赤泥对堆肥腐熟度及其产品对稻米Cd阻控效果

以赤泥作为堆肥添加剂进行鸡粪好氧堆肥试验,分析了堆肥过程中赤泥对温度、pH值、电导率（EC）及种子发芽指数（GI）的影响.通过三维荧光与紫外-可见光光谱特征解析堆肥过程中腐殖酸（HA）组分的演变特征.并利用盆栽实验探索堆肥产品对矿区土壤中稻米镉的阻隔效果.结果表明,赤泥的添加提高了堆体高温期的温度.EC较堆肥前均显著降低,但赤泥堆肥EC （4.29mS/cm）显著高于鸡粪堆肥EC （3.59mS/cm）.鸡粪堆肥与赤泥堆肥的GI随着堆肥时间的增长而升高,在堆肥结束时分别达到100.2%和96.44%,说明2种堆肥产品均未表现出植物毒性.2种堆肥HA中类蛋白质等物在堆肥过程中均转化为较为稳定的类腐殖质物质,HA的SUVA₂₅₄、SUVA₂₈₀和A_226~400在堆肥结束后也显著提高,表明堆肥的腐殖化程度升高.此外,赤泥的添加提高了腐殖化参数数值,证明赤泥的加入能够加速堆肥腐殖化进程.在盆栽实验中,鸡粪堆肥与赤泥堆肥均提高了土壤的pH值,降低了土壤中DTPA-Cd和糙米中Cd的含量.其中,施用2g/kg赤泥堆肥后,糙米Cd含量降低幅度最大,为58.68%,水稻糙米中Cd的含量由未施用堆肥的0.42mg/kg降低至0.17mg/kg.因此,赤泥的添加可以在一定程度上提高堆肥效率,同时施加堆肥产品对土壤Cd的生物有效性及水稻植株内Cd起到抑制与阻隔作用,且施加赤泥堆肥效果更为显著.     

秸秆生物质炭DOM光谱特征及其与Cu2+的相互作用

通过荧光猝灭滴定法探究玉米秸秆炭（MSB）、水稻秸秆炭（RSB）和花生秸秆炭（PSB）中DOM的光谱特征及其与Cu²⁺的络合机理.结果表明：三种生物质炭的DOM均具有较高的亲水性和较低的芳香性,其中RSB-DOM的芳香性相对较强、分子量较大,但DOM含量低,PSB-DOM含量最高,芳香结构中含氧官能团较多.MSB和RSB-DOM中均含类富里酸组分C1和类腐殖酸组分C3、C4,RSB-DOM中还有类色氨酸组分C5,PSB-DOM则由两种类富里酸组分C1、C2和较长波长类腐殖酸组分C4组成,3种DOM均以类富里酸组分为主,占比达54.93%~86.29%.Cu²⁺与类腐殖酸组分的稳定常数（logK_M）高于类富里酸组分,且类腐殖酸组分C4的络合能力（f）最强,类腐殖酸组分的logK_M和f值总体上表现为：PSB-DOM> MSB-DOM>RSB-DOM.二维相关光谱分析发现,类富里酸组分对Cu²⁺最敏感,而Cu²⁺优先与类腐殖酸组分结合.研究结果有助于进一步揭示生物质炭的DOM对Cu²⁺环境行为的影响机制.     

强还原处理和生物炭对设施蔬菜土壤DOM数量和光谱特征的影响

土壤强还原处理（Reductive Soil Disinfestation,RSD）可以有效地修复设施蔬菜土壤的连作障碍,但实施过程中亦会引起可溶性有机质（Dissolved Organic Matter,DOM）数量和质量的变化.本研究通过培养实验,设置未修复对照（CK）、RSD修复（RSD）、生物炭修复（BC）及RSD与生物炭联合修复（RSD+BC）4个处理,对比研究不同修复处理对土壤DOM含量和光谱特征的影响.结果表明,与CK相比,RSD、BC和RSD+BC修复后土壤的DOC含量分别增加了142.9%、24.6%和127.0%;相较于RSD处理,RSD+BC处理的DOC含量显著降低（p<0.05）.土壤DOM组分以类富里酸和类腐殖酸物质为主,RSD处理增加了类腐殖酸组分,而RSD+BC处理更有利于类富里酸物质的增加.RSD、BC及二者联合修复显著增强了土壤DOM的芳香化和腐殖化程度.结构方程模型分析表明,土壤pH对DOC含量和腐殖化指数（HIX_em）产生直接正效应,土壤氧化还原电位（E_h）对DOC含量具有直接负效应,pH亦可通过影响DOC含量间接影响微生物量碳（MBC）和荧光指数（FI）.     

三维荧光光谱结合荧光区域指数分析方法评估堆肥腐熟度

评估堆肥腐熟度是确保堆肥产品质量的重要保证. 采用三维荧光光谱结合荧光区域指数分析方法快速评估菜粕和稻糠堆肥过程中的腐熟度. 结果表明:菜粕和稻糠堆肥可在16 d内完成一次发酵,其中第7～14天为高温期(>50 ℃,共8 d);随后,堆体进入降温期,第16天降至32 ℃. 堆肥初期(第0～6天)DOC(溶解性有机碳)、DON(溶解性有机氮)质量浓度和EC(电导率)先稳定在一个较低的水平;在堆肥高温期(第7～14天),ρ(DOC)、 ρ(DON)和EC则分别迅速升至10.47 mg/L、7.52 mg/L和5.76 mS/cm. 堆肥腐熟度相关指标〔即ρ(DOC)、 ρ(DON)和EC〕与FRI(荧光区域指数)方法中P_Ⅲ,n、P_Ⅴ,n、P_Ⅴ,n/P_Ⅲ,n指标的变化趋势一致,并且具有极显著相关性(R>0.942,P<0.01);而与P_Ⅰ,n变化趋势相反,也具有显著的相关性(R<-0.871,P<0.05). 因此,P_Ⅲ,n、P_Ⅴ,n、P_Ⅴ,n/P_Ⅲ,n与P_Ⅰ,n可以用于表征堆肥腐熟度.      

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.     

接种外源微生物生活垃圾堆肥中的胡敏酸荧光特性

利用城市生活垃圾接种外源微生物,采用工厂化工艺进行堆肥,对堆肥前后胡敏酸荧光光谱进行了分析．结果表明,胡敏酸发射光谱相对简单,在440nm附近形成1个较宽的谱带,而激发光谱与同步扫描光谱则由几个特征峰及肩峰组成．对不同荧光光谱特征峰的分析表明,堆肥结束后,胡敏酸的腐殖化程度明显增加．CK、MS、ZJ、MS＋ZJ各处理的荧光光谱形状基本相似,但主要特征峰的相对荧光强度有明显区别．其中接种外源微生物可明显增加堆肥胡敏酸分子的缩合度,中加酵素菌（ZJ）处理优于美商复合菌（MS）处理,而2种外源菌混合接种具有协同促进作用．通过与土壤中胡敏酸荧光特性比较证实,堆肥后的胡敏酸具有土壤富里酸的特征,活性较高．     

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.     

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。     

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.     

不同用量竹炭对污泥堆肥过程温室气体排放的影响

采用城市污泥为堆肥基质,设置4个堆肥处理,分别为添加2.5%竹炭(S1,占污泥的质量分数)、添加5%竹炭(S2)、添加10%竹炭(S3)和未添加竹碳(CK),研究城市污泥堆肥过程中温室气体的动态变化特征及添加不同用量竹炭的影响.结果表明,CH_4排放主要在升温期和高温前期,占排放总量的99.01%~99.81%.当竹炭添加量低于5%时,CH_4排放量随添加量的增加而减少;竹炭添加量高于5%时,其排放量又明显增加.CO_2排放集中在升温期和高温期,占排放总量的75.65%~86.58%;添加竹炭可减少3.37%~13.48%的CO_2排放,但处理间不存在显著差异(P0.05).N_2O排放集中在升温期和降温腐熟期,添加竹炭能减少16.37%~41.52%的N_2O排放,竹炭添加量越多,减排效果越好(P0.05).S1、S2和S3处理CO_2排放当量(以干污泥计)分别为37.57、35.10和35.44 kg·t~(-1),比CK处理减少了14.81%~20.41%.添加竹炭能降低污泥堆肥温室气体排放,其中,以S2处理的减排效果较为显著.     

堆肥过程水溶性有机物组成和结构演化研究

基于Leenheer的分组方法,用XAD-8树脂将鸡粪不同堆肥阶段样品提取出的水溶性有机物(DOM)按极性和电荷特性分为疏水酸性组分(HOA)、疏水碱性组分(HOB)、疏水中性组分(HON)、酸不溶组分(AIM)及亲水性组分(HIM),采用元素分析、核磁共振(~1H-NMR)及红外光谱(FTIR),对各组分的组成和结构特征进行了研究.结果表明,堆肥DOM中HIM和HOA组分的含量分别为32%~44%和35%~47%,而HOB、AIM及HON组分之和不到25%,经堆肥后HIM组分含量下降,而疏水性组分含量增加.元素分析显示,堆肥过程N、C、S含量呈增加趋势,经堆肥后有机质H/C比降低,腐殖化率提高;~1H-NMR分析表明:HIM组分中烷基链烃的含量最少,支链最短,分支较多,碳水化合物含量高,而HON组分的组成恰好与之相反,AIM组分结构类似胡敏酸,HOB富含含氮化合物.FTIR分析表明,HOA和HOB组分富含羧基、酯基和醇羟基官能团,而AIM和HIM除上述官能团外,还含有大量苯环官能团,HON组分富含脂肪族官能团,该组分官能团种类最多,经堆肥后,脂族官能团含量降低,苯环官能团增加.     

含生物质炭城市污泥堆肥中溶解性有机质的光谱特征

以外源添加生物质炭的城市污泥堆肥过程中溶解性有机质(DOM)为研究对象,讨论了其紫外-可见和荧光光谱特征变化.结果表明:与对照组相比,外源添加生物质炭的处理其堆肥DOM的芳香性和腐殖化程度更高,有利于提高堆肥的腐熟度,且外源添加花生壳炭的处理较添加小麦秸秆炭的处理更有利于堆肥腐熟度的提高.外源添加花生壳炭的处理在堆肥21d后,其堆肥腐熟度可能达到峰值,而外源添加小麦秸秆炭的处理其堆肥腐熟度则随着堆肥时间的进行而增加.对照组和处理组堆肥DOM的FI>0.7,BIX>0.8,表明其来源为自生源,可能与微生物对有机物的降解有关.因此,通过对城市污泥堆肥过程中DOM的光谱特征分析,能较好地评估城市污泥堆肥腐熟度的情况.     

城市生活垃圾外源微生物堆肥对有机酸变化及堆肥腐熟度的影响

利用外源微生物(美商复合菌,MS;中加发酵菌,ZJ)进行城市生活垃圾工厂化堆肥,在堆肥过程中,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的降低趋势.而腐殖酸与胡敏酸则呈现先降低而后增加的趋势.通过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,并且ZJ发酵菌优于MS复合菌,而2种外源菌混合接种具有协同促进作用.     

不同有机物料对水稻根表铁膜及砷镉吸收转运的影响

通过盆栽试验研究了油菜秸秆、蚕豆秸秆、泥炭、猪粪堆肥和生物炭这5种有机物料对贵州石灰岩黄壤区某砷（As）和镉（Cd）复合污染稻田土壤As/Cd有效性、水稻根表铁膜及As/Cd吸收转运的影响.结果表明,施用有机物料显著提高了有机质和水稻生物量;除油菜秸秆对土壤pH值影响不明显外,施用有机物料显著提高土壤pH值,使土壤有效Cd含量降低34.77%~82.69%;猪粪堆肥和生物炭使土壤有效As含量显著提高,油菜秸秆和泥炭处理使土壤有效As含量显著降低;施用有机物料有助于水稻根表铁膜的形成,并使其中Cd、As含量分别提高17.73%~151.03%和28.49%~94.86%,使水稻糙米Cd含量降低15.87%~79.45%,As含量降低27.04%~82.51%,降幅以生物炭处理最大;有机物料还显著降低Cd在根-茎-叶-籽粒的转运系数及As从茎向籽粒转运系数.相关分析表明,土壤pH、有效Cd和铁膜Cd含量是影响籽粒Cd累积的主要因素,土壤pH、有机质和铁膜As含量是影响籽粒As累积的主要因素.有机物料通过改变土壤pH、有机质含量及铁膜中As和Cd含量,影响水稻对As和Cd的吸收和转运.     

基于光谱学技术对生物沥浸污泥与不同辅料堆肥过程中富里酸的研究

以生物沥浸污泥与不同农林废弃物混合堆肥为研究对象,采用紫外可见光谱(UV-vis)、傅里叶红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEMs)技术分析了堆肥过程中富里酸结构、组成和含量变化。基础理化性质表明：4个处理组(T1:污泥+甘蔗渣,T2:污染+秸秆,T3:污染+米糠,T4:污染+木屑)均达到堆肥成熟标准;UV-vis和紫外参数SUVA₂₅₄、SUVA₂₈₀的变化表明4个堆肥处理组中的腐熟度和富里酸的芳香碳含量均增加,其中T2处理组的腐熟度优于其他处理组。FTIR分析表明富里酸中多糖类、碳水类和脂肪族物质的含量逐渐降低,合成的腐殖酸类物质含量逐渐增加,T3处理组的腐殖化、芳构化程度要优于其他处理组。3D-EEMs分析表明结构简单、共轭程度低的有机物如辅酶、色素等物质被降解消耗,形成共轭程度高的类腐殖质物质,T2处理组的荧光峰强度最大,表明堆肥腐熟效果更好。富里酸含量变化则表明T3处理组腐熟效果优于其他处理组。结果表明,秸秆和米糠与生物沥浸污泥共同堆肥效果较好。     

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.     

不同生物炭对酸性农田土壤性质和作物产量的动态影响

为研究不同原料生物炭对农田土壤酸度、交换性能、磷素养分以及作物产量的综合动态影响,试验设置空白（CK）、水稻秸秆生物炭（RSB）、玉米秸秆生物炭（MSB）、小麦秸秆生物炭（WSB）、稻壳生物炭（RHB）和竹炭（BCB）这6种处理,生物炭按质量分数0.1%施入农田进行长期定点试验,测定水稻、油菜和玉米这3季作物产量和作物收割后的土壤理化性质.结果表明,添加不同原料生物炭可有效提高土壤pH和交换性能,降低交换性酸含量,作用效果随时间下降.生物炭对盐基离子组成的影响为提高交换性K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺含量,降低Na⁺含量.生物炭能不同程度地增加土壤有机质（SOM）、速效磷、总磷和无机磷（Al-P和Fe-P）含量,作物产量较当季对照显著提高（P<0.05）,稻壳生物炭在改良酸性土壤理化性质和提高作物产量方面效果较好.     

烟气中CO2/O2气氛对稻壳流化床热解制炭的影响规律

烟气常用作流化床热解的气体热载体,而烟气中低浓度的CO₂、O₂等成分对流化床热解制炭的影响少有报道。在自行搭建的小型流化床实验台上开展了不同气氛（不同N₂/O₂/CO₂体积比,简单模拟烟气氛围）下稻壳热解制备生物炭试验研究,获得了稻壳热解三相产物产率分布规律、稻壳生物炭工业分析特性基本特征,通过FTIR、BET手段分析了生物炭表面官能团及多孔结构变化情况,同时探究了不同O₂浓度下稻壳热解制炭能量转移特性。结果表明:提高O₂和CO₂浓度均有利于热解产物由固相向气相转移,会降低炭产率、降低生物炭中有机组分含量,但有利于生物炭表面形成多孔结构和提高表面官能团芳香化程度;稻壳在低O₂浓度下热解能达到80%上的能耗比以及70%以上的能量回收率。     

稻壳与污泥共热解对污泥炭特性及其重金属生态风险的影响

污泥热解过程中,辅料是影响热解产物性质的主要因素之一.本文研究了添加废弃生物质辅料——稻壳(0、25%、50%)对污泥炭性质、结构和重金属含量、生物有效性及生态风险的影响.实验结果表明,稻壳添加比例为50%时,污泥炭产率及其H/C和O/C比均为最小值,而其pH值和比表面积均达到最大值,污泥炭芳香化程度明显提高.同时,添加稻壳致污泥炭所含重金属存于生物有效态的含量显著降低.通过RAC风险评估,稻壳添加比例为25%时,较原污泥,污泥炭中Cu、Zn、Mn和Ni 4种元素风险水平均有不同程度的减小,而当添加比例为50%时,污泥炭中除Cu元素以外,其余各重金属风险等级均为低风险或无风险.表明污泥与稻壳共热解可有效降低污泥中重金属潜在生态风险水平,且当稻壳添加比例为50%时处理效果最优,本研究结果为污泥与稻壳资源化和无害化利用提供了理论依据.     

生物炭对污泥堆肥及其利用过程重金属有效态的影响

以城市脱水污泥为研究对象,设置2种处理(A组:添加水稻生物炭; B组:未添加生物炭)进行污泥堆肥,并将污泥堆肥产品进行土地利用,研究污泥堆肥及其利用过程重金属(Cd、Pb、Cu、Zn、Ni)的变化特征及其钝化效果,同时考察添加生物炭的影响作用.结果表明:在污泥堆肥及其短期利用过程中,除Ni外,重金属总量没有显著变化,水稻生物炭对5种重金属总量的影响也不显著.污泥堆肥过程对5种重金属具有一定钝化作用,添加生物炭能显著降低重金属有效态含量,并具有显著的钝化效果(P 0. 05),钝化率达到16. 39%～43. 10%,其中Zn、Ni的钝化效果更为显著;而未添加生物炭的污泥堆肥过程对重金属有效态的钝化效果不显著(P 0. 05).施用污泥堆肥会增加土壤重金属含量,短期内,生物炭对污泥堆肥土壤利用后的重金属有效态具有一定影响,但效果不显著.