添加剂对蔬菜废物好氧堆肥进程及品质的影响研究

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我国是世界蔬菜生产和消费总量的第一大国。过去10年来,我国蔬菜种植面积与蔬菜产量平均增速为2%-4%。蔬菜种植面积和产量的不断增加使得蔬菜废物产量也急剧增加。如何有效处理蔬菜废物并使其经济且快速地资源化成为当期亟需解决的问题。蔬菜废物肥料化,通过高温好氧堆肥实现蔬菜废物还田,是一种生态环保可持续的资源化技术。然而,蔬菜废物含水率高,碳氮比失衡,易塌淹导致通风困难,难于满足好氧堆肥工艺要求。为顺利实现蔬菜废物好氧堆肥化,本研究开展了蔬菜废物好氧堆肥添加剂的研究。选取了秸秆、木屑和麦麸三种膨胀剂;沸石、麦饭石和活性炭三种固氮剂,研究不同添加剂对蔬菜废物堆肥理化性质及微生物群落结构的影响,探究了蔬菜废物堆肥氮素损失控制及其微生物作用机制。论文的主要研究结果如下:(1)在蔬菜废物中添加膨胀剂能够有效改善蔬菜废物堆肥环境,显著提升堆肥反应速度和效果。添加麦麸使得堆体在高温期的持续时间达到12天,堆肥最终含水率降至44%,有机质降解率达36%,C/N变化显著,T值达0.50,GI值为115.2%,总体优于秸秆和木屑,可作为蔬菜废物好氧堆肥的有效膨胀剂。(2)不同固氮剂的添加并未改变堆肥的主要理化性质。添加活性炭能够通过提高物料的C/N而促进堆肥过程中有机质的降解;添加沸石能有效减少堆肥过程中NH3的排放,从而降低堆肥产品的C/N,最终的T值也较小,堆肥腐熟程度较高。(3)沸石和活性炭是两种效果较好的固氮剂。沸石对堆肥过程中NH3减排的贡献最大,添加10%的沸石、麦饭石和活性炭的NH3排放总量分别比对照组的(17.20g)减少了36.14%、35.00%和33.64%;NH3挥发造成的氮素损失占总氮损失的比重分别比对照组的(19.07%)减少了4.40%、4.28%和3.81%。活性炭对堆肥过程中总氮固持的贡献最大,添加10%的沸石、麦饭石和活性炭的总氮损失率分别比对照组的(30.91%)降低了7.09%、5.76%和9.84%。(4)施加活性炭作用组在堆肥升温期、高温期和降温期三个时期内的Shannon指数分别比对照高出8.61%、40.74%和5.93%,表明添加活性炭增强了堆体内部的氧气输送效率,对蔬菜废物堆肥过程中微生物多样性的提升具有一定的促进作用;高温期,施加活性炭作用组的Ace(468.308312)和Chao(473.317073)指数较大,分别比对照高出12.93%和15.10%,表明添加活性炭促进了高温期好氧微生物的新陈代谢,能够有效提升蔬菜废物堆肥高温期的种群丰富度。(5)添加沸石和活性炭可以改变堆肥高温期的细菌群落结构,同时增强蜡状杆菌属(Cerasibacillus)和假单胞菌属(Pseudomonas)等细菌群落的活性;添加活性炭有利于促进放线菌纲(Actinobacteria)对蔬菜废物中有机质的降解和腐殖质的转化。沸石和活性炭在起到固氮作用的同时,促进了有机物的降解,提升了堆肥产品的品质。(6)添加固氮剂促进了有机氮的矿化,其吸附或化合作用使得堆肥中的NH4+被有效固定,为后续的氨氧化过程创造了有利条件,减少了氮素的损失。添加沸石、麦饭石和活性炭三组中,chi A基因绝对含量的削减率分别为99.35%、99.12%和99.45%,活性炭对有机氮矿化的促进作用最强。
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