猪粪秸秆高温堆肥过程中碳氮转化特征与堆肥周期探讨

将猪粪与秸秆以7：1（质量比,以鲜重计）的比例,在自制的强制通风静态堆肥反应箱中进行高温堆肥试验,研究了堆肥过程中碳氮转化特征及其腐熟时间.同时,在堆制的23d中,根据堆温变化采样6次,分析了堆肥样品中各种氮素和碳素含量及其它性质的变化情况.结果表明：堆肥结束时,硝态氮含量增加了103.0%,铵态氮、有机氮、总氮含量分...     

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.     

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.     

覆盖处理对猪粪秸秆堆肥中氮素转化和堆肥质量的影响

为了探讨覆盖措施对堆肥化中氮素转化与堆肥质量的影响,在自制的强制通风静态堆肥箱中,模拟研究了覆盖腐熟堆肥后,下层猪粪秸秆堆肥及覆盖层中氮素形态和其他腐熟度指标的变化.结果表明:覆盖处理降低了下层堆肥中的含水率、种子发芽指数(GI值)、升温期和高温期的pH值,增大了降温期后的堆肥电导率EC值,而对堆温影响不大.覆盖处理未改变堆制初期下层堆肥中氨气的释放总量,只延缓了氨气的释放时间,但明显增加了降温期后堆肥中硝态氮和有机氮的含量.在堆制期间,覆盖处理的下层堆肥中硝态氮、有机氮、总氮和总磷含量的增幅分别比对照高66.7％、33.8％、32.7％和138.6％;而有机碳降解率、铵态氮和腐殖质含量的降幅则分别比对照低1.1％、8.0％和3.7％.覆盖层中pH值、铵态氮和硝态氮含量的变化说明腐熟堆肥能够吸收下层堆肥释放的氨气并进行硝化作用;覆盖层的腐熟堆肥总体上进行了矿化作用,从而影响了下层堆肥的氮素转化过程及质量.     

污泥堆肥过程中水溶性有机物光谱学变化特征

采用光谱分析技术，研究了污泥堆肥过程中水溶性有机物的组成与结构特征变化。红外和紫外光谱显示：在42天的堆肥过程中水溶性有机物中NH4^ 含量和多糖类物质含量逐渐减少，而羧基和含苯环的物质含量明显增加。荧光光谱和E4／D6比结果进一步证实，随着堆肥的进行水溶性有机物的芳构化程度增大，样品中的腐殖类物质与富啡酸相似。     

城市污泥-猪粪混合堆肥过程中湿度的层次效应及其动态变化

由城市污泥、猪粪混合堆肥试验表明:升温期堆体各剖面的湿度在50.82%～60.87%之间,高温期在38.7%～52.17%之间;升温期和高温期堆体中湿度的层次效应不明显,堆肥仓门、仓内壁以及堆体深度对湿度层次效应的影响较小;降温期堆体各剖面的湿度在24.54%～49.39%之间,湿度层次效应非常明显,仓门、仓内壁和堆体深度对湿度层次效应产生明显影响;后熟期堆体各剖面的湿度在19.18%～49.34%之间,湿度层次效应相对减弱,仓门和仓内壁是导致湿度层次效应减弱的重要原因.不同堆肥期堆体剖面的湿度差异由大到小为:后熟期>降温期>高温期＝升温期,堆体的湿度由大到小为:下部>中部>上部.堆肥过程中湿度随时间的变化满足二级动力学方程.     

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.     

猪粪堆肥过程中腐殖酸电子转移机制及光谱演化特征

3D-EEM),探究了猪粪堆肥过程中HA和FA的化学结构变化以及对ETC的影响。结果表明:HA的ETC由堆肥初期10.06 μmol e-/g C增长至末期40.07 μmol e-/g C,FA的ETC由堆肥初期的15.36 μmol e-/g C增长至末期的69.73 μmol e-/g C,二者均随时间变化呈波动上升趋势,且EDC在电子转移中占主要地位。光谱分析表明,堆肥中的木质素类物质经堆肥化后会转变为聚合度高的腐殖质类物质,相比于堆肥初期,腐熟期时有机质的腐殖化程度和芳香化程度增大,相对分子质量也增高。类蛋白物质(组分C4)在堆肥过程中逐渐减少,易被微生物作为碳源利用从而转化为类腐殖质物质(组分C2),且C2是堆肥中较为稳定的组分。相关性分析表明:类蛋白质物质减少、腐殖化程度增加会使HA和FA的ETC增强,FA的电子转移能力更容易受到腐殖化程度的影响。     

污泥堆肥处理过程中氧气消耗的动态变化与分布特征

对城市污水污泥、粪渣污泥和造纸污泥进行好氧堆肥试验,以研究不同物料堆肥过程中氧气消耗的动态变化、分布特征及其差异.结果表明.不同污泥堆肥时,耗氧速率和温度具有相似的动态变化阶段.在堆体刚进入高温阶段时,耗氧速率不断升高并达到峰值,之后则逐渐减小并趋于稳定,堆肥结束时的耗氧速率只相当于最大值的1/3～1/15.物料组成影响升温速率,耗氧速率的最大值及达到最大值的时间.有机物含量高时,堆体温度上升快、维持持续高温的时间长.堆体各部位耗氧速率存在差异;中间部位的耗氧速率始终较高,在升温期,上层的耗氧速率略高于下层,此后下层的耗氧速率高于上层.堆体上层和下层的氧气含量在堆肥过程中波动较小(>18%),而中间部位的氧气含量波动较大,在高温阶段其含量较低(约12%).使用无机调理剂(CTB调理剂)时,耗氧速率明显小于使用有机调理剂的处理,供氧所需的通风量减少35.9%;堆体升温较慢,温度变化较平缓.根据研究结果提出了优化通风控制的建议.     

沸石在猪粪堆肥过程中保氮效果研究

通过设置未添加、添加5%、10%和15%沸石4个处理,试验研究了不同沸石添加量对猪粪、米糠堆肥的保氮效果.结果表明:添加沸石可以降低堆体的pH和水溶性NH4+-N含量,减少NH3的挥发损失;与对照处理相比,添加5%、10%、15%沸石处理可将N损失率分别降低12.33%、35.53%、47.32%;但沸石的添加量达到15%时,其堆体保持高温(≥55℃)的时间及平均堆温均较对照处理低,不利于堆肥的顺利进行,而添加5%、10%沸石处理的堆温较为合理.综合以上各项指标,研究认为沸石的适宜添加量为10%左右.     

鸡粪堆肥有机物演化对重金属生物有效性影响研究

采用离子色谱、三维荧光光谱、紫外-可见吸收光谱和多元统计分析,研究了鸡粪堆肥水溶性有机物(DOM)和重金属组成与演化特性,探究了有机物演化对重金属生物有效性的影响及其机理.结果显示,堆肥升温期和高温期有机物降解最为剧烈,产生了大量苹果酸、酒石酸、乙酸和草酸,其浓度分别在2097.55~2155.61、39.24~51.58、12.52~12.90及1.68~2.31 mg·L-1之间;堆肥降温期和二次发酵过程,蛋白类物质降解,腐殖质类物质合成,DOM的腐殖化率和缩合度增大,稳定性增强.堆肥过程中水溶态重金属中Fe的浓度(1.069~7.106 mg·L-1)最高,Al、As、Cr、Cu和Mn的浓度(0.1~1.008mg·L-1)其次,Pb的浓度(0.003~0.02 mg·L-1)最低,随着堆肥的进行水溶态重金属含量呈下降趋势(Al除外),相关性分析显示,水溶态重金属主要结合在腐殖质类物质上,生物可利用性低.分析结果表明,堆肥可通过降低水溶态重金属的含量和将水溶态重金属络合在腐殖质类物质上降低产品中重金属的生物有效性.     

抗生素降解菌剂对猪粪堆肥腐熟和细菌群落演替的影响

接种抗生素降解菌可促进畜禽粪便中抗生素去除,但相关污染物降解菌对堆肥进程及土著微生物群落演替的影响研究甚少.分析一种以抗生素降解菌种为核心的复合微生物菌剂在猪粪抗生素去除中的作用,探究接种菌剂对猪粪堆肥理化进程以及细菌群落演替的影响.结果表明,抗生素降解菌剂接种处理猪粪中抗生素去除率达81.95%,与对照相比,其抗生素残留总量下降42.18%.在堆肥条件下,接种抗生素降解菌剂促进了猪粪堆肥升温,加速了堆体水分去除,降低了堆肥中氨气和硫化氢累积排放量,使得堆肥产物中氮磷钾总养分含量和萝卜种子发芽指数分别提高6.80%和68.33%,同时堆肥产物中稳定性有机质含量增加,纤维素和半纤维素等难分解物质含量下降.细菌群落结构分析指出,接种菌剂提高了堆肥中放线菌门和厚壁菌门细菌的相对丰度,其中与堆体升温正相关的嗜热菌丰度显著增加（P<0.01）,而致病细菌相对丰度下降.细菌群落共现网络分析表明,接种菌剂改变堆肥土著细菌群落互作模式,降低了细菌群落网络的复杂度和连通性,优化了有益细菌与其他菌群的生态关系,为建立新的和更加健康的堆肥细菌群落奠定了基础,可为抗生素降解菌剂在堆肥中的应用开发提供了科学依据.     

模拟氮沉降对森林土壤有机物淋溶的影响

在重庆铁山坪马尾松林内施加与大气氮沉降量相当的硝酸铵(NH4NO3)和硝酸钠(NaNO3),研究氮沉降加倍对土壤溶液可溶性有机物浓度的影响,分析氮沉降对森林土壤碳库的潜在作用.2005年起为期5a的现场观测表明,施氮后凋落物层土壤溶液的可溶性有机碳(DOC)浓度和通量在起初2a内与对照样区相比有明显升高,但之后反而降低.施氮还会降低凋落物层土壤溶液的DOC与DON(可溶性有机氮)比值,以及矿质土壤上层的DOC浓度,但对矿质土壤下层的DOC淋溶通量几乎没有影响.总体来看,在试验期内氮沉降对土壤碳库无显著影响,但土壤有机物可能有从富碳有机物向富氮有机物转化的趋势,氮沉降的成分(NH4+和NO3-)对土壤有机物的影响则没有明显差异.     

猪粪与秸秆协同发酵产热及溶解性有机质的转化特征

采用量热计法和三维荧光光谱,分别对猪粪发酵产热不同阶段温度、热值以及溶解性有机质(DOM)的转化特征进行了研究. 结果表明:在不同C/N(猪糞与芦苇秸秆物料配比)的4组发酵产热试验中,纯猪粪发酵产热温度高于室温时间达到60d,累积热量损失最多达8.862kJ/g,是增温技术最为理想的配比;随着发酵产热的进行,纯猪粪发酵产热样品中类蛋白化合物荧光比值(P_1,n+P_2,n,0.625~0.546)逐渐减少,类富里酸物质荧光比值(P_3,n,0.140~0.173)与类胡敏酸物质荧光比值(P_5,n,0.051~0.097)逐渐增多,腐殖化程度逐渐加强,但是与其他各组相比其腐殖酸类物质增加最少,腐殖化程度最低;不同C/N物料产热过程中,尽管不同区域的荧光强度与热值的相关性不同,但不同C/N物料释放的热量均来源于微生物对简单有机化合物的分解.      

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.     

太湖典型草、藻型湖区有色可溶性有机物的吸收及荧光特性

2004年4月对太湖典型草、藻型湖区东太湖和梅梁湾有色可溶性有机物(CDOM)的吸收和荧光特性进行了研究.通过实验测定方法得到东太湖和梅梁湾CDOM的光谱吸收系数及其荧光值.结果表明,溶解性有机碳(DOC)的浓度在6.3～17.2 mg/L间变化,其均值为9.08±2.66 mg/L;CDOM在280 nm和355 nm的吸收系数分别为11.2～32.6 m^-1(平均值17.46m-1±5.75 m^-1)和2.4m～8.3 m^-1(平均值4.17 m^-1±1.47 m^-1);355 nm波长处CDOM的比吸收系数为0.31～0.64 L·(mg·m)^-1,平均值0.46L·(mg·m)^-1±0.08 L·(mg·m)^-1.355 nm的激发波长、450 nm的发射波长处的荧光值的变化范围0.50～3.91 nm^-1(平均值1.32nm-1±0.84 nm^-1).2类草、藻型湖区的DOC浓度、CDOM吸收系数、355 nm处荧光值均存在显著性差异,但CDOM比吸收系数和指数函数斜率则没有显著性差异,由此则反映了CDOM来源的一致性.CDOM的吸收系数与DOC浓度的相关性随波长的降低而增加,在短波部分存在明显的正相关.355 nm处的荧光值、DOC浓度与CDOM吸收系数存在如下显著性的正相关关系:F_n(355)=0.544(±0.035)a(355)-0.946(±0.152),DOC=1.537(±0.196)a(355)+2.683(±0.862).280～500 nm、280～360 nm、360～440 nm指数函数斜率分别为14.37μm^-1±0.73μm^-1、19.17μm-1±0.84μm^-1、13.38μm-1±0.82μm^-1.     

青海湖流域有色可溶性有机物来源与特征分析

青海湖是我国最大的湖泊,该流域生态系统健康对维系青藏高原生态安全具有重要意义.关于我国青藏高原区内大型湖泊的有色可溶性有机物(CDOM)组成与来源研究甚少,对青海湖流域开展CDOM的来源及特征研究对该湖水质保护及填补空白区的研究具有重要意义.通过两次青海湖流域采样并结合三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAF...     

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。     

鸡粪和猪粪生物发酵过程中抗生素抗性基因的动态变化

畜禽粪便是储存和传播抗生素抗性基因(ARGs)的主要载体.为明确鸡粪和猪粪堆肥过程中ARGs和MGEs相对丰度的变化及影响其消减的关键环境因子,探索减少畜禽粪便堆肥中ARGs含量并降低其污染风险的有效方法,采用实时荧光定量PCR技术和16S rRNA高通量测序技术,测定了鸡粪和猪粪好氧堆肥75 d的过程中,不同阶段10种ARGs和7种可移动遗传元件(MGEs)的丰度变化和细菌群落变化,分析了ARGs和MGEs与细菌群落的相关性和堆体理化性质(温度、含水率、 pH和DOC)变化对ARGs和MGEs丰度的影响.结果表明,猪粪(PM)中ARGs和MGEs丰度显著高于鸡粪(CM).堆肥结束后,两种堆肥中9种ARGs和5种MGEs的相对丰度均显著降低,其中CM中3种ARGs(tetM、tetT和aacA)和4种MGEs(ISEcp1、IS1216、IS613和tnp614)的去除率达到99%; PM中9种ARGs[tetB(P)、tetL、tetM、tetO、tetT、aacA、aadD、aphA3和sat4]及4种MGEs(ISEcp1、IS26、IS1216和tnp614)去除率均达到99%...