鸡粪好氧堆肥过程氨气与温室气体排放特征及协同减排机制

为研究畜禽粪便好氧堆肥过程氨气(NH₃)与温室气体的排放特征及协同减排机制,以鸡粪与蘑菇渣为原料,设置9组不同条件的好氧堆肥正交实验,并进行为期45 d的跟踪监测,了解好氧堆肥过程基本理化参数变化,分析NH₃和温室气体的排放规律及最佳减排条件,探究微生物群落与环境因子、气体排放通量之间的相关性。结果表明:含水率与碳氮比(C/N)变化影响整个堆肥进程,经45 d堆肥后,大多数处理组的堆肥均已经完全腐熟,且添加一定比例的椰壳生物炭与钙镁磷肥可以提高堆肥腐熟度。NH₃和4种温室气体(CH₄、N₂O、CO、CO₂)在堆肥前期(1~22 d)排放通量较高,人工翻堆会增加气体排放通量。NH₃和温室气体排放的影响因子和最佳减排条件各不相同,存在"此消彼长"的关系。对NH₃、CH₄、N₂O排放影响较大的因子是椰壳生物炭占比、钙镁磷肥占比和通风速率,有利于这3种气体协同减排的条件为含水率60%、椰壳生物炭0或5%、钙镁磷肥0或5%或10%、通风速率0.12 L·min^-1·kg^-1,其中含水率60%、椰壳生物炭占比5%、通风速率0.12 L·min^-1·kg^-1是NH₃和CH₄协同减排的最佳条件。整个堆肥过程中,门水平与属水平的微生物群落相对丰度均发生明显变化,C/N和温度是微生物群落变化的主要驱动因素;堆肥前期(22 d前),门水平的优势菌为Firmicutes、Actinobacteria、Bacteroidetes和Proteobacteria,其中Firmicutes对NH₃与温室气体的排放具有显著影响。研究表明,鸡粪好氧堆肥过程中影响NH₃和温室气体排放的因子很多,通风条件下进行调理剂种类及配比优选有望实现NH₃、CH₄和N₂O的协同排放。     

畜禽粪便堆肥过程中碳氮损失及温室气体排放综述

堆肥是畜禽粪便资源化利用的重要技术,但堆肥过程中碳氮损失会降低产品的农用价值并造成温室气体排放。堆肥过程中的污染气体排放受多种因素影响,本文综述了堆肥原料类型、辅料类型、初始C/N、含水率和通风速率对畜禽粪便堆肥过程碳氮损失和温室气体（CH₄、NH₃、N₂O）排放的影响。结果发现：48.7%的C和27.7%的N在堆肥过程中损失,其中CH₄-C损失平均占初始总碳的0.5%,NH₃-N和N₂O-N损失分别占初始总氮的18.9%和1.1%。不同种类粪便堆肥碳氮损失差异明显,猪粪和鸡粪堆肥的温室气体排放量高于牛粪和羊粪。选择富含C的辅料与畜禽粪便联合堆肥均可促进有机物降解,其中以稻草或锯末为辅料时的温室气体排放量较低。初始C/N对堆肥过程N损失影响较大,总氮、NH₃和N₂O的损失均随C/N的增加而降低,其中C/N为20~25时最适宜N素保留。初始含水率显著影响CH₄和N₂O的排放,其排放量随含水率的增加呈显著上升趋势,以含水率为60%~65%最为适宜。通风速率（以堆肥干基计）为0.1~0.2 L·kg^-1·min^-1时,CH₄排放和总碳损失较低;通风速率为0.1~0.3 L·kg^-1·min^-1时,N₂O、NH₃和总氮损失较低。因此,为降低畜禽粪便堆肥过程碳氮损失和温室气体排放量,建议采用的工艺参数为：通风速率0.1~0.3 L·kg^-1·min^-1、含水率60%~65%、C/N为20~25。     

腐熟堆肥筛上粗颗粒对堆肥化过程中温室气体排放的影响

以猪粪和玉米秸秆按湿重7:1混合为原料,研究腐熟堆肥粗颗粒在堆肥化过程中减排温室气体作用。试验在1.2 m³发酵仓中进行,采用自然通风,每周翻堆一次,设混匀、覆盖、覆混、对照4种处理。试验结果表明:混匀处理能提高堆体的通气性能,提高堆肥产品的腐熟度,同时降低CH₄排放41.8%,但不能显著降低NH₃排放。覆盖处理能降低NH₃排放49.1%;腐熟堆肥覆盖层具有CH₄氧化能力,降低CH₄排放67.4%。覆混处理既能在堆肥翻堆前降低氨气排放(22.7%),又能在堆肥翻堆后减低甲烷排放(46.6%)。同对照相比,混匀和覆混处理分别减少N₂O排放35.7%和74.1%。腐熟堆肥粗颗粒中含有大量亚硝酸盐氧化菌,混入堆肥后可促使亚硝酸盐向硝酸盐的转化,减少通过反硝化途径产生N₂O,但是在堆肥初期将促进硝化途径产生N₂O。堆肥结束后,覆盖、混匀、覆混处理的总温室气体排放分别下降35.2%、50.4%和58.1%。覆混处理因其操作便捷性、良好的减排效果,可以在实际生产中推广应用。     

菌剂和含磷添加剂联合添加对污泥堆肥污染气体排放及堆肥品质的影响

以脱水污泥和玉米秸秆堆肥为对照,采用实验室规模系统,研究了外源添加微生物菌剂（VT菌剂）和含磷添加剂（过磷酸钙和磷石膏）对污泥堆肥腐熟度、污染气体排放以及产品品质的影响。结果表明：菌剂添加显著促进堆肥腐熟,最终种子发芽率指数为126%~158%。菌剂和两种含磷添加剂混合添加可更大程度降低污染气体的排放,其中菌剂和过磷酸钙联合添加可减少63.3%的NH₃和42.8%的H₂S排放量,菌剂和磷石膏联合添加可减少97.6%的NH₃和54.4%的H₂S排放量。添加剂处理均可降低CH₄的排放。添加菌剂可以降低30.7%的N₂O排放,但是菌剂与过磷酸钙和磷石膏联合添加会增加堆肥前期的N₂O排放。含磷添加剂处理可提高18.3%~22.9%的总养分（TN+P₂O₅+K₂O）含量。研究表明,VT菌剂和含磷添加剂联合使用是提高堆肥产品品质、减少堆肥过程污染气体排放的有效方法。     

腐熟堆肥回流对猪粪堆肥含硫臭气排放的影响

为探究腐熟堆肥不同回流方式对猪粪堆肥含硫臭气排放的影响,本文以猪粪为研究对象进行好氧堆肥试验,设置不添加腐熟堆肥（CK）、腐熟堆肥覆盖处理（Cap）和腐熟堆肥混匀添加（Mix）3个处理。研究结果表明：腐熟堆肥覆盖和混匀回流方式相较于CK均可促进堆肥腐熟,种子发芽指数（GI）分别提高12.50%和18.09%;甲硫醚（Me₂S）和二甲基二硫醚（Me₂SS）为猪粪高温堆肥过程中主要的含硫臭气（>90%）,主要在堆肥前期和翻堆后排放。腐熟堆肥覆盖和混匀回流处理可分别减排Me₂S 75.42%和78.64%、Me₂SS 35.58%和56.17%,降低39.42%和58.31%的总含硫气体排放,增加堆肥产品总硫（TS）含量13.46%和24.07%。腐熟堆肥覆盖和混匀两种回流方式均可促进堆肥腐熟,减少含硫臭气排放,且腐熟堆肥混匀处理效果最佳。     

Fe2O3对鸡粪堆肥过程中含硫臭气排放的影响

本文以新鲜鸡粪和玉米秸秆为原料,在60 L密闭式发酵罐内进行联合好氧堆肥,研究了Fe₂O₃作为添加剂对鸡粪堆肥含硫臭气排放和堆肥产品腐熟度的影响。研究结果表明,在为期35 d的堆肥过程中,两处理的高温期（≥ 50℃）均持续10 d以上,满足堆肥产品无害化要求;种子发芽率指数（GI）均超过70%,达到完全腐熟,添加Fe₂O₃不会影响堆肥温度和堆肥产品腐熟度。鸡粪堆肥添加Fe₂O₃可有效降低含硫臭气排放,可使鸡粪堆肥过程中硫化氢（H₂S）、二甲基二硫醚（Me₂SS）和甲硫醚（Me₂S）分别减少38.81%、73.59%和42.59%,累计减少总硫损失63.17%。总体而言,外源添加Fe₂O₃不会影响堆肥进程和腐熟度,可显著降低含硫臭气排放,增加产品中硫含量。     

稻蟹共生系统温室气体排放特征及其影响因素

稻田是农业温室气体排放的重要来源。近年来，稻田综合种养模式发展迅速，但其对温室气体排放的影响具有较大争议。为明确我国东北地区典型稻田种养模式——稻蟹共生系统温室气体排放特征，在辽宁省盘锦市大洼区开展微区试验，设置持续淹水水稻单作、晒田水稻单作和稻蟹共生3种处理，开展了不同稻田生态系统下温室气体排放特征及其主要影响因素研究。结果表明：稻蟹共生能够降低稻田N₂O排放，与持续淹水水稻单作处理和晒田水稻单作处理相比，稻蟹共生处理N₂O排放量分别降低23.9%和16.7%。稻蟹共生对CH₄排放的影响则取决于水稻单作的水分管理模式。相比于持续淹水水稻单作处理，稻蟹共生处理使CH₄排放量降低13.5%；然而相比于晒田水稻单作处理，则使CH₄排放量增加34.0%。整体而言，与持续淹水水稻单作处理相比，稻蟹共生处理降低了13.6%的增温潜势；与晒田水稻单作处理相比，却增加了32.6%的增温潜势。冗余分析表明，在稻田生态系统中，温室气体排放主要受田面水溶解氧和pH以及土壤中NO₃^--N含量和pH的影响。综上，从温室气体减排潜力的角度看，与持续淹水水稻单作系统相比，稻蟹共生模式可以降低N₂O和CH₄等温室气体排放；而与晒田水稻单作系统相比，持续淹水的稻蟹共生模式会增加温室气体排放。     

花生壳生物炭用量对猪粪堆肥温室气体和NH3排放的影响

为研究不同花生壳生物炭添加比例对猪粪堆肥过程中温室气体和NH3排放的影响。利用强制通风静态堆肥技术,研究0(对照)、3%、6%和9%花生壳生物炭添加比例(质量比)对猪粪堆肥过程CO_2、CH_4、N_2O和NH_3排放和堆肥性质的影响。结果表明:添加生物炭能够延长堆肥高温期持续天数,使pH提高0.09～0.13个单位,EC提高11.7%～50.6%;各堆肥处理CO_2、CH_4和N_2O排放速率均随发酵时间的延长呈先升高后降低的趋势,且CO_2、CH_4和N_2O排放速率均与pH具有显著的相关性;随生物炭用量的增加,猪粪堆肥过程中CO_2排放速率表现为先升高后降低的变化趋势,其中以3%生物炭添加比例处理最高,其平均CO_2排放速率比对照增加12.9%;N_2O排放和NH_3挥发均以9%生物炭添加比例处理最低,分别比对照降低12.5%和29.9%。综上,在整个堆肥过程中,花生壳生物炭的添加降低了N_2O和CH_4的累积排放量,且随花生壳生物炭添加比例的增加,温室气体减排效应增大。     

秸秆与生物炭对棉田碱性土壤NH3挥发与N2O排放的影响

为探究秸秆和秸秆生物炭连续添加5 a后对土壤氨（NH₃）挥发和氧化亚氮（N₂O）排放的影响,并确定合理的秸秆还田措施,以降低碱性棉田氮损失。本研究基于等碳量输入,设置秸秆翻埋、秸秆催腐+覆盖还田、秸秆生物炭翻埋和不还田对照共4个处理,氮磷钾肥统一施用。结果表明：秸秆生物炭翻埋下土壤NH₃挥发和N₂O排放分别较不还田对照显著降低27.3%和56.7%,主要归因于生物炭显著抑制土壤羟胺还原酶与硝酸还原酶活性,增加棉花氮吸收量,也与生物炭自身的强吸附能力有关。而秸秆翻埋、秸秆催腐+覆盖还田分别较对照增加NH₃挥发37.2%和21.2%,但减少N₂O排放17.1%和38.3%,这两种秸秆还田方式均显著促进土壤有机氮矿化和羟胺还原酶活性,抑制硝酸还原酶活性。冗余分析（RDA）结果表明羟胺还原酶和棉花氮吸收是土壤NH₃挥发和N₂O排放的主要影响因子,解释率分别为64.8%和20.1%。研究表明,秸秆生物炭翻埋对NH₃和N₂O减排的综合效果优于秸秆,是碱性棉田土壤值得推荐的氮减排措施。     

基于本地化因子的上海市露天蔬菜地氨排放时空分布特征

为获取上海地区露天蔬菜种植的NH₃排放规律及时空分布特征,通过通气-氨捕获法对露天蔬菜种植的NH₃排放特征进行监测,并对主要气象参数进行同步观测。结果表明,4个季节5种典型露天蔬菜的NH₃累积排放量范围为14.44~41.94 kg·hm^-2,NH₃排放通量最大值出现在施肥后2~5 d,NH₃排放持续时间为15~18 d,追肥期的NH₃排放通量显著高于基肥期。叶菜类、瓜类、茄果类、豆类和白菜类的NH₃排放损失率分别达到了6.02%、18.30%、14.98%、14.57%和11.77%,表现为瓜类>茄果类>豆类>白菜类>叶菜类。相关性分析表明,温度和湿度是影响露天蔬菜种植NH₃排放的主要因素,温度对NH₃排放有显著的促进作用,湿度则与之呈较好的负相关关系。2017年上海市露天蔬菜种植NH₃排放总量达到832 t,空间分布特征表明,上海市露天蔬菜NH₃排放总量最高的3个区为崇明区、浦东新区和青浦区,合计占NH₃排放总量的67%以上; NH₃排放季节变化特征表现为夏季>秋季>春季>冬季,夏季的NH₃排放总量达到冬季的3.6倍。研究表明,上海地区露天蔬菜种植的NH₃排放变化特征显著,时空分布具有明显的规律性。     

生物质炭对猪粪堆肥过程中氮素转化及温室气体排放的影响

为了解不同比例生物质炭的添加对猪粪和稻草堆肥过程中氮素损失及温室气体排放的影响,监测了堆置过程中铵态氮、硝态氮、氨挥发及温室气体的变化。试验设猪粪秸秆对照(B0)以及猪粪秸秆中添加5%(B1)、10%(B2)、15%(B3)生物质炭共4个处理。结果表明:添加生物质炭能够提高堆体温度,缩短堆肥周期,B3处理的堆体比B0处理提前3 d进入高温期;高温期B0、B1、B2、B3各处理堆体中NH+4含量分别比初始值增加6.6%、41.8%、51.9%、48.6%。与B0相比,添加生物质炭能够显著增加高温期堆体NH+4含量,减少高温期NH+4向NH3的转化,显著降低堆肥过程中的氨挥发,其中B1、B2、B3氨挥发累计量比B0分别减少23.1%、68.6%、78.4%;B2处理与B0相比能够显著减少CO_2排放总量,而B1、B3处理效果不显著,但能够显著减少堆肥过程中CH4的排放;与B0相比,添加生物质炭处理CH4排放总量降低16.3%~23.5%,且可显著降低堆肥过程中N_2O的排放,其中B2、B3的N2O排放总量比B0减少70.7%。     

化肥减量配施有机肥对早稻田温室气体排放的影响

为明确化肥减量配施有机肥对早稻田温室气体排放的影响,在长期定位施肥试验区采用密闭静态箱法采集温室气体,监测了常规施用化肥以及化肥减量配施鲜猪粪、沼液沼渣、猪粪堆肥、紫云英绿肥等不同施肥处理的早季稻田主要温室气体排放动态,探讨了不同施肥措施对稻田温室气体累积排放量、全球增温潜势(GWP)及排放强度(GHGI)的影响。结果表明:不同施肥措施下早稻田温室气体的排放存在明显的差异;与常规施肥相比,各化肥减量配施有机肥处理均促进了早稻田CH_4和CO_2的排放,而化肥减量配施鲜猪粪、猪粪堆肥处理的N_2O排放量分别降低了7.09%、4.89%。在早稻生长季,化肥减量配施有机肥虽引起了稻田GWP值的增加,增幅在5.00%~59.58%之间,但也使稻谷产量增加了6.15%~12.10%,选择适宜的有机肥还可降低稻田的GHGI值;其中化肥减量配施猪粪堆肥是本试验中促进早稻增产和实现温室气体减排的最佳施肥措施。     

添加黄土或古土壤降低猪粪温室气体综合排放效应

为了探究加土垫圈这一传统措施对控制畜禽粪便存贮过程中温室气体排放的作用,采用室内培养方法研究了添加黄土与古土壤对猪粪温室气体排放的影响及可能的作用机理。结果表明:与猪粪处理相比,添加黄土或古土壤处理的CO_2累积排放量降低了42.4%～64.3%,CH_4累积排放量降低了99.8%以上,但N_2O累积排放量增加了1.8～18.0倍,这与土壤对养分的保蓄作用及土壤添加后碳、氮底物的变化有关。总体而言,添加黄土或古土壤处理的全球增温潜势为猪粪对照的38.1%～67.0%,有效减少了猪粪的温室气体排放。与施用黄土相比,添加古土壤具有更好的减排效果,这与古土壤中具有吸附能力的物理性黏粒和游离态氧化铁含量较高有关,说明添加物类型的选择对减少畜禽粪便存贮阶段的温室气体排放具有重要作用。     

规模养猪场粪便堆肥处理生命周期评价实例分析

以北京郊区某规模化养猪场现有堆肥系统为例,运用生命周期评价方法,以养猪场现行堆肥工艺为参比,以4种不同翻堆频率条件下的条垛式堆肥工艺作为备选方案,对该养猪场粪便不同堆肥处理情景的环境影响进行系统对比分析。结果表明,每处理1 t新鲜猪粪的化石能源损耗潜力为80.8~221.5 MJ;堆肥氨挥发排放对系统总酸化效应和富营养化效应贡献率均达96%以上;CO2和N2O等温室气体排放对总温室效应的贡献分别为58%~88%和8%~35%。能源投入和气体排放是猪粪堆肥生命周期环境影响的关键因素,实践生产中应注重使用清洁能源,并结合工艺特点采用氨挥发与温室气体减排技术,减少堆肥生产过程的环境污染。     

沸石添加剂对污泥堆肥过程中的氨挥发及相关因素的影响

以污泥和秸秆为基本堆肥原料,向其中添加不同比例的沸石(5%和10%),采用密闭室动态吸收法,分析了污泥堆肥过程中的氨挥发速率以及氨挥发的相关影响因素。结果表明:堆肥中添加5%和10%的沸石,与对照相比显著降低了氨挥发累积速率27.9%和48.7%,并且延迟1 d出现氨挥发峰值。沸石添加剂对氨挥发影响因素温度、pH 值、EC 和NH₄⁺-N 均有显著影响,添加沸石缩短堆肥高温期3 d,降低堆肥中后期堆体温度(降幅为0.17~13.5 益),增加堆体0.09~0.22 个pH 单位,维持堆肥更低电导率(1 876.7~2 636.7 uS·cm^-1),降低堆体NH₄⁺-N 9.07%~22.2%。污泥堆肥中添加沸石降低了氨挥发累积速率,保留了堆体中的有效氮,在堆肥工程中具有较为广阔的应用前景。     

猪粪堆肥过程中调理剂配比与养分变化研究

[目的]探究猪粪堆肥过程中调理剂的配比及养分变化情况。[方法]猪粪与水稻秸秆的质量比在4：1、6：1、10：1的条件下,研究3个处理（①：120kg猪粪＋30k稻草;②：135．0kg猪粪＋22．5kg稻草;③140kg猪粪＋14kg稻草）的温度、pH值、TN、TP、TK等理化指标的变化情况。[结果]3个处理的温度维持在50℃以上的时问分别为4、10、3d,最高温度分别达到51．0、57．0、60．5℃,在第25天时,3个处理的总养分含量分别达到11．33％、12．07％和13．19％。pH值分别上升至8．73、9．00、8．79。[结论]以猪粪和水稻秸秆的质量比为6：1时,混合腐熟的效果最佳。     

含硫添加剂对猪粪堆肥过程甲烷与臭气排放的影响

为探寻合适的含硫添加剂,有效控制堆肥过程中甲烷和臭气的排放,以磷石膏（PG）、过磷酸钙（SP）、硫酸钠（NS）为添加剂,采用强制通风曝气的60 L桶状发酵罐,探究不同含硫添加剂对于猪粪堆肥过程中气体排放的影响。结果表明：添加堆肥原始物料鲜质量2%的PG、2%的SP、1.2%的NS处理分别能减少50.8%、43.3%、46.6%的甲烷排放;PG和SP处理能减少40.6%和37.2%的氨气挥发,NS处理减少了20.0%的氨气挥发;PG与SP处理对硫化氢气体没有产生明显的抑制作用,而NS处理的硫化氢排放量为对照（无添加剂）处理的3.8倍,且NS处理堆肥结束后种子发芽率仅为41.3%。研究表明,1.2%的NS处理不适合臭气减排,而添加2%的PG以及2%的SP等低硫添加剂较为适宜。     

添加蒙脱石对猪粪好氧堆肥腐熟度和重金属钝化的影响

为进一步提升猪粪堆肥品质,以猪粪和秸秆为原料,以蒙脱石为调理剂进行强制通风好氧堆肥,分析堆肥过程中温度、pH、含水率、电导率、种子发芽指数和重金属形态的变化,研究添加蒙脱石对猪粪堆肥腐熟度和重金属钝化效果的影响。结果表明,添加蒙脱石可提高猪粪好氧堆肥温度,延长高温期,有效促进堆肥腐熟,提升堆肥品质。当蒙脱石添加量为猪类干质量的5%时,堆肥的种子发芽指数可达92%,堆肥效果最好。添加适量蒙脱石可提高堆肥的重金属钝化效果。当蒙脱石添加量为猪类干质量的5%时,对可交换态Cu和Zn的钝化效果最佳,分别达到23.7%和17.2%。