牛粪堆肥方式对温室气体和氨气排放的影响

为明确堆肥过程中温室气体和氨气排放规律以及产生的总温室效应,在云南省大理州开展堆肥试验,并以奶牛粪便为试验材料,研究了农民堆肥(FC)、覆盖堆肥(CC)、覆盖-翻堆堆肥(CTC)和覆盖通风-翻堆堆肥(CATC)4种堆肥方式对温室气体和氨气排放的影响。结果表明:覆盖通风-翻堆堆肥(CATC)可提高堆肥腐熟度,有效降低CH4和N_2O排放,但并没降低CO2和NH_3排放;与农民堆肥(FC)相比,覆盖堆肥(CC)的CH4排放量增加了48.7%,而N2_O和NH3排放量与农民堆肥(FC)基本一致;覆盖-翻堆堆肥(CTC)虽然提高了腐熟度,但CH_4、CO_2和NH_3排放量较大;堆肥结束时,4个处理的总温室效应分别为25.6、32.9、38.1及18.0 kg/t;温度与CH_4、CO_2、N_2O和NH_3排放速率均极显著相关,pH值显著影响N_2O和NH_3的排放。因此,覆盖通风-翻堆堆肥(CATC)不仅能够满足堆肥产品的腐熟度要求,而且能够减少总温室效应,再加上其操作简便,能够在生产中推广应用。     

低碳氮比条件下猪粪堆肥氨气和温室气体排放

针对养殖场粪便产生量大、外加碳源物质成本高,堆肥需要添加大量的碳源物质,并且猪粪堆肥实际生产过程中氨气(NH_3)和温室气体(GHG)排放数据缺乏的问题,开展了低碳氮比(C/N)条件下的猪粪堆肥试验。试验采用箱式堆肥法,使用Innova 1312对氨气(NH_3)、氧化亚氮(N_2O)、甲烷(CH_4)和二氧化碳(CO_2)气体进行24h在线连续监测。结果表明:堆肥箱体内日平均温度超过50℃的持续天数均超过10d,满足国家相关标准的无害化要求;经过31d的好氧发酵,每千克初始原料鲜重的NH_3、N_2O、CH_4和CO_2的累计排放分别为2.27、0.07、0.24、135.72g,NH_3的排放主要集中在堆肥第1周和翻堆后10d,分别占总排放的31.09%和36.15%,GHG排放主要集中在第4周,占总排放的30.9%;在不考虑CO_2时,N_2O是GHG的主要贡献气体,贡献率为72.02%。堆肥过程中物料气体(NH_3、N_2O、CH_4和CO_2)累计排放量均与p H值呈现良好的正相关(P0.01)、与含水率和C/N呈现良好的负相关(P0.01)。建议对猪粪堆肥过程中NH_3的控制应集中在堆肥第1周和翻堆后,GHG减排应重点关注堆肥后期N_2O的排放。     

覆盖材料和厚度对堆存牛粪氨气和温室气体排放的影响

为了研究锯末和稻草2种材料覆盖以及不同厚度的锯末覆盖对牛粪堆存过程中氨气(NH3)和温室气体(N2O、CH4和CO2)排放量的影响,采用静态箱的方法测试了不同覆盖厚度(1、3和5 cm)和2种材料(锯末和稻草)覆盖下牛粪NH3、N2O、CH4和CO2排放量。结果表明,在不同厚度锯末覆盖的试验中,与不覆盖处理组相比,覆盖降低了牛粪NH3和CO2累积排放量,但覆盖显著增加了牛粪N2O和CH4累积排放量(P0.05);3个覆盖处理组内,NH3、N2O和CO2排放量随着覆盖厚度的增加而下降,然而,CH4排放量随着覆盖厚度的增加而升高;1、3和5 cm厚锯末覆盖的牛粪总温室气体排放量分别为108.61、103.57和101.36 g/kg,与1 cm锯末覆盖相比,3和5 cm厚锯末覆盖的牛粪总温室气体排放量显著降低(P0.05)。在相同质量的锯末(2 cm厚)和稻草(6 cm厚)2种材料覆盖的比较试验中,2种材料覆盖都显著降低了牛粪NH3和CO2的累积排放量(P0.05),但同时也显著增加了CH4的累积排放量(P0.05);锯末覆盖增加了牛粪N2O累积排放量(P0.05),而稻草覆盖则降低了牛粪N2O累积排放量(P0.05)。与锯末覆盖相比,稻草覆盖显著增加了CH4的累积排放量(P0.05),但同时显著降低了牛粪CO2的累积排放量(P0.05);锯末覆盖和稻草覆盖牛粪总温室气体排放量分别为101.51和109.46 g/kg,与锯末覆盖相比,稻草覆盖显著增加了牛粪总的温室气体排放量。试验结果表明,较厚的锯末(3和5 cm)覆盖对牛粪NH3和温室气体的减排效果更好。     

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。     

翻堆与覆盖工艺对猪粪秸秆堆肥性质的影响

为了解翻堆与覆盖工艺对堆肥过程及堆肥理化性质的影响,开展了70天的猪粪、秸秆冬季室外半敞开式自然通风堆肥试验.试验共设计6个处理,分别为翻堆频率1周1次、2周1次、不翻堆.每个翻堆处理均设覆盖和不覆盖2种方式.经过对多个指标测定和方差分析,结果表明:翻堆工艺在加快堆体物料减量化(P=0.0001),加快堆体升温(P=0.0000)和有机质(TOM)降解(P=0.0080)方面影响极显著,并显著提高发芽率(GI) (P=0.0330),但同时导致氨气(NH3)的大量挥发,造成更多氮素(TN)损失(P=0.0190).不同翻堆频率的处理在物料减量化、pH值、电导率(EC)、有机质降解率和发芽率指数方面差异不显著,而翻堆1周1次极显著缩短高温期(P=0.0000),显著加速氨气排放(P=0.0190).覆盖可延长高温期(P=0.0001),当翻堆频率为2周1次和不翻堆时覆盖显著减少氨气挥发和氮素损失(P=0.0130),但同时减慢堆肥腐熟进程.综合考虑环境、经济因素后认为:不覆盖,翻堆频率为2周1次的条件下冬季室外自然通风堆肥效果最好.研究结果可为中小犁企业冬季堆肥化生产提供参考.     

塑料薄膜覆盖对牛粪便温室气体排放的影响

为控制短期贮存畜禽粪便的温室气体排放,该文研究了塑料薄膜覆盖对肉牛粪便短期贮存过程中温室气体排放量的影响。试验采用静态箱-气相色谱法观测了秋季(日均22.87℃)肉牛粪便自然露天堆放(对照组)和塑料薄膜覆盖堆放(覆盖组)时温室气体的排放通量。结果表明:秋季覆盖塑料薄膜贮存粪便可使N2O和CO2的日均排放通量分别降低94.85%(P0.01)和88.85%(P0.01),并在试验前期(0~9 d)使CH4的日均排放通量降低了43.37%(P0.05),但随后的10~30 d,覆盖组粪便CH4的日均排放通量极显著高于对照组(P0.01)。结论:当环境温度在17.23~30.35℃时,覆盖塑料薄膜可以降低堆放贮存(0~30 d)粪便N2O和CO2的排放通量以及堆放初期(0~9 d)CH4的排放通量。因此,塑料薄膜覆盖贮存法可显著降低粪便堆放初期的温室气体排放。     

水分含量对水葫芦渣堆肥进程及温室气体排放的影响

水葫芦经挤压处理后,容积减小、干物质含量提高,利于堆肥生产,但目前缺乏相关堆肥条件的研究。本文通过水稻秸秆与水葫芦渣以不同比例混合来调节堆体水分,探讨在65%、70%、75%、80%水分条件下堆肥效果及环境影响,以获得堆肥的最优水分条件。本试验为静态堆肥,动态监测堆体温度、pH值、碳氮养分和温室气体。结果表明,水分对堆体pH、胡敏酸(堆肥7 d)、富里酸无显著影响,对温度、水溶性碳、胡敏酸(堆肥50 d)、凯氏氮、硝态氮、铵态氮影响显著。其中75%水分处理升温能力最佳,堆肥6 d即达最高堆温(53.4℃);50 d时其凯氏氮、硝态氮、铵态氮显著高于65%和70%的水分处理(P<0.05);75%水分处理堆肥50 d与7 d相比,凯氏氮降低最多(21.1%),硝态氮增加最多(434%),铵态氮降低幅度最小(14.1%)。水分对CH4的产生无显著影响;但高水分促进CO2和N2O排放,75%水分处理的CO2排放能量最高,是其他处理的1.9~2.5倍,80%水分处理的N2O排放通量最高,是其他处理的3.9~23.1倍。综合考虑,水稻秸秆与水葫芦渣混合堆肥,堆体水分为75%较为适宜,能兼顾堆肥效率、品质和环境效益。     

覆盖及堆积高度对肉牛粪便温室气体排放的影响

为了研究覆盖对不同堆积高度肉牛固体粪便温室气体（N2O、CH4和 CO2）排放量的影响,试验采用静态箱的方法研究了20和40 cm堆积高度时覆盖或者不覆盖情况下肉牛粪便温室气体的排放量。结果表明,堆积40 cm的牛粪CH4的累积排放量显著高于20 cm处理,而N2O和CO2累积排放量显著降低。覆盖显著增加了牛粪N2O的排放量和40 cm高度牛粪的CH4排放量,降低了40 cm高度牛粪CO2的排放量,而对20 cm高度牛粪CH4和CO2排放无显著影响。根据CH4和N2O在100 a 尺度上相对CO2的全球增温潜势计算出综合温室效应,无覆盖处理的20和40 cm牛粪的综合温室效应分别为(101.07±6.28）和(94.67±3.29)g/kg,覆盖处理的20和40 cm牛粪的综合温室效应分别为(104.20±6.78)和(103.43±3.21)g/kg,堆积高度为40 cm且无覆盖的综合温室效应最小。     

不同工艺对牛粪堆沤肥过程气体排放的影响

堆沤肥是中国畜禽粪便处理利用的最主要方式。为探究不同堆沤肥方式对温室气体和氨气排放规律和温室效应,在北京市密云区开展了为期71d的堆沤肥试验,以牛粪和玉米秸秆为原料,分析了静态堆沤 (T1)、堆沤+翻抛 (T2)、堆沤+覆膜 (T3)、翻抛+覆膜 (T4)等4种方式对堆沤肥过程中腐熟度、温室气体和氨气等指标的影响。结果表明,4个处理的种子发芽指数分别达到131.33%、134.49%、108.76%和136.24%,均满足堆肥产品的腐熟度要求（≥70%）。翻抛有利于CO₂、N₂O和NH₃的排放,而覆膜抑制了N₂O的生成,T2处理的增温潜势最高,T3处理的增温潜势最低,较对照组T1处理减排20.14%。因此,T3处理在能够保证堆肥产品的腐熟度要求的前提下,还可有效减少增温潜势。该研究可为中小养殖场户堆沤肥的工艺优化实践提供技术指导。     

垫料型猪舍春夏育肥季节的氨气和温室气体状况测试

在规模化猪场内选择垫料育肥猪舍作为试验舍,以传统水泥地面育肥猪舍作为对照,利用多气体分析仪对试验舍和对照舍春夏两个育肥季节的NH3、CO2、CH4和N2O含量进行了连续3d的监测。结果表明：试验舍NH3、CO2和N2O的平均含量分别只有对照舍的40%、70%和77%,存在显著性差异（P〈0.05）;夏季由于温度高,垫料易于厌氧发酵,加大了CH4排放,试验舍CH4平均含量高于对照舍,但两者之间无显著差异（P=0.089）,春季试验舍的CH4平均含量低于对照舍,两者之间差异显著（P〈0.05）;试验舍中NH3含量变化在春季和夏季无显著差异（P=0.072）,CO2、CH4和N2O则存在显著性差异（P〈0.05）,夏季试验舍CO2含量低于春季,但NH3、CH4和N2O含量高于春季试验舍。说明垫料型猪舍能够改善舍内环境,减少有害气体排放。     

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。     

微生物菌剂对厨余垃圾堆肥温室气体减排的影响

为对厨余垃圾堆肥过程中的温室气体进行减排,在60 L强制通风静态堆肥装置中进行为期35 d的厨余垃圾和园林废弃物的联合好氧堆肥试验。在堆肥原料中分别添加复合微生物菌剂VT1000（VT）、枯草芽孢杆菌（BS）和地衣芽孢杆菌（BL）三种菌剂,并以不加菌剂的堆肥处理（CK）作为对照,监测堆肥过程中的CH4和N2O排放,以研究不同微生物菌剂对于厨余垃圾堆肥温室气体排放的影响。结果表明：微生物菌剂的添加会加快堆体升温和促进腐熟,同时能够实现不同程度的温室气体减排。堆肥过程中N2O的排放量在总温室气体二氧化碳排放当量中占比远高于甲烷,达到总排放当量的76.83%～88.57%,排放高峰期分别出现在堆肥初期和腐熟期。各处理的总温室气体排放当量分别为95.84 kg/t（CK）、52.31 kg/t（VT）、42.03 kg/t（BS）和62.49 kg/t（BL）。与CK处理相比,BS处理的总温室气体的减排效果最好,减排率为56.15%,BL处理的减排率最低,为34.80%,VT处理减排率为45.42%。相较于CH4,菌剂对N2O的减排效果更好,可达35.32%～61.86%。结合堆肥过程的温度及各腐熟度指标,该研究选取的微生物菌剂能够在保证堆肥效率和产品质量的前提下有效减少温室气体排放。     

二氧化锰对微好氧堆肥腐熟、温室气体及臭气排放的影响

为探究锰矿物添加对微好氧堆肥过程腐熟、温室气体和臭气排放的影响,以由厨余垃圾、水稻秸秆、羊粪和尾菜组成的多元混合物料堆肥为研究对象,共设3个处理,采用间歇通风方式,将通风速率为0.14 L/（kg·min）设置为好氧堆肥对照（CK）,速率为0.06 L/（kg·min）为微好氧处理（T1）,添加二氧化锰（MnO₂）的微好氧处理为T2。结果表明：多元废弃物好氧或微好氧堆肥在堆制70 d后均能腐熟,但T2处理腐熟度显著高于T1。微好氧处理T1、T2减少了26.47%～30.29%的NH₃和33.19%～38.60%的N₂O的排放,总温室效应减少了29.26%～31.38%。臭气的排放集中在前14 d,T1、T2处理的H₂S和VOCs的释放量显著增加了320.35%～501.04%和39.82%～53.63%。因此,微好氧堆肥可达到减排目的,但却加剧臭气的排放;MnO₂可提高促进堆肥腐熟,降低温室气体和臭气的排放。     

生物炭和菌剂对羊粪微好氧堆肥腐熟度和温室气体排放的影响

为探究微好氧堆肥方式对羊粪堆肥腐熟度和温室气体排放的影响，该研究以纯羊粪为研究对象，设置对照（CK）、生物炭添加（BC）和VT菌剂添加处理（MC）3个处理，在60 L的敞口发酵罐中进行42 d的堆肥试验，堆肥前14 d微量间歇强制通风，后28 d停止强制通风。结果表明：羊粪微好氧堆肥均能满足种子发芽指数（Germination Index，GI）≥70%、pH值不小于8等腐熟标准，与CK相比，BC和MC处理分别提高27.8%和38.8%的GI，并延长堆肥高温期至10 d以上，满足堆肥无害化和腐熟标准。NH3、CH4和N2O排放集中在前14 d，排放速率主要受温度、腐熟度等理化性质影响，且添加外源功能材料可不同程度减少气体排放量，其中添加生物炭使NH3、CH4和N2O排放量分别减少38.68%、14.26%和31.54%，总温室效应降低31.11%；菌剂添加降低18.41%的NH3排放，增加21.10%的N2O排放，总温室效应增加20.70%。因此，在羊粪微好氧过程，生物炭作为调理剂可促进堆肥腐熟，减少堆肥过程温室气体排放，加速有机质矿化和腐殖化，增加堆肥产品养分含量，为羊粪轻简化堆肥提供数据支撑。     

蚯蚓辅助堆肥处理蔬菜废弃物及其温室气体减排效果

蚯蚓辅助堆肥是近年兴起的处理有机废物的有效方法,为探明蚯蚓辅助堆肥法处理蔬菜废弃物的效果及其温室气体排放规律,该文以牛粪和新鲜番茄秧作为原料,在蚯蚓养殖场分别设置蚯蚓辅助堆肥和常规堆肥处理,对比研究了腐熟度指标变化和温室气体排放规律。结果表明:蚯蚓辅助堆肥堆垛温度较低,达不到无害化温度标准(50～55℃以上持续5～7d),但可满足蚯蚓生存需求,蚯蚓生物量在堆肥前期(0～10d)较低,为14.6×103～20.8×103条/m3,其后随着堆体温度的降低逐渐增长,至堆肥结束时达到90.2×103条/m3。综合pH值、电导率(EC)、碳氮比(C/N)、发芽率指数(GI)等腐熟度指标分析,蚯蚓辅助堆肥处理的腐熟度优于常规堆肥处理,并提前达到腐熟,堆肥周期缩短;蚯蚓辅助堆肥氮素损失较常规堆肥减少30.8%,CH4、NH3和N2O排放比常规堆肥分别减少12.8%、17.4%和46.1%,温室气体总量减排35.9%,因此蚯蚓辅助堆肥可有效降低堆肥过程中的氮素损失和温室气体排放量。研究结果可为有机固体废弃物循环利用和温室气体减排控制提供参考。