高温堆肥的生物化学变化特征及植物抑制物质的降解规律

采用现场堆肥制作过程中生化指标检测及种子发芽实验方法，研究了高温堆肥的生化变化特征及植物抑制物质的降解规律。结果表明，在堆肥制作中，pH睡电导率较堆制前有所提高，且在持续高温阶段高于后熟化阶段；纤维分解酶始终保持旺盛的活性，堆制前、中、后期各出现一个峰；脲酶活性在堆制前期迅速上升，中后期基本趋于稳定；相反过氧化氢酶活性前期呈下降趋势，在中后期有所回升；在整个堆肥制作中，堆肥浸提液严重种子发芽，最终堆制结束时发芽率也没有明显的提高。     

起爆剂促进猪粪堆肥腐熟研究

利用工厂化高温好氧堆肥方式,探究了有机肥起爆菌剂对猪粪堆肥腐熟效率的影响。通过工厂试验,以猪粪为原料,稻壳为辅料,设置对照Z1和接种起爆剂处理Z2,研究堆肥过程中不同堆体的温度、pH、EC、C/N和养分等理化指标的变化及堆体腐熟效率的差异。对照Z1与处理Z2的堆体温度在高于55℃的时间均持续了18 d以上,Z2处理的升温速率和温度最高值均高于对照Z1;两堆体的pH和EC值变化无显著差异,至堆肥结束,堆体Z1的pH稳定在7.45左右,Z2的pH稳定在7.25左右;堆体Z1和Z2的C/N分别下降了46.39%和51.33%,全碳含量分别下降了43.18%和47.34%,全氮含量分别上升了5.94%和9.28%;Z1和Z2的NH_4~+-N和NO_3~–-N具有类似的变化趋势;至第28天,Z2的发芽指数已达100%,说明肥料已完全腐熟,而Z1此时的发芽指数仅为85%;堆肥结束时,Z1和Z2的最终总养分含量(N、P2O5、K_2O)分别达51.63 g/kg和52.67 g/kg。结果表明接种有机肥起爆剂能够有效加快堆肥腐熟。     

稻秸蚯蚓堆制后的物理、化学及微生物特性变化

利用水稻秸秆与畜禽粪便（牛粪、猪粪和鸡粪）等干重混合物（RCD、RPM、RCE）接种蚯蚓（Eisenia foetida）进行堆制,研究堆肥产物的物理、化学及微生物特性变化。结果表明,蚯蚓堆制30 d后,稻秸牛粪、稻秸猪粪堆肥产物MBC含量显著下降; 3种稻秸粪便混合物经蚯蚓堆制后,堆肥产物微生物代谢熵、脱氢酶和碱性磷酸酶活性增加,尤以RCD的变化明显。稻秸牛粪、稻秸猪粪及稻秸鸡粪混合物经蚯蚓堆制后,总固形物平均重量损失分别增加6.45%、4.22%和3.82%; pH值均降低,其中RCD显著降低。蚯蚓堆制有助于提高堆肥产物全氮、全磷和全钾含量,同时使碳氮比降低。水稻秸秆混入部分畜禽粪便经蚯蚓堆制可减少堆肥时间并提高堆肥质量,混入的粪便以牛粪最好,猪粪次之,鸡粪最差。     

堆肥法处理含油污泥的研究

通过添加稻草和有机肥对含油污泥进行了115 d的堆肥处理,动态监测了堆制过程中总石油烃含量、温度、C/N/P比例及功能微生物数量变化,测定了堆制前后石油组分和生物毒性,探讨了堆肥法处理降解油泥的效果。结果表明,堆肥处理后油泥中的总石油烃含量从123±1 g kg-1降低至71.7±0.7 g kg-1,降解率达42%,是未堆肥对照处理的2.5倍;堆体在第21天达到最高温度50℃;堆肥处理的C/N/P比例变化呈现下降趋势;堆肥过程中油泥中烃降解菌和芳烃降解菌与堆制前比较增加了近2个数量级。此外,含油污泥经堆肥法处理后生物毒性降低,EC50从1.77±0.28 mg m l-1提高至2.76±0.38 mg m l-1。     

不同调理剂对猪粪好氧堆肥效果的影响

分别以木屑、药渣、菇渣、砻糠灰作为猪粪堆肥的调理剂,研究其在堆肥过程中温度、含水率、pH、EC和主要营养元素N、P、K的动态变化。结果表明,在整个堆制过程中,4个处理的堆温变化明显呈现出升温期、高温期和降温期3个阶段,其中,木屑处理堆体升温最快,且高温持续时间最长,砻糠灰处理高温持续时间最短;与初始值相比,堆肥后每个处理pH均有所上升,其中菇渣处理上升幅度最大,达0.9个单位;堆制过程中,4个处理有机质总体呈现下降的规律;堆肥后药渣处理的TN和TP含量最高;堆肥后砻糠灰处理的TK含量最高;堆肥后4个处理的pH和EC值都在腐熟堆肥的适宜范围之内,从N+P2O5+K2O总养分和保氮角度来看,应选药渣作调理剂,从提高堆肥TK含量来看,应选砻糠灰作调理剂。     

添加微生物菌剂对牛粪高温堆肥腐熟的影响

通过向堆肥中添加微生物菌剂和腐熟堆肥研究了其对堆肥腐熟速度的影响。结果表明,添加菌剂和腐熟堆肥在堆制初期均能促进堆体快速升温,较对照提前1～4d到达高温阶段(＞50℃),且菌剂添加量越大,升温越快;与对照相比,添加600mg·kg~(-1)菌剂和50g·kg~(-1)腐熟堆肥使高温期(＞50℃)延长了3～4d。堆制29d后,添加600 mg·kg~(-1)菌剂和50 g·kg~(-1)腐熟堆肥的处理均较好腐熟,种子发芽指数分别为92．1％和84．4％,其他处理则未达到腐熟。这表明向堆肥中接人一定量的菌剂和腐熟堆肥均可加快堆肥腐熟,缩短堆肥周期。     

添加微生物菌剂对牛粪高温堆肥腐熟的影响

通过向堆肥中添加微生物菌剂和腐熟堆肥研究了其对堆肥腐熟速度的影响。结果表明,添加菌剂和腐熟堆肥在堆制初期均能促进堆体快速升温,较对照提前1～4d到达高温阶段（>50℃）,且菌剂添加量越大,升温越快;与对照相比,添加600mg·kg^-1菌剂和50g·kg^-1腐熟堆肥使高温期（>50℃）延长了3～4d。堆制29d后,添加600 mg·kg^-1菌剂和50 g·kg^-1腐熟堆肥的处理均较好腐熟,种子发芽指数分别为92.1%和84.4%,其他处理则未达到腐熟。这表明向堆肥中接入一定量的菌剂和腐熟堆肥均可加快堆肥腐熟,缩短堆肥周期。     

不同体积堆肥装置下的鸡粪堆肥效果研究

该文以鸡粪和锯末为原料,采用自行设计的有效容积为18、24、30和42 L的堆肥装置进行好氧堆肥试验,通过研究高温发酵期间(堆肥前期12 d)堆肥物料的温度、全碳、C/N、水溶性碳和微生物变化,以了解不同有效容积堆肥装置的实际堆肥效果,确定堆肥装置的有效体积。结果表明,随着堆肥体积的增大,堆体持续高温的时间加长;堆肥体积在30 L以上的两个处理的腐熟进程快于30 L以下的两处理;细菌的数量在整个堆肥过程中的变化趋势是先下降后上升,真菌在高温期迅速下降,在高温期,30 L以上两个处理放线菌数量明显较18和24 L处理多。在无外加热设备的情形下,堆肥装置的有效体积应该为30 L以上。     

适宜猪粪与菌渣配比提高堆肥效率

为摸索猪粪和菌渣堆肥生产有机肥技术,在自然发酵条件下,设计猪粪和菌渣9:1、8:2、7:3、6:44种不同比例(湿质量比)进行高温堆肥试验,研究了堆肥过程中温度、pH值、有机碳、发芽指数及养分氮、磷、钾的动态变化。结果表明,堆体温度在第3天即达50"C以上,保持高温25~32 d后开始下降,其中6:4处理高温期比9:1处理长7 d;4个处理pH值都呈先快速上升、之后下降并趋于稳定的趋势,pH值在6.83~8.62间变化;有机碳(质量分数)总体上呈下降之势,至堆肥结束4个处理分别下降了16_3%、14.5%、13.6%和11.9%,菌渣比例提高可减少堆体有机碳的损失:除6:4处理外,其他处理发芽指数分别于23、33和47 d达80%以上,同一时期菌渣比例越高堆体提取液对植物的毒害作用越强;氮磷钾总养分(质量分数)前期(约19 d)呈基本持平或少量下降,随后持续上升,堆肥结束4个处理分别为5.93%、5.57%、5.64%和5.13%。6:4处理氮磷钾总养分在堆肥大部分时期(45 d内)≤5.0%,其他处理在21~25 d后均≥5.0%。综合考虑堆肥质量和堆期等因素,利用猪粪和菌渣为原料规模化生产机肥,猪粪和菌渣适宜的比例为8:2。同时,因猪粪和菌渣C/N均较低,建议适当增加米糠等C/N高的添加料,进一步提高堆肥效率。     

木质纤维降解复合菌剂促进堆肥腐熟研究

利用工厂化高温好氧堆肥方式,探究了具有高效降解木质纤维能力的微生物复合菌剂分别对纯秸秆和秸秆畜禽粪污混合物堆肥效率的影响。以纯秸秆和猪粪秸秆混合物为原料,设置空白对照、单菌处理和复合菌处理,评估堆肥过程中不同堆体温度、含水量、pH、有机质含量、发芽指数和养分等理化指标的变化对堆体腐熟效率的影响。结果表明,无论何种堆肥原料,相比空白和单菌处理,复合菌处理堆体均升温速率最快,高温期温度最高,后熟期降温最快。堆肥过程中,各处理p H无显著差异,变化趋势基本一致;各处理发芽指数(GI)不断提高,纯秸秆和秸秆粪污混合物为原料的接复合菌处理均在第25天高于接单菌处理,至堆肥结束时,接复合菌处理的发芽指数分别为93.45%和98.67%;随堆肥的进行,各处理有机质含量均处于下降趋势,至堆肥结束时,所有处理的有机质含量均高于450 g/kg;各处理的全氮、全磷、全钾含量在堆肥结束时比堆肥初始均有所增加,至堆肥结束时,以纯秸秆和秸秆粪污混合物为原料的接复合菌处理的总氮和总磷含量均显著高于其他处理。综上,相比于不添加外源菌和添加单一菌株,高效木质纤维降解复合菌剂的添加,能够有效促进堆肥的腐熟,提高堆肥效率。     

添加木炭改善猪粪稻壳好氧堆肥工艺及质量

为促进农业废弃物的资源化利用,试验以猪粪和稻壳为原料,用化学分析和仪器分析相结合的方法,研究了添加不同质量分数（0、2.5%、5.0%、7.5% 和10.0%）的木炭对60 d猪粪好氧堆肥过程的影响。结果表明：在堆肥有机质的降解过程中,含-OH、-CH3和-CH2基团的化合物的质量分数逐渐减少,含-C=O、C-O-C、-COO基团和含芳香环类物质的质量分数逐渐增加。添加木炭能促使堆肥物料的降解,随着木炭添加量的增加,在60 d的堆肥过程中,各处理有机碳的质量分数分别降低了12.23%、13.77%、14.88%、15.36%和15.86%,碳氮比分别下降了47.80%、54.98%、56.97%、60.03%和65.73%。与对照相比,添加木炭可延长堆肥高温期的停留时间3～ 5 d,增加堆肥物料的持水能力并降低堆肥产品的电导率;同时,添加木炭还能减少堆肥初期氨气的挥发,提高铵态氮的质量分数,促使堆肥后期硝态氮的转化。堆肥结束时,添加木炭可使硝态氮的质量分数提高55.86%～89.32%,总氮的质量分数提高20.55%～53.07%,雪里蕻种子发芽率提高17.6%～41.2%,萌发指数达1.02～1.44。研究表明,添加木炭能促进堆肥有机物料的降解,加快堆肥腐熟脱毒,增加堆肥产品总氮的质量分数,提高产品质量。木炭作为一种潜在的猪粪堆肥添加剂,在促进农业废弃物资源化利用方面具有广阔的应用前景。     

不同通风速率对堆肥腐熟度和含氮气体排放的影响

NH3和N2O等含氮气体的排放不仅对堆肥腐熟度和堆肥产品的品质产生影响,同时也与环境污染有直接关系。以鸡粪、秸秆和干草皮为堆肥原料,采用好氧堆肥的方法,探讨了不同通风速率对堆肥腐熟度及NH3和N2O等含氮气体排放变化的影响。结果表明,通风速率为0.01、0.1、0.2 m3.min^-1.m^-3的处理高温期持续时间分别为0、11、7 d;0.1 m3.min^-1.m^-3的堆肥积温为16 176.4℃.h,在各处理中为最高;到堆肥结束时,各处理的全碳降解率分别为9.87%、24.94%、19.01%,总氮增加率分别为19.67%、32.00%、12.14%,其中处理A2的有机质降解及总氮增加效果最好。对堆肥产物腐熟度的测试结果表明,除通风速率为0.01 m3.min^-1.m^-3不能达到堆肥腐熟外,其他两个处理均达到了要求。氨气累积释放量与通气速率有关,通气速率越大,越有利于氨气的挥发。低的通气量可能会促成N2O的生成,到堆肥结束时,3个处理的N2O平均排放率分别为6.2、2.37、1.5 mg.kg^-1.d^-1。     

菌渣垫料堆肥过程碳素物质转化规律

好氧堆肥是一种有效处理农业废弃物的方法,有利于实现农业资源的循环利用。但堆肥也有它的缺点,堆肥过程中的碳素损失是造成温室气体形成的重要原因。因此研究碳素在堆肥过程中的转化规律对于如何减少堆肥潜在的负面环境影响十分重要。该研究以生猪养殖发酵床废弃垫料及秀珍菇菌渣为原料,利用强制通风静态堆肥技术研究垫料和菌渣不同配比及添加EM菌剂对堆肥过程碳素物质转化的影响。结果表明,堆肥过程中总有机碳呈逐渐下降趋势;胡敏酸呈逐渐增加的趋势;微生物量碳和可溶性碳呈先增后降的变化趋势。堆肥结束时,碳素降解率为5.7%~10.2%,胡敏酸增加了56.0%~131.0%,可溶性有机碳增加了54.5%~81.5%,微生物生物量碳增加了31.7%~73.4%。以垫料为主料的堆肥处理碳素损失高于以菌渣为主料的处理,添加EM菌剂可以加速有机质的矿化分解和提高腐殖质化指数。     

过磷酸钙和双氰胺联用减少污泥堆肥温室气体及NH3排放

为研究添加剂过磷酸钙和硝化抑制剂双氰胺联用对脱水污泥高温好氧堆肥氨气和温室气体减排的影响效果,该文以脱水污泥和玉米秸秆为原材料,设置4个堆肥处理分别为:不添加任何添加剂作为对照(CK),只添加3.5%(湿基)过磷酸钙为SP3.5,在添加0.1%双氰胺基础上分别加入3.5%(湿基)过磷酸钙(SD3.5)和5.0%(湿基)过磷酸钙(SD5.0)控制材料,在60 L发酵罐中进行为期34 d好氧高温堆肥试验,监测堆肥过程中的温室气体、氨气排放速率及堆体总有机碳和总氮损失率。结果表明:添加过磷酸钙及硝化抑制剂双氰胺可以促进堆肥腐熟和提高堆肥品质,同时降低堆肥过程中的总氮损失、NH_3排放以及显著减少污泥堆肥总温室气体排放。2种添加剂联合使用使SD3.5和SD5.0处理氮素损失相比于CK处理减少10.92%和13.08%,总温室气体排放量比对照减少65.6%和74.8%。该研究可为污泥堆肥添加剂的选择以及污染气体的减排控制提供参考。     

沸石作为添加剂对鸡粪高温堆肥氨挥发的影响

为分析沸石作为添加剂对畜禽粪便高温堆肥氨挥发的影响,以鸡粪和玉米秸秆为试验材料进行野外好氧堆制试验,监测堆肥过程中氨挥发及其影响因素的动态变化。结果表明：一定比例的沸石添加剂在堆肥起始2周内对抑制堆体氨挥发效果明显,氨挥发速率显著低于对照,堆肥至第12天,添加沸石处理累积氨挥发与对照相比减少44.2%;堆肥7周内,添加沸石处理累积减少氨挥发损失达26.9%;沸石添加剂主要通过吸附高温堆肥过程中过量的铵态氮达到减少氨挥发的效果;从温度、电导率等指标来看,沸石添加剂促进了高温发酵过程的进行,一定程度上有利于提高堆肥品质。     

过磷酸钙添加剂对猪粪堆肥温室气体和氨气减排的作用

为研究不同比例过磷酸钙添加剂对畜禽粪便高温堆肥氨挥发和温室气体减排的作用,该文以猪粪和玉米秸秆为试验材料,以市售过磷酸钙肥料作为添加剂,在发酵仓中(单仓体积1.2m3)进行56d的好氧堆肥试验,监测堆肥过程中的温室气体和氨排放速率及堆体碳、氮损失率。结果表明:在初始物料中添加干质量3.3%～13.2%的过磷酸钙添加剂对减少堆体碳、氮损失,降低温室气体排放均有明显效果,但超过初始物料干质量的9.9%的过磷酸钙添加剂会对堆肥腐熟进程产生显著抑制作用;该试验中添加初始物料干质量3.3%～6.6%分别使堆肥56d的NH3、N2O和CH4排放量减少了24.1%～43.4%、22.2%～27.7%和22.4%～62.9%,总温室气体排放当量减少30%。猪粪和玉米秸秆堆肥中较适宜的过磷酸钙添加量是初始物料干质量的3.3%～6.6%。该文为过磷酸钙添加剂应用于实际堆肥工程提供理论依据。     

尿素硝酸铵调节碳氮比促进小麦秸秆堆肥腐熟

【目的】高温堆肥可以加快秸秆腐解并浓缩其养分含量，是秸秆综合利用的有效措施之一。通常采用畜禽粪便来调节秸秆堆肥的C/N比，但由于重金属和抗生素问题限制了其在高价值经济作物上的应用。为此选择绿色无污染的尿素硝酸铵溶液 (UAN) 作为氮素调理剂开展堆肥试验，为生产高品质秸秆有机肥提供科学依据。【方法】设置4个处理，按照UAN添加量由多到少分别将堆肥C/N调节为15、20、25和30，进行50 d堆肥，监测堆肥过程中温度、pH、EC、有机碳、铵态氮、硝态氮、纤维素组成、种子发芽率指数等指标的动态变化，并综合判定堆肥腐熟效果。【结果】C/N25和C/N30的处理最高温度分别达到63.4℃和65.9℃，50℃以上高温持续时间分别为7 d和8 d，而C/N15、C/N20处理高温持续仅1～2 d，未达到无害化处理要求。堆肥初始pH值随着UAN添加量的增大而升高，范围在6.79～7.94，堆肥后pH值范围在7.63～7.89，各处理间没有明显差异。堆肥后各处理有机碳含量下降了8.29%～13.5%，且C/N25、C/N30的处理有机碳降解率显著高于C/N15和C/N20的处理。全氮含量较堆肥初增加53.3%～83.7%。秸秆中有机物组成表现为纤维素 > 半纤维素 > 木质素，堆肥后半纤维素、纤维素和木质素含量分别较堆肥初下降了30.5%～50.9%、42.%～55.8%和15.3%～29.4%。堆肥过程中由氨气挥发造成的氮素损失率随着C/N比升高而降低，分别为34.9%、29.0%、22.1%和7.37%；堆肥过程中无机氮占总氮的比例逐渐降低，由初始的52.4%～75.8%下降到结束时的25.4%～63.1%，而对应有机氮的比例则较堆肥初提高了52.4%～66.0%，表明小麦秸秆堆肥中氮素的稳定性增强。经过50 d的堆肥处理，C/N25和C/N30的处理种子发芽率指数均达到彻底腐熟 (GI ≥ 80%)，C/N20的处理达到基本腐熟(GI ≥ 50%)，而C/N15的处理未腐熟。【结论】采用尿素硝酸铵溶液作为氮素调理剂可有效降低小麦秸秆堆肥C/N比，促进小麦秸秆腐解，以C/N30处理腐熟效果最好。     

水葫芦高温堆肥过程中氮素损失及控制技术研究

为减少水葫芦高温堆肥过程中氮素损失,采用静态高温好氧堆肥的方法,分析了水葫芦堆肥过程中氮素转化规律,研究了添加化学保氮剂对减少堆肥中氮素损失的效果。结果表明,水葫芦堆肥过程中总氮及有机氮含量均呈上升趋势,铵态氮与硝态氮含量均呈先上升后下降的趋势,总氮损失率为12.84%;水葫芦堆肥过程中氮素损失途径主要为以NH3、N2O等气态形式逸出,其中,堆肥前10d是NH3挥发的高峰期,堆制后第5~9d的N2O排放速率最大;添加化学保氮剂对水葫芦堆肥过程第4~10d的氨挥发具有显著的抑制作用,NH3挥发量可减少23.82%,另外,化学保氮剂处理降低了堆制后第0~5d的N2O排放速率,增加了第9d以后的N2O排放速率;使用化学保氮剂原位控制水葫芦堆肥过程的氮素损失具有较好的效果,与常规对照相比,化学保氮剂对水葫芦堆体的保氮效率为32.70%。     

稻壳-鸡粪好氧高温堆肥体系中磷石膏消纳能力的研究

为探究堆肥体系中磷石膏的消纳能力,增加磷石膏资源化利用强度,该研究以稻壳作为主要原料,以鸡粪为辅料,添加基于堆肥有机物料(干质量)的0、10%、20%、30%和40%磷石膏(CK、P10、P20、P30和P40)作为堆肥调理剂,研究其对高温堆肥过程中堆肥的物理、化学、生物指标以及堆肥腐熟后堆料品质性状的影响,从肥料化的角度,探究稻壳-鸡粪堆肥体系中磷石膏的消纳能力。结果表明,相比于CK而言,磷石膏添加量在10%~30%明显促进了堆料温度的快速上升和高温时间,增加堆肥的发酵强度。当磷石膏的添加量超过20%以后,随着磷石膏添加量的增加,堆肥持续高温期的时间有明显减少。添加40%磷石膏处理稀释效应太明显,堆肥结束以后,堆肥的总有机碳的绝对含量较低,导致堆肥产物的有机质含量(34.3%)不达标。添加磷石膏可以提高堆体的种子发芽指数,到堆肥结束时,CK、P10、P20、P30和P40的种子发芽指数分别为65.43%、86.54%、97.52%、81.35%和71.40%。但P40处理到堆肥结束时,水溶性铵态氮含量还高达528.2 mg/kg。与CK处理相比,P10、P20和P30处理的养分含量增加显著,且均符合NY525-2012标准要求。各处理重金属含量均未超过NY525-2012标准的要求,但磷石膏的添加仍有增加堆肥重金属的风险。综合添加磷石膏对堆肥腐熟度的影响和堆肥品质的影响来看,在稻壳为主要原料的堆肥体系中,添加有机物料干质量的30%的磷石膏,是本堆肥体系磷石膏最大的消纳量。