肉鸭粪肥替代化肥对小白菜及土壤环境的影响

为探究肉鸭粪肥部分替代化肥对小白菜品质及土壤环境的影响,采用盆栽试验的方法,研究了好氧堆肥、异位发酵床、黑膜厌氧塘3种方式腐熟的肉鸭粪肥等氮量替代30%、50%和70%化肥下,小白菜产量、品质及土壤环境的变化情况。结果表明:在38d的生长期内,配施肉鸭粪肥可显著提高小白菜可溶性糖以及可溶性蛋白的含量,黑膜厌氧塘处理的鸭粪肥30%替代化肥对提升小白菜鲜质量,菜叶中可溶性糖和可溶性蛋白效果最优;肉鸭粪肥部分替代化肥处理相较纯化肥处理可使小白菜中硝酸盐含量下降31.4%~41.1%。配施肉鸭粪肥30%替代化肥处理,小白菜地上部重金属As、Cr、Cd的含量均未超出食品安全相关标准的安全限值;而当好氧堆肥处理后的肉鸭粪肥替代比例为50%和70%时,菜叶中Pb含量超标。在本试验条件下各肉鸭粪肥替代化肥处理均未增加土壤重金属污染等级,但增加了土壤中抗生素的种类,且主要以氟甲砜霉素为主。研究表明,肉鸭粪肥等氮量部分替代化学氮肥施用有助于增加小白菜产量,提升小白菜中可溶性糖和可溶性蛋白含量,降低其硝酸盐含量,对小白菜和土壤中重金属的影响较小,但会增加土壤中抗生素的种类,综合结果表明黑膜厌氧塘处理的肉鸭粪肥30%替代化肥施用效果最佳。

中试膜生物反应器处理奶牛养殖污水的微生物群落结构分析

为了研究中试膜生物反应器在不同运行参数下处理高浓度奶牛养殖污水时膜生物反应器(Membrane bioreactor,MBR)内微生物群落结构的演变情况,对不同污泥龄(Sludge retention time,SRT)、水力停留时间(Hydraulic retention time,HRT)和曝气方式(连续曝气、3种间歇曝气)形成的5种工况下MBR微生物组成、多样性以及优势菌群分布进行了表征,同时对比研究了不同工况下污染物去除效果。结果表明,MBR处理高浓度奶牛养殖污水的最佳运行参数:SRT为30 d、HRT为96 h、曝15 min/停10 min,此参数条件下化学需氧量(COD)、NH_(4)^(+)-N、总氮(TN)和总磷(TP)的去除率分别为97.0%±0.5%、90.4%±1.3%、85.5%±1.8%和89.6%±5.6%,处理出水中4种水质指标浓度分别为(224±56)、(45±8)、(105±19)mg·L^(-1)和(4±2)mg·L^(-1),运行期间部分处理出水的COD浓度达到农田灌溉水质标准要求,高效稳定的有机物和氮磷去除效果依赖于MBR微生物的多样性和功能微生物的稳定性。反硝化除磷菌门的Proteobacteria(变形菌门)、Firmicutes(厚壁菌门)和Bacteroidetes(拟杆菌门)的丰度占总细菌的85.2%,污水高效脱氮除磷效率与反硝化除磷菌的种类、相对丰度密切相关;优势菌纲Gammaproteobacteria(γ-变形菌纲)、Bacteroidia(拟杆菌纲)和Clostridia(梭菌纲)的相对丰度总占比达81.2%,其中功能性除磷菌纲Gammaproteobacteria的丰度最高,达57.3%,保证了处理出水较低的TP浓度;优势反硝化菌属为Ottowia(奥托氏菌属),相对丰度占比达54.8%,可显著提高MBR脱氮效率。MBR处理高浓度奶牛养殖污水可实现良好的污染物去除效果,污染物去除效果与优势菌群密切相关,优势菌群相对丰度越高,越有利于提高污水处理效果和出水水质。

死畜禽碱解处理技术研究现状及展望

死畜禽无害化处理是养殖场必须面对和解决的问题,目前的主要处理技术存在某些潜在的生物风险。碱解技术是近年来新兴的死畜禽无害化处理技术,该技术工艺操作简单、生物安全性高,为染疫动物或者死因不明动物的无害化处理提供了新的技术选择。但碱解技术在我国并未得到足够的重视,相关研究及应用尚处于初级阶段。综述了国内外关于死畜禽碱解处理技术的工艺参数、病原微生物杀灭效果、碱解产物处理利用等研究现状,指出了碱解技术目前存在运行费用高、碱解产物处理利用技术不配套等问题,并提出今后应加强技术工艺参数研究,并从自动化控制、碱解液肥料化利用等环节来进一步完善和提升碱解技术工艺,旨在为我国死畜禽碱解处理技术的进一步发展提供参考。

设施牧草产业发展需求与植物工厂技术研发对策

人工光植物工厂可以通过环境调控和营养调控在较短时间内获得较高的生物量和营养物质累积,实现多层立体生产牧草生产,但适宜人工光植物工厂生产的牧草种类及其无土栽培方式、光配方及光照模式尚不清晰,光周期调控价值有待探讨,碳累积和营养物质累积代谢规律需要揭示,亟需建立基于牧草种类的高效生产技术参数,节能高效,易于管理。本文重点阐述了人工光植物工厂牧草生产的现实需求、技术需求和研发方向,提出了牧草植物工厂的概念和应用策略。

设施环境下蔬菜干烧心的发生原因及防控策略

随着我国设施农业的快速发展,蔬菜生产亟需从数量向质量转型,提高蔬菜质量已成为设施蔬菜发展的首要问题。干烧心是叶菜类蔬菜生产中普遍存在的由钙缺乏引起的生理性病害,在设施环境下尤为严重。本文从蔬菜种类、设施环境(风速、湿度、光环境、营养液)和栽培管理的角度,系统分析了设施环境下蔬菜干烧心发生的原因,并提出了相应的防控策略。

微生物燃料电池处理奶牛场污水运行效果与产电性能试验研究

为探讨微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)应用于奶牛场污水处理技术的可行性,通过构建双室型和单室型MFC反应装置,以奶牛场污水为阳极反应液,对MFC的产电性能以及污水中主要污染物的降解效果进行研究。结果表明,单室型和双室型MFC均可稳定地产电运行,平均日最大输出电压分别为563.8和390.8 mV,最大功率密度分别为48.5和21.7 mW·m^(−2),表观内阻分别为346.4和489.5Ω,且单室型MFC产电性能优于双室型;单室型和双室型MFC对奶牛场污水中化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)的平均去除率分别为79.3%和77.4%;单室型MFC对总磷(total phosphorus,TP)、总氮(total nitrogen,TN)和氨氮(ammonia nitrogen,NH_(4)^(+)-N)的平均去除率分别为70.9%、65.4%和78.9%,分别比双室型MFC相应去除率高101.4%、24.3%和21.0%,单室型MFC对污染物去除率优于双室型MFC。MFC作为一种污水处理新方法,用于奶牛场污水处理具有技术可行性,其在降解奶牛场污水中有机物和氮磷污染物的同时能够产生电能,在实现节能减排、碳达峰和碳中和方面具有广阔前景。

猪场沼液热处理对病原微生物杀灭的关键因素研究

农田利用和回冲圈舍是猪场沼液资源利用的主要途径,然而常温或中温厌氧发酵产生的猪场沼液有存在病原微生物的风险。借鉴欧盟厌氧发酵后巴氏消毒技术,采用热处理消毒法对猪场沼气工程厌氧发酵沼液进行消毒试验研究,为优化沼液热处理消毒的参数,以大肠菌群、粪大肠菌群的数量为指标,在进行50~80℃预备试验基础上,采用3种总固体含量(2%、4%、6%)的沼液、在4种加热温度(52.5、55、57.5、60℃)、3种加热时间(35℃升温至加热温度时间、15 min、30 min)的条件下,探讨猪场沼液热处理消毒的影响因素及其消毒效果。研究表明,加热温度和加热时间对沼液热处理消毒效果均有极显著影响(P<0.01),沼液总固体含量对沼液热处理消毒效果无显著影响(P>0.05),但沼液总固体含量越大,沼液升温速率越慢。对于本研究所用厌氧发酵沼液,在加热温度60℃,持续加热15 min后,沼液中大肠菌群数平均小于1 CFU·mL-1、粪大肠菌群数平均小于0.03 MPN·mL-1,满足《再生水水质标准》(SL368-2006)再生水回用于农业病原微生物杀灭要求。研究可为猪场沼液消毒处理技术开发提供参考依据。

不同施肥处理对土壤氮淋溶及设施辣椒品质的影响

试验以嫁接辣椒为试验材料,设置传统施肥(FP)、有机肥+75%化肥(N1)、有机肥+50%化肥(N2)、30%有机肥+50%化肥(N3)、30%有机肥+50%化肥+活性炭32.4 kg/小区(N4)5个处理组,研究不同施肥处理对设施辣椒产量、品质以及对土壤氮素淋溶的影响。结果显示,N1处理组淋溶液氮素比其它4个处理组少34%~65%;产量与经济效益方面FP比其余4个减量施肥处理组低18%~43%,N1处理组产量显著高出5%~43%(P<0.05);5个处理组辣椒植株氮素吸收量与果实品质差异不显著(P>0.05)。

规模猪场机械通风育肥舍氨气产生及排放研究

为了获取机械通风育肥猪舍内氨气产生和排放的基础数据,分春、夏、秋和冬四季对规模化种猪场育肥猪舍(试验期间猪的日龄在90~110 d)的氨气浓度进行测定,在猪舍设定3个采样点,每个季节连续采样5 d,每日采样4次,同时采用通风量现场测定系统对风机通风量进行测定。结果表明:育肥猪舍内春季、夏季、秋季和冬季的氨气平均浓度分别为(3.60±1.67)、(3.15±1.02)、(3.88±0.38)、(8.41±0.98)mg·m-3,夏季氨气平均浓度最低,其次是春季和秋季,冬季氨气浓度最高;育肥猪舍不同季节通风量为38.1~112.7 m3·h-1·头-1,夏季通风量分别是春季、秋季和冬季通风量的2.08、2.34、3.04倍,在此通风条件下育肥猪舍内氨气浓度为1.6~10.0 mg·m-3(风机故障除外),均未超过GB/T 17824.3—2008的限值(25 mg·m-3);育肥猪舍不同季节白天管理活动时间内(7:00—17:00)氨气排放速率为0.17~0.24 g·h-1·m-2,而全天平均氨气排放速率为0.13~0.23 g·h-1·m-2,夏季和冬季猪舍氨气排放值较高、其次是春季,秋季排放相对最低。

设施园艺生产人工补光理论初探

光是影响设施园艺作物生长最重要的环境因子。冬春季以及连阴天、雾霾等弱光环境对园艺作物正常生长影响明显,人工补光已经成为设施园艺生产的重要手段之一。当前中国设施园艺人工补光研究刚刚起步,相关理论与方法研究薄弱,补光设计缺乏依据。文章从设施植物光合作用特性、设施光环境特征、光对作物生产性能影响、中国太阳日辐射量以及人工补光思路等方面进行理论阐述,以期对设施园艺人工补光应用提供有益的参考。

我国设施蔬菜产业提质增效的方法与措施

引言随着人口的增长和城市化的加剧,中国对农产品需求的数量和质量持续增加,而农业不可再生资源(耕地、水肥等)不断减少,环境污染日益严重(大气污染、土壤污染和水污染等),气候变化及其灾害逐年增多,导致露地农田生产的不确定性增加,食物(粮食、蔬菜、水果等)产出数量和质量难以保证,食物安全问题日益凸显[1]。设施园艺作为环境因子可控并可进行周年生产的高效农业生产模式,在植物和食用菌等农产品集约化生产,均衡农产品四季供给,解决国家食物安全尤其是菜篮子安全方面起着不可或缺的作用。

植物照明产业发展机遇与挑战

植物照明是农业照明的主要组成部分,是一种调控设施植物光环境的工程技术措施,以促进植物的生长发育、产量及品质。植物照明主要应用于设施植物生产(人工光植物工厂和温室等园艺设施中),少量用于露地栽培补光,克服弱光寡照逆境或实施光周期调控,以获得最大植物生产效益。植物照明是一个跨界的科学技术领域,涉及到设施园艺工程和照明工程两个学科,为交叉新兴产业,因此产业发展快慢和质量高低依赖于学科交叉融合程度。

絮凝预处理对奶牛场膜生物反应器膜污染影响的中试试验

为探讨经济实用的高浓度奶牛场污水预处理方法,该研究开展了絮凝预处理对膜生物反应器(Membrane Bioreactor,MBR)膜污染的影响试验,试验采用高浓度奶牛场污水原水和絮凝出水作为MBR进水依次运行,对比分析了不同进水的膜污染规律及其原因。结果表明,絮凝出水作为MBR进水时膜污染速率较污水原水降低47%且膜组件的维护性清洗时间间隔由10 d延长至16 d;MBR处理污水原水的膜池混合液中胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances,EPS)和溶解性微生物产物(Soluble Microbial Products,SMP)浓度分别为4.76和3.94 g/L,而处理絮凝出水时的EPS和SMP浓度值分别为3.97和2.23 g/L。两阶段MBR膜池混合液各粒径值总体上均呈现先增大后减小的趋势,第1和第2阶段的最大粒径体积百分比分别出现在第16天和第23天,第1阶段EPS浓度和SMP浓度均随着颗粒粒径的增大而减小,第2阶段EPS浓度随着颗粒粒径的增大而增大但SMP浓度与颗粒物粒径之间无变化规律;MBR处理污水原水的膜池混合液颗粒粒径的峰值较分散,且16 d后峰值向小粒径方向移动,而处理絮凝出水的峰值粒径相对稳定,且峰值粒径对应的最大体积百分比从3.57%增加至5.95%。MBR对2种进水的化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)去除率均可达90%以上,氨氮(Ammonia Nitrogen,NH3-N)去除率均接近90%,对絮凝出水的总磷(Total Phosphorus,TP)处理效果高于污水原水。絮凝预处理使膜池混合液的EPS和SMP浓度降低且SMP蛋白质浓度显著降低(P<0.05)、膜池混合液颗粒粒径显著增加(P<0.05),有效减缓了MBR的膜污染,絮凝预处理与MBR组合可望为高浓度奶牛场污水处理提供可靠的技术途径。

离心微滤对猪场废水固液分离效果研究

固液分离是畜禽废水处理的关键技术,不仅可以将固体物质分离出来进一步肥料化利用,还可减少废水中污染物浓度从而降低后续处理负荷。本文主要针对传统的固液分离设备效果差和效率低的问题,以离心微滤机为研究对象,通过系统监测,科学评价猪场废水总固体浓度(1%、2%、3%、4%和5%)和离心微滤机筛网孔径(15μm、25μm和50μm)对去除率的影响。结果表明,随着总固体浓度的增高和筛网孔径的减小,水质指标的去除率有增加趋势。随筛网孔径的增大离心微滤机单位时间内的处理量也随之增加,50μm时处理量为14~19 m^(3)∙h^(−1),15μm与25μm时处理量为2~7 m^(3)∙h^(−1)。综合考虑,总固体浓度为5%和筛网孔径为50μm为最佳处理组,水质指标中总固体浓度、化学需氧量和总磷的去除率分别为57%、29%和43%。该离心微滤机与其他固液分离设备相比,具有分离效果好和能耗低的优点,因此在处理猪场废水时具有较好的应用前景。

南疆沙漠日光温室水幕集热-地暖加温系统优化设计研究

新疆南疆地区位于欧亚大陆腹地,境内光热资源丰富、空气质量高、出口便利,具备发展设施农业的先天优势和潜力[1]。新疆太阳年总辐射量达到5000~6400 MJ/m^2,而南疆地区基本都在5800 MJ/m^2以上[2]。南疆和田地区位于塔克拉玛干沙漠边缘,沙漠土地资源丰富,属于典型沙漠设施农业类型。

种植年限对和田市设施菜田土壤养分累积分布的影响

本研究以新疆和田地区设施菜田为研究对象,比较不同种植年限土壤剖面中硝态氮、有效磷含量及电导率的变化特征。结果表明:(1)随着种植年限增加,硝态氮、有效磷含量及电导率有增加的趋势。(2)0~40 cm土层,硝态氮、有效磷含量及电导率随土壤深度的增加有降低的趋势,土壤养分出现表聚现象,在20~40 cm、40~60 cm土层无明显变化。(3)土壤有效磷含量普遍处于较低水平,种植3年以上的设施菜田硝态氮含量出现“陡增”现象,有次生盐渍化趋势。

设施甜椒土垄内嵌式基质栽培垄的N2O排放通量昼夜变化

为了探究新型栽培方式下甜椒苗期N2O的排放量和排放昼夜变化规律,明确新型栽培方式下最佳的蔬菜减排栽培模式,通过静态箱-气相色谱法分别对土垄栽培、土垄内嵌式基质栽培(SSC)标准垄、SSC矮垄3种栽培模式的内嵌区和整个垄部连续取气测定N2O排放量。结果表明,测定时间段内,设施甜椒苗期的N2O排放通量出现两个排放峰值,呈现昼高夜低的现象。在白天(8:00—16:00),SSC矮垄的垄部N2O的平均排放通量最大,为0.180 mg·m^-2·h^-1,土垄的垄部N2O的平均排放通量最低,为0.112 mg·m^-2·h^-1;在夜间(17:00—22:00),SSC标准垄的垄部N2O的平均排放通量最大,为0.113 mg·m^-2·h^-1,土垄的垄部N2O的平均排放通量最小,为0.064 mg·m^-2·h^-1。3种栽培模式的N2O的昼夜累积排放量无显著差异,与土垄栽培相比,SSC矮垄栽培更有利于甜椒的生长。综上,SSC矮垄栽培有利于设施蔬菜的生长,为设施蔬菜减排增效技术研究提供参考。

垄沟填埋秸秆对SSC番茄生长及其微环境的影响

探究填埋不同配比鸡粪秸秆复合发酵物对设施蔬菜根区温度及CO2释放的影响,为复合秸秆发酵物在冬季日光温室蔬菜栽培的应用提供理论依据。以番茄为供试材料,共设置9个处理,未填埋秸秆(CK),番茄秸秆∶鸡粪=5∶1(均为质量比)(S1)、6∶1(S2)、7∶1(S3)、8∶1(S4),玉米秸秆∶鸡粪=5∶1(T1)、6∶1(T2)、7∶1(T3)、8∶1(T4)以垄沟填埋的方式施入土壤,对番茄根区温度、CO2释放及番茄的生长进行测定。结果表明:与CK相比,S2处理和T4处理的根区温度表现最好,比CK最低温度和最高温度分别提高1.93℃、1.63℃和2.78℃、1.53℃;S2处理的平均CO2释放量显著高于CK和其他处理,并较CK提高37.37%;S2处理能够促进番茄生长,主要表现在提高了番茄的株高、茎粗、叶片数、叶片叶绿素SPAD值和番茄生物量。综上,以提高根区温度为目的时,填埋比例为番茄秸秆∶鸡粪=6∶1和玉米秸秆∶鸡粪=8∶1时效果最好;以产生CO2和促进植株生长为目的时,填埋比例为番茄秸秆∶鸡粪=6∶1时效果最好。

多腔主动蓄放热系统优化设计与性能分析

主动蓄放热系统是温室太阳能高效热利用的一种设备,为了改良集热板结构,提升集热量和主动蓄放热系统的各项性能,以集热效率提升为目标,首先进行主动蓄放热系统集热板连接结构和流道设计优化,然后进行系统集成设计与加工制作,并在温室中对其进行性能测试。通过集热板内沿程阻力与对流换热系数关系的模拟计算,确定长16 mm和宽4 mm的圆角矩形作为集热板横截面腔室结构尺寸,管板插接激光焊作为集热板组装工艺。温室现场测试结果表明:在北京地区,冬至日以后的49 d内,多腔主动蓄放热系统的平均集热效率达到79.5%,以温室建筑面积计算,该系统日平均集热量为1.0 MJ·m^(-2),平均放热功率为23.9 W·m^(-2);该系统平均放热能效比为5.4,与电加热加温方式相比,平均节能率为81.2%。主动蓄放热系统的关键性改进优化可改善放热性能,系统运行稳定性、耐久性进一步提高,为主动蓄放热系统规模化应用提供技术支撑。

连续光照条件下LED红蓝光供光模式对紫叶生菜生长和品质的影响

为了探究连续光照(continuous light,CL)条件下发光二极管(light emitting diode,LED)红蓝光供光模式对紫叶生菜生长、产量和品质的影响,在环境可控的人工光植物工厂内,设置6组不同LED处理,分别为常规光照-光子通量密度(spectral photon flux density,SPD)恒定(RB,16 h/8 h)、CL和SPD恒定(RB’,24 h/0 h);CL和SPD发生规律性变化(S1和S2:交错光照处理,24 h周期内分别以蓝光、红蓝光、红光的顺序交替照射1次和2次;A1和A2:交替光照处理,24 h周期内蓝光和红光分别交替照射1次和2次),其中5个CL处理之间红蓝光量子数相同,光谱光强均为200μmol·m^(-2)·s^(-1)。对不同处理模式下紫叶生菜的生长、产量和品质进行测定。结果表明,CL显著增加了生菜地上部产量,其中红蓝光交替处理下生菜地上部生物量最高,红蓝光交替和交错照射均显著增加了过氧化氢、超氧阴离子和丙二醛含量,但是并未造成严重的光氧化胁迫,且提高了抗氧化酶活性,增加了花青素和总酚含量,但同时也增加了叶片中硝酸盐的含量。综上所述,连续光照条件下红蓝光交替照射处理效果最优。