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随着生猪养殖业的快速发展,大型集约化养猪场逐渐取代了散养模式,给猪粪集中处理提供了先决条件。猪粪作为畜牧业生产中的废弃物,具有良好的再利用价值。妥善处置的猪粪不仅能减少环境污染,还能产生附加价值。好氧堆肥因其操作简便、成本低廉、环境友好、便与大规模处理、能产生二次经济效益被视为目前猪粪最合理的处置途径。目前好氧堆肥存在着升温速率慢、有机质含量低、堆置周期长、养分含量低、不易储存运输等问题。生物炭作为一种便于制备且性质优秀的材料被认为是能有效改善堆肥中存在的各种问题的添加剂。本研究通过300℃、500℃、700℃热解温度的猪粪制备猪粪生物炭并分析其成分特征和表面性质。筛选出了性质较为优秀的生物炭,将其作为添加剂以不同添加量(0%、3%、6%、9%、12%、15%)为可变因素和猪粪、秸秆进行堆肥试验,测量堆肥过程中堆体的物理化学性质及养分含量变化,筛选出性质较为优秀的有机肥进行盆栽试验以测试肥效。将筛选出的有机肥以不同添加量(0%、5%、10%、15%)并购得市售有机肥以推荐添加量(10%)作为对比分别施入土壤,通过测量小麦的根长、株高、叶面积、叶周长、生物量、光合参数、叶绿素荧光参数以表征小麦的生长状态和健康程度。通过小麦的生长状态和健康程度判断有机肥的肥效。主要研究结果如下:
(1)300℃、500℃、700℃热解温度下的猪粪生物炭随着热解温度的升高,产率下降;C含量和灰分含量增加;N含量、H含量和O含量下降;H/C和(O+N)/C降低,芳香性增强极性减弱;pH和EC增大,原料由弱碱性变为碱性,可溶性盐增加;酸性官能团减少,碱性官能团增加,芳香化程度增加。猪粪生物炭孔隙主要为介孔,随着热解温度的升高比表面积和总孔容增大,平均孔径减小。A2(500℃烧制的生物炭)产率较高,C含量、N含量较高,芳香性较强、极性较弱、总孔容较大、比表面积较大,是性质较为优秀的生物炭。
(2)堆肥中添加生物炭可以使堆肥升温期缩短,有利于堆肥的快速启动;高温时间延长,在堆肥总时间不变的情况下使堆体更加充分分解;最高温度升高,含水率升高,pH值升高,有机质增加,全氮增多,全磷和全钾均有一定程度的增加。B3(9%生物炭添加量)高温阶段时间长,最高温度较高,pH较高,有机质含量适中,全氮含量高,全磷含量较高,全钾含量高,是好氧堆肥中较为合适的生物炭添加量。
(3)小麦施入自制有机肥可以增长根长和株高,增大叶面积和叶周长,增强光合作用的速率,增加光化学反应的潜力和速率,减少光能损耗,增加生物量,有利于小麦的生长发育。C10%(自制有机肥添加量为10%)根长株高最长,叶面积较大,光合速率最强,光化学反潜力较强,光能损耗较低,生物量最多,是对小麦生长最有利的添加量。C10%(自制有机肥添加量为10%)的大部分数据跟CSS(市售有机肥添加量为10%)比略优或是持平,肥力达到较高水平。
(1)300℃、500℃、700℃热解温度下的猪粪生物炭随着热解温度的升高,产率下降;C含量和灰分含量增加;N含量、H含量和O含量下降;H/C和(O+N)/C降低,芳香性增强极性减弱;pH和EC增大,原料由弱碱性变为碱性,可溶性盐增加;酸性官能团减少,碱性官能团增加,芳香化程度增加。猪粪生物炭孔隙主要为介孔,随着热解温度的升高比表面积和总孔容增大,平均孔径减小。A2(500℃烧制的生物炭)产率较高,C含量、N含量较高,芳香性较强、极性较弱、总孔容较大、比表面积较大,是性质较为优秀的生物炭。
(2)堆肥中添加生物炭可以使堆肥升温期缩短,有利于堆肥的快速启动;高温时间延长,在堆肥总时间不变的情况下使堆体更加充分分解;最高温度升高,含水率升高,pH值升高,有机质增加,全氮增多,全磷和全钾均有一定程度的增加。B3(9%生物炭添加量)高温阶段时间长,最高温度较高,pH较高,有机质含量适中,全氮含量高,全磷含量较高,全钾含量高,是好氧堆肥中较为合适的生物炭添加量。
(3)小麦施入自制有机肥可以增长根长和株高,增大叶面积和叶周长,增强光合作用的速率,增加光化学反应的潜力和速率,减少光能损耗,增加生物量,有利于小麦的生长发育。C10%(自制有机肥添加量为10%)根长株高最长,叶面积较大,光合速率最强,光化学反潜力较强,光能损耗较低,生物量最多,是对小麦生长最有利的添加量。C10%(自制有机肥添加量为10%)的大部分数据跟CSS(市售有机肥添加量为10%)比略优或是持平,肥力达到较高水平。