三阶段温度控制堆肥接种法对有机氮变化规律的影响

利用原生生活垃圾,通过三阶段温度控制技术进行堆肥试验,探讨在堆肥过程中有机态氮组分的动态变化规律.结果表明,全氮、酸水解有机态氮、氨基酸态氮均在堆肥的前期呈明显的下降趋势,呈较好的相关性.与CK（对照组）处理相比,在堆肥的后期,三阶段温度控制堆肥酸水解有机态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮及酸解未知态氮含量呈不同程度的上升趋势,增加幅度依次为：10.67%、16.17%、7.17%、22.44%.表明三阶段温度控制技术能减少堆肥中氮素的损失,堆肥产品施入土壤后,可提高土壤的供氮潜力.     

不同畜禽粪便堆肥过程中有机氮形态的动态变化

利用室内模拟堆肥试验,对不同畜禽粪便在堆肥过程中酸水解态氮及其组分的变化规律进行了研究.研究结果表明,随着堆肥的进行,酸水解态氮呈现先降后增的变化趋势,且与堆肥前相比,堆肥处理后酸水解态氮占全氮比例增加,尤其是在猪粪、鸡粪等家禽粪便更为明显,表明畜禽粪便经过堆肥处理后有利于氮素的保蓄;非酸解性氮占全氮比例的变化趋势与酸水解态氮的变化趋势相反;酸解铵态氮、氨基酸态氮和氨基糖态氮占全氮的比值在堆肥过程中均呈现先增加后降低的趋势;未鉴别态氮占全氮比例在整个堆肥过程中的变化趋势与上述3种可鉴别态的酸水解态氮的变化趋势相反.温度、pH值与氨基糖态氮变化趋势相同,这可能是影响氨基糖态氮变化的主要因素;而温度与酸解铵态氮、未鉴别态氮变化的趋势相同,可能是影响酸解变化的主要因素,pH 值与酸水解态氮、非酸解性氮变化趋势相同,可能是影响它们变化的主要因素.     

三阶段温度控制接种法对堆肥有机物质变化影响

为提高堆肥效率,利用生活垃圾,采用三阶段温度控制技术进行微生物接种堆肥试验,并对堆肥过程中有机物的动态变化进行分析.结果表明,在堆肥336 h,与普通接种法(CK)比较,三阶段温度控制接种法(TSCT)堆肥总有机碳(TOC)、水溶性有机碳(DOC)含量依次降低6.37%、6.57%;而腐殖质(HS)、胡敏酸(HA)、腐殖化指数(HI)分别增加了8.61%、16.75%、18.40%.通过对胡敏酸分子元素组成分析证实,堆肥后,普通接种法处理胡敏酸分子中C/H、O/C依次增加8.33%、6.25%;而三阶段温度控制法堆肥中胡敏酸C/H、O/C依次增加了18.33%、11.48%.以上结果表明,三阶段温度控制法可明显加快堆肥腐殖化进程,进而提高堆肥效率.     

滇池流域土壤活性腐殖质及其主要组分的紫外-可见与三维荧光光学特性

利用紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术,结合土壤腐殖质及腐殖质组分(胡敏酸、富里酸)中的有机碳含量,研究了滇池流域土壤活性腐殖质及其组分胡敏酸和富里酸的光谱特征.结果表明,滇池流域土壤活性腐殖质中富里酸含量高于胡敏酸,流域范围内土壤活性腐殖质及其组分含量分布不均匀,活性腐殖质、胡敏酸和富里酸含量的变异系数分别达37.7%、36.4%、40.9%.土壤活性腐殖质及其组分胡敏酸和富里酸的碳含量均表现为菜地荒地草地湿地.光谱特征结果表明,滇池流域土壤活性腐殖质主要由自生源物质和经一定程度降解后的外源物质共同组成.此外,自生源性与光化学及生物活性具有正相关关系.因此,具有弱自生源性的滇池流域土壤活性腐殖质所具有的光化学和生物活性较弱.     

超高温预处理对猪粪堆肥过程碳氮素转化与损失的影响

以猪粪、砻糠为原料,利用自行设计的超高温预处理装置,开展了为期56d的模拟堆肥试验,比较了超高温预处理好氧堆肥（HPC）和常规高温好氧堆肥（CK）过程中碳、氮素转化及损失.结果表明,CK有机质最大降解度（42.58%）比HPC堆体（49.29%）小,但降解速率常数（0.1d^-1）高于HPC（0.07d^-1）,两种堆肥工艺碳素降解率差异不显著.HPC堆体NH₄⁺-N、TN质量分数平均比CK高143.9%、11.2%,而NO₃^--N质量分数则比CK低58.8%.HPC堆肥后期胡敏酸含量及腐殖质聚合程度分别比CK高45.2%~56.8%、59.1%~65.3%.在预处理阶段以及后续堆肥阶段,HPC、CK有机碳损失率分别为48%、51%,氮损失率分别为18%、27%.说明超高温预处理不仅有利于堆肥过程的保氮,而且促进富里酸向胡敏酸的转化,提高了堆肥产品腐殖化水平.     

生物炭添加对猪粪堆肥过程碳素转化与损失的影响

堆肥是最合适的处理农业废弃物的技术之一,但在堆肥过程中,碳素的损失及温室气体的大量排放引起越来越多的关注.因此,如何减少堆肥过程中碳素损失成为堆肥面临的重要问题.本研究以猪粪等为原料,利用强制通风反应箱研究了生物炭添加对堆肥过程中碳素转化及碳素损失的影响.结果表明,在堆肥过程中总有机碳呈下降趋势,添加生物炭处理的总有机碳含量提高了6.69%~20.60%;可溶性有机碳的变化规律与总有机碳相似.腐殖质碳含量呈先下降后上升的变化趋势,添加生物炭处理的腐殖质碳含量下降了0.39%~14.97%;腐殖化系数(胡敏酸/富里酸)与生物炭添加量成正比,说明生物炭添加有利于堆肥的腐熟.至堆肥结束,堆料干物质失重率为23.51%~30.91%,碳素损失率为20.71%~28.85%,添加3%生物炭的处理干物质失重率与碳损失率均最高,添加9%生物炭处理均最低.     

不同原料堆肥胡敏酸的荧光特性

从以植物、鸡粪、生活垃圾、污泥、牛粪和杂草为主要原料的6种堆肥产品和草炭中提取胡敏酸类物质,对他们的激发、发射、同步和三维荧光光谱进行了研究. 结果表明:各荧光谱图中,草炭胡敏酸特征荧光峰出现在最大波长处,植物、牛粪和生活垃圾堆肥胡敏酸次之,鸡粪和杂草堆肥胡敏酸紧接其后,污泥堆肥胡敏酸最低,并且含有较强的类蛋白荧光. 各类堆肥的类富里酸荧光峰强度与类胡敏酸荧光峰强度的比值从小到大及腐殖质化程度由高到低均依次为0.708(草炭堆肥),0.893(植物堆肥),0.932(牛粪堆肥),0.940(生活垃圾堆肥),1.155(杂草堆肥),1.206(鸡粪堆肥)和1.521(污泥堆肥). 相对于草炭胡敏酸,堆肥胡敏酸普遍分子结构简单、芳构化程度较低,且具有较强的土壤元素活化能力,并且植物、牛粪和生活垃圾堆肥的胡敏酸在增大土壤环境容量及降低污染土壤中重金属移动性方面效果最佳.      

施用生物质炭对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征影响

为研究玉米秸秆生物质炭施用后土壤腐殖质组成和土壤胡敏酸结构的变化,选择腐殖质组成修改法和国际腐殖质协会推荐的方法进行土壤腐殖质组分提取和HA样品纯化,采用重铬酸钾外加热法和TOC分析仪测定土壤、水溶性物质(WSS)、富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(Hu)有机碳含量,采用元素组成和红外光谱分析HA的结构变化.研究结果表明:施入玉米秸秆生物质炭后,表层和亚表层土壤及其腐殖质组分有机碳含量均有不同程度的提高,表层土壤、WSS、FA、HA和Hu有机碳含量增加幅度较大,分别增加了83.61%、112.50%、89.63%、91.78%和89.82%,说明玉米秸秆生物质炭的施用更有助于表层土壤有机碳的积累;PQ值(HA在腐殖酸中的比例)略有增加;土壤HA的缩合程度和芳香性增强,氧化度降低.此外,施用玉米秸秆生物质炭后,土壤及其腐殖质组分有机碳含量随土层深度的增加而降低,与表层相比,亚表层土壤、WSS、FA、HA和Hu有机碳含量分别下降了62.84%、52.94%、62.38%、66.62%和61.61%;土壤PQ值略有降低;土壤HA的缩合程度和芳香性降低,氧化度增加.     

堆肥处理过程中猪粪有机物的动态变化特征

为了解猪粪堆肥过程中各种有机物的变化特征,并为判断猪粪堆肥腐熟度提供参考指标,进行42d的高温好氧堆肥.结果表明,堆体中的有机质含量呈下降趋势;水溶性有机碳(DOC)含量在第10d达到最大值,之后呈下降趋势;易分解有机质含量呈下降趋势,但在高温开始阶段呈上升趋势;腐殖质含量呈上升趋势.说明堆肥过程中有机物不断向腐殖化方向转化.在研究H/F变化时发现,它与判断堆肥腐熟度常用的化学指标(有机质、DOC)呈一定的相关性,而且与易分解有机质和腐殖质也有较好的相关性.     

不同钝化剂对鸡粪堆肥重金属钝化效果及其腐熟度指标的影响

为探究不同钝化剂对畜禽粪便处理效果,以鸡粪和稻草秸秆为原料,采用高温酵素快速堆肥方法,研究添加海泡石(SE)、钙镁磷肥(NP)、生物炭(BI)单一及复配钝化剂海泡石+钙镁磷肥(S+N)、海泡石+生物炭(S+B)、钙镁磷肥+生物炭(N+B)、海泡石+钙镁磷肥+生物炭(SNB)对鸡粪有机肥的理化性质、重金属形态分布及有机质变化的影响.结果表明,添加不同钝化剂堆肥后显著增加鸡粪有机肥pH(P 0. 05),种子发芽率有所增加(80%以上),发芽抑制率相应降低,而电导率(EC)、有机碳全氮含量和碳氮比(C/N)均较堆肥前有所降低,各项指标均达到有机肥腐熟标准.但堆肥后各组间差异为:在pH方面复配处理pH增加较高,在电导率方面单一海泡石和钙镁磷肥处理下EC值降幅较大,而有机碳全氮含量和碳氮比各组差异不明显.虽然由于"浓缩效应"导致鸡粪有机肥重金属总量有所增加,但鸡粪有机肥中重金属可溶态比例下降,残渣态比例均有所增加,添加钝化材料后发现复配钝化剂对重金属钝化效果好于单一钝化剂,其中SNB处理对Ni、Zn、As和Pb钝化效果最好.堆肥处理后,腐殖酸(HS)和胡敏酸(HA)浓度均显著上升(P 0. 05),最高分别增加19. 8%和78. 9%,富里酸(FA)则较初始条件下降低4. 47%～20. 11%.红外光谱分析发现堆肥后多糖小分子类物质均不同程度增加.综上所述,投加钝化剂对鸡粪有机肥重金属钝化有一定的促进作用,从而使堆肥达到无害化效果.     

堆肥腐殖酸形成及其电化学活性

为探究堆肥腐殖酸形成过程及腐殖酸的氧化还原性能,以城市生活垃圾不同堆肥阶段提取的腐殖酸样品为研究对象,运用现代色谱学技术、光谱学方法和电化学分析,研究了堆肥过程不同形态氮和碳官能团形成腐殖酸的特征,探究了堆肥腐殖酸的氧化还原性能及影响因素. 结果表明:堆肥腐殖酸中50%~75%的氮为氨基酸态氮,检出的15种氨基酸中酸性氨基酸(Asp和Glu)含量(高于100 mg/g)最高、丝氨酸(Ser)含量(3.78 mg/g)最低. 与堆肥腐殖酸中其他组分和官能团相比,氨基酸易被生物降解和利用,其含量随着发酵的进行呈下降趋势,后期氨基酸态氮占比逐渐降低. 腐殖酸中碳有多种形态,包括苯环、羧基、脂肪族等多种官能团,随着堆肥发酵的进行,木质纤维素降解形成腐殖酸,脂肪族官能团亦被氧化降解;与之相反的是,腐殖酸中羧酸类、醛、酮及苯环等官能团不断增加,导致腐殖酸氧化还原性能增强. 氧化和还原过程中,腐殖酸得失电子均会造成部分官能团结构破坏,大分子腐殖酸被降解和转化为小分子有机物. 研究显示,堆肥腐殖酸活性较高,可利用腐殖酸修复环境过程,但需要适当补充活性腐殖酸,防止腐殖酸因修复氧化还原过程导致降解后只能作为碳源.      

废弃鲜烟叶田间就地堆肥促生长机制研究

烟草种植过程中产生的废弃鲜烟叶同时含有有机质、钾及病原菌,田间就地堆肥可以低成本实现其无害化处理与资源化利用. 为明确废弃鲜烟叶堆肥产品中溶解性腐殖质的含量与功能,研发出废弃鲜烟叶野外强化堆肥模式进行高效返田,开展了废弃烟叶田间直接就地堆肥、废弃烟叶接种有机肥堆肥、废弃烟叶接种土壤堆肥以及废弃烟叶接种土壤和复合肥堆肥,将4种堆肥模式下获得的产品用于烟草盆栽试验,研究了其在添加与不添加化肥复合肥下对土壤肥力、土壤酶活、特征功能基因、病原菌及作物生长的影响. 结果表明:①施加烟叶有机肥能显著增加土壤中溶解性腐殖质的含量,抑制微生物的硝化和反硝化过程,促进全氮保存和碱解氮供给,同时有机肥中的溶解性腐殖质组分还可提升土壤速效钾和有效磷的含量. ②施用烟叶有机肥能增加土壤过氧化氢酶活性,抑制土壤青枯病. ③有机肥施用后,土壤中增加的溶解性腐殖质促进了碱解氮供给,引起了盆栽作物的株高、茎围、叶片数、最大叶长、最大叶宽增加. ④与不添加有机肥的对照组相比,施用废弃烟叶接种土壤和复合肥堆肥得到的产品,在盆栽过程的团棵期(37 d)时株高、茎围、叶片数、最大叶长、最大叶宽分别提高了78.7%、23.1%、26.8%、45.5%、49.6%;在旺长期(56 d)时最大叶长、最大叶宽分别提高了18.5%和16.5%,在成熟期(100 d)时分别提高了11.6%和19.7%. 研究显示,废弃鲜烟叶+土壤+化肥复合肥堆肥工艺制备的有机肥能显著增加土壤溶解性腐殖质,提升土壤固氮、释磷、促钾的能力,改善烟叶的农艺性状.      

猪粪稻秸超高温预处理促进后续堆肥腐殖化条件优化

以猪粪稻秸为原料,设计超高温预处理温度（75,85,95℃）、时间（2,4,8h）和通风量（0.3,0.6,0.9L/kgTS·h）的三因素三水平正交试验,研究不同超高温预处理条件对猪粪稻秸理化特性及后续模拟堆肥腐殖质生成的影响,结果表明,温度、时间和通气量对猪粪稻秸后续高温堆肥腐殖化系数影响各不相同,各因素对后续好氧发酵累腐殖化系数的影响大小顺序为大小顺序为预处理时间 > 温度 > 通气量;最佳超高温预处理条件为：预处理温度为95℃,停留时间为4h,通气量为0.6L/（kgTS·h）,与CK相比,最佳预处理参数下猪粪稻秸后续高温发酵60d腐殖化系数提高119%,腐殖质、胡敏酸含量分别增加105%、116%,而富里酸含量降低17.2%,结合预处理前后物料理化特性变化规律分析,表明超高温预处理促进了大分子有机物降解为可溶性有机碳,促进了木质纤维素组分降解溶出,促使其更多转化为多酚,同时增加了腐殖质前体还原糖、氨基酸的含量,从而有利于腐殖质的生成.     

花卉废物和牛粪联合堆肥中的氮迁移

以花卉废物和牛粪为原料,进行了温度反馈的通气量控制联合堆肥中的氮迁移中试研究.采用自制的静态好氧床进行一次发酵,过程控制采用温度反馈通气量控制方法,发酵周期20d;采用周期性翻堆进行物料二次腐熟,腐熟周期40d.研究了堆肥过程中总氮、有机氮、无机氮、氨氮、硝氮等氮素形态转化随时间的变化特征及温度反馈的通气量控制对氮迁移的影响.结果表明:堆肥初期的氨化作用和反硝化作用显著,氮素总量损失累计达41.98%,其中主要是有机氮的损失,99.95%的氮损失发生在一次发酵阶段;氮素损失主要是在pH和温度较高条件下的氨气大量挥发造成的.对通风进行有效控制、提高物料C/N及添加酸性物质有望减少N损失.对于C/N较低,硝态氮含量较高的物料堆肥,NH₄⁺-N≤0.04%、NH₄/NO₃≤0.16不能作为腐熟度指标.     

牛粪生物堆肥有机酸变化及对腐熟度的影响

利用外源微生物(发酵菌,EM)进行牛粪工厂化堆肥,堆肥期间,分析了小分子有机酸及大分子腐殖酸动态变化。结果表明,接种外源微生物可明显提高堆肥前期小分子有机酸含量,在堆肥后期又呈明显降低的趋势;腐殖酸呈先降低而后趋于稳定的趋势,胡敏酸呈先降低而后增加的趋势,富里酸呈一直下降的趋势。对堆肥过程中有机酸、腐殖化指数分析表明,接种外源微生物可明显提高堆肥的腐熟度,但与微生物添加量有关。     

牛粪堆肥过程中水溶性有机物演化的光谱学研究

采用紫外-可见吸收光谱、1H-核磁共振(NMR)和同步荧光光谱,研究了牛粪堆肥水溶性有机物(DOM)的结构特征及其演化规律.紫外-可见吸收光谱分析显示,SUVA254由堆肥起始的1.161上升至堆肥结束的2.543;E465/E665在整个堆肥过程中呈现上升趋势,变化范围在2.333~3.500;260~280,460~480,600~700nm范围内的面积积分A1、A2和A3均呈现出先增大后减小的趋势,峰值分别出现在26,14, 14d.1H-NMR分析显示,堆肥0d到堆肥41d,0.5~3.1δ面积积分所占比例从43.06%下降至8.63%,3.1~5.5δ从56.07%上升至89.68%,5.5~10δ不足总体的6%且变化趋势不明显.同步荧光光谱结果显示,经过41d 的堆肥,蛋白质类物质区积分面积比例(APLR)由0.331下降到0.252,而富里酸类物质区积分面积比例(AFLR)由0.325增加到0.336,同时胡敏酸类物质区积分面积比例(AHLR)由0.344增加到0.412;AFLR/APLR比与同步荧光光谱3个荧光峰峰高存在显著相关性,AHLR/AFLR与两个荧光峰光强的比值I351/I284和I382/I351存在显著相关性.上述结果表明,随着堆肥进行, DOM中的非腐殖质物质转化为类腐殖质,同时其芳香性结构增多,碳链结构发生氧化反应,分子量从小变大,堆肥腐殖化程度加大,稳定度增加.     

分阶段接菌对中药残渣堆肥腐熟度及微生物多样性的影响

堆肥通常用于处理有机固体废弃物,可通过接种木质纤维素降解功能菌群提高堆肥进程及产品品质.然而,堆肥过程中传统的功能菌群一次性添加方式,不仅造成了堆肥过程中较低的堆肥效率,而且堆肥产品品质也并不稳定.为了探究基于不同接种方法对堆肥过程腐熟度和品质的影响,设置M0（不接菌）、M1（分阶段接菌）及M2（一次性接菌）3个好氧堆肥处理,考察各处理堆肥过程中理化性质变化、木质纤维素降解及微生物群落多样性.结果表明:M1处理下,堆肥至第20天,堆体温度达到51.2℃且拥有最高的嗜热温度（67.8℃）;堆肥至第67天,发芽指数达到83.61%.此外,M1处理下腐殖质增长率、总有机碳降解率、纤维素降解率和木质素降解率均最高,分别为50.20%、53.86%、59.87%和40.61%,远高于其他2个处理.变性梯度凝胶电泳（DGGE）分析显示,在嗜热期,真菌种群对于木质纤维素生物降解的作用比细菌种群更加突出,并且受到总磷含量、pH、碱解氮含量和碳氮比的显著影响.研究显示,分阶段接菌可以显著提高堆体温度及堆体中木质纤维素降解酶活性,促进堆体腐熟进程及堆肥产品中腐殖质等养分积累.