奶牛粪便堆肥过程温室气体和氨气排放规律及养分损失研究

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奶牛粪便堆肥是粪污资源化处理的一条重要途径,既可以减少集约化奶牛养殖中粪便的不合理处置造成的污染问题,还可获得一种稳定的、富含腐殖质的优质有机肥料。然而,堆肥过程中的大量的碳素和氮素损失不仅降低了堆肥作为有机肥料的农业价值,而且导致了温室气体和氨气的排放。针对目前奶牛粪便堆肥过程中气体的排放和养分损失规律不清、气体损失的影响因素不明等关键问题,本文以奶牛粪便堆肥为研究对象,采取Meta分析和原位实验监测相结合的方式,针对四种主要堆肥方式(静态式,翻堆式,条垛式和反应器式)堆肥过程中产生的温室气体和NH3进行研究。基于41篇已发表文献(153个案例)以及翻堆式和条垛式堆肥奶牛养殖场36天的监测数据,对比Meta分析结果与原位监测实验结论,归纳总结出奶牛粪便堆肥过程中温室气体、氨气排放和养分损失的规律及气体损失的相关影响因素,主要研究结果如下:(1)与其他堆肥方式相比,翻堆式堆肥将导致较高的温室气体排放量,平均排放量分别为6.08 g[CH4-C]?kg-1[DM]、114.68 g[CO2-C]?kg-1[DM]和4.48 g[N2O-N]?kg-1[TN]。反应器式堆肥较翻堆式堆肥相比,可减少82.84%的温室气体排放量,但由于排放大量的NH3导致堆体氮素的损失;研究进一步证明,较条垛式堆肥相比,奶牛粪便翻堆式堆肥分别可增加13.43%、23.04%、89.18%和43.58%的CH4、CO2、N2O和NH3排放。(2)在静态式堆肥过程中,与调整堆肥的环境条件相比,降低堆肥的初始TC和TN含量是减缓堆肥过程中温室气体损失更为有效的一种方法;翻堆式堆肥过程中翻堆对CH4和N2O排放的影响要大于堆肥理化因子对这两种气体排放造成的影响;条垛式堆肥降低堆体的平均温度、物料初始含水率和初始pH值可以显著减缓堆肥过程中CH4、CO2和NH3的排放。(3)综合碳氮损失量来看,较其他堆肥方法相比,翻堆式堆肥不利于堆体养分的保存。大于90%的氮素损失主要来源于NH3-N,大于90%的碳素的损失主要来自CO2-C。(4)用于奶牛粪便堆肥过程的六种主要减排措施分别是“施加木屑或秸秆”、“施加微生物添加剂”、“施用磷石膏”、“压实或覆盖”、“蚯蚓堆肥”和“设置生物滤池”,其中设置堆肥生物滤池是减少堆肥过程中NH3排放最为有效的方法,减排效率为97.0%;添加木屑或稻草则可以减少堆肥过程中66.3%的CH4和44.0%的N2O排放。
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