Suitability of recycled organic residues from animal husbandry and bioenergy production for use as fertilizers

In recent years, agriculture has been increasingly faced with the acute need to find a more sustainable practice for dealing with nutrient-rich organic side streams. For ecological and economic reasons, pressure is mounting every day to implement an improved utilisation and to close nutrient loops in agriculture to the maximum possible. Pig manure and biogas digestates are suitable as organic fertilisers because they contain essential plant nutrients. They also provide organic matter that contributes to the maintenance of soil fertility. However, their current use is often insufficient. Both residues can be used as fertilisers either directly or following treatment. This can be as simple as solid-liquid separation. A more advanced approach is the precipitation of phosphorus for conversion into phosphate fertilisers ("P-Salts"). The fertilising effect of such innovative P-Salts needs to be investigated in an agronomic context. The same applies for the integration of separated biogas digestates as organic fertilisers into different biomass production systems. The primary objective of this thesis is to establish whether recycled fertilisers from organic residues are comparable to mineral fertilisers and can serve as a suitable substitution. For this purpose, five specific objectives were defined: (1) to determine whether separated biogas digestates can complement or substitute mineral fertilisers and whether/how they affect long-term yield performance in different biomass cropping systems; (2) to ascertain which type of separated biogas digestate is suitable for which biomass production system; (3) to test the effect of two recycled P-Salts on yield and quality of different crops compared to triple superphosphate (TSP); (4) to examine whether the combination of recycled P-Salts with biochar and dried solid digestates results in interaction effects; and (5) to assess whether there are differences in the uptake efficiency of recycled and mineral fertilisers between different crop types. Thus, several experiments were carried out. The fertilising effect of separated biogas digestates on three biomass production systems (perennial grassland, intercropping of triticale and clover grass, silage maize) was investigated in multi-year field experiments in south-west Germany. P-Salt and biochar from pig manure were tested in a greenhouse study with spring barley and faba bean. In a second greenhouse study with ornamentals, the P-Salt from manure, a P-Salt from biogas digestate, and dried solid digestates were assessed. The long-term yield stability of biomass cropping systems fertilised with separated biogas digestates was clearly demonstrated under field conditions. Separated biogas digestates can substitute mineral fertiliser in perennial and intercropping systems. Solid digestates were most suitable for cropping systems with soil tillage where their incorporation into soil is possible. The intercropping of triticale and clover grass was found to be the most stable system, with constantly high biomass yields being maintained using only digestates. For maize, a combined application of digestates and mineral fertiliser proved to be the best option. The P-Salt from manure had the same or even better effects than TSP on spring barley and faba bean. In the experiment with ornamentals, the two P-Salts from manure and digestate had more or less the same effect as TSP on biomass production. These results suggest that both P-Salts have an equivalent fertilisation effect to TSP and can thus replace it as mineral fertiliser. In this thesis, it was possible to achieve competitive yield results with the tested fertilisers, provided that they are integrated in a suitable fertilising strategy. The next step is for the recycled fertilisers to be actually used in agricultural practice - a prerequisite for which being that their implementation has agronomic, practical, ecological and economic advantages. The enhanced use efficiency of N and P already available on farms is challenging but necessary to reduce dependency on both synthesised N fertilisers and imported P fertilisers. This thesis significantly contributes by providing knowledge on the fertilising effect of selected recycled fertilisers necessary for their future implementation in agriculture. Optimised nutrient management and residue treatment using advanced technologies can contribute to the further closing of nutrient cycles. The highest environmental benefits can be realised on farms with excess residues and limited agricultural land. It is therefore highly recommended that these farms improve their current practice by prioritising the implementation of appropriate measures. Sound residue management necessitates strategic planning and capital investments from farmers and companies, but is a crucial step towards the sustainable intensification of cropping systems and resilient future agriculture.In den letzten Jahren sah sich die Landwirtschaft zunehmend damit konfrontiert, eine nachhaltigere Lösung für den Umgang mit nährstoffreichen organischen Nebenströmen zu finden. Aus ökologischen und ökonomischen Gründen wird der Druck immer größer, diese besser zu nutzen um Nährstoffkreisläufe in der Landwirtschaft so weit wie möglich zu schließen. Schweinegülle und Biogasgärreste enthalten essentielle Pflanzennährstoffe und eignen sich gut als organische Düngemittel. Die enthaltene organische Substanz trägt zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit bei. Ihre derzeitige Verwendung ist leider häufig unzureichend. Beide Reststoffe können als Düngemittel direkt oder nach einer Behandlung verwendet werden. Das kann eine einfache Fest-Flüssig-Trennung sein. Aufwändiger ist die Fällung von Phosphat zur Herstellung von Phosphatdünger (P-Salz). Die Düngewirkung von solch innovativen P-Salzen muss agronomisch untersucht werden. Das gilt auch für die Integration separierter Biogasgärreste als organische Dünger in verschiedene Biomasseanbausysteme. Hauptziel dieser Arbeit ist daher, festzustellen, ob aus organischen Reststoffen recycelte Düngemittel mit Mineraldüngern vergleichbar sind und diese möglicherweise ersetzen können. Dazu wurden fünf speziellere Ziele definiert: (1) zu bestimmen, ob separierte Biogasgärreste Mineraldünger ergänzen oder ersetzen können und ob/wie sie die langfristige Ertragsleistung in Biomasseanbausystemen beeinflussen; (2) herauszufinden, welche separierten Biogasgärreste sich für welches Biomasseproduktionssystem eignen; (3) die Wirkung von zwei recycelten P-Salzen auf Ertrag und Qualität verschiedener Kulturpflanzen zu testen und mit Triple-Superphosphat (TSP) zu vergleichen; (4) zu untersuchen, ob die Kombination von recycelten P-Salzen mit Biokohle und getrockneten festen Gärresten zu Interaktionseffekten führt; und (5) zu beurteilen, ob es zwischen verschiedenen Pflanzenarten Unterschiede in der Nährstoffaufnahme aus recycelten und herkömmlichen Düngemitteln gibt. Dazu wurden mehrere Versuche durchgeführt. Die Düngewirkung von separierten Biogasgärresten wurde anhand von drei Biomasseproduktionssystemen (Dauergrünland, Triticale mit Kleegrasuntersaat, Silomais) in mehrjährigen Feldversuchen in Südwestdeutschland untersucht. P-Salz und Biokohle aus Schweinegülle wurden in einem Gewächshausversuch mit Sommergerste und Ackerbohnen getestet. Zwei P-Salze aus Gülle und Biogasgärresten sowie getrocknete feste Gärreste wurden in einem zweiten Gewächshausversuch mit Zierpflanzen untersucht. Die langfristige Ertragsstabilität von Biomasseanbausystemen, die mit separierten Biogasgärresten gedüngt wurden, konnte in Feldversuchen eindeutig nachgewiesen werden. In mehr- und überjährigen Systemen können separierte Biogasgärreste Mineraldünger ersetzen. Feste Gärreste waren am besten für Anbausysteme geeignet, in denen eine Einarbeitung in den Boden möglich ist. Der überjährige Anbau von Triticale mit Kleegrasuntersaat erwies sich als das stabilste System, das konstant hohe Biomasseerträge lieferte und rein mit Gärresten aufrechterhalten werden kann. Für Mais war die Kombination aus Gärresten und Mineraldünger die beste Option. Das P-Salz aus Gülle hatte die gleiche oder sogar bessere Wirkung als TSP auf Sommergerste und Ackerbohnen. Im Zierpflanzenversuch hatten die beiden P-Salze aus Gülle und Gärresten eine vergleichbare Wirkung auf die Biomasseproduktion wie TSP. Das bedeutet, dass beide P-Salze TSP als Mineraldünger ersetzen können. In dieser Arbeit erzielten die getesteten Düngern gute Ertragsergebnisse, sofern sie in eine geeignete Düngestrategie integriert waren. Im nächsten Schritt müssen die zurückgewonnenen Dünger in der landwirtschaftlichen Praxis auch tatsächlich eingesetzt werden. Dies setzt voraus, dass der Einsatz agronomische, praktische, ökologische und ökonomische Vorteile hat. Eine bessere Ausnutzung von bereits auf den landwirtschaftlichen Betrieben vorhandenem Stickstoff und Phosphat ist herausfordernd, aber notwendig, um die Abhängigkeit von synthetischen N- und importierten P-Düngern zu verringern. Diese Arbeit trägt dazu bei, indem sie Erkenntnisse zur Düngewirkung ausgewählter Recyclingdünger liefert, die für deren künftige Anwendung in der Landwirtschaft notwendig sind. Optimiertes Nährstoffmanagement und Reststoffaufbereitung mit fortschrittlichen Verfahren tragen zur besseren Schließung von Nährstoffkreisläufen bei. Der größte Umweltnutzen kann in Betrieben mit Nährstoffüberschüssen und begrenzten landwirtschaftlichen Flächen erzielt werden. Daher wird dringend empfohlen, dass diese Betriebe ihre derzeitige Praxis verbessern und mit hoher Priorität entsprechende Maßnahmen umsetzen. Ein solides Reststoffmanagement verlangt strategische Planung und Investitionen von Landwirten und Unternehmen, ist aber ein entscheidender Schritt hin zu einer nachhaltigen Intensivierung von Anbausystemen und zu einer resilienten zukunftsfähigen Landwirtschaft

NaYF4:Yb,Er Upconversion Nanocrystals: Investigating Energy Loss Processes for the Systematic Enhancement of the Luminescence Efficiency

Aufkonvertierende (upconverting; UC) Nanomaterialien bilden eine neue Klasse nichtlinearer lumineszenter Reporter, die nah-infrarotes (NIR) Anregungslicht in Photonen von höherer Energie umwandeln. Das effizienteste bekannte UC-System bildet hierbei β-NaYF4: 20%Yb(III), 2%Er(III) mikrokristallines Bulkmaterial, für welches UC-Quantenausbeuten (ΦUC) von 10 % berichtet werden, während ΦUC von Nanokristallen (nanocrystals; NC) um mehrere Größenordnungen niedriger sein können. Um die Effizienz von UC-Nanomaterialien zu erhöhen, werden NC üblicherweise mit inerten Schalen versehen. In dieser Arbeit werden mehrere verschiedene Bulkmaterialien spektroskopisch untersucht, um ein Vergleichsmaterial auszuwählen, das als Maßstab für alle folgenden, vergleichbaren Messungen an NC dient. Die Oberfläche von ultrakleinen (3.7±0.5) nm NC wird mit Schalen von bis zu 10 nm Dicke versehen, um die optimale Schalendicke für vollständige Oberflächenpassivierung zu identifizieren, allerdings weisen die Ergebnisse auf eine mögliche Kern-Schale-Durchmischung hin. In einer zweiten Studie werden die unterschiedlichen Dotanden, Er(III) und Yb(III), auf ihre optischen Eigenschaften sowie die Einflüsse von Energietransfer (ET) und von ihrer Umgebung spektroskopisch untersucht. Dabei kann klar zwischen Oberflächeneffekten und oberflächenunabhängigen Volumeneffekten unterschieden werden. Die Ergebnisse werden durch ein einfaches Monte-Carlo-Modell gestützt, durch das die größen- und leistungsdichte-(P-)abhängigen Populierungsdynamiken der strahlenden Banden von Er(III) vorhergesagt werden können. Zuletzt werden durch eine verbesserte Synthesemethode UCNC mit stark verbesserten Lumineszenzeigenschaften hergestellt, mit denen bei vergleichsweise niedrigen P die gleichen ΦUC wie beim Bulkmaterial erreicht werden. Dies liefert einen Einblick in vielfältige Anwendungsmöglichkeiten für UCNC.Upconversion (UC) nanomaterials are an emerging new class of non-linear luminescent reporters which convert near-infrared (NIR) excitation light into higher-energy photons. The most efficient known UC material is the β-NaYF4: 20%Yb(III), 2%Er(III) bulk (microcrystalline) phosphor with reported UC quantum yields (ΦUC) of 10 %, while ΦUC of nanocrystals (NC) can be several orders of magnitude lower. Strategies to improve the efficiency of UC nanomaterials include surface passivation with inert shells. In this work, several different bulk materials are compared to select one benchmark material for comparisons with NC analyzed with the same measurement techniques. The surface of ultrasmall (3.7 ± 0.5) nm NC is coated with inert shells of up to 10 nm thickness to identify an optimal shell thickness for complete surface passivation, but the results suggest core-shell intermixing. To distinguish between the different dopant ions, Er(III) and Yb(III), and the effect of energy transfer (ET) in a second study, single- and co-doped UCNC are investigated spectroscopically and the influence of their environment is determined thoroughly. Herein, a clear distinction between surface-related and surface-independent, volume-related effects is achieved and the results are emphasized by the use of a simple random walk model which accurately predicts size- and power density (P)-dependent population dynamics of the emissive bands of Er(III). Finally, utilizing an improved synthesis technique, UCNC with enhanced luminescence properties are produced, reaching the same ΦUC as the benchmarked bulk material at reasonably low P, providing an insight into numerous possible applications of UCNC

Congenital Anomalies

This book is in essence a collection of essays which are state of the art in their respective areas of knowledge. They inform the reader of all sorts of mechanistic considerations when developing understanding of issues surrounding the origins of congenital abnormalities. These chapters are written by world renown authorities in this area of science and represent a wide range of expertise from a clinician perspective, through to genetic mechanisms. Unlike some books which take a formal textual, somewhat plodding way through pathophysiology here instead we have cut through chapters in which the student , or scientist or medic is lead to understand just how complex the origins can be via examples from different parts of the body. With the erudite chapters are relevant tables and other diagrams to help clarify the text . These chapters represent a starter text for the stimulus for further knowledge of what is an increasingly important area of human health

Machine Learning, Low-Rank Approximations and Reduced Order Modeling in Computational Mechanics

The use of machine learning in mechanics is booming. Algorithms inspired by developments in the field of artificial intelligence today cover increasingly varied fields of application. This book illustrates recent results on coupling machine learning with computational mechanics, particularly for the construction of surrogate models or reduced order models. The articles contained in this compilation were presented at the EUROMECH Colloquium 597, « Reduced Order Modeling in Mechanics of Materials », held in Bad Herrenalb, Germany, from August 28th to August 31th 2018. In this book, Artificial Neural Networks are coupled to physics-based models. The tensor format of simulation data is exploited in surrogate models or for data pruning. Various reduced order models are proposed via machine learning strategies applied to simulation data. Since reduced order models have specific approximation errors, error estimators are also proposed in this book. The proposed numerical examples are very close to engineering problems. The reader would find this book to be a useful reference in identifying progress in machine learning and reduced order modeling for computational mechanics

The drivers of Corporate Social Responsibility in the supply chain. A case study.

Purpose: The paper studies the way in which a SME integrates CSR into its corporate strategy, the practices it puts in place and how its CSR strategies reflect on its suppliers and customers relations. Methodology/Research limitations: A qualitative case study methodology is used. The use of a single case study limits the generalizing capacity of these findings. Findings: The entrepreneur’s ethical beliefs and value system play a fundamental role in shaping sustainable corporate strategy. Furthermore, the type of competitive strategy selected based on innovation, quality and responsibility clearly emerges both in terms of well defined management procedures and supply chain relations as a whole aimed at involving partners in the process of sustainable innovation. Originality/value: The paper presents a SME that has devised an original innovative business model. The study pivots on the issues of innovation and eco-sustainability in a context of drivers for CRS and business ethics. These values are considered fundamental at International level; the United Nations has declared 2011 the “International Year of Forestry”

Changes in tear film metrics and ocular signs induced by different types of refractive correction in an aging population

No abstract available

The Whitworthian 1973-1974

The Whitworthian student newspaper, September 1973-May 1974.https://digitalcommons.whitworth.edu/whitworthian/1057/thumbnail.jp

AIM '85: the Auto-In-Michigan Project 1985 report

Notes: Shelved in basement archive. Please ask library staff for assistanceMichigan Department of Commerce, Lansinghttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/1515/2/96613.0001.001.pd