棉秸秆农药残留和重金属及真菌毒素检测分析

【目的】分析新疆6个棉花主产区棉秸秆的农药残留、重金属污染物和黄曲霉毒素B 1(aflatoxin B 1,AFB 1)等指标的含量,以期填补棉秸秆饲料化利用药物残留等基础数据缺失的问题。【方法】在新疆6个棉花种植区中各随机选一块棉田,设置前、中、后3个区域,每个区域设置5个1 m 2的样方,留茬15 cm,采集样方内所有棉秸秆,用剪枝钳剪碎混匀后按四分法采集1 kg样品,用于检测58种农药残留、AFB 1、脱氧雪腐镰刀菌烯醇、氟和5种重金属污染物含量。【结果】新疆6个棉花主产区样品中检出的农药残留分别仅为3、5、3、3、2和1种,大部分登记喷施的农药在棉秸秆样品中并未检出残留。检出的棉秸秆样品中氰戊菊酯、三唑磷、虫螨腈、毒死蜱、甲氰菊酯、吡唑醚菌酯、氯氰菊酯、马拉硫磷和啶虫脒的最大残留量为0.150、0.190、0.087、0.210、0.043、0.058、0.024、0.014和0.015 mg/kg,均低于食品安全标准GB 2763―2021中大米的限定值。棉秸秆样品中均检出了砷、铅、镉和铬这4种重金属污染物,最高含量分别为0.428、2.400、0.180和1.090 mg/kg,均低于饲料卫生标准GB 13078―2017中的限定值,符合饲料标准。棉秸秆样品中均未检出AFB 1和脱氧雪腐镰刀菌烯醇,检出氟的最高含量为20.67 mg/kg,低于饲料标准中的限定值。【结论】棉秸秆符合饲料卫生标准GB 13078―2017中农药残留、AFB 1、脱氧雪腐镰刀菌烯醇、氟和重金属污染物的限量标准,可以安全用作草食家畜的粗饲料。

新疆棉花秸秆离散元仿真参数标定研究

由于棉花秸秆在机械化收获和粉碎加工过程中缺乏准确的仿真模型参数,从而造成在机具设计中仿真效果和实际作业存在较大的差异,在一定程度上限制了棉花秸秆收获以及粉碎装置的设计研究。本文以新疆棉花秸秆作为试验材料,开展仿真分析研究,通过物理试验测定棉花秸秆的本征参数后,利用EDEM软件进行试验仿真,对棉花秸秆进行参数标定。采用堆积角试验和弯曲试验方法,测量出棉花秸秆堆积角和最大破坏载荷分别为28.62°和143.21 N。应用Hertz-Mindlin no slip模型和Hertz-Mindlin with bonding模型进行棉花秸秆的堆积角仿真试验和弯曲仿真试验,得到棉花秸秆之间碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数和棉花秸秆-钢之间碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.5、0.41、0.06、0.5、0.37、0.08,以及棉花秸秆法向接触刚度、切向接触刚度、临界法向应力与临界切向应力分别为4.15×1010N/m、5.60×1010N/m、40 MPa、50 MPa。将以上结果进行粉碎试验验证,棉花秸秆粉碎后依据长度和宽度不同,分为粉末型物料、破碎型物料、未破碎型物料,仿真试验质量和实际试验质量之间偏差为6.84%、8.29%、7.37%,证明了参数的可行性,可用于棉花秸秆参数标定。

棉花秸秆分别与全株玉米、甜菜渣混合青贮的营养价值研究

试验旨在探究棉花秸秆分别与全株玉米、甜菜渣混合青贮的营养特性及饲用价值。试验分为3组,对照组(CK组)使用全株玉米青贮,A组、B组棉花秸秆分别与全株玉米、甜菜渣按1∶1混合青贮,每组3个重复,发酵90 d后取样,分析青贮饲料的发酵品质、营养特性及饲用价值等指标。结果显示,与CK组相比,A组和B组青贮饲料的pH值升高(P<0.05),费氏评分降低(P<0.05);A组和B组的粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量升高(P<0.05),非纤维性碳水化合物(NFC)含量降低(P<0.05)。A组饲料相对饲喂价值(RFV)和粗饲料相对质量(RFQ)高于B组(P<0.05)。与CK组相比,A组和B组的体外产气量降低,其中A组的体外产气量高于B组。A组和B组的干物质降解率(IVDMD)低于CK组(P<0.05)。研究表明,棉花秸秆分别与全株玉米、甜菜渣混合青贮饲料的饲用价值仍低于全株玉米青贮饲料,但A组与CK组的饲用价值较接近,应用潜力较高。

长期秸秆还田下施氮量对棉花产量和氮素利用的影响

施氮能够增加土壤中氮的有效性,提高植株光合作用,促进植株对氮的吸收和干物质的积累,最终增加作物产量。但是在长期高氮秸秆还田条件下,是否应调整施氮量尚不清楚。为探究长期秸秆还田条件下施氮量对棉花光合速率、干物质和养分积累分配、产量、氮素利用和土壤氮素变化的影响,本研究设置0(N0)、150(N150)、180(N180)、210(N210)、240(N240)、270(N270)和300(N300)kg hm^(–2)共7个施氮量处理。与常规施氮量(N300)相比,2020—2021年,减氮30%(N210)处理2年均获得了较高产量,分别为1853.62 kg hm^(–2)和1872.43 kg hm^(–2),减氮40%(N180)仅在第1年保持了较高产量,为1743.68 kg hm^(–2)。2021年,N210的净光合速率、干物质和养分积累量均高于N180,两者间生殖器官的干物质和养分分配系数、氮肥利用效率未有显著差异,但N180的土壤表观氮盈余量显著降低了39.15%。综上,长期秸秆还田条件下,鲁西北棉区应适量减少施氮量。

外源菌剂对棉花秸秆堆肥过程中微生物群落及腐熟效果的影响

为探究外源菌剂对棉花秸秆堆肥过程中微生物群落及腐熟效果的影响,以棉花秸秆为原料,设计3组堆肥处理,采用液体菌剂接种后发酵35 d的堆肥工艺,分别接种0.5%的菌剂T1和菌剂2,其中菌剂T1包括假氧芽孢杆菌(Anoxybacillus rupiensis)、依利诺斯类芽胞杆菌(Paenibacillus illinoisensis)和贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis);菌剂T2包括假氧芽孢杆菌、依利诺斯类芽胞杆菌、贝莱斯芽孢杆菌和噬热地芽孢杆菌(Geobacillus thermoleovorans),CK为不接种菌剂的对照组。结果表明,接种微生物菌剂能够不同程度加速堆肥升温,促进有机物料降解及养分保留,提高堆肥腐熟度和种子发芽率,并显著提高纤维素、半纤维素和木质素的降解率。对堆肥过程中的微生物群落分析表明,接种菌剂提高了微生物群落的多样性,改变了微生物群落的演替规律,激发了潜在功能细菌类群,细菌类群主要包括芽孢杆菌属(Bacillus)、高温双岐菌属(Thermobifida)、尿素芽孢杆菌属(Ureibacillus)和糖单孢菌属(Saccharomonospora);真菌类群包括Vishniacozyma、Unclassified_f_Dipodascaceae和枝孢菌属(Cladosporium),它们与有机质的降解相关。冗余分析发现,pH值和TOC含量是堆肥过程中细菌群落变化的主要驱动因子,而C/N比等环境因子对真菌群落的变化起重要作用。总体而言,接种菌剂能够促进堆肥腐熟进程,改善微生物菌群,减少堆肥过程中养分流失,提高堆肥产品质量,其中菌剂T1的整体堆肥效果更优。

棉花秸秆无筛粉碎机的设计与试验

针对棉花秸秆因木质化程度较高、韧性强,还掺有棉絮,在有筛粉碎机粉碎过程中排料困难、筛片易堵塞等问题,设计了一种棉花秸秆无筛粉碎机,通过调整出料口面积来实现粉碎室内气体流量的改变,获得不同粉碎粒度的棉花秸秆成品;对粒度分级装置、粉碎刀辊等主要部件的结构进行了确定;阐述了粉碎过程中棉花秸秆的受力过程,确定了L改进型锤片的关键参数,对机具的L改进型锤片和抛送叶片进行了结构和排列设计。Fluent仿真分析结果表明:L改进型锤片相比直刀型锤片更有利于提高棉花秸秆在粉碎室内的流动性并在粉碎室内部形成更大的负压。以L改进型锤片数量、粉碎刀辊转速、出料口面积为试验因素,以棉花秸秆粉碎粒径合格率为试验指标,进行三因素三水平正交试验,确定影响棉花秸秆粉碎粒径合格率显著性的因素由大到小分别为:粉碎刀辊转速、出料口面积和L改进型锤片数量。确定较优参数组合为L改进型锤片数量140把,粉碎刀辊转速2660 r·min^(-1),出料口面积136500 mm^(2)。采用较优参数组合进行样机田间试验,测得棉花秸秆粉碎粒径合格率为93.7%,能够满足棉花秸秆粉碎机实际生产需要。

棉花秸秆中棉酚的危害及其脱毒技术研究进展

棉酚是棉花等锦葵科植物自然产生的黄色多酚类化合物,主要存在于棉花的根、茎、叶和种子内。棉酚具有动物毒性,动物长时间摄入会在体内蓄积引发中毒,造成动物繁殖性能下降、器官病变甚至死亡等。我国新疆棉花产量巨大,棉花产量约占全国的80%以上。棉花收获后,产生的棉花秸秆大多直接粉碎还田,造成了极大的资源浪费。棉花秸秆富含粗蛋白、纤维素、半纤维素和木质素等,与普通农作物秸秆营养成分相当,但其棉酚含量超标限制了棉花秸秆饲料化的应用,如何实现棉酚的高效和低成本脱毒成为决定棉花秸秆饲料化的关键因素。文章归纳了棉酚的结构、性质、毒性、脱毒技术以及脱毒机制,为棉花秸秆饲料化利用提供参考。

棉副产品在畜禽养殖业中应用的研究进展

新疆棉副产品资源十分丰富,但资源利用率较低。棉副产品包括棉花秸秆、棉籽粕、棉籽壳和棉渣等,其中棉籽粕是畜禽养殖生产中重要的蛋白质原料之一,棉花秸秆、棉籽壳和棉渣可以作为反刍动物的粗饲料来源。由于棉副产品中包含游离棉酚等抗营养因子,并且棉花秸秆、棉籽壳和棉渣中的粗纤维含量比较高,致使棉副产品在畜禽养殖业中的应用受到制约。文章综述了棉副产品产量、种类、营养价值及其在畜禽养殖中的研究与应用,以期为棉副产品在畜禽养殖业中的进一步应用提供参考。

棉秸秆在反刍动物生产中饲料化应用的研究进展

随着我国畜牧业的发展,粗饲料供给不足已经成为影响牛羊产业发展的重要因素之一。作为农业副产物之一的秸秆资源,棉秸秆营养物质种类较为丰富,其中一部分营养物质可以被牛羊吸收利用,将棉秸秆资源进行饲料化利用对缓解棉花主产区反刍动物饲草不足的问题具有重要的现实意义。我国棉秸秆资源较为丰富,但由于其质地坚硬、适口性差、难以加工处理等原因,生产中的饲料化利用长期以放牧利用为主,实际利用率较低。随着现代畜牧业的快速发展和饲草加工与利用技术的不断进步,多元化预处理技术的应用改善了棉秸秆的饲料品质,饲料利用效率大幅提升,有效促进了棉秸秆饲料化利用进程。本文总结了棉秸秆中营养物质含量及饲料特性,并对棉秸秆的饲料安全性、加工处理方式及其在反刍动物生产中的应用等方面进行了综述,以期为棉秸秆在反刍动物饲粮中的科学应用提供参考。

棉花秸秆的应用研究进展

棉花秸秆(棉秆)是棉花生产的副产物,是1种重要的可再生性生物质资源,其综合利用研究对于优化能源结构和实现“双碳”战略目标具有重要意义。由于结构上的差异,玉米、小麦、水稻等秸秆的成功利用方式难以在棉秆上直接重现,而传统的棉秆处理和应用方式会造成资源浪费和环境污染,因此加强棉秆的综合利用研究在提升农业废弃物利用率、改善能源结构、降低环境污染等方面具有重要作用。从提高棉秆综合利用效率的角度出发,介绍了棉秆在还田、饲料化、能源化、基料化、原料化等方面的利用模式,并对未来的发展方向进行了展望,为棉秆的多元化利用提供方法参考和研究思路。

预氧化法制备棉花秸秆活性炭去除印染废水中的铬(Ⅵ)

以新疆南疆棉花秸秆为原料,采用H_(2)SO_(4)预氧化和KOH活化制备活性炭,其Langmuir比表面积达到1 580.94 cm^(2)/g。采用静态吸附试验研究活性炭对印染废水中铬(Ⅵ)的吸附性能。结果表明:p H为2,Cr(Ⅵ)的初始质量浓度为0.5 mg/L,活性炭投加量为0.1 g,吸附时间为150 min时,Cr(Ⅵ)的吸附量为28 mg/g。Langmuir吸附等温线能更好地描述棉花秸秆活性炭吸附Cr(Ⅵ)的过程,R^(2)为0.988 24,说明棉花秸秆活性炭的表面Cr(Ⅵ)主要以单分子层形态吸附。活性炭对铬(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学模型,R^(2)为0.950 25。

棉秆生物质炭添加对棉田土壤理化性质及根际微生物群落结构的影响

以新疆滴灌棉田为研究对象,研究生物质炭施用对棉田土壤理化性质和棉花根际土壤微生物群落特征的影响。试验采集了不施生物质炭(CK)、施生物质炭3 t/hm^(2)(BC1)、施生物质炭6 t/hm^(2)(BC2)和施生物质炭9 t/hm^(2)(BC3)4种处理棉花根际土壤,分析土壤理化性质和根际土壤微生物群落结构和组成的变化。结果表明,生物质炭施用后土壤pH和电导率分别下降了5.58%~9.18%和5.38%~18.04%;与CK相比,生物质炭施用使土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮和有效磷含量均显著增加,且BC3增加效果最好,但生物质炭施用导致土壤钾含量显著降低。生物质炭施用显著降低了浮霉菌门(Planctomycetota)、芽单胞菌门(Gemmatimonadota)、厚壁菌门(Firmicutes)和被孢霉门(Mortierellomycota)相对丰度,但增加了子囊菌门(Ascomycota)、斯克尔曼氏菌属(Skermanella)、苔藓杆菌属(Bryobacter)、毛壳菌属(Chaetomium)、头束霉菌属(Cephalotrichum)、金孢属(Chrysosporium)和拟棘壳孢属(Pyrenochaetopsis)的相对丰度。另外,生物质炭施用降低了根际土壤微生物多样性和细菌丰富度,但根际土壤真菌的丰富度提高。生物质炭施用显著影响根际土壤微生物特别是真菌的群落结构,电导率、速效钾和pH是根际土壤微生物群落的主要影响因子。研究表明,生物质炭施用可以改善棉田土壤理化性质进而影响根际土壤微生物群落组成和结构,9 t/hm^(2)为本试验的推荐施用量。

老化棉秆炭对土壤性质和小麦氮肥利用的影响

为研究不同老化棉秆炭(冻融老化、干湿老化、柠檬酸老化)对土壤性质、小麦氮肥利用效率的影响,设置不施氮、低氮(200 mg·kg^(-1))、高氮(400 mg·kg^(-1))3个施氮水平和不添加棉秆炭(B0)、添加新鲜棉秆炭(BC)、添加干湿老化棉秆炭(DB)、添加冻融老化棉秆炭(EB)、添加柠檬酸老化棉秆炭(CB)5个棉秆炭处理,分析小麦干物质量及氮素吸收量、土壤理化性质的变化。结果表明,与未添加棉秆炭处理相比,不同施氮水平下老化棉秆炭处理的土壤有机质含量显著增加、电导率无显著差异,冻融循环和干湿交替老化棉秆炭处理的土壤pH显著增加,柠檬酸老化和冻融循环老化棉秆炭处理的土壤全氮含量显著增加;与新鲜棉秆炭处理相比,不同施氮水平下柠檬酸老化棉秆炭处理的土壤全氮和有机质含量显著增加,土壤pH显著降低。低量施氮时不同处理小麦干物质量、氮素累积吸收量、氮肥吸收效率和氮肥表观利用率最高,柠檬酸老化棉秆炭与低量氮肥配施小麦氮肥吸收量较高,氮肥吸收效率和氮肥表观利用率分别为68.27%和46.69%。综上可知,柠檬酸老化棉秆炭的添加有利于土壤氮素的固持,可以增加土壤氮素和有机质含量,减弱对土壤pH和电导率的提升效果,在低量施氮时作物氮素吸收利用效果较好。以上结果为棉秆炭的长期应用提供理论依据。

优化城市污泥与棉秆掺混燃烧条件的正交实验研究

以发热量为评价指标,通过正交实验优化城市污泥、棉秆掺混燃烧条件。结果表明,影响污泥混合物发热量的主次因素为棉秆掺混比>搅拌时间>掺混粒径,最佳掺混条件为棉秆掺混40%,搅拌时间5 min,掺混粒径0.075 mm。最佳掺混条件下,城市污泥着火、燃尽温度显著降低,发热量提高了34%,综合燃烧特性指数增大了3.97倍,活化能降低了12.74 kJ/mol,燃烧过程中污泥、棉秆几乎全程处于正向促进作用阶段。

科学研究成果与物理化学实验的融合——溶液法测定棉秸秆活性炭比表面积

在“新工科”建设背景下,探索科学研究成果与《物理化学实验》课程教学相融合的实验教学模式改革,将科研实验“生物质活性炭的制备”融入“溶液吸附法测定固体比表面积”实验。实验教学中引导学生探索利用农业废弃物“新疆阿克苏长绒棉秸秆”制备活性炭并测定其比表面积,同时考察吸附温度对吸附平衡常数K的影响,得到该吸附反应的吸附热力学函数。将科学研究与物理化学实验相融合,把验证型实验改造成创新性、综合性实验,增强学生的创新能力和科学素养的培育,促进应用型人才培养质量提升。

加气渗灌模式下灌水定额与棉秆还田深度对棉花生长及产量的影响

为了探究加气渗灌模式下灌水定额和棉秆还田深度对棉花生长和产量的影响,本文以新陆中88号为研究对象,探究灌水定额和棉秆还田深度对棉花株高、茎粗、干物质量以及叶绿素相对含量的调控效应。结果表明,棉花受灌水定额影响较大,植株株高、茎粗、干物质量和叶片叶绿素相对含量均随着灌水定额的增大呈增加趋势。总体来看,在同一灌水定额条件下,25 cm土层处理的叶绿素相对含量大于15 cm和35 cm处理;棉秆还田深度为25 cm时,棉花株高、茎粗以及单株棉花籽棉产量均为最佳。

棉花秸秆机械化处理与残膜同步回收技术应用优势

为提高新疆地区棉花秸秆处理和残膜回收作业的机械化水平,实现农机与农艺的高效融合,在对库车市棉花秸秆机械化处理和残膜回收现状进行探讨的基础上,论述了棉花秸秆机械化处理与残膜同步回收技术特点与具体应用优势以及在技术提升过程中需要采取的措施。棉花秸秆机械化处理与残膜同步回收技术的应用能够更好地助推棉花生产方式的更新,同时也能够有效实现农机装备的创新改革,真正推进农机农艺的深度融合,以此提高棉花秸秆机械化处理效率和残膜回收质量,更好地保护农业生态安全,提高资源利用效率。

新疆棉秆回收机械化现状及发展对策

新疆是我国最大的棉花产区和优质棉生产基地,棉花种植面积和产量均居全国首位。棉秆作为棉花的主要副产物,是一种重要的农业可再生资源,其利用价值越来越受到关注。棉秆回收机械化作为棉秆收储运的首要环节,是保障棉秆离田综合利用的前提,解决棉秆回收机械化问题对提高其综合利用率、改善生态环境和提高经济效益具有重要现实意义。本文分析了新疆棉花生产与棉秆资源现状,概述了国内外典型的棉秆回收机械研究与应用现状,总结了我国棉秆回收机械的类型、关键技术、性能特点、存在问题和发展趋势,指出了现阶段我国棉秆回收机械化程度低、收储运体系不完善是制约其综合利用的瓶颈问题,提出要加强棉秆回收机械研发创新力度,突破核心关键技术;同时完善收储运体系建设,建立离田回收利用技术模式。

基于Fluent分析的棉田废地膜秸秆分离装置设计

针对棉田机械化回收的废地膜与棉秆、土壤等杂质混合难以分离,无法资源化再利用,且随意掩埋或焚烧易造成环境二次污染的问题,拟开展膜杂混合物分离技术研究,提出筛筒式膜杂分离原理,为膜杂分离机的设计提供参考。以残膜回收机回收的膜杂混合物为研究对象,开展物理特性研究,测出废膜、秸秆、土壤颗粒的悬浮速度,利用SPSS软件统计分析物料悬浮速度与受风面积的相关性,通过搭建膜杂混合物料风选试验台,分析膜杂混合物各组分在风选试验台气流场中的运动轨迹和沉降规律,确定了筛筒式膜杂分离装置关键部件最佳尺寸和工作参数,并采用Fluent进行流体域数值模拟,确定地膜和杂质分离效果的最佳进风速度为8.0 m/s,最优入风角度为6.00°。通过验证试验可知当筛筒转速为40 r/min,进风速度8.0 m/s,入风角度6.00°时,试验所得的膜中含杂率为9.73%、杂中含膜率为0.261%,验证了理论分析和结构设计的合理性及流体域数值模拟分析的正确性。本研究结果可为废地膜杂质分离及废地膜资源化再利用提供参考。

11JF-1.2型棉花秸秆饲料化发酵机试验及参数优化

为提高11JF-1.2型棉花秸秆饲料化发酵机的工作性能,保证输出物料的质量,对该机具工作参数进行优化。通过开展单因素试验和正交试验,并运用Design-Expert 10.0软件对试验所得数据进行响应面优化分析。试验结果表明:各因素对评价指标的贡献率从大到小依次为主轴转速、物料密度、加热机温度,通过软件中的优化求解功能得到最佳工作参数组合为主轴转速5 r/min、物料密度176.5 kg/m3、加热机温度39.5℃。根据得到的最优参数组合进行试验验证,含水率方差平均值为1.009,发酵温度平均值为36.9℃,优化后机具性能提升明显且满足设计要求。