论文部分内容阅读
沼气工程作为节能减排措施被大量应用在畜禽养殖场,但对于沼液C、N气体排放的研究几乎处于空白状态。本文以猪场沼液为研究对象,采用动态箱法探讨了包括粪水特性、环境温度、贮存深度、贮存时间等参数对猪场沼液贮存过程中CH4、N2O、NH3、NO、CO2等碳氮气体排放特性的影响,并结合PCR,DGGE,Illumina MiSeq高通量测序等微生物学手段探讨了影响气体排放的微生物学机理,主要研究结论如下:（1）较高的贮存温度和溶解氧（DO）水平下,由于大量排放N2O有可能造成沼液温室气体（GHG）排放超过原水。本实验在温度30℃、DO浓度2.2-6.3 mg L-1条件下,尽管沼液贮存产生CH4,NH3分别比原水低98.9%和45.5%,但由于沼液产生的N2O比原水高360.7%,使得沼液GHG排放比原水高5.1%。沼液自身较低的COD/TN比特性（1.6:1）是造成其大量N2O排放的关键因素。原水和沼液贮存过程CH4排放特性的差异与原水与沼液内产甲烷菌种属的差异有关,而N2O排放特性差异与氨氧化菌数量的差异有关。（2）在贮存深度低于两米条件下,贮存深度对沼液温室气体排放无显著性影响。1.0m、1.5m和2.0m这三种贮存深度下,单位体积沼液的累积温室气体排放当量分别为15.1±2.2、16.6±1.9、16.6±1.2 kg CO2-eq m-3。但贮存深度越高,沼液贮存的NH3,CO2和N2O排放均越低,即2.0m的贮存深度最利于气体减排。在本实验条件下,沼液不同贮存深度对产甲烷菌多样性没有影响,但2.0 m贮存深度沼液中产甲烷菌的相对丰度较高。（3）温度对沼液贮存C、N气体排放具有重要影响,15℃是气体排放的临界温度。在贮存温度低于15℃时,CH4、N2O、NH3和NO的气体排放均处于很低的水平,且各温度间无显著性差异。随着贮存温度升高,气体排放水平增大。25℃是出现N2O排放显著提高的关键温度,5,10,15,20℃下N2O排放因子为0.0003-0.0006 kg N2O-N kg-1 N,25℃条件下N2O排放因子为0.0035 kg N2O-N kg-1 N,但20和25℃两个贮存温度下NH3排放无显著差异。5-25℃条件下,贮存前后TN损失率为8.9%-41.9%,其中NH3-N为最主要的损失形式;当贮存温度达到20-25℃,NH3-N损失约占初始TN的25%。（4）高通量测序发现,沼液贮存的产甲烷菌群与沼气发酵过程不同。沼液贮存中亚硝化单胞菌属Nitrosomonas与沼液N2O产生直接相关,Vulcanibacillus,Castellaniella和Thermomonas可能是导致N2O排放重要的反硝化菌群;沼液贮存过程中优势产甲烷菌群为Methanobrevibacter甲烷短杆菌和Methanosaeta甲烷鬃毛菌;肠杆菌Enterobacter由于能为氢营养型甲烷菌提供氢而对CH4合成排放具有重要作用。（5）综合提出,对于沼液贮存,在保证贮存温度低于25℃,贮存深度在2m的条件下,理论上可使沼液的贮存过程获得最佳的GHG排放控制效果。同时研究结果对编制国家气体排放清单和制定沼液贮存减排措施具有参考价值。