垫料、菌渣联合堆肥过程中碳氮转化与温室气体排放研究

摘要

随着科学技术的发展，农业产业化大幅度提高，农业废弃物如禽畜粪便、菌渣等的数量也不断的在增加。农业废弃物不经处理随意丢弃不仅造成资源的浪费同时也对环境造成巨大的威胁。高温堆肥技术是变农业废弃物为“宝”的有效途径之一，但在高温堆肥过程中普遍存在碳、氮元素损失、温室气体排放等问题。高温堆肥过程实质是由微生物参与的碳氮循环过程，因此对高温堆肥过程中碳、氮转化规律及微生物间互作关系的研究是减少碳、氮素的损失及温室气体排放的基础，同时对于堆肥理论和技术的发展、提高堆肥产品质量、提高农业废弃物资源化利用具有重要的理论和实际意义。
　　本文以生猪养殖发酵床废弃垫料及菌渣为原料，在自制强制通风静态堆肥反应箱中进行高温堆肥实验。研究了垫料和菌渣不同配比及添加EM菌剂对堆肥腐熟过程及碳氮转化的影响。主要研究结论如下：
　　1.以菌渣为主的处理温度大于50℃持续超过一周符合无害化标准，且菌渣为主的处理EC值分别为2.28和2.32均对作物没有毒害作用，而以垫料为主的处理EC值分别为4.545、5.655。但垫料为主的处理全磷、全钾含量高于以菌渣为主的处理，四个处理的GI值均达到80％以上。总的说来，添加EM菌剂能明显缩短堆肥周期，但对堆肥腐熟度营养元素的积累方面与未添加菌剂的处理相比并未显示出优势。且整体来说以垫料为主的处理腐熟度及营养元素的累积高于菌渣为主的处理。
　　2.以垫料为主的堆肥配比T1和T3的固氮能力比以菌渣为主的堆肥处理T2和T4的高，以菌渣为主的堆肥处理添加EM菌剂后更有利于堆肥过程中氮素的保持。
　　3.本实验中碳素损失多发在降温期，添加EM菌剂的处理有机碳和可溶性碳含量小于未添加菌剂的处理。垫料为主的处理比菌渣为主的处理更有利于腐殖质质量提高，且添加菌剂的处理比未添加菌剂的处理更有利于形成腐殖类物质，提高腐熟度。
　　4.添加菌剂的处理比不加菌剂的处理微生物总量大，同样添加菌剂，以菌渣为主的处理微生物总量大于垫料为主的处理，微生物脂肪酸种类数以菌渣为主的T2和T4处理大于垫料为主的T1和T3处理。特征性磷脂脂肪酸含量细菌最多，真菌其次，第三是放线菌，第四为好氧细菌，最后是甲烷氧化菌和原生生物。同种多样性指数中，添加菌剂的T3和T4处理的多样性指数大于T1和T2，并且以菌渣为主的T4处理各多样性指数大于T3处理。
　　5.温室气体CO2、CH4和N2O排放速率最大的是CO2，其次为N2O,而CH4排放量最少。排放规律为前期排放速率最大，中后期排放量减少。温室气体日排放速率中，未添加菌剂的T1、T2处理排放高峰在11:30-12:00点和17:30-18:00间，添加菌剂的T3和T4处理高峰值出现在8:30-9:00和17:30-18:00.二次发酵期间的高峰期在8:30-9:00和14:30-15:00。N2O日排放速率一次发酵和二次发酵间，排放高峰期均出现在早上8:30-9:00和晚上20:30-21:00这两个时刻。以垫料为主的处理日排放率高于以菌渣为主的处理。菌渣为主并添加EM菌剂的处理有利于减少温室气体排放。
　　6.相关性分析。温度与CO2和CH4的排放通量呈极显著正相关性，相关系数分别为0.34和0.41。水分与温室气体排放呈正比，水分含量越大温室气体排放量越高，尤其是对N2O影响最大。除此之外，全氮、微生物生物量碳氮与CO2排放呈极显著负相关；真菌、细菌、甲烷氧化菌对CO2排放的呈显著正相关关系，尤其是细菌对CO2排放的影响最大。全磷、有机氮、HI含量与CH4排放通量呈极显著正相关，C/N、胡敏酸与CH4呈极显著负相关性。EC值、铵态氮、硝态氮、可溶性有机碳与N2O间有显著正相关关系；胡敏酸、HI与其呈反比，相关系数分别为0.55、0.49；微生物生物量碳与N2O排放通量呈负相关关系；真菌、细菌和甲烷氧化菌与N2O排放呈正比，细菌的影响最大。
　　7.从四个处理的堆肥品质，碳氮损失，温室气体排放反面分析比较，添加菌剂的T3和T4处理比T1和T2处理整体效果好，而T4处理在四个处理中的整体效果最好。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的和内容

1.4 技术路线

第二章 不同堆肥处理对猪垫料堆肥腐熟进程和品质的影响

2.1 材料与方法

2.2结果分析

2.3 讨论

2.4 结论

第三章 不同堆肥处理对猪垫料堆肥过程中氮素转化的影响

3.1材料与方法

3.2结果分析

3.3讨论

3.4结论

第四章 不同堆肥处理对猪垫料堆肥过程中碳素转化的影响

4.1材料与方法

4.2结果分析

4.3讨论

4.4结论

第五章 不同堆肥过程中微生物多样性动态变化

5.1材料与方法

5.2结果分析

5.3讨论

5.4结论

第六章 不同堆肥处理对猪垫料堆肥过程中温室气体排放的影响

6.1材料与方法

6.2 结果分析

6.3 讨论

6.4 结论

第七章 主要结论和展望

7.1主要结论

7.2研究展望

参考文献

参与课题研究

攻读硕士期间发表的文章

致谢