省玉米病虫害发生的影响

为应对全球气候变化趋势,提高黑龙江省玉米病虫害防控能力,利用黑龙江省1990-2015年玉米生长全生育期的气象、植保观测资料,通过数理统计、距平分析、相关分析等方法,研究了黑龙江省气候变化对玉米病虫害发生的影响。结果表明:黑龙江省玉米全生育期平均气温呈上升趋势,增率为1.89℃·10a-1,降水和日照的变化波动性较大,但呈现了明显的周期性,趋势变率达到为-10.8mm·10a-1和-21.7h·10a-1;同时,玉米病害和虫害发生面积的上升趋势速率达到101.21万hm2·10a-1和206.57万hm2次·10a-1,自2000年以后,大小斑病发生面积比例不断增长,已占病害发生面积的60%以上,虫害受灾面积超过500万hm2次·a-1,虫害发生种类的复杂性、严峻性日趋严重。玉米全生育期温度变化是玉米病虫害发生的主要控制因子之一,与丝黑穗病、玉米螟、地下虫害显著正相关(P<0.05),降水与玉米大小斑病发生极显著正相关(P<0.01),而玉米病虫害发生面积频次占总播种面积比例每上升1%,玉米平均单产将降低3.98kg·hm^-2。

低温胁迫下微量重金属元素对厌氧消化工艺的影响

文章为提高低温条件下猪粪厌氧消化产气量,应用响应面法对其厌氧消化工艺的生物强化参数进行试验优化。通过Design-Express 8.0.6.1软件的Box-Behnken中心组合试验设计,以原料产气量为响应值,研究Fe^(2+),Ni^(2+)和Co^(2+)三元素离子浓度对猪粪产气量的影响,建立相关数学模型,并对模型进行降维优化分析,最后进行试验验证。结果表明,低温条件下,Fe^(2+)和Ni^(2+)元素浓度对于猪粪产气量的影响表现为极显著。最优工艺条件是Fe^(2+)浓度为5.0 mg·L^(-1),Ni^(2+)浓度为22.5μg·L^(-1),Co^(2+)浓度为25.0μg·L^(-1)时,厌氧消化沼气的产量为572.64 mL。与预测值584.67 mL的相对误差为2.1%,所建模型能较好地优化厌氧消化工艺的生物强化参数。

东北地区秸秆打捆直燃供暖案例及效益分析

东北地区每年产生大量秸秆,据测算,辽宁、吉林、黑龙江和内蒙古四省区的可收集秸秆量2亿t·a-1、占全国的24.4%,其中黑龙江省的可收集秸秆量1.1亿t·a-1、占四省区的52.1%。虽然国家和地方出台了一系列禁止露天焚烧秸秆的规定,采取了严格的禁烧措施,同时也投入了大量资金支持秸秆综合利用工作,当面临着大量的秸秆离田处理压力和春季紧张的农事安排,面对农民的诉求,个别省份仍然会留有露天焚烧秸秆的窗口期。针对上述情况,本文对黑龙江、辽宁等地的秸秆直燃锅炉实际运行效果进行了现场调研。首先对东北地区秸秆直燃锅炉供暖案例进行了实地调研,其次对东北地区秸秆直燃锅炉的经济效益、社会效益和环境效益进行了分析,最后针对秸秆直燃锅炉的发展提出了具体对策和措施。

黑龙江省富裕县畜禽粪污土地承载力分析

为推动区域畜禽粪污资源化利用,实现农业可持续发展,利用黑龙江省富裕县畜禽生产、农作物种植资料和数据,分析县区内畜禽粪污土地负荷和畜禽粪污土地承载力。结果表明:2019年富裕县农作物总氮需求量为17493.1 t,畜禽粪肥总的氮养分生产量为8425.2 t;单位面积粪肥养分供给量为38.23 kg·hm^-2,单位面积耕地粪肥养分需求量为45.36 kg·hm^-2,需求量大于供给量,说明富裕县畜禽粪便的污染程度较低且有广阔的消纳空间。

响应面法优化生物炭与牛粪混合厌氧发酵工艺

为了提高厌氧发酵产气效率,在单因素试验基础上,采用响应面法对厌氧发酵工艺参数进行优化,通过Box-Behnken中心组合试验设计,以厌氧发酵产气量为响应值,研究发酵温度、总固体浓度和生物炭添加量3个因素对厌氧发酵的影响,建立相关数学模型,并进行试验验证。结果表明:3个因素对厌氧发酵产气效率的影响均达到显著水平,最优工艺条件为发酵温度41℃,总固体浓度8.9%,水稻秸秆炭7.9%,在此工艺条件下,厌氧发酵产气量达到2735 mL±37 mL,与预测产气量2693 mL,两者偏差在2.0%以内。因此,所建模型能较好地用于生物炭与牛粪混合厌氧发酵产气量的预测。

黑龙江省生猪养殖废水沼气工程最适运行温度模拟分析

文章利用猪粪水半连续厌氧发酵实验数据和黑龙江省近五年的逐日气温,计算了黑龙江省沼气工程的最适运行温度。计算结果表明:在14℃~35℃,有机负荷为3 gVS·L^-1d^-1,水力停留时间为15天的条件下,黑龙江省沼气工程的最适运行温度均为20.6℃,此时产能与耗能的比值为1.17。根据黑龙江省历史日平均最低温度计算了沼气工程厌氧反应器的保温层厚度,并在黑龙江省进行了沼气工程验证,结果表明:在黑龙江地区,当保温材料PS厚度为86 mm厚时,沼气工程的日最大温降小于0.5℃,池容产气率大于0.5 m^3·d^-1L^-1。该文可为寒区沼气工程节能增效提供计算方法和技术支持。

黑龙江省农业温室气体排放量的估算研究及低碳农业发展建议

农业生产过程产生的温室气体在全球温室气体排放总量中占有较大比例,黑龙江省作为中国重要的农业大省,其农业温室气体排放的估算分析,对实现农业低碳减排具有重要意义。基于2005-2015年黑龙江农业生产数据,估算了农业生产过程中主要排放源CH_4和N_2O排放量,并提出了低碳农业发展的规划建议。结果表明:2015年,黑龙江省农业温室气体排放总量已上升至117.845万t,其中养殖业温室气体排放总量达51.967万t,主要来自反刍畜禽肠胃道内发酵CH_4排放,以及畜禽粪便管理过程CH_4和N_2O的排放,分别达到了48.527万、2.058万和1.382万t;种植业温室气体排放量达65.878万t,主要来自水稻种植CH_4排放,以及农业种植土壤本底和施肥N_2O的排放,分别达到了61.949万、2.764万和1.165万t。

鹅粪与玉米秸秆混合好氧堆肥处理工艺研究

我国是鹅业生产大国,随着养殖业规模化和集约化程度不断提高,将鹅粪作为有机肥还田,是实现资源化利用的有效途径。为确定鹅粪与玉米秸秆混合好氧堆肥最佳工艺条件,采用多物料协同混合好氧堆肥技术,以鹅粪及玉米秸秆为原料,研究不同C/N对好氧堆肥过程的影响,评价肥料利用的养分含量及安全还田指标。结果表明,鹅粪与玉米秸秆混合好氧堆肥原料C/N为25∶1,含水率60%时,为最佳工艺条件,堆体升温期相比其他处理组提前2 d,高温期堆肥温度最高达42℃,pH最高达7.88,EC值达到1641μS·cm^(-1)。好氧堆肥结束后,有机质含量、腐殖酸、水溶性盐、速效钾、总氮和总钾含量的增长率分别达到了12.3%、38.5%、12.5%、28.5%、8.7%和37.4%,蛔虫卵死亡率达到100%,未检出大肠杆菌,以及四环素和恩诺沙星等抗生素,重金属含量均低于国家土壤自然背景值。因此,鹅粪与玉米秸秆混合好氧堆肥原料C/N为25∶1含水率为60%可作为优质肥料进行还田。

玉米秸秆生物炭与牛粪混合厌氧发酵工艺优化

为提高厌氧发酵产气效率,在单因素试验基础上,采用响应面法对厌氧发酵工艺参数进行优化,通过Box-Behnken中心组合试验设计,以厌氧发酵产气量为响应值,研究发酵温度、总固体浓度和生物炭添加量3个因素对厌氧发酵的影响,建立相关数学模型,并进行试验验证。结果表明:3个因素对厌氧发酵产气效率的影响均达到显著水平,最优工艺条件为发酵温度40℃,总固体浓度8.7%,玉米秸秆炭7.8%,在此工艺条件下,厌氧发酵平均产气量达到2544 mL,与预测产气量2451 mL,两者偏差为3.8%。因此,所建模型能较好的用于生物炭与牛粪混合厌氧发酵产气量的预测。

寒区玉米秸秆田间覆膜堆肥速测指标变化研究

为促进寒区玉米秸秆堆肥技术的推广应用,本试验在低温环境中,将玉米秸秆加入自主研发的腐熟菌剂后在大田中进行田间覆膜堆腐,并研究了在堆肥过程中温度、pH、含水率、电导率EC和E4/E6等速测指标的变化情况。结果表明:堆肥在较低的环境温度中无需额外添加能量就可以快速启动。堆体温度、pH、含水率、E4/E6曲线均为双峰结构,呈现出先增加-降低-增加-降低的趋势,除含水率值第二个峰值较第一个峰值高外,pH和E4/E6曲线的第一个峰的峰值均较第二个峰值高。而堆体的EC值则随堆肥的进行呈先降低,后升高,最后降低到稳定值的趋势。腐熟后玉米秸秆堆肥的TN、TP、TK、碱解氮、有效磷、速效钾(K2O)、有机质及盐分经检测分别为0.62%、0.13%、1.86%、485.0 mg·kg-1、115.7 mg·kg-1、754.7 mg·kg-1、163 g·kg-1和4.39 g·kg-1。根据种植品种以及土壤情况,将秸秆堆肥与化肥配施可满足作物的生长发育需求。研究表明在黑龙江省等寒冷地区利用秋季或初春的温度采用田间覆膜堆肥的方式处理玉米秸秆是可行的。

High-solid Anaerobic Co-digestion of Food Waste and Rice Straw for Biogas Production

Anaerobic co-digestion of food waste（FW） and rice straw（RS） in continuously stirred tank reactor（CSTR） at high organic loading rate（OLR） was investigated. Co-digestion studies of FW and RS with six different mixing ratios were conducted at an initial volatile solid（VS） concentration of more than 3 g VS · L-1. The biogas production, methane contents, degradation efficiency of VS, chemical oxygen demand（COD） and volatile fatty acids（VFAs） were determined to evaluate the stability and performance of the system. The results showed that the co-digestion process had higher system stability and higher volumetric biogas production than mono-digestions. Increase in FW content in the feedstock could increase the methane yield and shorten retention time. The efficiency of co-digestion systems mainly relied on the mixing ratios of FW and RS to some extent. The highest methane yield was 60.55 m L· g V· S-1 · d-1 at a mass ratio（FW/RS） of 3 ： 1, which was 178% and 70% higher than that of mono-digestions of FW and RS, respectively. Consequently, the anaerobic co-digestion of FW and RS could have superior stability and better performance than monodigestions in higher organic loading system.

黑龙江省近30年气候变化特征分析

为揭示黑龙江省1986-2015年的气候变化规律,通过线性倾向率和小波分析等方法,研究分析了1986-2015年黑龙江省年平均温度和年降水量的时空变化特征。结果表明:黑龙江省1986-2015年气温上升率为0.12℃·10 a^(-1),降水量上升率为4.31 mm·10 a^(-1);从南向北温度依次递减;以尚志市为中心,降水量向四周逐渐递减;温度主要存在16 a的主周期和6 a、26 a的变化周期,预测可知2016-2018年的年平均气温呈逐年递减趋势;年降水量存在6、16和27 a三个主周期,拟合可知2016-2018年的年降水量呈逐年递减趋势,同时黑龙江省的年气温和降水量变化整体平稳,不存在显著性突变时间点。

黑龙江省农村可再生能源发展现状和问题及对策研究

推进农村可再生能源建设发展,打造人与自然和谐共生发展的新格局,对转变村镇能源供需结构、改善农民的生产生活条件和消费环境具有重要意义,是打造乡村美丽宜居的必然选择,是推动“千村示范、万村整治”工程的生动实践,更是实施乡村振兴战略的关键举措。本文结合黑龙江省区域资源特点、气候特征、能源建设基础、经济水平等因素,总结分析了农村可再生能源发展现状及存在的主要问题,提出了对黑龙江省农村可再生能源发展理念规划、政策体系、市场、产业、科研、人才服务等方面的对策。

黑龙江省农作物秸秆能源化利用模式及发展路径研究

为建立生态循环农业,缓解农村能源供需压力、提升农民生活质量,本文总结了黑龙江省秸秆能源化利用发展现状,探索秸秆能源化利用发展潜力与发展路径,推进黑龙江省“1+2”的秸秆生物质清洁能源供应发展模式,针对秸秆能源化利用存在的主要问题,提出了创新发展理念、完善政策机制、补齐市场短板、建立服务体系等方面的秸秆能源化利用发展对策。

黑龙江省低温冷害和风雹近36年的变化特征

为促进农业灾害预防和减灾工作的开展,利用Mann-kendall检验和Morlet小波法研究了黑龙江省1980-2015年农业低温冷害和风雹受灾率的时间变化特征。结果表明:在1980-2015年,低温冷害受灾率呈下降趋势,风雹灾害受灾率呈上升趋势,但二者均未通过0.1水平上的显著性检验。通过Morlet小波分析可知,低温冷害和风雹受灾率的变化主周期分别为7和19a,通过变化周期小波系数拟合可知,二者受灾率在2017-2019年处于正相位。

黑龙江省农业干旱灾害时空变化特征研究

为促进黑龙江省农业发展,利用Mann-kendall检验、Morlet小波法和GIS软件对黑龙江省1986-2015年的农业干旱灾害数据进行了分析,研究了农业干旱灾害的时空变化特征。结果表明:在1986-2015年,黑龙江省受干旱影响的面积最大,由其造成的受灾面积约占总受灾面积的50%以上。农业干旱导致的农业受灾率和成灾率总体呈下降趋势,但下降趋势不明显,发生中度干旱、轻度干旱、特大干旱和重度干旱的年数依次减少。通过Morlet小波分析可知,干旱受灾率在1986-2015年间呈周期性变化,变化的周期分别为3、5和14a,其中14a为变化主周期。在2016-2020年,黑龙江省干旱受灾率处于负相位,但有发生干旱灾害的可能,需要有关部门提前进行水利设施的维修、维护,做好防旱部署。通过GIS软件对基于降水距平百分率和受灾率的干旱指数进行模拟可知,黑龙江省西南部是干旱高危害区,须同时做好春旱和夏旱的防治工作。

Spatiotemporal Change of Agrometeorological Flood Disasters in Heilongjiang Province

Agrometeorological disasters severely impact agriculture in Heilongjiang Province.Flood is one of the main agrometeorological disasters in Heilongjiang Province.The temporal change in flood events in Heilongjiang Province from 1986to 2015 was studied using Mann-Kendall and Morlet wavelet methods,respectively.The results of Mann-Kendall analysis showed that the disaster rates of flood gradually stabilized from 1986 to 2015 with a confidence level of 99%.The Morlet wavelet variance analysis revealed that disaster rates of flood changed periodically at time scales of 3a,7a and 18a in Heilongjiang Province during1986-2015.The dominant period of the variation of flood disaster rate was about 18a over the past 30 years.The flood disaster rates were indicated in a positive phase during the period of 2016-2020 by the fitting curve of Morlet wavelet analysis.The annual average flood disaster indexes of single station,during 1986-2015 years were calculated,according to the precipitation data at 31 stations in Heilongjiang Province and the GIS software was used to analyze the spatial change in flood disasters in Heilongjiang Province from1986-2015.The results demonstrated that the southwest area of Heilongjiang Province was highly hazardous region of flood.The flood indices in the northern part of Songnen Plain and southwest of Heilongjiang Province presented the increment trends.