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资环所相关团队在农业废弃物综合利用和绿色生产领域取得良好进展

农业废弃物主要包括秸秆、畜禽粪便以及其他农业生产和加工副产物,废弃物的综合利用率和利用质量是衡量区域乃至国家绿色发展水平的重要指标,围绕限制农业有机废弃物综合利用的关键技术,资环所相关团队聚焦秸秆、畜禽粪便和菇渣等重点废弃物利用开展理论和技术创新,近两年取得良好进展。

1.秸秆综合利用

(1)秸秆还田生态效应研究与监测

江苏省是秸秆产生大省,2021年全省秸秆综合利用率95%其中秸秆直接还田65%左右,是短时间大量消纳秸秆、稳定提升耕地质量最现实和操作性最强的措施,对保障粮食安全发挥了重大作用。但是秸秆还田对生态环境的影响一直存在争议。由于各地土壤性状、还田技术和气候条件等差异,对作物立苗、病虫草害发生以及雨季环境污染的风险影响效果不一。鉴于此,资环所基于前期研究成果和生产调研,率先在全省建立了秸秆还田周年生态效应监测网,研发了适于不同季节的秸秆促腐产品,创新秸秆还田技术,研究不同还田技术的农业和环境效应。结果表明土壤类型和墒情、还田深度和机械装备等对还田质量有直接影响,而农田土、肥、水、药等田间管理措施则影响秸秆腐解进程、土壤固碳速率和综合地力提升的水平,秸秆深翻还田明显增加了作物根层容量并减少农田退水环境污染风险,秸秆科学还田的综合效应潜力有待深入研究和挖掘。拼图1.jpg

插秧第30天,不同秸秆还田技术的田面水质量

2)秸秆离田高值化利用技术创新与应用示范

围绕秸秆基农用制品研发,发明了“低离子共熔体+超高温发酵”秸秆纤维控制性耦合拆解及木质素分子活化新方法,阐明了秸秆纤维大分子解聚、秸秆纤维吸滤成型无胶交结与木质素改性涂料对秸秆制品胶黏的分子机理,创制出生物可降解水稻育秧基质块、秸秆蛋托、秸秆抑草地膜和秸秆纤维毯等系列中试农用产品。围绕秸秆高效腐殖化,创新纳米催化与定向湿解技术,实现秸秆一步高效转化为生物质减水剂,用于转化研制人工腐殖酸,人工腐殖酸产率提高35%以上。 秸秆基质块产品应用超过20万亩,并建立为免塑料秧盘秸秆基质块育秧新模式。 图片2.jpg

2.畜禽粪污低碳循环利用技术创新与应用示范

1)创制了畜禽粪污快腐低排堆肥技术。阐明了超高温预处理粪便残留微生物丰度及其后续堆肥过程中微生物群落结构变化对腐殖化过程影响规律,明确了超高温预处理加速堆肥腐殖化的关键因子,研发了可显著加速粪便、厨余垃圾等废弃物降解腐熟的高温菌剂,揭示了关键微生物高效降解有机物的分子生物学机理,集成开发了新型节能、低碳、轻简化的农业废弃物微好氧堆肥新技术,微好氧堆肥碳损失下降30-50%,温室气体排放量降低30%以上。(2)创建了生物和水热转化耦合技术,系统研究了废弃物转化过程,揭示了有机质腐殖化过程的微生物学机制,进一步采用生物强化方法实现了堆肥关键碳素物质高效定向腐殖化和典型有害物质去除,并开发了高效腐殖化功能菌剂和腐殖酸合成优化技术,产品已在多个设施蔬菜生产基地进行应用。

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图片4.jpg 明确功能微生物处理下,堆肥有机质转化规律和腐殖化过程中关键酶及微生物类群

3.菇渣、尾菜等废弃物轻简、高值利用技术研究和应用 

基于不同菇渣、尾菜的性状和功能成分差异,创新了不同有机物料关键组分的快速、准确表征方法,明确了碳组分的活性是不同品种有机肥对作物根际氮转化和吸收的主要影响因子,创制了有机物料快速腐解和高效固碳的微生物菌剂,研发了基于作物和土壤的新型功能肥料及土壤改良剂,集成了“功能有机肥+”系列技术模式,在多个蔬菜和果树示范基地应用,平均减少化肥用量30%以上,碳氮磷径流和淋洗损失减少27-45%,蔬果营养和风味品质显著改善,土壤综合性状和产能提升10%以上。

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上述研究成果得到国家重点研发专项、国家自然科学基金、江苏省重点研发、江苏省自然科学基金、江苏省农业科技自主创新资金等项目资助,在Chemical Engineering Journal(IF=16.7)、Bioresource Technology(IF=11.889)、Journal of Cleaner Production(IF=11.072)、Biochar(IF=11.4515)、Science of the Total Environment(IF=10.753)、Materials Today Bio(IF=10.7617)、Chemosphere(IF= 8.943 )、JENVIRON MANAGE (IF=8.911)、Geoderma(IF=7.422 )、BFS(IF =6.607和农业工程学报等知名期刊发表论文30余篇,其中一区TOP 8篇,获授权发明专利14件(含PCT 2件),申请发明专利11项(含PCT 1件),转让专利1件。研究成果入选省农业重大技术推广计划2项。开发“畜禽粪污资源管理专家”决策支持系统1套(www.cnmp.org.cn),获得农业农村部数字农业农村新技术新产品新模式优秀项目2项,并入选“科创中国”平台。