不同C/N对好氧堆肥中CO2和CH4排放及腐殖化作用的影响

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好氧堆肥因具有成本低、无害化程度高以及生物风险小等优点,成为目前应用最广的农业废弃物资源化利用途径之一,但是在堆肥过程中容易产生二次污染,含碳温室气体的排放不仅会造成大量的碳素损失,还会引起了严重空气污染,加剧温室效应。为此,本试验设置五个C/N处理:T1(C/N=15)、T2(C/N=20)、T3(C/N=25)、T4(C/N=30)和T5(C/N=35),在条垛式堆肥条件下,研究了不同C/N对好氧堆肥过程中总有机碳(TOC)和水溶性有机碳(DOC)等有机化合物的转化、CO2和CH4两种含碳温室气体的排放、腐殖酸及其组分含量以及腐殖化程度的影响,以期为优化好氧堆肥的工艺参数、减少堆肥过程中的二次污染、降低碳素损失提供理论依据。主要试验结果如下:1.好氧堆肥过程中TOC的快速降解主要集中在前12d,堆体的初始C/N越高,TOC的降解率就越高,碳素损失越严重。试验结果表明,各处理TOC在堆肥前12d的降解量占总降解量的33.05%73.94%;至堆肥结束,T1T5处理TOC的降解率为40.98%51.36%,C/N越高,TOC的降解率越高,碳素损失越严重;DOC的降解率则是随着堆体C/N的升高而降低。2.在整个堆肥过程中,以CO2形式损失的碳素占TOC损失的21.90%48.08%,CH4占0.08%3.46%;当C/N在30以下时,CO2总排放通量随C/N增大而增加,C/N过高反而会抑制其产生。好氧堆肥过程中的CO2和CH4排放主要集中在堆肥的升温期和高温期,分别占总排放量的80.3890.29%和90.00107.00%。在整个堆肥过程中,以CO2形式损失的碳素占TOC损失的21.90%48.08%,CH4占0.08%3.46%。当堆体初始C/N在1530之间时,在整个好氧堆肥过程中CO2的累计排放量随着C/N增加而增加,当C/N达到35时,CO2和CH4的累积排放量反而均会有所下降,这可能是因为C/N过高,造成堆体温度过高,进而影响了堆体中微生物的繁殖和活动,抑制了CO2和CH4的排放。3.堆体C/N=20时更有利于好氧堆肥中总腐殖酸(THA)和胡敏酸(HA)的积蓄、富里酸(FA)的稳定及堆肥产品的腐殖化程度。在整个好氧堆肥过程中,THA降解率为25.03%33.33%,HA的降解率为4.00%15.58%,FA的降解率为34.17%57.66%,其中以C/N=20的T2处理THA和HA降解率最低,FA降解率最高;当堆体初始C/N>30时,则会大幅提升堆体中THA和HA的降解率,还会抑制FA的降解。C/N最低的T1处理,其产品的四个腐殖化参数均处于各处理中最低水平,说明其腐殖化程度最低;当堆体初始C/N=20时,产品腐殖化程度最高。4.C/N过低会降低其堆肥产品中各类含碳有机化合物的含量及腐殖化程度;C/N过高则会加剧碳素的损失。C/N最低的T1处理其产品中TOC、DOC、THA、HA的含量均最低,腐殖化程度也最低。而C/N最高的T4和T5处理,其产品中虽然各类含碳有机化合物含量均最高,但是在堆肥的过程中不仅会有大量的含碳温室气体排放,还伴随着堆体中TOC、THA和HA的大幅降解,引起严重的碳素损失。
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