酒糟型生物有机肥初始酵解条件对木质纤维降解的影响

木质纤维是有机物料堆肥化过程最难降解的物质,影响着堆肥化进程。提高木质纤维降解,有利于促进堆肥的快速腐熟,提高堆肥质量。试验应用二次通用回归旋转组合设计四因素(1/2实施)方案,研究酒糟型生物有机肥堆制初始条件对总碳、木质纤维降解的影响,旨在为木质纤维高效快速降解提供理论依据。结果表明,在本试验条件下,秸糟比对总碳、半纤维素的影响作用最大;含水率对纤维素、木质素的影响作用最大。实现总碳等较好降解效果的各因子配比方案范围为:pH值6.63~7.02,接种量0.49%~0.551%、含水量65.52%~66.68%、秸糟比41.61%4~4.32%。     

堆肥预处理对稻秸厌氧发酵产气量的影响

堆腐作为秸秆厌氧发酵的预处理技术已广泛使用,但堆腐也会使秸秆中部分有机物损失,了解堆腐损失有机物对秸秆总产气量的影响,可以更客观地评价堆腐预处理技术的可行性。该试验在室内中温（35℃）、总固体（TS）质量20%条件下,研究了稻秸堆肥预处理、添加猪粪对稻秸产沼气的影响,分析了堆肥预处理以及厌氧发酵前后稻秸组分的变化,估算了堆肥预处理对稻秸总固体质量产气量的损失。结果表明：稻秸堆肥预处理并不能增加稻秸产气量与甲烷含量,堆肥预处理使稻秸的半纤维素量损失了12%以上,从而降低了稻秸总固体质量产气量。厌氧发酵中稻秸半纤维素降解率最高,对稻秸产气贡献率最大。由此可见,堆肥预处理方式并不能提高稻秸厌氧发酵的产气量。     

粉碎粒径对番茄和辣椒秸秆堆肥木质纤维素降解特征的影响

为探索茄果类蔬菜秸秆在菜田就近进行好氧堆肥粉碎条件,研究了2种粉碎粒径（碾压粉碎2～5 cm、切割粉碎1～2 cm）对3种蔬菜秸秆（番茄、辣椒及二者混合秸秆）堆肥的木质纤维素降解特征的影响。结果表明,番茄、辣椒和混合秸秆在堆肥过程中木质纤维素组分降解率由高到底依次为半纤维素>纤维素>木质素,大粒径处理能够降低堆肥初始木质纤维素的含量,同时加快纤维素和半纤维素在堆肥后期的降解;小粒径处理则能够提高堆肥积温,促进木质素的降解。冗余分析表明,纤维素和半纤维素降解是促进全碳降解的关键因素。大粒径处理的3种秸秆初始全氮、全磷、全钾和腐植酸含量显著高于小粒径处理,且在堆肥结束时大粒径处理的氮、磷、钾总养分含量（8.03%）和腐植酸含量（12.15%）仍显著高于小粒径处理（6.88%、9.44%）。在生产中,蔬菜产地可选择秸秆还田机碾压粉碎至2～5 cm粒径或容重0.3 g/cm3下的粉碎粒径对茄果类蔬菜秸秆进行堆肥,有助于木质纤维素的降解和堆肥质量的提高。     

酒糟型生物有机肥初始酵解条件对氮素损失的影响

试验应用二次通用回归旋转组合设计四因素（1/2实施）方案,研究酒糟型生物有机肥堆制初始条件对氮素损失率的影响,以期为有效控制氮素损失提供理论依据。结果表明,各因素对氮素损失率的影响大小顺序是: pH值>接种量>秸糟比>含水量; 当pH值、接种量的编码值为-1.68,含水量、秸糟比的编码值为1.68时,氮素损失率最小,为8.4164%。四个因子间存在着交互作用,且作用方向是正向的,其中pH值与含水量、接种量与秸糟比间的交互作用不显著。在本试验条件下,控制氮素损失率的最优方案是: pH值6.3980～6.4186、接种量0.3991%～0.4031%、含水量64.7014%～64.8285%、秸糟比40.9326%～41.0956%。     

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。     

功能菌剂对堆肥中木质纤维素降解的影响

以鲜牛粪和稻草为材料进行好氧堆肥,主要研究了接种木质纤维素降解菌对堆肥过程中木质纤维素降解酶活性、木质纤维素降解菌数量动态及木质纤维素降解率变化的影响。结果表明,接菌处理使堆肥在第3 d进入高温期,并维持45℃以上高温长达20 d(自然堆肥为14 d)。接菌处理堆肥中的木质纤维素酶活性在各个时期均高于自然堆肥,其中羧甲基纤维素酶、滤纸酶和半纤维素木聚糖酶活性最大值分别为1 120、268、1 681 U/L,高出自然堆肥959、209、1 459 U/L;漆酶活性在第18和31 d出现两次峰值,分别为4 666和3 666 U/L,而自然堆肥的漆酶活性在第18 d出现一次明显峰值,仅为1 700 U/L。接菌处理的木质纤维素降解菌数量在堆肥各个时期均高于自然堆肥;堆肥结束时,接菌处理堆肥中木质素、纤维素和半纤维素的降解率分别高于自然堆肥14.33%、31.31%和19.57%。以上结果表明,加入木质纤维素降解菌可明显提高堆体温度,延长堆肥高温期,增加堆肥中木质纤维素降解菌数量,提高相关酶活性和木质纤维素降解率,可以考虑将其进一步应用于较大规模的牛粪堆肥处理或其他禽畜粪便的堆肥处理。     

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。     

不同中药渣组合好氧堆肥产物对土壤碳矿化特性的影响

为研究不同配方中药渣废弃物好氧堆肥产品品质差异及其对土壤碳素矿化的影响，设置了好氧堆肥和有机肥还田两个试验。通过工厂化条垛式好氧堆肥试验，研究了中药渣废弃物3种组合，在相同碳氮比、不同木质纤维素含量下对好氧堆肥产品品质的影响；采用土壤呼吸瓶进行室内恒温恒湿培养模拟土壤施肥效应，研究了3种有机肥施用对不同肥力土壤有机碳分解动态的影响。试验结果显示：中药渣物料的初始木质纤维素含量显著影响堆肥产品的碳氮养分转化和腐殖质组分。与初始低木质纤维素含量处理(T1)相比，高木质纤维素含量处理(T3)堆肥有机碳降解难，堆肥产品中全碳含量提高5.7%，全氮含量降低18.4%，但有利于腐殖质形成，尤其是显著增加胡敏酸组分20.9%。3种中药渣堆肥产品等碳量输入对不同肥力土壤的碳素矿化效果差异显著，高肥力土壤CO₂-C的释放速率和累积释放量均高于低肥力土壤，但有机碳的累积矿化率却低于低肥力土壤，并且高肥力土壤中添加T1堆肥产品累积矿化率显著高于添加T3堆肥产品。两个肥力土壤中有机肥中胡敏酸组分与土壤碳素矿化率之间呈显著负相关关系。因此，为提高有机肥的土壤固碳效应，可适当提高有机肥中胡敏...     

木质纤维素降解菌剂DN-1促进堆肥腐熟度的评估

为提高堆肥中木质纤维素降解效率,促进堆肥腐熟进程,主要采用红外光谱法(FTIR),同时结合堆肥温度、种子发芽率及木质纤维素含量变化,研究了添加木质纤维素降解菌剂DN-1对堆肥腐熟的促进作用。结果表明,加入菌剂使堆肥在45℃以上高温期持续20 d,比自然堆肥高温期延长6 d;堆肥结束时,添加菌剂堆肥的种子发芽指数为93.3%,自然堆肥仅为56.7%;菌剂堆肥中木质素、纤维素和半纤维素的降解率分别为42.54%、62.57%和67.14%,分别高出自然堆肥14.33、31.31、19.57个百分点。红外光谱变化反映了堆肥过程中木质纤维素、多糖、脂肪和酰胺等成分的减少及芳香结构成分的增加,为菌剂DN-1促进堆肥中有机成分的转化和腐熟进程提供了有力的直接证据。菌剂DN-1具有很好地促进堆肥中木质纤维素降解和提高堆肥腐熟度的潜力,可以将其进一步应用于较大规模的堆肥处理。     

强化堆肥中木质纤维素降解的功能菌株筛选鉴定

采用多种筛选相结合的方法,从土壤、秸秆、牛粪等不同来源的样品中分离得到3株具有木质纤维素降解能力的细菌,其同时具有使堆肥快速升温和有效除臭潜力。经菌体形态观察、生理生化分析及16S r DNA鉴定,此3株细菌均属于Bacillus sp.。堆肥功能验证试验结果表明,添加此3株功能菌可使堆肥中纤维素、半纤维素和木质素的降解率分别比对照提高31.31%、19.57%和14.33%;堆肥结束时的发芽率达到93.3%,高出对照36.6%。此3株功能细菌具有很好的促进堆肥中木质纤维素降解和提高堆肥腐熟度的能力,可以考虑将其应用于较大规模的牛粪或其他畜禽粪便的堆肥处理。     

农林废弃物对厨余垃圾堆肥腐殖化的影响与微生物驱动机制

高碳源农林辅料复配是实现厨余垃圾好氧堆肥促腐提质的关键技术,但不同辅料对厨余垃圾堆肥过程腐殖化的影响及其相应的微生物驱动机制仍不清楚,从而限制了对辅料的有效筛选与利用。为此,该研究选用园林废弃物、玉米秸秆和西瓜秧3种典型高碳源农林废弃物为辅料,探究其对厨余垃圾堆肥过程有机质腐殖化的调控效果与机制。研究结果表明：相较于园林废弃物和西瓜秧,添加15%玉米秸秆（湿质量）作为辅料,能够有效调节堆体物料结构,富集功能微生物,促进厨余垃圾堆肥产物腐熟度提升,种子发芽指数可达139%。具体而言,西瓜秧蛋白质含量较高,作为辅料能够在堆肥初期促进堆体快速升温,但不利于高温期延续,且产物腐殖化程度较低。相比之下,园林废弃物和玉米秸秆添加可以在高温期和降温腐熟期富集更多Ureibacillus、Bacillus Oceanobacillus和Flavobacterium等具有木聚糖降解和纤维素降解功能的细菌,促进有机质转化为多酚、氨基酸等腐殖质前驱物,进而推动稳定的腐殖酸生成。特别是玉米秸秆作为辅料时有效增加了具有木质纤维素降解功能的细菌,从而能够加速有机质的降解,促进腐殖化提升75%,研究结果为选取适宜的辅料强化厨余垃圾堆肥产品品质提供参考。     

秸秆对猪粪静态兼性堆肥无害化和腐熟度的影响

为促进猪粪静态兼性堆肥产品无害化和腐熟,通过添加玉米秸秆调控堆体物理结构特性和碳氮比,采用传统自然发酵方式进行为期90d的静态兼性堆肥试验,分别设置纯猪粪处理(P)和秸秆调控处理(PC)研究静态兼性堆肥过程腐熟度指标、粪大肠菌群以及微生物群落结构演变特征。结果表明,秸秆调控增加了堆体孔隙率(提高19.41%),促进氧气向堆体内部扩散,增强了好氧微生物对有机质的降解,降低NH₄⁺-N,可溶性有机氮(dissolved total nitrogen, DTN)等植物毒性物质含量,提升了堆肥腐熟度,两组处理堆肥产品种子发芽指数分别为40.84%(P)和114.60%(PC)。静态兼性堆肥经过30～40 d自然发酵后,粪大肠菌群数量达到卫生安全标准,堆体温度、NH₄⁺-N和有机酸含量均会影响粪大肠杆菌的活性。堆体中微生物以厚壁菌门、放线菌门、变形菌门等与木质纤维素降解相关的菌门为优势菌门,堆体自上而下由好氧菌属演替为厌氧菌属,并形成好氧、兼性、厌氧的微生物分层。秸秆调控增加了堆体的好氧区域,促进和提高了猪粪...     

沼液喷淋秸秆与生物炭联合好氧发酵效果研究

为实现沼液的减量化和肥料化,以玉米秸秆为载体吸附过滤沼液,开展沼液喷淋与秸秆和生物炭联合好氧发酵试验,分析沼液喷淋对好氧发酵效果的影响,以及与秸秆和生物炭共发酵的效果。结果表明,粉碎后玉米秸秆吸附过滤猪粪沼液、鸡粪沼液后,秸秆含水率由5.92%分别上升至76.35%和85.72%,碳氮比由42.4分别上升至50.2和51.7,沼液中总悬浮物、总磷分别降低了34.42%～43.78%和20.00%～41.01%,而对溶解态的总磷、总钾吸附过滤效果一般。沼液喷淋翻拋可延长堆体发酵高温期2倍时长以上,有机质含量降低了10.42%～18.63%,氮磷钾含量提高6%～21.5%左右,并可提高堆体腐熟度,促进类腐殖质物质产生。添加生物炭可缩短发酵升温期并延长高温期,更有利于堆体消纳沼液。沼液喷淋与秸秆和生物炭联合好氧发酵工艺可达到利用沼液生产有机肥的目的,是资源化利用沼液的有效途径之一。     

Effect of the long-term application of organic matter on soil carbon accumulation and GHG emissions from a rice paddy field in a cool-temperate region,Japan-II. Effect of different compost applications-

ABSTRACT

The influence of long-term application of different types of compost on rice grain yield, CH₄ and N₂O emissions, and soil carbon storage (0 ? 30 cm) in rice paddy fields was clarified. Two sets of paddy fields applied with rice straw compost or livestock manure compost mainly derived from cattle were used in this study. Each set comprised long-term application (LT) and corresponding control (CT) plots. The application rates for rice straw compost (42 years) and livestock manure compost (41 years in total with different application rates) were 20 Mg fresh weight ha^–1. Soil carbon storage increased by 33% and 37% with long-term application of rice straw compost and livestock manure compost, respectively. The soil carbon sequestration rate by the organic matter application was 23% higher with the livestock manure compost than with the rice straw compost. The rice grain yield in the LT plot was significantly higher than that in the corresponding CT plot with both types of compost. Although the difference was not significant in the rice straw compost, cumulative CH₄ emissions increased with long-term application of both composts. Increase rate of CH₄ emission with long-term application was higher in the livestock manure compost (99%) than that in the rice straw compost (26%). In both composts, the long-term application did not increase N₂O emission significantly. As with the rice straw compost, the increase in CH₄ emission with the long-term application of livestock manure compost exceeded the soil carbon sequestration rate, and the change in the net greenhouse gas (GHG) balance calculated by the difference between them was positive, indicating a net increase in the GHG emissions. The increase in CH₄ and net GHG emissions owing to the long-term application of the livestock manure compost could be higher than that of the rice straw compost owing to the amount of applied carbon, the quality of compost and the soil carbon accumulation. The possibility that carbon sequestration in the subsoil differs depending on the type of composts suggests the importance of including subsoil in the evaluation of soil carbon sequestration by long-term application of organic matter.     

采用EEM-FRI方法研究黑曲霉对牛粪堆肥腐熟及纤维素降解影响

为了优化堆肥工艺,提高堆肥产品质量,研究黑曲霉对牛粪堆肥腐熟度和纤维素降解的影响.该研究以牛粪为原料,小麦秸秆为辅料,以不添加黑曲霉为对照,分别添加1％、2％和3％的黑曲霉进行好氧堆肥,研究了黑曲霉不同添加量对腐熟度指标、养分含量、腐殖质组成以及纤维素组分的影响,并采用激发发射荧光光谱结合荧光区域积分(Excitati...     

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。     

不同有机物及其堆肥与化肥配施对小麦生长及氮素吸收的影响

采用15N示踪技术,选用水稻土和灰潮土在宜兴进行小麦盆栽试验,研究了稻草、猪粪及其堆肥与化肥配施对作物生长及氮素吸收的影响。结果表明,在水稻土和灰潮土上,不同有机物及其堆肥与化肥配施分别比单施化肥增产4.46%～24.82%和1.01%～20.53%,稻草堆肥和猪粪堆肥配施化肥处理籽粒产量分别高于稻草和猪粪直接与化肥配施处理。稻草和猪粪堆肥后更利于作物吸收氮素,增加植物体内15N累积。两种土壤上15N回收率表现为相同配比的堆肥处理未堆肥处理单施化肥处理。随着小麦生育期的推进,土壤微生物量氮和矿质态氮含量均呈下降趋势,稻草和猪粪处理的微生量氮含量始终高于稻草堆肥和猪粪堆肥处理。有机无机肥配施处理土壤矿质态氮在小麦生育前期低于单施化肥,成熟期则高于单施化肥。整个生育期中,稻草堆肥和猪粪堆肥处理土壤矿质态氮含量分别高于稻草和猪粪处理。因此,有机物堆肥后与化肥配施更有利于提高产量,促进作物对氮素的吸收利用。     

发酵床养猪垫料的养分转化与植物毒性研究

发酵床养殖技术也被称为原位堆肥技术,是一种值得推荐的控制畜场粪便排放与污染的生态养殖模式。本研究检测了发酵床的水分、温度和pH值变化以及在连续饲养两批猪后垫料中碳、氮和磷的组成与含量变化情况及其对植物毒性的强弱。结果表明,发酵床使用期间水分为58%-61%,垫料内部温度维持在40-55℃;在连续饲养两批猪后,垫料的pH值升高至8.16,氮、磷含量显著提高,铵态氮、亚硝态氮和硝态氮浓度显著升高,C/N比由养猪前的84∶1下降至31∶1,N/P比由2.8∶1下降至1.26∶1;垫料中的总铜浓度由7mg·kg^-1升高至89mg·kg^-1。以白菜种子作发芽试验考察废弃垫料的植物毒性,其相对发芽率为86.67%,相对根长为132.95%,发芽指数（Germination Index,GI）为115.23%,说明饲养了两批肥猪的发酵床垫料无植物毒性作用,对根的生长有促进作用,可作为有机肥还田。     

小麦和玉米秸秆腐解特点及对土壤中碳、氮含量的影响

通过室内模拟培养试验,揭示了不同水分条件下小麦和玉米秸秆在土壤中的腐解特点及对土壤碳、氮含量的影响。结果表明,1)水分条件对有机物质腐解的影响较大,在32 d的培养期间,相对含水量为60%(M60)时,土壤CO2释放速率始终低于含水量80%(M80)的处理。M60条件下释放的CO2-C量占秸秆腐解过程中释放碳总量的40.1%,而M80条件下达到51.5%;M60条件下,添加秸秆土壤中有机碳含量平均提高2.24 g/kg,显著高于M80条件下的1.43 g/kg。2)添加玉米秸秆的土壤,在培养期内CO2释放速率始终高于小麦秸秆处理,CO2-C累积释放量和有机碳净增量分别为408.35 mg/pot和2.12 g/kg;而小麦秸秆处理分别仅为378.94 mg/pot和1.56 g/kg,两种秸秆混合的处理介于二者之间。3)与未添加秸秆相比,土壤中添加小麦或玉米秸秆后,土壤有机碳、微生物量碳、全氮和微生物量氮含量均显著提高,且数量上总体趋势表现为:玉米秸秆两种秸秆混合小麦秸秆。可见,适宜水分条件有利于秸秆腐解过程中秸秆中碳向无机碳方向转化,而不利于向土壤有机碳方向转化;且玉米秸秆比小麦秸秆更易腐解。秸秆在土壤中腐解对补充土壤碳、氮作用很大,可改善土壤微生物生存条件,提高土壤质量。     

低温复合菌系对玉米秸秆与牛粪堆肥的影响

玉米秸秆与牛粪混合堆肥是实现秸秆与粪便资源化利用的有效途径之一。将本实验室筛选的一组低温复合菌系接入堆肥中,研究结果表明:在8℃低温条件下,秸秆用量大时升温快、温度高,处理1与处理2堆温在第4 d和第3 d分别为50.8和53.4℃,最高温度分别达到58.4、64.8℃,50℃以上持续了6 d,而不加复合菌系的对照,最高温度为40.9℃,未达到堆肥无害化要求。堆肥结束时,处理1、处理2和对照有机质含量较初始时分别下降了37.54%、33.58%、13.50%;全碳含量分别为26.05%、27.80%、36.55%,较初始分别下降了43.18%、41.54%和19.69%;C/N分别下降了42.83%、41.54%和14.95%;处理1处理2纤维素降解率分别达到37.54%、32.80%,较对照分别提高2.24倍、1.83倍。表明本实验室筛选的低温复合菌系能够使堆肥快速升温,缩短堆肥周期,促进堆肥的腐熟。