中国区域畜禽粪便能源潜力及总量控制研究

为了评估中国畜禽粪便资源总量及其对环境的影响,以环保部、统计局和农业部发布的区域畜禽产排污系数为基础,利用2010年的统计数据,研究了中国及各省的畜禽粪便资源总量、能源潜力及农地的氮磷负荷,并以欧盟的农地氮磷施用标准对中国畜禽养殖的环境容量和污染风险进行了初步评估。结果表明,2010年,中国畜禽粪便总量达22.35亿t,可产沼气1072.75亿m3,山东等6省市粪便资源超过1.00亿t;全国单位面积农地氮磷平均负荷为43.73kg/hm2(TN)和9.16kg/hm2(TP),北京等6省市农地氮磷负荷超标;全国畜禽养殖环境容量为129.56亿头猪当量(以N为基准),159.74亿头猪当量(以P为基准),实际养殖总量约占环境容量的1/4,考虑化肥施用的影响,约有20个省超过本省50%环境容量。研究结果为区域畜禽养殖总量控制、合理布局和粪污的综合利用提供决策依据。

甜高粱生产要素特征、成本及能源效率分析

为总结我国甜高粱品种、生产技术以及不同区域生产成本和能源效率的差异,通过文献研究和田间调查,采用数值描述和因子分析的方法对我国现有甜高粱品种的特性、生产技术以及对冷凉地区(内蒙)、干旱地区(新疆)和盐碱地区(山东)的生产成本和能源效率进行分析。结果显示:多数品种生育期113～130d,锤度9.0%～16.0%,鲜秸秆产量31.2～64.7t/hm2,株高223.1～312.7cm,茎粗1.48～1.89cm,籽粒产量在2.07～3.39t/hm2之间。籽粒、秸秆产量和锤度的变异系数分别为42.1%、50.5%和41.9%。耕作、灌溉、施肥、除分蘖、施用农药和防止倒伏等农艺措施都会对甜高粱的产量产生显著影响。对生产成本的因子分析结果为:其KMO值为0.84,Bartlett球型检验值(P<0.01)14 970;旋转后3个公共因子方差贡献率分别是48.18%、41.66%和6.78%,累积贡献率为96.61%;综合得分内蒙(-15.22)最好。利用茎秆生产无水乙醇原料耗能2.7×103～7.4×103 MJ/t,综合利用后耗能1.4×103～3.9×103 MJ/t。能量产投比分别为4.0～10.9和7.6～20.7。甜高粱作为能源作物从经济成本和能源效率上可行,各生产要素中人工投入对成本、生产资料对能源效率的影响最大。因子分析综合评价认为各要素成本在区域之间有显著差异。在不同区域平衡机械和人工投入对成本和能源效率的影响具有重要意义。

基于近红外光谱法快速测定秸秆堆腐过程中纤维素、半纤维素和木质素含量的研究

探索建立秸秆化学成分的近红外快速准确检测模型,将有助于秸秆腐熟程度判定及秸秆利用产业在线控制。本研究利用添加堆腐剂对小麦秸秆进行腐熟试验,以腐熟过程中的小麦秸秆样品为研究对象,利用NIRS构建快速检测秸秆主要成分含量的定量检测模型。研究结果显示,可以通过NIRS在短时间内精准检测小麦秸秆腐解过程中纤维素、半纤维素、木质素的含量,定标相关系数Rc分别为0.976 7、0.980 5和0.984 8,矫正相关系数分别为0.984 1、0.987 2和0.989 8,全交互验证相关系数为0.979 8、0.989 2和0.987 3,RPD值分别为4.84、6.57和5.75均>3.0,定标效果良好。

一种厌氧发酵简易装置及其沼气发酵效果分析

试验设计了一种能够对多个样品同时进行厌氧发酵的简易装置,为评估试验装置性能,以ND608、ND627、ND691、先玉335、高油5580和大刍草的秸秆为原料进行批量厌氧发酵试验。结果表明:1)本试验装置容易获得厌氧环境,37℃恒温条件下,厌氧反应的启动较快,装样10h后,有明显的气泡产生。反应40d后,厌氧发酵反应终止。2)CH4体积分数为64.09%～65.55%,CO2体积分数为28.80%～31.60%;其中大刍草(291.05mL/g)和高油5580(281.67mL/g)的CH4单位产气量较高。由此可见:本试验设计的发酵装置能够满足目前厌氧发酵反应的要求,符合对多个玉米秸秆样品同时评估的要求。

玉米秸秆磷含量近红外漫反射光谱的建模研究

利用近红外光谱(NIRS)技术,建立玉米秸秆磷含量的快速定量分析模型,有利于植物养分利用效率和遗传育种研究。本研究选取了来源广泛的200份玉米自交系秸秆样品,结合近红外光谱仪在4000~10000cm-1波段处测量的秸秆样品的光谱数据和钼锑抗比色法测量的样品磷浓度,分别用偏最小二乘(PLS)、最小绝对值收敛和选择算子(LASSO)、支持向量机(SVM)和回归树(RT)的方法,建立了玉米秸秆磷含量的近红外定量分析模型。5折交叉验证结果显示,PLS为最优建模方法,测试集预测值和真实值的相关系数(rtest)为0.80±0.05,训练集的拟合相关系数(rtraining)为0.97±0.03。将PLS与不同的光谱预处理方法结合来优化模型,在11种预处理方法中,归一化以及平滑化的预处理方法效果最好,rtest均为0.80±0.05,与原始光谱数据相比相关性并未显著提高。随着训练集个体的增加,预测准确性不断提高,当训练集和验证集比例为8∶2时,预测相关系数为0.80,与留一法的预测相关系数(0.81)相当。综上,PLS建立的玉米秸秆磷含量的近红外定量分析模型预测准确性较高,可用于育种或者遗传学研究中磷含量的测定。