| 题名 | 甘薯加工废水中碳氮生物消纳技术研发与应用 |
| 作者 | 徐圣君 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2014-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 庄国强，白志辉 |
| 关键词 | 甘薯加工废水 梯级资源化利用 微生物肥料 生物质气体 氮素淋失 氧化亚氮 sweet potato starch wastewater resource step-utilization biofertilizer biomass energy Nitrogen leaching N2O flux |
| 其他题名 | Bioconversion of Carbon and Nitrogen from Sweet Potato Starch Wastewater to Biofertilizer for Increasing Agricultural Output and Controling Non-point Source Pollution |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 集约化的农业生产带来了点源-面源的复合污染，造成水体污染与温室效应。本研究以亚热带典型丘陵地区金井流域为示范点，以甘薯加工废水为切入点，通过生物能多级转化技术，对甘薯废水中的碳、氮资源进行资源与能源的回收利用开发微生物肥料与生物质气体，并开展了微生物肥料对土壤氮素迁移转化的生物调控机制研究，一方面构建出甘薯加工废水梯级资源化处理技术体系，降低处理能耗，实现甘薯加工废水处理的净产出；另一方面通过农业系统中碳氮元素的高效循环利用，实现了土壤的修复与保育、面源污染的控制和温室气体的减排。论文取得了以下成果： ⑴以甘薯淀粉废水为原料，通过微生物发酵技术开发出多粘类芽孢杆菌叶面肥，具有发酵工艺简单（pH 6.5、温度 29.0 °C和转速为 250 r/min）、肥料营养元素丰富安全和生产成本低廉的特点。茶园应用结果显示：多粘类芽孢杆菌可显著提高茶树产量、水浸出物含量和茶多酚含量，分别提高 16.7%, 6.3%和10.4%，成为有机茶生产的环境友好型肥料。 ⑵在流域农业废弃物循环利用方面，以甘薯加工废水和稻草秸秆为原料，通过液体-半固体联合发酵技术开发绿色木霉菌根施肥，既实现废弃物中碳、氮资源的循环利用（可为流域内茶园提供 2.4 t C ha−1和 58.7 kg N ha−1），促进茶树增产（产量增加 16.2%~62.2%），又可实现 N2O减排与氮素淋失消减。在统一施氮水平（225 kg N ha−1yr−1）上与尿素相比，绿色木霉菌肥处理的茶园土壤 N2O的排放通量为3.07~9.82 g N ha−1d−1 ,减少 33.3%~71.8%； 绿色木霉菌肥处理的茶园土壤氮素淋失总量为 12.35 kg N ha−1d−1 ，减少 44.7%. ⑶改进型 ABR反应器的 COD去除率可达 76.2~94.1%，氢气和甲烷的产量分别可达 0.70~1.33 l/m3*d和 0. 60~1.13m3 /m3*d；若将 ABR运行水温由常规 35 °C调整为 29.6 °C（环境温度条件下的 ABR最高运行效率），全年尺度上处理1m3的甘薯加工废水的处理成本由 0.8元/m3降低到0.2元/m3 。此外厌氧出水土地消纳处理技术可行，可显著增加蔬菜产量和降低 N2O排放通量，提高了厌氧技术在亚热带地区的实用性。 ⑷微生物肥料（木霉菌）与氮肥混施可以显著提高作物产量，分别增产21.9%、8.1%并使 N2O累积排放通量减少 51.4~67.5%。此外微生物肥料促进植物对氮素的吸收，相对提高 19.3%和 27.3%并减少土壤氮素残留总量，分别降低20.2%和 67.3%，可显著降低氮素淋失风险。通过氮素迁移转化通量核算和分子生物学解析相结合的方式，获得了微生物肥料对土壤氮素生物调控机理的初步结论：首先，微生物肥料的生物活性促进了植物对氮素的吸收，降低土壤氮底物浓度，其次微生物肥料促进反硝化过程特别是 nosZ基因表达的激增，强化氧化亚氮的还原降低其排放，实现氮素污染的过程控制！ |
| 公开日期 | 2015-07-08 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/15627]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_中国科学院环境生物技术重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 徐圣君. 甘薯加工废水中碳氮生物消纳技术研发与应用[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2014. |
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