禽畜粪便堆肥化过程碳氮转化规律及其受调控措施的影响

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随着农业集约化的快速发展,畜禽粪便大量的产生,造成环境污染。使有机废弃物得到合理的利用,使之“无害化”,生产出品质良好的肥料,是亟待解决的问题。本文以牛粪、鸡粪、菌糠为材料按照两种比例调配为混合基质,在添加或不添加发酵启动剂、人工通气或自然通气的条件,在发酵桶中进行为期38d的堆肥发酵试验,通过对发酵产物的物理指标(温度)、化学指标(含水量、pH值、C/N值、氮素、有机碳、腐殖酸等)、生物学指标(种子发芽指数)以及红外光谱等指标变化的研究,揭示物料配比、发酵启动剂和通风情况对发酵过程的影响,为畜禽粪便等农业废弃物的堆肥化处理提供技术和理论支撑。主要结论如下:(1)在整个腐解过程中,温度在腐解2-3d达到高温期(>50℃),物料配比为1:1:1的处理高温期可以维持10d,随后逐渐下降至恒定。堆肥过程pH值总体变化在8.47~9.63范围内,含水量呈下降趋势,灰分和种子发芽指数均呈现上升趋势。发酵启动剂对腐解后期pH值的升高具有一定作用,能够明显降低物料配比为5:3:2的处理的含水量,增加灰分含量。在物料配比为1:1:1的基础上添加发酵启动剂可以加速物料达到腐熟,在腐解29d,GI为82.76%达到完全腐熟指标。(2)腐解过程中,腐解物料的总有机碳含量、水溶性有机碳含量、C/N比值呈现下降趋势,碱溶性有机物质、类富里酸含量呈现波动下降趋势,有机碳矿化率呈现增加趋势,H/F比呈现波动上升的趋势。物料中含有较少的牛粪有利于堆腐过程中有机碳的矿化分解,添加发酵启动剂则加速了有机碳的降解速度,提高有机碳的矿化率,降低物料C/N比值,在腐解结束(38d)时,与腐解初期相比,总有机碳降低了25.95%,水溶性有机碳降低了41.85%,碱溶性有机碳降低了10.28%,有机碳矿化率达到45.20%,C/N为14.97,降低了27.75%。有机碳矿化率比未添加发酵启动剂的处理增加了9.26%。有机酸的含量总体呈现下降趋势,在腐解结束时,所有处理的乙酸含量均未检测出来,草酸含量有大幅度下降。发酵启动剂促进乙酸、草酸的分解转化。腐解末期,红外光谱图在1020cm-1、1427cm-1谱带增加,有较为尖锐的峰值,说明碳酸盐和硝酸盐含量增加。(3)在整个腐解过程中,有机物料的全氮含量呈现波动上升的趋势,添加发酵启动剂能降低全氮含量,增加氮素损失率,其中对物料配比为5:3:2的处理影响幅度较大,达到显著水平。腐解过程铵态氮的含量呈现先上升后下降的变化趋势,硝态氮的含量在腐解初期变化并不明显,在腐解12d迅速增加;在物料配比为1:1:1处理的基础上添加发酵启动剂,可以促进铵态氮的转化,提高了后期硝态氮的含量,使后期NH4+-N/NO3--N的比值快速下降,在腐解16d时NH4+-N/NO3--N为0.15,达到腐熟标准(≤0.16),比其他处理提前4d。(4)与自然通气相比,人工辅助通气有利于有机物料的迅速腐解,促进C/N比值的下降,加速铵态氮的转化,提高后期硝态氮的含量,使后期NH4+-N/NO3--N的比值快速下降。在腐解结束时C/N比值比自然通气处理低了11.32%。在腐解16d时NH4+-N/NO3--N为0.15,比自然通气处理提前4d达到腐熟标准(<0.16)。但是人工辅助通气显著增加了氮素损失率,在腐解结束时,氮素损失比自然通气处理高了7.03%。(5)与自然通气相比较,人工辅助通气有助于有机碳的矿化分解,提高矿化率,促进富里酸向胡敏酸的转化,提高H/F比值。腐解结束(38d)时,与自然通气的处理相比,总有机碳含量低了8.87%,水溶性有机碳下降幅度高了28.63%,有机碳矿化率提高了9.29%,H/F比提高了9.37%。(6)与自然通气相比,人工辅助通气处理在腐解的中期,红外光谱图在谱带1020cm-1、1427cm-1处出现较为尖锐的峰值,反应了碳酸盐和硝酸盐含量增加。人工辅助通气促进种子发芽指数(GI)的上升,比自然通气处理相比,提前4d达到完全腐熟指标。
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