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。     

添加不同辅料对污泥堆肥腐熟度及气体排放的影响

选择玉米秸秆和木本泥炭两种辅料添加至脱水污泥中进行联合好氧堆肥,研究了秸秆和木本泥炭作为添加剂对污泥堆肥腐熟度和堆肥过程中气体排放(NH_3、CH_4和N_2O)的影响。两种辅料添加量均为初始物料的15%,堆肥在60 L的密闭反应器中共持续35 d。研究结果表明,秸秆作为添加剂与污泥联合堆肥,堆肥产品可以达到卫生标准和腐熟标准。添加秸秆处理整个堆肥过程中累积NH_3、CH_4和N_2O排放量分别为2.2、0.14和0.09 g/kg,NH_3和CH_4排放主要发生在堆肥的升温期和高温期,N_2O排放主要发生在堆肥的后腐熟阶段。添加木本泥炭作为添加剂不能成功启动堆肥,整个堆置过程中未检测到NH_3和CH_4排放,但是在堆肥前期有大量N_2O产生。对于添加秸秆的处理,CH_4、N_2O和NH_3对总温室气体排放的贡献率分别为45%,36%和19%,CH_4所占比重最高。     

冬季堆肥中翻堆和覆盖对温室气体和氨气排放的影响

为明确冬季条垛堆肥过程中温室气体排放规律和主要影响因素,以猪粪和玉米秸秆为原料,研究了冬季条垛式堆肥过程中翻堆和覆盖作用对温室气体和氨气排放的影响。试验结果表明,在冬季堆肥高温期能维持2周以上,达到良好的卫生化效果;而在腐熟期堆体温度迅速下降,微生物活性停滞,堆肥腐熟进程受抑制。初始总有机碳的0.14%～0.76%以CH4损失,NH3和N2O的挥发则分别占到了初始总氮的10.3%～29.5%和0.81%～3.93%。数据分析结果显示,翻堆能够显著减少堆肥化过程中N2O和CH4排放,但增加NH3的排放。覆盖能够减少NH3的挥发,增加甲烷的排放,对N2O排放的影响不显著。     

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。     

规模奶牛养殖室外运动场春季温室气体与氨气排放特性

舍外运动场是中国传统奶牛养殖场的组成部分,同时也是温室气体和氨气(NH_3)的重要排放源。由于开放式生产设施污染气体排放的监测难度大,目前中国还普遍缺少奶牛运动场温室气体和NH_3排放通量的直接监测数据。该试验采用梯度法对北京地区春季典型开放式奶牛运动场的甲烷(CH_4)、氧化亚氮(N_2O)、二氧化碳(CO_2)等温室气体和NH_3浓度及其排放通量进行了监测分析,讨论了排放特征和关键影响因素,为获取中国北方地区奶牛运动场温室气体和NH_3的排放通量提供了基础数据支撑。测试运动场饲养了52头荷斯坦奶牛,年均单产约8 t,头均占地面积为20.77 m~2。结果表明,该奶牛运动场春季CH_4、N_2O和CO_2的排放通量为155.59、3.60和4 869.37 mg/(m~2·h),分别占温室气体排放总量的42.79%、9.37%和47.83%;NH_3的排放通量为66.27 mg/(m~2·h);排放峰值一般出现在运动场清粪之后。环境温度与CH_4、N_2O和NH_3排放量呈显著的正相关关系(P0.05),同时风速在一定范围内会促进CH_4、N_2O和NH_3的排放。奶牛场清粪活动不仅会加快污染气体的排放通量,还会影响温度和风速对气体排放通量的作用效果。     

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.     

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。     

不同施氮量对设施甜椒温室气体排放及净温室效应的影响

本研究在华北地区进行温室甜椒(Capsicum)栽培肥料试验,通过测定不同施氮处理土壤N_2O和CH_4排放量、排放特征和土壤呼吸强度,估算化肥投入、灌溉能源消耗、机械燃油、农药施用等生产投入产生的CO_2当量进而计算净温室效应,探讨了氮肥用量对当地温室蔬菜栽培温室气体排放、净温室效应的影响。田间试验设当地农民传统施肥量(C)、不施氮肥(CK)、推荐施氮量(T1)、推荐施氮量+硝化抑制剂(NP)(T1+NP)4个处理,土壤排放的温室气体用静态箱法采集、Agilent 6820型气相色谱仪测定,土壤呼吸用LI-8100土壤碳通量自动监测系统监测。结果表明,与传统施肥量处理相比,推荐施肥量处理,N_2O排放量明显下降;而4个处理的土壤CO_2累积排放量分别为3.36、3.19、3.25、3.07 thm~(-2),处理间无明显差异,CH_4累积排放量表现出随施氮量升高而下降的趋势;4个处理的净温室效应分别为5460.91、3439.28、4873.21、4622.85 kghm~(-2),因此,可以认为N_2O排放和土壤CO_2当量随施氮量的增加而升高,减少氮肥投入使之保持在适当水平,可降低N_2O、CH_4等温室气体的排放;而在等氮肥投入量的条件添加硝化抑制剂也能,减少温室气体排放和减轻净温室效应。     

猪场沼渣与玉米芯混合槽式堆肥氨气排放特征

堆肥既是粪便资源化利用处理的主要方式之一,也是重要的农业氨气排放源。针对猪粪沼渣堆肥的现场研究较少,实际生产过程中氨气排放数据缺乏,排放特征不明确的问题,开展了猪粪沼渣与玉米芯混合堆肥氨气排放特征的现场试验研究。本研究在实际槽式堆肥车间构建实时在线气体监测系统,对生猪养殖场沼渣槽式好氧堆肥车间氨气浓度变化进行连续监测,测算堆体氨气排放通量,分析氨气排放特征。结果显示:堆肥38d内槽式好氧堆肥车间氨气浓度变化范围为0.85～22.40mg·m~(-3),平均3.63mg·m~(-3)。由于翻堆对氨气扩散的促进作用,白天堆肥氨气浓度高于夜间,12:00-16:00氨气排放浓度最高(6.77±4.37mg·m~(-3)),其次为16:00-20:00(4.26±2.07mg·m~(-3))和8:00-12:00(3.62±1.46mg·m~(-3));堆肥车间单位体积堆肥原料的氨气排放通量为50.25～196.59mg·m~(-3)·h~(-1),平均103.99mg·m~(-3)·h~(-1),整个38d堆肥过程的氨气排放量为94.84g·m~(-3)。研究结果将为猪粪堆肥过程氨气的控制及减排措施的制定提供科学依据。     

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。     

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。     

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。甲烷的排放高峰期出现在堆肥降温期,累计排放量达到温室气体总排放当量的1.65%～2.40%。各处理的总温室气体排放当量分别为95.84 kg·t-1（CK）、52.31 kg·t-1（VT）、42.03 kg·t-1（BS）和62.49 kg·t-1（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。     

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。     

不同C/N比对双孢蘑菇培养料发酵过程温室气体排放的影响

针对双孢蘑菇培养料发酵过程中物质能量转化效率低、CO_2和CH_4等温室气体排放量大等问题,采用自制强制通风发酵箱装置研究了不同碳氮比对培养料发酵过程中温室气体排放和碳氮物质转化的影响。结果表明:发酵过程中温室气体的排放主要以CO_2为主,CH_4、N_2O和NH_3的排放量较少,并且CO_2、N_2O和NH_3的累积排放量均随C/N比的增加而降低。C/N分别为28,33,38,43处理以温室气体形式损失的碳分别为46.16,37.44,33.04,31.76 g/kg,损失的氮分别为4.72,3.49,1.76,1.65 mg/kg。C/N为33的处理更适合微生物活性,有机物降解率高于其它处理。到发酵结束时,C/N分别为28,33,38,43处理的碳物质损失分别为36.55%,45.5%,37.22%,32.71%,氮物质损失分别为5.41%,13.84%,7.59%,16.33%;但随发酵的进行,全氮相对含量因有机物降解而浓缩,呈现增加趋势。综合考虑温室气体排放和培养料发酵质量两个方面的因素,在实际生产过程中可适当提高C/N比,采用C/N为33:1~38:1的培养料配方,在不影响发酵质量的同时可减少温室气体排放量。另外,由于温室气体的排放主要集中在高温期,高温期越长,排放的温室气体越多,因此在发酵过程中应加强管理,及时翻堆,以控制发酵温度和温室气体排放。     

膨松剂对厨余垃圾堆肥CH4、N2O和NH3排放的影响

厨余垃圾有别于混合生活垃圾,具有高有机质含量和高含水率等特点,单独堆肥会产生大量CH4、N2O、NH3和渗滤液,为减少厨余垃圾堆肥过程污染物的排放,该文以居民小区产生的经大类粗分后的厨余垃圾为研究对象,以菌糠为膨松剂,设置15%、25%、35% 3个添加质量比（湿基）的堆肥处理,以纯厨余垃圾单独堆肥为对照处理,研究菌糠作为膨松剂对厨余垃圾堆肥过程中CH4、N2O、NH3和渗滤液排放的影响及其最佳添加比例。结果表明,堆肥过程中,添加菌糠可以完全避免厨余垃圾堆肥过程中渗滤液的产生;堆肥结束时,添加15%和25%菌糠的处理堆肥达到腐熟标准,但添加35%的菌糠使堆肥高温期缩短,不利于有机质分解;与对照处理相比,添加15%、25%和35%比例的菌糠均可以减少堆肥过程中CH4和NH3的累计排放量,且减排量与添加比例正相关,但只有添加15%菌糠的堆肥处理明显降低了N2O的排放量;添加质量比为15%和25%菌糠的堆肥处理,CH4和N2O排放总量比厨余垃圾单独堆肥分别减少45.8%、19.6%,而添加质量比为35%的菌糠使CH4和N2O排放总量为厨余垃圾单独堆肥的1.14倍（每t物料,干基）。综上,菌糠作为食用菌种植废弃物,可用作厨余垃圾堆肥膨松剂,在适宜的添加比例条件下,能够在避免堆肥过程中渗滤液产生的同时,减少CH4、N2O和NH3的排放量。研究结果可为厨余垃圾堆肥过程温室气体减排、氮素损失控制和工艺改进提供理论依据和试验基础。     

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。     

不同C N比堆肥碳素物质变化规律研究

针对堆肥化过程中常伴有少量CH4等温室气体排放造成环境污染等问题,采用密闭堆肥化装置,进行了不同碳氮比和通气条件下,堆肥过程中的气体释放规律、影响因子及其对堆肥理化性质的影响研究。结果表明,C/N=25、30堆肥处理的有机物降解率高于低碳氮比处理;全氮含量随着有机物的降解而浓缩,随着堆肥的进行而不断提高,到堆肥结束时,C/N=15、20、25和30处理的全氮含量分别为23.5、24、27.8 g.kg-1和28.4 g.kg-1;堆肥过程中,C/N=15、20、25和30的堆肥处理CH4累积排放为0.67、0.95、2.25g.kg-1和1.80 g.kg-1,损失比例占初始碳物质的0.39%、0.5%、1.24%和0.92%,并且CH4气体的排放主要集中在高温前期,高温期越长,排放的温室气体越多。高温期适当增大通气量,对于控制堆肥温度和减少温室气体生成有双重作用。