生物炭对鸡粪好氧堆肥中养分含量及腐殖化的影响研究

摘要

随着城镇化的快速发展，大型集约化畜禽养殖模式逐渐取代了传统的小规模农户散养模式，也产生和排放了大量的畜禽粪便，带来了严重的环境污染问题。畜禽粪便中氮、磷等养分含量高，具有良好的农用价值，如不及时处理会产生严重的环境污染问题。好氧堆肥是畜禽粪便无害化和资源化处理的有效措施之一，但传统的好氧堆肥存在升温慢、氮素损失大、腐熟周期长和堆肥产品质量差等缺点。本研究将水稻秸秆在终温为400℃、600℃、800℃下热解制得的生物炭作为堆肥添加剂，以规模化养殖场鸡粪作为堆肥原料，进行了好氧堆肥试验，研究了生物炭对鸡粪堆肥过程中理化性质、养分含量及腐殖化程度的影响，并结合元素分析、傅里叶红外光谱对比分析了堆肥前后胡敏酸的结构变化。主要研究结果如下：　　1)在终温为400℃、600℃、800℃下热解所得生物炭性质存在一定差异。随着热解温度升高，生物炭产率下降，灰分含量增加，pH升高，C含量先增加后降低，O含量先降低后升高，H和 N含量降低，H/C比降低，芳香性增强，BC600的O/C最低，极性最弱。　　2)水稻秸秆生物炭的孔结构以介孔为主，随着热解温度的升高，生物炭孔径减小、孔容增大，比表面积增大。　　3)生物炭能缩短堆肥升温期，延长高温期时间，与对照相比，添加生物炭处理可缩短堆肥升温期4天，延长高温期1~3天，使堆肥周期缩短1~3天，有助于实现堆肥的快速腐殖化。生物炭还能增加堆肥水分散失量，生物炭处理堆肥含水率比对照低了2.65%~5.53%，且热解温度越高的生物炭越有利于促进堆体脱水。　　4)生物炭的添加能提高堆肥产品的pH值，不同温度生物炭对电导率的影响不同。添加生物炭有机质下降较快，且提高了有机质的降解率，BC600 处理有机质降解率为25.41%，高于其他处理。　　5)与对照相比，添加生物炭处理全氮含量提高了5.77%~6.35%，氮损失量降低5.66%~9.36%，表明生物炭能减少堆肥氮素损失，具有一定的保氮效果。BC600对堆肥氮素持留效果最好。生物炭还能提高堆肥产品中全磷和全钾的含量，使堆肥产品养分含量增加，且对堆肥过程中磷素活化有促进作用，有利于提高堆肥产品中的速效磷含量。　　6)随着堆肥的进行，堆肥腐殖质中富里酸含量由80.08 ~87.33g/kg下降到55.25 ~71.17g/kg，胡敏酸含量由38.94~50.35g/kg升高到51.54 ~70.31g/kg，堆肥腐殖化程度增强。堆肥结束时，添加生物炭处理堆肥的胡富比为 1.12~1.26，高于对照的0.76，BC400堆肥胡富比值最高，BC600和BC800堆肥的胡富比增量更大，表明生物炭的有利于提高堆肥的腐殖化程度。　　7)随着堆肥的进行，胡敏酸的C、H、N含量下降，O含量增加，H/C比降低， O/C 比和 C/N 比升高，胡敏酸中芳香性结构增多，聚合程度和芳香化程度增强，堆肥腐殖质更加稳定。堆肥结束时，BC600处理中的胡敏酸芳香化程度最强。

目录

1 绪 论

1.1 畜禽粪便的污染现状

1.1.1 畜禽粪便的主要污染物

1.1.2 畜禽粪便的危害

1.2 畜禽粪便处理技术

1.2.1 厌氧发酵

1.2.2 焚烧处理

1.2.3 好氧堆肥

1.3 好氧堆肥

1.3.1 好氧堆肥的影响因素

1.3.2 畜禽粪便好氧堆肥中存在的问题

1.4 生物炭的应用

1.4.1 生物炭的性质

1.4.2 生物炭在堆肥中的应用

1.5 研究目的与意义

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究意义

1.6 研究内容及技术路线

1.6.1 研究内容

1.6.2 技术路线

2 生物炭的制备及理化性质分析

2.1 前言

2.2 材料与方法

2.2.1 生物炭的制备

2.2.2 生物炭基本指标测定

2.2.3 数据处理与分析

2.3 结果与讨论

2.3.1 生物炭的理化性质及元素分析

2.3.2生物炭的表面性质

2.4 本章小结

3 生物炭对鸡粪堆肥理化性质及养分含量的影响

3.1 前言

3.2 材料与方法

3.2.1 试验材料

3.2.2 堆肥装置

3.2.3 实验方法

3.2.4 测定方法

3.2.5 数据处理与分析

3.3 结果与讨论

3.3.1 生物炭对鸡粪堆肥温度的影响

3.3.2 生物炭对鸡粪堆肥含水率的影响

3.3.3 生物炭对鸡粪堆肥pH的影响

3.3.4 生物炭对鸡粪堆肥EC的影响

3.3.5 生物炭对鸡粪堆肥有机质含量的影响

3.3.6 生物炭对鸡粪堆肥C/N比的影响

3.3.7 生物炭对鸡粪堆肥氮素的影响

3.3.8 生物炭对鸡粪堆肥磷素的影响

3.3.9 生物炭对鸡粪堆肥钾素的影响

3.4 本章小结

4 生物炭对鸡粪堆肥腐殖质的影响

4.1 前言

4.2 材料与方法

4.2.1 试验材料

4.2.2 测定方法

4.2.3 数据处理与分析

4.3 结果与讨论

4.3.1 堆肥过程中总腐殖酸（HS）含量的变化

4.3.2 堆肥过程中富里酸（FA）含量的变化

4.3.3 堆肥过程中胡敏酸（HA）含量的变化

4.3.4 堆肥过程中胡富比（H/F）的变化

4.3.5 理化性质与腐殖化的相关性

4.3.6 生物炭对堆肥腐殖质结构的影响

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 研究结论

5.2 不足之处与研究展望

参考文献

附录

A 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B 作者在攻读学位期间参加的科研项目

C 学位论文数据集

致谢