葡萄冬剪枝条高温堆制化机理研究

摘要

葡萄冬剪枝条是葡萄冬季整形修剪过程中必然产生的有机副产品。我国葡萄园每年产生的冬剪枝条鲜重至少达210万t。传统上葡萄枝条被焚烧或抛弃，造成资源严重浪费和环境污染，甚至诱发火灾和恶性交通事故。 葡萄冬剪枝条的C∶N比约为60∶1，每kg葡萄枝条(干基)约含975g的有机物质、7.2g的N、1.1g的P和5.0g的K，以及许多作物生长所需的微量元素。循环利用葡萄枝条作为土壤有机肥或改良剂，不仅可以解决环境污染、火灾和交通事故等问题，而且对于增加有机肥源，保持和提高土壤肥力具有重要意义。堆肥化被认为是一种与和谐环境相适应的植物源性固体废弃物循环利用方式。 本研究以葡萄冬剪枝条为原料，分别采用好氧静态堆肥箱体系(体积为250L)进行了用尿素为N源的不同初始C∶N比(60∶1，52∶1，40∶1和29∶1)处理的堆肥化和混合不同比例羊粪(10﹪，20﹪，30﹪和40﹪)的联合堆肥化，以及采用条形堆(体积为13.5m3)进行了覆盖条件下葡萄冬剪枝条与羊粪联合堆肥化等实验，结合表观观测、化学分析、感应耦合等离子体发射光谱分析(ICPAES)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析和生物测定等技术手段，旨在探明葡萄冬剪枝条堆肥化过程中的主要营养元素的动态变化和有机物转化特征，确定适宜的初始C∶N比调节范围和羊粪添加比例，建立评估葡萄冬剪枝条堆肥成熟度指标体系和明确覆盖对其堆肥化进程的影响效应等。研究结果表明： (1)葡萄冬剪枝条碎料通过加N将初始C∶N比调节到适宜范围后可作为堆肥化的良好基质。最佳初始C∶N比调节到29∶1～40∶1，即每t葡萄冬剪枝条碎料(干样)添加3.6～7.2kg的无机N，既能达到最大限度地无害化处理目标，又可维持较高的降解率。 (2)初始C∶N比分别为29∶1、40∶1、52∶1和60∶1的处理，其最高温度分别在堆制后第3～4d达到76、70、68和65℃C。高温(≥50℃)持续时间以C∶N比为29∶1和40∶1处理的最长，达20d，而C∶N比为52∶1和60∶1处理的最短，仅为6d。高于堆体环境温度的积温值与初始C∶N比呈线性相关关系。 (3)葡萄冬剪枝条在不同初始C∶N比条件下堆制133d，其干物质损失率为39～59﹪，有机质降解41～59﹪，总N损失率为23～37﹪。 (4)葡萄冬剪枝条在不同初始比C∶N比条件下堆制65d后可达到不具植物毒性。 (5)在葡萄枝条堆制时，每kg葡萄冬剪枝条(干基)平均需添加2.5～4.1kg水。其中堆制后0～7d的添加水量占总量的70﹪以上。 (6)70﹪的葡萄冬剪枝条+30﹪的羊粪(w/w,干基)为联合堆肥化的最佳比例，这种比例能达到适宜的峰值温度(＜60℃)和持续较长的高温时间(5d)。10﹪、20﹪和30﹪的混合比例所达到的最高温度仅分别为52、53和58℃。 (7)在83d的联合堆制中，其干物质损失率为29～36﹪，有机质降解率为37～46﹪，总N损失率为15～28﹪。 (8)葡萄冬剪枝条与羊粪联合堆制60d后可达到不具植物毒性。 (9)在葡萄枝条与羊粪联合堆制时，每kg混合堆料平均需添加1.8～2.2kg水。其中堆制后0～7d的添加水量占总量的83～92﹪。 (10)堆肥化进程中的物料萃取物的pH值及在波长665nm下的吸光度(E665值)、植物毒性及腐熟度测定值可作为评估葡萄冬剪枝条堆肥成熟度的综合指标。而其它如表观评估指标、NH+4-N含量、NH+4-N∶NO-3-N和C∶N比的变化，虽然在一定程度上反映了堆肥的腐熟进度，但因难以量化、转变过程缓慢或表现出较大差异而难以利用。 (11)FT-IR分析结果表明，葡萄冬剪枝条在不同初始C∶N比条件下堆制，还是与不同比例羊粪联合堆制，其有机物质转化特征基本相似，即随着堆肥化进程OH、CH3和CH2基化合物相对减少，CO基化合物相对增加，标志着脂肪族化合物减少，芳香族化合物增加以及有机物发生了明显的矿化作用。但与羊粪联合堆制不同的是在波数为1265cm-1处未发现与磷酸盐相关的P=O基出现。 (12)成熟葡萄冬剪枝条堆肥的有机质含量达797～935gkg-1，N含量达11.9～14.1gkg-1，P含量为1.6～3.5gkg-1，K含量达6.3～8.4gkg-1，而且富含作物生长发育所需的多种微量元素。另外有害重金属含量远低于堆肥国际标准。 (13)塑料膜覆盖能提高条形堆系统表层(25cm深处)堆料的温度，并维持堆肥高温(＞55℃)长达40d，有利于最大限度地灭除寄生虫卵、病原体和病毒，以及加速堆肥矿化进程，同时覆盖还能改善堆肥品质。而未覆盖条形堆的温度始终＜50℃。 (14)葡萄冬剪枝条堆肥可用作环境友好的优质有机肥或土壤改良剂。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:图表目录、缩略词

1前言

2文献综述

2.1堆肥化过程

2.2堆肥化系统

2.3影响堆肥化的理化因素

2.4堆肥化过程中的微生物研究

2.5堆肥物料的生物降解性研究

2.6堆肥过程中的生物化学过程研究

2.7堆肥成熟度研究

2.8堆肥对土壤和植物的生长的影响

2.9堆肥在葡萄栽培中的应用

2.10我国堆肥化技术及其应用研究现状

2.11小结

3研究内容与技术路线

4材料与方法

5结果与分析

5.1不同初始C∶N比处理对葡萄冬剪枝条堆肥化过程的效应研究

5.2葡萄冬剪枝条与羊粪联合堆肥化的研究

5.3覆盖对葡萄冬剪枝条与羊粪联合堆肥化过程的影响

6结论

致谢

参考文献

图版说明及图版

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