畜禽粪便堆肥理化特征及腐熟度评价研究

摘要

随着集约化畜禽养殖业的迅速发展，畜禽粪便排放增加带来的环境压力不容忽视，堆肥腐熟是实现种养结合的关键接口技术，对于畜禽粪便无害化与资源化利用至关重要。本研究以合肥郊区（县）适度规模养殖场牛粪、猪粪和鸡粪为研究对象，探讨堆肥过程中理化参数的变化，同时运用元素分析、红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy，FTIR)以及核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance)技术分析堆肥过程中腐熟物结构变化，并依据理化参数变化和堆肥有机物质结构动态变化特征进行腐熟化程度评价，为城市郊区适度规模养殖场畜禽粪便直接堆肥无害化处理和资源化利用提供理论依据。主要结果如下：
　　（1）堆肥过程温度变化明显，堆肥高温阶段出现时间牛粪一次，鸡粪和猪粪各两次，堆肥温度超过50℃以上时间均大于10 d，温度可以最直观地表征堆肥的腐熟程度.堆肥过程中pH值变化幅度较大，其中猪粪的pH值从6.63上升至7.74，鸡粪从7.73上升至8.66，牛粪则先从7.86上升至8.36再下降至7.52；有机碳含量逐渐降低，牛粪、猪粪和鸡粪分别下降23.3％、28.2%和31.7%；堆肥过程中，3种粪便的铵态氮含量大幅度降低，硝态氮含量增加，牛粪、猪粪和鸡粪的铵态氮含量分别下降87.8%、73.6%和79.7%，硝态氮含量分别增加至堆肥前的56.81、6.49和4.85倍，铵态氮/硝态氮均下降至2以下.温度、pH值、有机碳含量和铵态氮/硝态氮能较好地反映3种粪便高温堆肥的腐熟程度，且与种子发芽率变化相关性较高（P≤0.05）.
　　（2）元素分析结果表明：牛粪在堆肥过程中C含量下降了20.86%，N含量下降幅度较小，C/N整体呈下降趋势。猪粪在堆肥过程中C含量下降了23.57%， N含量先下降后上升，C/N呈下降趋势，与牛粪的规律一致。鸡粪的C含量下降了27.94%， N含量下降了46.04%，下降幅度远大于牛粪和猪粪，且N含量下降幅度大于C含量，所以其C/N从5.10上升至6.81。有机质中元素组成的变化与有机碳、全氮含量以及 C/N变化趋势一致，有机碳含量和有机质中碳元素均呈现下降的趋势，猪粪的有机碳含量最高，且鸡粪的下降幅度最大；C/N也呈现出牛粪、猪粪下降，鸡粪先上升后下降的趋势。C/H均随堆肥进行有所下降，说明堆肥过程中有机质分解，缩合度降低，分子结构趋于简单，C/O的逐渐降低，说明其氧化程度较高，伴随有机质的结构变化。
　　（3）红外光谱分析表明，牛粪和猪粪在堆肥过程中脂肪族、多糖类物质减少，芳香结构化增强，腐殖化程度增加，鸡粪则相反.固态核磁技术分析结果表明，牛粪和猪粪在堆肥过程中将纤维素、木质素等降解为半纤维素、糖类物质，脂肪族含量降低，芳香度增加，但鸡粪堆肥形成了较多的烷基碳，芳香族物质减少，与红外光谱结论一致。
　　为了更好的反映堆肥的腐熟程度，应充分考虑理化性质和有机质的结构变化，从而提出更全面、科学的腐熟指标体系。

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1.研究背景与进展

1.1畜禽粪便对环境的污染危害

1.2畜禽粪便的资源化利用现状

1.3畜禽粪便堆肥国内外研究现状

1.4本论文的研究内容与研究目的

1.5 本论文的技术路线

2.引言

3.材料与方法

3.1试验材料

3.2 试验设计与方法

3.3 测定项目与方法

3.4 数据处理与方法

4.结果与分析

4.1畜禽粪便堆肥过程中理化性质的变化

4.2畜禽粪便堆肥过程中有机质元素组成（C、H、O、N）的变化

4.3畜禽粪便堆肥过程中红外光谱特征的变化

4.4畜禽粪便堆肥过程中核磁共振图谱特征的变化

5.讨论

5.1堆肥过程中理化指标变化

5.2畜禽粪便堆肥过程堆肥产物元素组成的变化

5.3畜禽粪便堆肥过程有机质结构的傅里叶红外光谱的变化

5.4畜禽粪便堆肥过程有机质结构的核磁共振图谱变化

5.5畜禽粪便堆肥指标体系建立

6.结论

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士学位期间所发表论文和取得的研究成果