本文以黑水虻Hermetia illucens为研究对象,探索不同废弃物对其幼虫生长、营养组成及生产性能的影响.结果表明,黑水虻幼虫可将餐厨垃圾(FW)、厨余垃圾(KW)、蔬菜废弃物(VW)、猪粪(PM)、牛粪(DM)、鸡粪(CM)等转化成优质蛋白质和脂肪.以FW和KW作为基质养殖10 d后,幼虫体长(19.0 mm、17.1 mm)与单头重(171.54mg、136.82 mg)显著高于其它处理.虫粉粗蛋白含量受废弃物种类影响相对较小.不同废弃物处理虫粉均显示出良好氨基酸谱.尽管各处理虫粉总必需氨基酸含量低于鱼粉和豆粕,但FW、KW和CM处理虫粉缬氨酸含量高于鱼粉和豆粕,VW处理虫粉异亮氨酸和缬氨酸含量高于鱼粉和豆粕,PM处理虫粉组氨酸和缬氨酸含量高于鱼粉和豆粕.以FW和KW作为基质养殖10d后,尽管虫粉不饱和脂肪酸和必需脂肪酸比例低于采食PM和DM的处理,但远高于其它处理的虫粉粗脂肪含量(42.13％、37.49％),虫粉不饱和脂肪酸和必需脂肪酸含量也最高;料虫比(6.06、7.90)显著低于其它处理,幼虫转化率(59.40％、52.07％)显著高于其它处理;废弃物减量化率(89.53％、84.46％)仅低于VW处理(94.86％).利用黑水虻幼虫处理FW和KW,幼虫生长性能和营养组成优于其它废弃物处理,且生产性能最好.

综述回顾我国农业碳排放的主要特征及类型,并指出农田利用、畜禽养殖、农业废弃物处置和土地利用管理等 4 方面的农业碳减排潜力.合理的农艺管理和经济政策措施可以减少农田利用碳排放;源头农业碳减排、过程控制和末端处理等措施可以降低畜禽养殖碳排放;优化粪便管理模式和农业秸秆利用可以减少农业废弃物处置碳排放;优化土地资源利用结构、实现土地集约利用和建设高标准农田是土地利用管理碳减排的重要举措.综述可为提升我国农业碳减排潜力提供参考.

为提高生物炭对磷的去除效果和将厨余废弃物的资源化利用,文章以废弃虾壳为原料,用NaOH将LaCl3以La(OH)3沉淀形式附着在虾壳表面,进行热解得镧改性生物炭(CSLa).采用XRF、SEM、BET、FTIR和XRD对改性前后的生物炭表征分析.采用吸附等温线模型和吸附动力学模型拟合生物炭的吸磷特征.研究了改性剂用量、初始pH、共存干扰离子对生物炭吸附磷的影响.结果表明镧化合物负载在生物炭表面,对磷吸附能力明显提高,最大理论吸附量为160.51 mg/g,与CS400磷最大吸附量(100.60 mg/g)相比约提高60％.在低浓度或高浓度磷溶液条件下,CSLa对磷吸附量和去除率均高于CS400,在实际水产养殖废水中更实用.吸附过程主要受化学吸附、颗粒内扩散控制.有关机理分析的结论表明表面沉淀作用、静电吸引、配体交换和内层络合作用是CSLa吸附磷的主要机理.CSLa更适合在弱酸性环境中除磷,不过在碱性环境条件下其吸附量也比较高.HCO3-和CO2-3对CSLa磷吸附有一定的抑制作用.研究以低温400℃为热解温度制备镧改性生物炭,不仅提升了生物炭对磷的吸附量和去除率,而且消耗热能较少,更有利于实际应用.

削减粪尿储存过程中氨(NH3)排放与氮素(N)损耗,是减少养殖业废弃物排放大气污染物和资源高效利用的重要举措.以青藏高原集约化养殖过程中新鲜牛粪尿混合物为研究对象,通过向粪尿中添加脲酶抑制剂(正丁基硫代磷酸三胺,NBPT)、硝化抑制剂(3.4-二甲基吡唑磷酸盐,DMPP)及明矾,测定不同抑制剂添加后短期储存过程中(22天)粪尿NH3释放量及不同形态养分含量,并利用结构方程模型分析影响粪尿储存过程中NH3排放和N转化的各因素效应.结果表明:(1)DMPP和明矾处理下NH3累积排放量及氮素损失量均与对照组无差异,而NBPT处理比对照组NH3累积排放量降低25.07％;(2)NBPT处理使粪尿短期储存过程中总有机氮含量平均值较对照增加43.86％,而铵态氮含量下降39.15％,同时粪尿C:N平均值比对照增加20.99％;(3)粪肥储存期间高含水量有利于削减NH3排放,脲酶抑制剂通过降低总有机氮分解和C:N,进而减少铵态氮生产并降低粪尿短期储存中NH3逸散.总之,脲酶抑制剂能够通过控制铵的生成有效减缓牛粪尿混合物储存过程中N的损耗和NH3释放,而硝化抑制剂及明矾的最优施用条件有待深入研究.

有机废弃物的安全处理与二次利用是当今社会发展进程中的一大难题,亮斑扁角水虻Hermetia illucens强大的生物转化能力可有效解决此类问题:一方面,亮斑扁角水虻可大量消耗有机废弃物,有效治理环境污染;另一方面,转化后的虫体营养价值高,广泛应用于养殖领域.然而,亮斑扁角水虻的生物转化作用机制目前尚不明确,可转化的有机废弃物范围及其转化效率的影响因素仍有待探讨.本文结合近年来关于亮斑扁角水虻领域的研究,主要从亮斑扁角水虻对有机废弃物的生物转化作用、转化效率的影响因素、虫沙的应用和肠道微生物的功能4 个方面进行综述,同时对未来需要解决的问题进行了展望,以期为亮斑扁角水虻的综合开发利用提供参考依据.

采用文献计量学的方法,运用CiteSpace信息可视化软件,首次对中国农业废弃物管理领域的研究热点、演进路径及研究前沿进行了系统梳理与归纳.研究发现,(1) 1992年以来,农业废弃物管理领域的文献出版数量总体上呈增长趋势,经历了“平稳发展→快速增长→波动上升→波动下降”4个阶段.(2)中国农业废弃物管理研究的热点主要聚焦于农业废弃物资源化利用、农业废弃物对生态环境的影响、农业废弃物利用与畜牧业发展、农业废弃物资源化生态补偿等4个方面.(3)从演进路径来看,中国农业废弃物管理研究从第一阶段聚焦于畜牧业发展,到第二阶段以“污染防治”和“资源化利用”为核心议题,再到第三阶段细化为“畜禽养殖污染防控”与“能源化利用”两个方向,最后形成以“低碳农业约束下的农业废弃物利用”的跨学科研究.(4)农业废弃物管理前沿研究则表现出两种特征:一是研究重点正从农作物秸秆转为畜禽粪便;二是对于低碳农业约束下的农业废弃物利用(尤其是能源化利用)问题呈现出不断深化探索的趋势.

试验采用单因子随机分组试验设计,测定了施用复合微生物制菌剂Y30017后对蛋鸡舍内有害气体、鸡粪便排泄物成分的影响,分析该复合微生物菌剂对规模化养鸡场鸡舍环境净化的效果.结果 表明:试验组鸡舍氨气浓度和硫化氢浓度分别下降了2.26 mg/kg和1.92 mg/kg(P＜0.05);鸡粪排泄物pH值上升1.1％(P＜0.05),粗蛋白含量提高了9.17％ (P ＜0.05);每克盲肠内容物中大肠杆菌数量降低了37.17％ (P ＜0.01),乳酸杆菌和双歧杆菌数量分别提高了11.49％和16.17％(P＜0.05),未检出沙门氏菌.结果 显示,鸡舍主要污染物得到有效控制,养殖环境得到较大改善,使用复合微生物菌剂Y30017控制规模化养鸡场污染物均具有良好的效果,同时可有效提高粪便废弃物的营养值,对养殖废弃物资源化利用具有良好的提质增效作用.

为揭示鳗鲡养殖废弃物中抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的赋存特征以及探讨抗生素残留和微生物群落对ARGs的影响,采集鳗鲡养殖场排污口底泥和养殖废水样品,应用实时荧光定量PCR(quantitive real-time PCR,qPCR)对ARGs赋存特征进行分析,利用高效液相色谱-串联质谱(high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry,HPLC-MS/MS)对样品中的抗生素残留进行定量检测,同时采用Illumina NovaSeq高通量测序技术分析底泥和废水中的微生物群落结构特征,进一步对ARGs与抗生素、ARGs与微生物群落结构的相关性进行研究.结果显示,鳗鲡养殖废弃物中的优势ARGs为sul2、tetA和tetG,其相对丰度＞1.0×10-2copies/16S rRNA,处于较高水平;在鳗鲡养殖废弃物中共检测到4种喹诺酮类抗生素和1种四环素类抗生素,未检测到磺胺类抗生素残留,且残留抗生素与ARGs之间的相关性不显著(P ≥ 0.05);底泥与废水中的菌群结构存在一定的差异,Proteobacteria为鳗鲡养殖废弃物中丰度最高的门类,其中菌属Cetobacterium、Plesiomonas、Polynucleobacter与特定ARGs之间存在显著性正相关(P＜0.05).因此,鳗鲡养殖废弃物中ARGs的污染情况较为严重,微生物群落的变化对环境抗生素抗性有显著影响;研究结果可为后续控制ARGs的传播提供基础理论数据.

循环水养殖系统(Recirculating Aquaculture System,RAS)具有排放高营养的养殖固体废弃物和高浓度硝酸盐的废水问题,为此研究构建一种改进型人工湿地处理装置,将养殖固体废弃物资源化为湿地系统的外加碳源,以期强化其对循环水养殖尾水脱氮效果,并通过高通量测序对湿地微生物群落进行分析.结果表明,养殖固体废弃物的投加量增加会提升湿地进水中N负荷,当进水TCOD/TN为8.78±0.41且厌氧区深度为30和50 cm时,模拟湿地系统对TN、NO?3-N NH+和4-N的去除效果较好.在门水平上,各湿地系统优势菌门为变形菌门(Proteobacteria),其在各装置厌氧水解区(A)相对丰度为4.44％—62.87％,湿地填料区(B)相对丰度为61.93％—78.64％;模拟湿地系统中反硝化菌属丰度较高,主要为Silanimonas属(1.66％—23.42％)和Rivibacter属(4.74％—12.75％),且B区反硝化菌属相对丰度高于湿地填料区下部的A区;此外深度为30 cm和50 cm的A区还发现1种未培养的厌氧氨氧化菌属(uncultured_c_Anammox_3,0.22％—0.33％).研究结果显示改进型人工湿地在以养殖固体废弃物为碳源时,主要通过反硝化作用脱氮,且存在一定的厌氧氨氧化过程,可为人工湿地处理循环水养殖系统废物的工程实践提供理论指导.

以获得黑水虻Hermetia illucens转化有机废弃物的养殖投喂工艺参数为目标,采用实验室小试模拟试验,以餐厨垃圾为试验原料,研究不同投料方式(1次、2次、3次和4次投料)对黑水虻转化餐厨垃圾过程中幼虫生长性能的影响.结果表明,采用多次投料方式,随着投料次数增加,对转化物料料温波动影响较大,不利于幼虫快速生长;在投虫量和投料量相同条件下,养殖周期为10 d,其中以1次投料处理组的收虫体重、体长、单位面积虫产量为最高,料虫比为最低,与2次投料差异不显著(P>0.05),但与3次、4次投料处理组差异显著(P<0.05);黑水虻转化废弃物前期较低的物料含水率更加有利于虫体生长,而后期物料含水率较高则更为有利.通过生产性能分析发现,从投料回报效果角度考虑生产性能以1次投料为最佳,而从高效率处理餐厨垃圾和投料回报效果两者角度综合分析,生产性能以2次投料为最佳.该结果可为构建黑水虻转化餐厨垃圾标准化生产工艺参数技术体系奠定基础.