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畜禽粪便堆肥过程中温室气体的排放是大气温室气体的重要来源之一,使用添加剂是减少堆肥过程中温室气体排放的一种主要措施。当前堆肥添加剂对温室气体排放影响的试验大多都是在实验室通过小型模拟试验进行的,缺乏在工厂化实际生产中开展的研究,且不同学者得到的试验结果存在较大差异。鉴于此,本研究首先在实验室遴选具有良好氮的吸附能力和孔隙度堆肥添加剂;在此基础上,进行工厂化鸡粪和牛粪堆肥试验,考察初筛的添加剂能否有效减少堆肥过程中的甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)和氧化亚氮(N2O)等温室气体的排放和提高堆肥成品的全氮含量,并探讨添加剂的温室气体减排机理。本文的主要研究成果如下: (1)以对溶液中氮的吸附能力、孔隙度为指标,进行了堆肥添加剂的实验室遴选试验。结果表明,在静态吸附试验中,沸石和过磷酸钙对溶液中的NH4+-N具有明显的吸附效果,NH4+-N去除率分别为95.78%和99.08%,对鲜粪浸提液中总氮的去除率分别为57.48%和62.53%;沸石、过磷酸钙和竹炭对NH4+-N的吸附等温线符合Freundlich方程,沸石、过磷酸钙和竹炭对NH4+-N的吸附动力学过程更符合准二级吸附动力学模型。沸石和凹凸棒土可分别提高堆肥总孔隙度28%和29%。综合上述两方面的结果,选择沸石和过磷酸钙作为堆肥添加剂进行后续高温好氧堆肥验证试验。 (2)以鸡粪和牛粪为对象,考察了沸石和过磷酸钙对工厂化堆肥中三种温室气体排放的影响。不同添加剂及其组合对鸡粪和牛粪堆肥温室气体都有一定的的减排效果,且存在明显差异。鸡粪堆肥试验结果显示:添加沸石(F)、过磷酸钙(G)、沸石+硫酸亚铁(FL)、沸石+过磷酸钙+硫酸亚铁(FGL)处理分别较无添加剂的对照处理(CK)减少了26.15%、42.80%、28.14%、48.39%的CO2排放当量;三种气体中,各添加剂对CH4的减排效果最为明显,且FGL处理效果最佳,可减少67.78%的CH4排放通量。牛粪堆肥中,F、G、FL、FGL处理可分别较CK减少2.74%、61.89%、40.42%和12.90%的CO2排放当量;G处理减排效果最好,可减少86.67%的CH4排放、37.90%的N2O排放。 (3)堆肥的理化性质分析结果表明,添加剂的使用不会影响堆肥进程和腐熟质量。鸡粪堆肥G、FL、FGL处理能够显著降低堆肥的pH值,增大堆肥中NH4+-N和NO3--N的含量,总氮含量较CK分别提高24.80%、10.12%和24.04%。牛粪堆肥中G、FL、FGL处理能够显著降低堆肥的pH值,增大堆肥中NH4+-N;降低NO3-N和NO2--N的含量降低。温室盆栽试验显示,相比于常规处理的肥料,施用添加剂处理的肥料可以提高青菜的地上部生物量,施用F、G、FL、FGL处理肥料的植株地上部生物量分别比施用常规处理肥料的植株提高6.31%、36.39%、41.83%和49.51%。 (4)应用定量PCR和DGGE以及高通量测序的方法对不同处理鸡粪堆肥样品中的产甲烷古菌的数量和多样性进行了分析,结果表明:添加剂处理主要是因为减少了堆肥中的产甲烷古菌数量,从而减少甲烷的排放强度。甲烷排放高峰期(堆肥第28天),添加剂处理的产甲烷古菌数量显著低于CK处理,CK(5.31×108拷贝数)>F(2.48×108拷贝数)>FGL(2.09×108拷贝数)>G(2.08×107拷贝数)>FL(1.48×107拷贝数)。DGGE结果显示不同处理间产甲烷古菌的多样性差异不大,但是采用高通量测序方法分析表明添加剂的使用增加了堆肥中产甲烷古菌的多样性,添加剂处理降低了主要产甲烷古菌的丰度。 本研究表明应用沸石、过磷酸钙等堆肥添加剂能够显著减少工厂化堆肥过程中温室气体的排放,并提高堆肥产品的肥效,是一种有效的堆肥优化措施。鸡粪堆肥中应用沸石+过磷酸钙+硫酸亚铁组合减排效果最好,牛粪堆肥中应用过磷酸钙减排效果最好。