污泥堆肥及其土地利用全过程的温室气体与氨气排放特征

目前我国污泥堆肥及其土地利用全过程的温室气体(N2O、CH4)与氨气(NH3)排放数据极其缺乏,难以满足温室气体减排和氮素保存的需求.本研究通过原位观测,首次开展污泥堆肥及其土地利用全过程温室气体和氨气排放特征的研究.结果表明,基于机械翻堆条垛(turning windrow,TW)工艺的全过程温室气体排放因子(eCO2/干污泥,196.21 kg·t-1)是基于强制通风+机械翻堆条垛(aerated turning pile,ATP)工艺的1.61倍.N2O主要来自土地利用过程,CH4主要来自堆肥过程.ATP工艺的温室气体排放当量(eCO2/干污泥,12.47 kg·t-1)远低于TW工艺(eCO2/干污泥,86.84 kg·t-1).TW工艺的氨气排放因子(NH3/干污泥,6.86 kg·t-1)略高于ATP工艺(NH3/干污泥,6.63 kg·t-1).NH3是全过程最主要的N素损失形式,其中TW和ATP堆肥工艺因NH3排放造成的氮素损失相当,均约占堆料TN损失量的30%.而N2O和CH4带来的N、C元素的损失可以忽略不计.这些结果表明ATP是一种环境友好的污泥堆肥工艺.     

猪粪堆肥过程保氮固磷及温室气体（N2O）减排研究

针对畜禽粪便堆肥过程存在的氮素流失与温室气体（N2O）排放及畜禽粪便堆肥产品土地利用过程的磷素流失等不足,采用强制通风反应器堆肥系统进行小试规模的猪粪堆肥试验,以改性赤泥和改性镁橄榄石为添加剂,考察和比较了这2种改性金属盐添加剂在猪粪堆肥过程对氮磷保存与温室气体（N2O）减排的效果.结果表明,添加改性镁橄榄石（pH=7...     

施用畜禽粪便堆肥品的蔬菜地CH4、N2O和NH3排放特征

农田是重要的温室气体排放来源之一,其中蔬菜地的温室气体排放日益受到人们关注.以北京市郊某温室种植的油麦菜地为研究对象,通过大棚试验,考察和比较了油麦菜地施用不同类型畜禽粪便堆肥产品的CH4、N2O和NH3排放特征及其影响因素.结果表明,油麦菜地NRM、RM、CF处理的CH4排放系数分别为0.2%、0.027%、0.004%;N2O排放系数分别为0.18%、0.63%、0.74%;NH3排放系数分别为2.00%、3.98%、2.53%.CH4排放通量与土壤温度和地表湿度相关,N2O排放通量与土壤温度、地表温度和湿度相关,CH4、N2O和NH3排放通量均受土壤含水率影响,而温室中的气温不是影响CH4、N2O和NH3排放的主要因素.     

连续流强制通风槽式污泥堆肥工艺的温室气体和氨气排放特征

我国污泥堆肥过程中温室气体(CH4、N2O)和氨气(NH3)排放的基础数据十分缺乏.本研究以连续流强制通风槽式污泥堆肥工艺为对象,通过现场试验和观测,考察不同操作参数下堆肥过程中温室气体和氨气的排放特征.结果表明,减小辅料投加比例不利于有机质的转化(试验组和对照组的有机质降幅分别为1.38%、8.85%),较低的C/N比虽小幅增加了氨气的排放量(高于对照组8.68%),却有助于减少总氮损失(试验组16.1%、对照组21.8%),并可减少污泥堆肥过程的温室气体排放(以eCO2/DC计,试验组为1.70 g·kg-1、对照组为2.85 g·kg-1).采用"初期降低,末期升高"的通风方式,尽管增加了污泥堆肥过程中温室气体排放的CO2当量(高于对照组55.1%),却减少了氨气累积排放量(试验组66.86 g·m-2,对照组72.04g·m-2),进而降低了总氮损失(为对照组的51.34%).     

猪粪化肥配施对双季稻田CH4和N2O排放及其全球增温潜势的影响

以湖南典型红壤双季稻田系统为研究对象,采用静态箱-气相色谱法研究了水稻生长季基肥配施猪粪条件下CH4和N2O的排放特征,并估算了排放的CH4和N2O的全球增温潜势(GWP).结果表明,与施用化肥处理相比,猪粪化肥配施对稻田CH4和N2O排放的季节变化模式无明显影响,但影响其排放量大小.两个稻季,猪粪替代50%化学氮肥处理(1/2N+PM)CH4累积排放量较不施氮肥处理(0N)、50%化学氮肥处理(1/2N)、100%化学氮肥处理(N)分别提高54.83%、33.85%和43.30%(P<0.05);1/2N+PM处理N2O累积排放量较N处理显著降低67.50%,较0N处理、1/2N处理分别提高129.43%、119.23%(P<0.05).水稻生长季CH4是GWP的主要贡献者,占CH4和N2O综合GWP的99%以上.1/2N+PM处理的GWP显著高于其他处理(P<0.05),且1/2N+PM处理单位产量GWP最高,较N处理、1/2N处理、0N处理分别提高58.21%、26.82%、20.63%.因此,双季稻田猪粪替代部分化学氮肥较全部施用化学氮肥增加了双季稻田CH4和N2O排放的综合温室效应,其对温室气体排放的影响需在区域温室气体排放清单中加以考虑.     

冬季猪粪固体堆放过程中NH3、N2O和NO排放特征研究

针对农村猪粪典型处理方式中的固体堆放管理,研究猪粪在冬季(2012年11月~2013年2月)固体堆放过程中NH3、N2O和NO排放特征.实验共设两个处理——无覆盖(non-covered,NC)和水稻秸秆覆盖(covered,C),堆放时间为73 d,期间进行了3次翻堆操作.实验观测了3种含氮气体(NH3、N2O和NO)的排放通量和堆体剖面N2O浓度变化.结果表明,猪粪固体堆放过程中NH3、N2O和NO排放累积量(以N计)分别占初始TN的比例为2.1%~2.6%、0.02%和~0.000 25%.两个处理的含氮气体排放通量变化趋势基本一致,且有覆盖堆体的含氮气体的排放量略低于无覆盖堆体.在堆放初期,NH3排放量最先出现峰值,之后N2O和NO排放开始增加.NH3和NO在固体堆放的中前期呈现互为消长的变化趋势;到堆放后期,N2O开始出现比前期高出两倍的排放高峰,而NH3和NO出现小幅增长.翻堆前后,NH3的排放无明显变化,而N2O排放在翻堆后均出现降低的变化,NO排放却出现升高的变化.     

轻型汽油车CH4和N2O排放因子研究

我国的机动车温室气体排放研究多集中于CO2排放,而CH4和N2O排放的相关研究主要是依据欧美开发的模型进行的,缺乏CH4和N2O实车测试的研究.本研究选取22辆轻型汽油车,利用底盘测功机开展了整车台架测试和采样分析,获得了车辆在NEDC工况下的CH4和N2O排放因子.结果表明,国Ⅰ~国Ⅳ阶段轻型汽油车CH4平均排放因子分别为0.048、0.048、0.038和0.028 g·km-1,N2O则分别为0.045、0.039、0.026和0.021 g·km-1.在轻型汽油车单车排放的CO2、CH4和N2O三类温室气体(以CO2当量计)中,CH4和N2O排放的分担率均随排放标准的加严而逐渐降低,其中CH4排放在温室气体排放中不足0.5%,N2O排放分担率在3.03%~6.35%之间.因此,排放标准的加严可以有效减少CH4和N2O的排放,以减缓机动车排放带来的温室效应.     

湖北省畜禽粪便温室气体减排潜力分析

畜禽粪便是农业温室气体的重要排放源.合理的粪便管理方式可有效降低温室气体排放,同时减少环境污染.为明确不同养殖模式下适宜的粪便管理方式对温室气体减排的有效性,以湖北省为案例地,针对不同畜禽的粪便特征、区域自然条件和畜禽养殖模式等,筛选适宜的粪便管理方式;运用政府间气候变化专门委员会提出的畜禽粪便温室气体排放因子测算模型,在优化管理方式的基础上进行排放因子预测,估算由粪便管理方式改进所带来的减排潜力.结果表明,粪便管理经优化后畜禽粪便温室气体排放减少1.98~357.82 kg·头-1·a-1(以CO2当量计).根据养殖规模发展趋势预测,至2020年全省畜禽粪便优化管理所带来的减排潜力可达322.78万t(以CO2当量计).不同地区间减排效果则与当地养殖规模、养殖结构、养殖模式及适宜的畜禽粪便管理方式密切相关;畜禽种类间粪便特性的不同是其CH4和N2O减排效率迥异的主要原因;规模化养殖粪便管理方式优化是实现区域温室气体减排的重点.结合区域自然条件和畜禽养殖特征等,筛选适宜的粪便管理方式是实现区域温室气体减排的有效措施.     

山东某规模化养鸡场沼气处理工程温室气体排放量监测分析

以山东省规模化养鸡场粪便产沼气处理工程为例,分析了鸡粪产沼气处理工程的温室气体排放源,得出该项目每年的温室气体排放量为24,192 tCO2e。其中粪便厌氧沼气发酵(沼气池)中的CH4排放为9,126 tCO2e,沼液的好氧氧化塘处理的CH4排放为5 tCO2e,好氧氧化塘的N2O排放量为13,695tCO2e,项目耗电产生的CO2排放当量为1,366 tCO2e。规模化肉鸡/蛋鸡养鸡场沼气工程的温室气体排放主要集中在粪便厌氧沼气回收处理系统的CH4排放和好氧氧化塘的N2O排放,如果想减少整个项目的温室气体排放,可从这两方面进行进一步技术改革。     

淡水沼泽湿地CO2、CH4和N2O排放通量年际变化及其对氮输入的响应

利用静态暗箱-气相色谱法自2002～2004年连续3a观测了三江平原淡水沼泽湿地CO2、CH4和N2O 3种主要温室气体排放特征及外源氮素输入条件下温室气体通量的变化.结果表明,三江平原CO2、CH4和N2O 3种主要温室气体排放具有明显的季节及年际变化规律.其中生态系统呼吸CO1排放的最大值[779.33～965.40 mg·(m·h)-1]出现在7、8月份,CH4通量最大值[19.19～30.52 mg·(m·h)-1]出现在8月,N2O通量最大值[0.072～0.15 mg·(m·h)-1]出现在5月和9月,3种温室气体通量最小值CO2为2.36～18.73 mg·(m·h)-1;CH4为-0.35～0.59 mg·(m·h)-1;N2O为-0.032～-0.009 mg·(m·h)-1大都出现在冬季,且冬季淡水沼泽湿地表现为N2O的吸收.对气候因子的分析发现,温度条件是影响淡水沼泽湿地温室气体排放通量季节性变化的主要因子,而降水和积水水位变化是影响其排放年际变化的关键因素,特别是降水对CH4排放通量的影响较其它2种温室气体更显著,且冬季雪融水对夏季CH4的排放起重要作用.CO2和CH4排放与土壤温度(5cm)呈显著的指数相关关系,而N2O排放通量与土壤温度和水深相关性不显著.氮输入促进了三江平原CO2、CH4和N2O3种主要温室气体的排放,与对照处理相比,其排放通量分别升高了34%,145%和110%.     

Effects of aeration method and aeration rate on greenhouse gas emissions during composting of pig feces in pilot scale

The aim of this study was to uncover ways to mitigate greenhouse gas(GHG) emissions and reduce energy consumption during the composting process. We assessed the effects of different aeration rates(0, 0.18, 0.36, and 0.54 L/(kg dry matter(dm)·min)) and methods(continuous and intermittent) on GHG emissions. Pig feces and corn stalks were mixed at a ratio of 7:1. The composting process lasted for 10 weeks, and the compost was turned approximately every 2 weeks. Results showed that both aeration rate and method significantly affected GHG emissions. Higher aeration rates increased NH3 and N2O losses,but reduced CH4 emissions. The exception is that the CH4 emission of the passive aeration treatment was lower than that of the low aeration rate treatment. Without forced aeration,the CH4 diffusion rates in the center of the piles were very low and part of the CH4 was oxidized in the surface layer. Intermittent aeration reduced NH3 and CH4 losses, but significantly increased N2 O production during the maturing periods. Intermittent aeration increased the nitrification/denitrification alternation and thus enhanced the N2 O production. Forced aeration treatments had higher GHG emission rates than the passive aeration treatment. Forced aeration accelerated the maturing process, but could not improve the quality of the end product. Compared with continuous aeration, intermittent aeration could increase the O2 supply efficiency and reduced the total GHG emission by 17.8%, and this reduction increased to 47.4% when composting was ended after 36 days.     

冬季污泥堆肥过程温室气体排放特征

污泥堆肥处理是一种简便高效的污泥稳定化技术,但堆肥过程产生的温室气体也引起了国内外的广泛关注,我国关于污泥堆肥,特别是低温环境下的堆肥温室气体排放特征研究和基础数据还很缺乏.本实验采用城市脱水污泥,考察低温环境条件下不同调理剂混合污泥堆肥过程中温室气体的排放特征.结果表明,低温环境条件下污泥堆肥能够顺利进行,但高温期持续时间相对较短而腐熟期温度降低过快.木屑处理的总氮损失低于秸秆处理,然而温室气体总排放当量却高于秸秆处理,木屑和秸秆处理总的CO2排放当量(以干污泥计)分别为169.45 kg·t~(-1)、133.13 kg·t~(-1).木屑与秸秆CH_4累积排放量(以干污泥计)分别为0.648 kg·t~(-1)、0.689 kg·t~(-1),N_2O累积排放量(以干污泥计)分别为0.486 kg·t~(-1)、0.365 kg·t~(-1).CH_4的排放75%以上集中在堆肥前2周,而N_2O则90%以上出现在后腐熟期.整体而言,冬季堆肥高温期持续时间相对较短而腐熟期温度低,出现CH_4排放量相对较低而N_2O较高的现象,CH_4排放量均低于IPCC推荐值,N_2O则均高于IPCC推荐值.因此针对低温环境堆肥工艺,温室气体的减排应重点关注堆肥后期N_2O排放的降低策略.     

菌渣-发酵床废弃垫料堆肥中温室气体排放及与微生物的关系

堆肥是处理农业废弃物最适宜的技术之一,但堆肥产生的有害和温室气体排放导致环境污染问题.本研究以生猪养殖发酵床废弃垫料及菌渣为原料,利用强制通风静态堆肥技术研究垫料和菌渣不同配比及添加EM菌剂对堆肥过程温室气体排放和微生物区系的影响.结果表明,不同堆肥处理温室气体排放通量以堆肥前20 d较大,堆肥中后期降低;微生物总量和种类在不同堆肥处理间没有发生显著性变化;CO_2和N_2O排放速率与细菌、真菌和甲烷氧化菌间具有显著的正相关关系.整个堆肥期间,以菌渣为主料并添加EM菌剂的堆肥处理温室气体减排效果最佳,相对其他3个处理温室气体减排0.7%~10.2%.由此认为,以菌渣为主料和通过添加EM菌剂的堆肥方式可以作为降低菌渣-发酵床废弃垫料堆肥过程温室气体排放的策略.     

不同肥料施用对设施菠菜地NH3挥发和N2O排放的影响

以湖南设施菠菜地为研究对象,采用通气法和静态箱-气相色谱法研究了设施菠菜生长季施用工厂化堆肥(SC)、农民传统堆肥(SS)和单施化肥(FC)对土壤NH_3和N_2O排放的影响.结果表明在同等施氮水平下,与FC相比,SC处理能减少NH_3和N_2O排放量,分别减少52.9%和95.12%(P0.01);SS处理则增加NH_3挥发量24.8%,减少N_2O排放量48.8%.不同处理NH_3损失率分别为SS(10.97%)FC(4.19%)SC(2.74%);N_2O排放系数分别为FC(4.50%)SC(2.21%)SS(0.60%);与FC处理相比,SC处理条件下菠菜产量和作物吸氮量分别降低19.61%和13.20%,差异不显著;SS处理则显著降低27.9%和40.0%(P0.05).在该地区冬季设施菠菜田中,影响NH_3和N_2O排放的主要因素为土壤水分,环境温度不是此研究中影响气体排放的主要因素.因此,畜禽养殖固体废弃物经过不同处理后作为有机肥施入菠菜田,SC处理的菠菜可保证产量的同时,减少NH_3挥发和N_2O排放损失.     

Effect of phosphogypsum and dicyandiamide as additives on NH3, N2O and CH4 emissions during composting

A laboratory scale experiment of composting in a forced aeration system using pig manure with cornstalks was carried out to investigate the effects of both phosphogypsum and dicyandiamide (DCD, C2H4N4) as additives on gaseous emissions and compost quality. Besides a control, there were three amended treatments with different amounts of additives. The results indicated that the phosphogypsum addition at the rate of 10% of mixture dry weight decreased NH₃ and CH₄ emissions significantly during composting. The addition of DCD at the rate of 0.2% of mixture dry weight together with 10% of phosphogypsum further reduced the N₂O emission by affecting the nitrification process. Reducing the phosphogypsum addition to 5% in the presence of 0.2% DCD moderately increased the NH₃ emissions but not N₂O emission. The additives increased the ammonium content and electrical conductivity significantly in the final compost. No adverse effect on organic matter degradation or the germination index of the compost was found in the amended treatments. It was recommended that phosphogypsum and DCD could be used in composting for the purpose of reducing NH₃, CH₄ and N₂O emissions. Optimal conditions and dose of DCD additive during composting should be determined with different materials and composting systems in further study.     

Effect of C/N ratio, aeration rate and moisture content on ammonia and greenhouse gas emission during the composting

Gaseous emission (N₂O, CH₄ and NH₃) from composting can be an important source of anthropogenic greenhouse gas and air pollution. A laboratory scale orthogonal experiment was conducted to estimate the effects of C/N ratio, aeration rate and initial moisture content on gaseous emission during the composting of pig faeces from Chinese Ganqinfen system. The results showed that about 23.9% to 45.6% of total organic carbon (TOC) was lost in the form of CO₂ and 0.8% to 7.5% of TOC emitted as CH₄. Most of the nitrogen was lost in the form of NH₃, which account for 9.6% to 32.4% of initial nitrogen. N₂O was also an important way of nitrogen losses and 1.5% to 7.3% of initial total nitrogen was lost as it. Statistic analysis showed that the aeration rate is the most important factor which could affect the NH₃ (p = 0.0189), CH₄ (p = 0.0113) and N₂O (p = 0.0493) emissions significantly. Higher aeration rates reduce the CH₄ emission but increase the NH₃ and N₂O losses. C/N ratio could affect the NH₃ (p = 0.0442) and CH₄ (p = 0.0246) emissions significantly, but not the N₂O. Lower C/N ratio caused higher NH₃ and CH₄ emissions. The initial moisture content can not influence the gaseous emission significantly. Most treatments were matured after 37 days, except a trial with high moisture content and a low C/N ratio.     

黄土及其他添加物对猪粪贮存过程氨气和温室气体排放的影响

畜禽粪肥在贮存阶段养分损失严重,是CO_2、CH_4、NH_3和N_2O等大气污染物的重要排放来源.本文采用室内培养方法,研究了添加黄土、秸秆、生物炭和膨润土对猪粪贮存过程中氨气及温室气体排放的影响.结果表明,添加10%用量的生物炭和膨润土处理的CO_2累积排放量与不添加任何添加物的猪粪对照相比分别降低了15.4%和20.9%,N_2O累积排放量分别降低了19.8%和37.6%.添加膨润土处理的NH_3损失量显著增加,但添加生物炭和膨润土处理的综合温室效应与猪粪对照相比均显著降低.添加10%秸秆处理的CH_4和NH_3累积排放量分别较猪粪对照降低了56.8%和95.8%,但其综合温室效应与对照相比差异不显著.模拟黄土垫圈过程添加黄土处理的氨气及温室气体累积排放量均显著降低,综合温室效应显著低于其他处理(p0.05).可见,黄土垫圈是保蓄粪肥碳、氮养分的有效措施,猪粪贮存阶段添加少量生物炭、膨润土对于减少粪肥综合温室效应具有积极作用.