不同堆肥条件对堆肥过程中碳素损失及腐殖质形成的影响研究

摘要

为了探究不同堆肥条件及调理剂对堆肥过程中碳素损失和腐殖化进程的影响，本研究以猪粪为原料，选取几种具有代表性的有机调理剂，分别在高、中、低碳氮比(C/N)和通气量条件下进行9组堆肥处理。主要监测堆肥过程的理化性质变化、气体排放及腐殖质各组分变化，并利用傅里叶红外光谱(FTIR)、元素分析、三维荧光(3DEEM)等化学方法分析堆肥过程中腐殖质结构的动态变化。主要研究结果如下:
　　(1)各堆肥处理温度变化基本一致，均先迅速上升后逐渐下降至室温，其中高C/N和通气量条件下的堆肥处理高温期维持时间最长，达到无害化标准。受调理剂初始水分影响，低C/N和通气量条件下的堆肥保持温度能力较差。种子发芽率、水溶性有机物含量等指标表明堆肥处理达到腐熟和稳定状态。
　　(2)各堆肥处理的CO2和CH4整体排放趋势与温度变化相似，呈先上升后下降趋势，气体排放主要集中在升温期和高温期。堆肥过程中CO2排放是碳素的主要损失形式，分别占高、低、中C/N和通气量条件下堆肥处理碳损失的12.79-62.75％、14.30-34.84％和33.81-51.79％。受各种堆肥参数影响，不同堆肥条件间碳素损失存在差异。在相同C/N和通气条件下，以园林垃圾作为调理剂的处理组CO2累积排放量最大，添加中药渣+菇渣处理组的CO2累积排放量最小;在添加相同调理剂条件下，适中C/N和通气量处理的CO2累积排放量最大;低C/N与通气量处理CO2累积排放量最小。
　　(3)在整个堆肥过程中腐殖质合成和分解同时进行，其含量呈动态变化。随着堆肥的进行，富里酸含量逐渐降低，胡敏酸含量呈上升趋势，最终产物组分以胡敏酸为主。所有堆肥腐殖质聚合程度(DP)逐渐增加，堆肥腐殖化程度不断提高，趋于稳定和腐熟状态。各处理的腐殖化进程受堆肥过程中参数条件、调理剂的理化性质和含碳有机成分的影响，低C/N和通气量条件不利于腐殖质芳构化以及腐殖质各组成的结构复杂化。不同处理组之间相关性存在差异，含碳有机物与腐殖质之间存在一定转化关系。
　　(4)三维荧光和傅里叶红外光谱分析初步探讨了堆肥条件对堆肥过程中腐殖质结构变化的影响。低C/N和通气量条件下堆肥处理的荧光强度高于其他条件处理下的堆肥组。以园林垃圾作为调理剂的堆肥腐殖化产物的芳构化程度较低，主要为脂肪链结构物质，富里酸组分中类腐殖酸峰荧光强度变化进一步说明园林垃圾作为填充剂不利于堆肥腐殖化进程。红外光谱分析表明，随着堆肥的进行，堆肥物料中胡敏酸的芳构化程度增强;而富里酸芳构化程度低于胡敏酸，腐殖化产物以胡敏酸为主，且两者之间存在转化关系。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 猪粪好氧堆肥技术研究现状

1．1．1 好氧堆肥概况

1．1．2 堆肥影响因素

1．1．3 猪粪好氧堆肥存在的问题

1．2 堆肥过程中碳素损失形式

1．2．1 气体排放

1．2．2 腐殖化过程

1．3 堆肥腐殖质形成理论及分析方法

1．3．1 腐殖质的形成机理

1．3．2 腐殖质的分离和纯化

1．3．3 腐殖质的分析方法

1．4 研究背景、目标及内容

1．4．1 研究背景

1．4．2 研究目标

1．4．3 研究内容

1．4．4 技术路线

2 堆肥参数变化对猪粪堆肥过程中理化性质的影响

2．1 材料与方法

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验设计

2．1．3 样品采集及分析

2．1．4 统计分析

2．2 结果与讨论

2．2．1 温度变化

2．2．2 pH和含水率的变化

2．2．3 水溶性有机碳(DOC)含量的变化

2．2．4 腐熟指标评价

2．3 本章小结

3 堆肥参数变化对猪粪堆肥过程中碳素损失的影响

3．1 材料与方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验设计

3．1．3 样品采集与测定

3．2 结果与讨论

3．2．2 堆肥过程中二氧化碳排放

3．2．3 堆肥过程中甲烷排放

3．2．4 堆肥过程中碳素平衡

3．2．5 堆肥参数与气体排放的相关性分析

3．3 本章小结

4 堆肥参数变化对猪粪堆肥腐殖化进程的影响

4．1 材料与方法

4．1．1 试验材料与装置

4．1．2 试验设计

4．1．3 样品采集及分析

4．2 结果与讨论

4．2．1 堆肥过程中腐殖质组分含量变化

4．2．2 腐殖质组分HA和FA的E4／E6

4．2．3 腐殖质各组分含量与堆肥过程中理化性质相关性分析

4．3 本章小结

5 堆肥参数变化对猪粪堆肥腐殖质结构特征的影响

5．1 材料与方法

5．1．1 试验材料

5．1．2 试验设计及采样

5．1．3 测定指标与方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 元素组成分析

5．2．2 傅里叶红外光谱分析

5．2．3 三维荧光光谱分析

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 研究展望

参考文献

作者简介