生物质炭对蔬菜废弃物堆肥化过程氮素转化的影响

为了研究添加生物质炭对蔬菜废弃物堆肥化处理过程中氮素转化特征的影响,分析堆肥过程中氮素的转化及损失规律,用西红柿茎蔓、玉米秸秆和猪粪按一定比例混合后添加不同比例的生物质炭,进行了为期30 d的堆肥发酵试验。结果表明,添加生物质炭能够提高堆体温度,使堆体快速进入高温期,延长高温持续时间,可降低挥发性氨的累积释放量,减少堆肥过程中的氮素损失,从而提高堆肥产品全氮的含量,并可促进堆肥后期NH+4-N向NO-3-N转化,提高非酸水解态氮的含量。添加生物质炭有利于堆肥的腐熟,在堆肥第18 d添加较高比例的生物质炭的处理其NH+4-N/NO-3-N≤0.5,堆肥产品达到腐熟。综合保氮和腐熟效果,蔬菜废弃物在堆肥化过程中以添加10%的生物质炭为最佳。     

过磷酸钙用量对猪粪堆肥过程及磷形态变化的影响

【目的】过磷酸钙作为常用的畜禽粪便堆肥添加剂,具有减少氮素损失率并提高氮、磷养分含量等优点,但其对磷的有效性和形态的影响有待深入探讨。通过试验研究不同过磷酸钙添加量对猪粪锯末好氧堆肥过程的影响及堆肥中不同形态磷含量和形态之间的相互转化规律,以期为畜禽粪便堆肥中磷素的转化及合理施用提供科学依据。【方法】将猪粪和锯末以质量比（鲜重）4:1的比例混合,然后按照猪粪和锯末干物质量的5%、10%、15%添加过磷酸钙,以不添加过磷酸钙作为对照（CK）,进行42 d好氧堆肥,监测堆肥温度、含水率、pH、全氮、有机碳、全磷、有效磷、有机磷等指标。【结果】与CK相比,添加适量过磷酸钙可以显著提高堆肥的温度,增加高温持续期2~10 d;提高堆肥物料的持水能力,加快有机碳降解。添加5%~15%的过磷酸钙可以显著降低堆肥初始pH值0.33~0.68个单位,有效抑制堆肥过程中铵态氮的挥发损失,CK、5%、10%和15%的处理在堆肥结束时的氮素损失率分别为29.4%、26.6%、18.5%和8.0%,全氮和全磷含量分别较堆肥初增加17.3~34.2%和37.0%~123.1%。CK有效磷含量随堆肥时间不断上升,第42 d较堆肥初增加73.0%,而添加过磷酸钙5%、10%和15%的处理有效磷含量显著降低,分别较堆肥初减少了4.0%、23.2%和41.8%。随着堆肥的进行,各处理中有效磷占全磷的比例均不断下降,表明堆肥过程降低了磷的有效性。堆肥前期以有机磷的矿化为主,后期以有机磷的合成为主,第42 d有机磷占全磷的比例CK最高（22.1%）,添加5%、10%和15%过磷酸钙的处理分别为15.4%、11.0%和8.7%。【结论】猪粪堆肥中添加过磷酸钙,可以有效减少氮素损失,加快有机物料降解,以10%的添加量效果最佳;堆肥过程降低了磷的有效性,随着过磷酸钙用量的增加有效磷的比例不断下降;腐熟后堆肥中的磷以无机态为主,有机磷占全磷的比例随着过磷酸钙用量的增加而递减。     

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%。     

添加小麦秸秆生物质炭对猪粪堆肥腐熟程度及温室气体排放的影响

以猪粪堆肥为对象,研究添加小麦秸秆生物质炭对猪粪高温好氧堆肥腐熟程度和温室气体排放的影响。结果表明,在整个堆肥腐熟过程中,纯猪粪、猪粪与生物质炭分别以12∶1、5∶1和2.3∶1比例混合的堆体达到的最高堆肥温度分别为44℃、58℃、63℃、60℃,其中5∶1和2.3∶1比例混合的处理均比12∶1处理提前2天进入高温腐熟阶段,并且提前5天完成腐熟过程;12∶1和5∶1生物质炭处理可显著降低堆体的EC值,但高比例(2.3∶1)添加下EC值超出堆肥安全施用范围;与CK相比,添加生物质炭处理堆体NH4+-N含量较对照提前11天降到最低值并趋于稳定;堆肥结束时,生物质炭添加比例为12∶1、5∶1和2.3∶1堆体的NO3--N含量分别比对照提高了53.70%、148.36%和27.61%。且堆肥结束后添加生物质炭12∶1、5∶1和2.3∶1比例的堆体全氮损失率较对照分别降低32.07%、60.78%和50.18%;添加生物质炭显著降低堆体CH4排放总量82.03%~96.93%;5∶1和2.3∶1处理的CO2排放总量较对照显著降低20.21%和41.10%,而12∶1处理与CK相比无显著性差异;12∶1和5∶1处理的N2O的排放总量较CK显著提高66.61%和50.11%,而2.3∶1处理比CK显著降低了40.87%。     

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。     

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、p H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℃),增加堆体0.09~0.22个p H单位,维持堆肥更低电导率(1 876.7~2 636.7μS·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。     

添加剂对猪粪秸秆堆肥的氮素损失控制效果

为减少堆肥过程中的氨气挥发和氮素损失,该文以新鲜猪粪和玉米秸秆为原料,采用强制通风静态垛堆肥装置进行35 d的好氧堆肥试验,研究2种固氮添加剂(过磷酸钙+氢氧化镁、磷酸+氢氧化镁)对猪粪秸秆堆肥过程中的氮素损失控制效果。结果表明:添加适量的固氮剂均可降低堆肥化过程中氨气的排放率。过磷酸钙+氢氧化镁处理相比较对照和磷酸+氢氧化镁处理,氮素固定率较高,固氮效果较好。与对照处理相比,该处理在整个堆肥过程中的累积氨气挥发量和总氮损失分别降低了41.78%和13.27%;在堆肥结束时,铵态氮和硝态氮含量分别提高了60.00%和24.66%。最终堆肥产品的种子发芽率指数为97.22%~115.86%,表明所有处理在堆置35 d后均达到腐熟。X射线衍射分析证实了添加固定剂处理的堆肥产品中均有鸟粪石(Mg NH_4PO_4·6H_2O)的存在,说明通过添加过磷酸钙+氢氧化镁、磷酸+氢氧化镁2种固定剂可以改变堆肥的理化性质,促进堆肥的降解和腐熟。     

添加硫酸对羊粪堆肥进程及氮素损失的影响

为研究不同浓度硫酸对羊粪堆肥进程及氮素损失的影响,以羊粪和小麦秸秆为堆肥材料,分别配置浓度为1、2、3 mol/L的硫酸作为添加剂,采用条垛式堆肥进行50 d的试验,监测堆肥过程中的温度、pH值、EC值、种子发芽指数、C/N及氮损失率。结果表明：添加硫酸处理的堆体温度升到50℃以上需要的时间比未添加硫酸的CK处理缩短4～6 d,堆体的高温保持时间随加入硫酸浓度的升高而延长,EC值、种子发芽指数随硫酸浓度的升高而增大,硫酸浓度为2和3 mol/L处理的种子发芽指数分别为83.0%和84.2%,堆肥产品的全氮含量分别比CK处理提高16.32%和13.16%。硫酸浓度为2 mol/L时,总氮损失率最低为24.03%,保氮效果最好。羊粪条垛堆肥过程中,分别在第0、10、20 d添加浓度为2 mol/L的硫酸2 L/m3,不仅可以加快堆肥腐熟进程,而且可以提高堆肥产品的全氮含量,保氮效果显著。本研究为硫酸添加剂应用于畜禽粪污堆肥生产优质有机肥提供理论依据。     

脲酶抑制剂NBPT对鸡粪好氧堆肥的保氮效果

利用堆肥反应器, 以鸡粪和蘑菇渣为原料进行好氧堆肥, 在堆肥中添加不同浓度的脲酶抑制剂NBPT, 研究其对堆肥氮素转化的影响及保氮效果。结果表明: 添加不同浓度的脲酶抑制剂NBPT对堆肥进程中温度无显著影响, 在堆肥的高温阶段可有效控制堆料pH的升高, 在堆肥高温前期的0~10 d可有效降低堆肥的脲酶活性, 在堆肥中后期10~25 d明显提高全氮含量。堆肥25 d后, 添加0.04 mL·kg^-1、0.08 mL·kg^-1、0.16 mL·kg^-1脲酶抑制剂NBPT分别比CK减少氮素损失6.61%、4.89%和13.51%。堆肥过程中, 堆料铵态氮含量呈升-降-升-降的双峰趋势, 且大部分时间CK处理的铵态氮含量高于添加脲酶抑制剂NBPT处理, 且CK处理铵态氮的两次升高速度均高于添加脲酶抑制剂NBPT处理。在堆肥的升温和高温期硝态氮含量不稳定, 但堆肥结束时, 各添加脲酶抑制剂NBPT处理的硝态氮含量显著高于CK处理。本试验结果表明, 在堆肥过程中添加脲酶抑制剂NBPT可延缓鸡粪中的尿素态氮向铵态氮的转化, 增加堆肥成品中的硝态氮含量。在畜禽粪好氧堆肥中加入脲酶抑制NBPT可起到一定的保氮作用。     

不同过磷酸钙添加量对蔬菜废弃物堆肥的影响

试验研究了不同过磷酸钙添加量对蔬菜废弃物堆肥腐熟进程的影响。结果表明,添加过磷酸钙能够提高堆体温度,其中添加量为堆肥物料干重10.26%时的最高温度值最高,为64.33℃。堆肥结束时,添加过磷酸钙对各堆肥处理的C/N值无显著影响,但降低了堆肥物料的pH值,提高了电导率,其中添加量介于物料干重4.10%和10.26%时的EC值显著高于CK处理(P0.01);添加量低于物料干重10.26%时的GI值均显著高于CK处理(P0.01),其中添加量为物料干重2.05%(S5处理)时的值最大,为105.61%。添加过磷酸钙显著降低了堆肥的氮素损失率(P0.05),其中添加量为物料干重2.05%时的氮素损失率最低,仅为23.94%,且此添加量下的产投比最大,为3.93。本试验条件下,添加过磷酸钙可显著提高堆肥腐熟度,显著降低堆肥物料的氮素损失率,其适宜添加量为物料干重的2.05%。     

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。     

易降解有机质含量对黄瓜秧堆肥腐熟和氮损失的影响

蔬菜废弃物无害化处理,尤其对于集约化蔬菜产地,缺乏适用技术,易污染环境,浪费资源,甚至造成后续安全隐患。为实现蔬菜废弃物的安全高效转化,该试验以黄瓜秧为堆肥主原料,以玉米秸秆、淀粉和尿素为调理剂,在控制混合堆肥物料初始碳氮比为25,物料水分质量分数为60%,总物料质量相同的条件下,分析易降解有机质(除木质纤维素之外的有机质)比例对堆肥腐熟进程和氮素损失的影响。试验设置添加易降解有机质的质量分数分别为27%(T1)、36%(T2)、45%(T3)、51%(T4)4个处理,利用自制密闭式堆肥反应器研究了随堆肥进行,不同处理温度、物料损失、有机质降解和二氧化碳释放、p H值、电导率(electrical conductivity,EC)、发芽率指数(germination index,GI)的变化情况,并同时分析了氨气挥发速率、累积排放量和氮素损失率等。研究结果显示:随着初始混合物料中易降解有机质的增加,堆体的最高温度呈现出先升高后降低的趋势,但根据物料的p H值、EC和GI值判断,易降解有机质比例过高会影响堆肥的腐熟过程,其比例不宜超过45%,其中T3的最高温度最高,高达71.4℃,且有机质减少量和CO2累积排放量最高,表明T3最利于堆肥的起爆反应和无害化目标的实现;然而,易降解有机质的增加会伴随氮素损失,尤其是氨气挥发损失量的增加,其中T3氨气损失累积量最大(380.29 mg),T4的氮素损失率最高(36.01%),即物料中的木质纤维素有利于减少氮素的损失。综上,物料中易降解有机质质量分数为45%最利于堆肥的高温实现,同时对腐熟的影响较小,但氮素损失率高,因此实际生产中可额外添加木质纤维素类膨胀剂,改良物料的物理结构和理化特点,从而在实现高温的基础上减少氮素的损失。     

C/N对蓝藻好氧堆肥腐熟及无害化进程的影响

为探索和优化脱水蓝藻藻泥好氧堆肥无害化处理工艺参数,利用堆肥反应器,研究了C/N分别为5（T1）、15（T2）和25（T3）的处理对蓝藻藻泥腐熟进程及微囊藻毒素（MC）降解速率的影响。结果表明,堆肥过程中各处理间的pH、总碳量及其形态、总氮量及其形态、总磷含量、总钾含量、种子发芽指数差异显著。与蓝藻自然堆置相比,添加辅料增加堆体C/N可提高蓝藻的腐熟速度。堆肥35d后,T2和T3处理的堆肥成品均已满足有机肥行业标准,种子发芽指数均高于80%;但MC-LR和MC-RR仍有较大的降解潜力,从无害化的角度考虑,蓝藻高温堆肥时间不应少于50d。C/N过高增加了氮素的损失,如何进一步降低氮素的损失,提高堆肥过程中MC的降解将是今后蓝藻堆肥研究的重点。     

水肥一体化配合硝化/脲酶抑制剂实现油菜减氮增效研究

【目的】研究水肥一体化方式下减氮施肥并添加硝化和脲酶抑制剂对油菜生长及土壤硝态氮和铵态氮含量的影响,旨在筛选出配合硝化/脲酶抑制剂施用的最适减氮量,为减少氮素损失、提高蔬菜生产中氮素利用率和降低蔬菜硝酸盐含量提供理论依据。 【方法】采用盆栽试验,利用负压灌溉水肥一体化系统 [(–5 ± 1) kPa],设不施氮肥 (T1)、尿素 150 kg/hm2 (T2)、尿素 150 kg/hm2 + 10%DCD (双氰胺) + 1%HQ (氢醌)(T3)、尿素 127.5 kg/hm2 + 10%DCD + 1%HQ (T4)、尿素 105 kg/hm2 + 10%DCD + 1%HQ (T5) 共 5 个处理。监测了油菜生长期间供水量、土壤含水量、油菜生长指标及土壤硝态氮与铵态氮含量的变化,分析调查了收获后油菜的产量、品质指标和养分含量。 【结果】在油菜生长期间,负压灌溉各处理的总出水量非常接近 (12174～13869 mL)。当施肥量相同时,与不添加抑制剂处理 (T2) 相比,施用硝化和脲酶抑制剂 (T3) 能够有效抑制土壤中铵态氮向硝态氮的转化,提高叶长、叶宽和叶绿素含量,显著提高油菜产量 25.2%,提高氮肥利用率 85.2%,硝酸盐含量显著降低 51.9%。与不添加抑制剂处理 (T2) 相比,减氮 15%～30% 同时添加硝化和脲酶抑制剂对油菜产量、品质、养分吸收也均有不同程度的促进效果,并能够抑制硝化作用,减少土壤中硝态氮累积,减氮 30% 并添加硝化和脲酶抑制剂的处理 (T5) 能将油菜产量提高 15.9%,氮、磷、钾含量分别提高 8.4%、21.5% 和 27.8%,氮肥利用率提高 1.26 倍,油菜体内硝酸盐含量降低 66.6%。 【结论】适当减氮并添加硝化和脲酶抑制剂对油菜产量和养分吸收均有明显的促进效果,而且能减少油菜硝酸盐含量和土壤中硝态氮累积。在本试验负压水肥一体化条件下,减氮 30% 并添加硝化和脲酶抑制剂,即尿素 105 kg/hm2 + 10%DCD + 1%HQ 不仅效果最佳,还降低了因氮肥投入高而造成硝酸盐累积的风险。     

不同促腐菌剂对有机废弃物堆肥效果的研究

为了促进当地农业有机废弃物资源的循环利用,以牛粪、鸡粪、食用菌渣为堆肥原料并协调碳氮比为30∶1,添加不同的微生物菌剂进行堆肥,研究堆肥过程中的温度、pH值、全氮、铵态氮、硝态氮和发芽指数的变化趋势,比较不同菌剂处理在堆肥前后养分含量的差异。结果表明,枯草芽孢菌剂和EM菌剂处理堆肥初期升温快,发酵基和速腐剂处理堆肥初期升温相对缓慢;枯草芽孢菌剂处理高温阶段温度基本上维持在70℃上下,堆肥前后氮素损失率最大为33.18%,发芽指数最低,而EM菌剂处理的高温阶段温度维持在55~68℃,氮素损失率最小为10.73%,发芽指数在堆肥21 d为51.55%,达到了基本腐熟,堆肥35 d为84.27%,达到了完全腐熟,堆肥腐熟快于其他处理。因此,在利用牛粪等有机废弃物进行高温好氧堆肥过程中,需要选择具有多种微生物能够相互协调作用并适应高温堆肥的菌剂,并且菌剂用量适宜,以达到减少氮素损失,提高堆肥的效果。     

堆肥反应器中硫磺对牛粪好氧堆肥的保氮效果研究

利用堆肥反应器严格控制堆肥条件,以牛粪和蘑菇渣为原料进行好氧堆肥,在堆肥过程中添加硫磺粉,研究硫磺对堆肥温度、pH、氮素转化、硫素转化和保氮效果的影响。结果表明,堆肥中添加0.5%硫磺粉（T1）对堆肥温度没有显著影响,高温期（≥50℃）维持5.5 d; 而添加1.0%硫磺粉(T2)能快速升温,但堆肥高温期维持时间4.6 d。添加不同量的硫磺粉均能显著降低堆肥pH,与CK比较差异显著。添加硫磺粉能大幅度增加铵态氮含量,至堆肥结束时,T1和T2处理铵态氮含量分别是CK处理的15倍和24倍,差异极显著; 还增加了堆肥有效硫含量,至堆肥结束T1和T2有效硫含量分别较堆肥初始增加35.7%和77.1%。整个堆肥过程总氮（TN）含量呈增加的趋势,堆肥结束时CK、T1和T2处理的TN含量分别达15.8、16.5和16.9 g/kg,T1和T2分别比CK处理增加4.4%和7.0%。说明在牛粪好氧堆肥中添加0.5%或1.0%硫磺粉,均可起到一定的保氮作用,可大幅度提高堆肥铵态氮和有效硫的含量,改善了堆肥养分品质; 而且添加1.0%硫磺粉效果好于0.5%硫磺粉。但是添加1.0%硫磺粉缩短了堆肥高温期,降低了种子发芽指数,不利于堆肥的无害化进程。     

一种生物矿质复合材料对猪粪堆肥品质的影响

QE制剂是一种含有微生物和矿物质的新型复合材料。为研究该材料对畜禽粪便高温堆肥进程及品质的影响,设置无添加剂(CK)、添加常规微生物菌剂(BJ)、添加QE制剂(QE)共3组处理,并以猪粪为原料,立式密闭发酵塔(容量50t)为反应装置,进行了为期7d的堆肥实验。结果表明:QE组堆温于第3天达到最大值72.7℃,比CK、BJ组分别提前2d、5d,且55℃以上持续天数为4d,高于其它两组处理。QE制剂可以有效提高堆肥的养分含量,堆肥7d后总氮、总磷、总钾含量分别达到2.62%、3.04%、2.29%,比BJ组高16.25%、2.36%、4.09%,比CK组高29.00%、14.72%、16.84%。同时,添加QE制剂的堆肥品质符合国家《有机肥料》(NY525-2012)标准,且优于其它两组处理。此外,QE、BJ组堆肥7d的种子发芽率指数分别为93.33%、90.00%,堆体已完全腐熟,而CK组为31.67%,未腐熟。研究表明,QE制剂在畜禽粪便高温堆肥过程中具有促进升温、加强保温、减少氮素损失、提高养分含量、改善堆肥品质的作用。