白酒糟高温好氧堆肥过程中氮素转化规律及堆肥周期探究_郭夏丽
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不同有氧固态发酵方式对酒糟腐熟过程的影响作者:王强义刘艳霞汪平张恒石俊雄李想来源:《现代农业科技》2015年第19期摘要从农业固体废弃物资源化利用角度出发,设计了以酒糟为原料,稻草秸秆、锯末粉和生石灰为填充料的高温堆肥体系,探索该堆肥体系的主要指标的动态变化。
处理T3(酒糟+锯末粉+稻草秸秆+生石灰+菌种1)在第6天堆体温度达到56 ℃,持续12 d后温度降到55 ℃以下;在整个堆肥过程中,各处理的水分散失为13.82%~27.62%;处理T3 pH值在第9天达到最低,为5.1,随后缓慢上升且24 d后基本趋于7左右;处理T3碳含量在21 d后共减少10.15%,是未发酵前碳含量的21.39%;处理T3的全氮值在第6天达到最低,为2.51%,而后逐步增大至3.52%,处理T3 C/N最后稳定在10.58;处理T3在第4天后的发芽指数即达到50%以上,快速达到无害化腐熟标准。
在本试验条件下处理T3有利于酒糟有机肥的快速腐熟进而达到安全无害化,是酒糟废弃物资源化生产有机肥的途径之一。
关键词酒糟;有氧固态发酵;堆肥;腐熟指标中图分类号 TQ92 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2015)19-0238-04Abstract From agricultural solid waste resource of the view,taking vinasse as raw material,and rice straw,sawdust powder and quicklime as filling material,a high temperature composting system was designed to explore the dynamic changes of the main indicators of the composting system.The results showed that the temperature of T3 Treatment(vinasse +sawdust powder + straw + quicklime + Strain 1)raised rapidly to 56 ℃ on the sixth day,and lasted for more than 12 d over55 ℃,the moisture losses of all treatments were between 13.82% and 27.62%,the pH values of the T3 Treatment decreased first with the lowest point 5.1 and increased afterwards,and stabilized at around 7.0 after 24 d,for the T3 Treatment,the C content decreased by 10.15% and was 21.39% of that before fermentation. The N content first decreased to 2.51% and then rose to 3.52%. The C/N ratio was kept to 10.58 after 21 d,furthermore,germination index of the T3 Treatment reached over 50% on the fourth day,meeting the standard of maturity of vinasse compost. Under our conditions,the T3 Treatment took advantages for the maturity of vinasse compost,thus becoming a new strategy of vinasse waste re-utilization.Key words vinasse;aerobic solid-state fermentation;composting;composting index贵州省据不完全统计年产白酒酒糟约200万t,白酒酒糟经过“九蒸九烤”工艺后含水量大,极易发生发酵腐败,散发恶臭易对环境造成污染[1]。
以酒糟为原料生产生物有机肥项目建议书一概述项目方以酒糟为物料生产有机肥,原料可行。
酒糟种类繁多。
白酒糟、啤酒糟均因造酒的原料不同,酒糟的营养成分有所不同。
酒糟大多数可以先做饲料,牲畜过腹后还田,少数直接作肥料用。
酒糟含有大量的有机质,养分元素以蛋白质、脂肪及蜡质等多种形式存在,不能直接为植物所利用。
酒糟的养分含量以风干基计(%):粗有机物65.4、氮2.867、磷0.33、钾0.35、碳/氮12.80。
酒糟需要与农家肥一起堆置腐熟后生产有机肥再用,属迟效性肥,宜作基肥;如作追肥,要与无机肥配合施用效果才好。
酒糟不但具有营养元素供植物生长,而且还能增加土壤有机质,减少土壤粘着力,改善土壤物理属性,具有增产和改土双效应。
因基础设施形象差异,除前期资金投入需项目方根据资金实力确定而外,各地原材料和劳动力价格也不同,本建议书不对投资规模和盈亏作详细测算。
二工艺简介堆肥发酵是利用利用复合微生物的氧化和分解能力,在一定的温度、湿度和Ph值条件下,有控制的促进物料有机质发生生物化学降解,形成一种稳定的腐殖质,该工艺可以有效处理物料中的有机物,同时杀死病原菌等有害物质。
堆肥处理按照微生物对氧气的需要程度,可将堆肥技术分为好氧堆肥、厌氧堆肥和兼性堆肥。
从发酵状态上可以分为动态和静态发酵。
好氧堆肥周期最短,厌氧堆肥周期最长,兼性堆肥周期介于两者之间。
动态堆肥比静态堆肥可以减少2/3的时间。
所以好氧动态堆肥发酵是最佳的组合。
其优点是:成本低、处理量大、有利于大生态的循环。
2.1 好氧堆肥原理好氧堆肥是在有氧存在的条件下,利用好氧微生物(如:细菌、放线菌、真菌等)产生的酶将物料分解为溶解性有机质,溶解性有机质可以渗入微生物细胞内,微生物通过新陈代谢把一部分溶解性有机质氧化为简单的无机物,为微生物的生命活动提供能量,其余溶解性有机物被转化为营养物质,形成新的细胞体,使微生物不断增殖,从而促进物料中可被生物降解的有机质向稳定的腐殖质(腐殖酸、氨基酸等)转化。
啤酒糟型生物有机肥堆制条件及其应用效果研究生物有机肥是一类通过特定功能微生物酵解有机废弃物制作而成的兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料,在实践应用中有一定的改土促产提升品质的作用。
啤酒糟是酿酒的副产物,量大且易造成环境污染。
本文以啤酒糟为酵解主料,系统地研究啤酒糟型生物有机肥酵解过程中理化性状的变化,碳、氮降解规律,初始酵解条件对碳、氮降解的影响以及该肥料对豇豆产量和品质的影响,为啤酒糟型生物有机肥研制与应用提供科学依据。
试验结果如下:1)添加外源微生物菌剂能加快堆体腐熟,显著降低堆体重量,加大堆体的水分损失,降低堆体对种子的毒害作用,加快碳氮比的下降,促进纤维素、半纤维素、木质素的降解,降低堆体的WSC(水溶性碳)、WSN(水溶性氮)、NH4+-N的含量,促使NO3--N的转化。
5种外源微生物菌剂中以D3处理(亿安奇乐)的堆腐效果最好。
2)利用二次通用旋转设计建立的数学模型表明,四个因子作用效果的大小为:pH值对氮素损失影响最大,对纤维素、半纤维素降解的影响最小,对全碳、木质素降解的影响作用居最2位;接种量对全碳、半纤维素降解的影响最大,对纤维素、木质素影响作用居第3位,对氮素损失的影响居第2位;秸糟比对纤维素、木质素的降解影响最大,对氮素损失、半纤维素降解的影响居第3位,对全碳降解的影响最小;含水量对纤维素、半纤维素降解的影响居第2位,对全碳降解影响居中第3位,对氮素损失、木质素降解的影响最小。
要实现氮素损失率最低、碳素、木质纤维降解最高的因子配比方案为:pH值6.40~7.02、含水量64.70~66.68%、接种量0.40~0.55%、秸糟比40.93~43.30%。
3)生物有机肥特别是啤酒糟型生物有机肥能明显促进豇豆中后期功能叶的净光合速率,提高叶绿素含量,但对功能叶气孔导度影响不大。
啤酒糟型生物有机肥明显降低了豇豆功能叶的蒸腾速率,对豇豆产量有一定的增产作用的。
啤酒糟型生物有机肥能显著提高豇豆可食部分的维生素C含量、可溶性糖含量,降解硝酸盐、亚硝酸盐含量,对可食部分的粗纤维、蛋白氮和非蛋白氮含量的影响不大。
第34卷增刊农业工程学报 V ol.34 Supp.132 2018年11月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Nov. 2018 多孔填充剂促进牛粪秸秆高温恒温堆肥有机质降解减少氮损失李旭1,2,路明艺1,2,师晓爽2,许晓晖2,郭荣波2※(1. 中国科学院大学生命科学学院,北京 100049; 2. 中国科学院青岛生物能源与过程研究所,青岛 266101)摘要:为深入了解农业废弃物的资源化利用前景,探讨多孔材料对堆肥有机质降解及氮营养素损失的影响,该文以陶粒、半焦、生物炭等多孔材料作为填充剂,以牛粪秸秆为原料进行连续高温好氧堆肥,对比研究了不同多孔材料对堆肥过程中有机质降解效率和氨气挥发量的影响。
试验结果表明:几种多孔材料的添加均不同程度的促进了堆体中有机质的降解,同时减少氨气的挥发;其中生物炭的效果最好,相比对照组,添加生物炭试验组的有机质降解率从21.28%提高到38.47%,氨气挥发量减少12.8%,堆肥产品的含氮量也相应增加。
最终研究表明,在农业有机固体废弃物高温好氧堆肥过程中,添加多孔材料可充分发挥微生物活性,促进有机质的降解,还能有效吸附氨气,减少氮营养素的损失。
关键词:堆肥;粪;秸秆;陶粒;半焦;生物炭doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.z.020中图分类号:X713 文献标志码:A 文章编号:1002-6819(2018)-Supp.-0132-06李 旭,路明艺,师晓爽,许晓晖,郭荣波.多孔填充剂促进牛粪秸秆高温恒温堆肥有机质降解减少氮损失[J]. 农业工程学报,2018,34(增刊):132-137. doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.z.020 Li Xu, Lu Mingyi, Shi Xiaoshuang,Xu Xiaohui, Guo Rongbo. Accelerating organic matter degradation and reducing NH3 emission during constant high temperature composting of cattle manure and corn straw with addition of porous material [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(Supp.): 132-137. (in Chinese with English abstract) doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2018.z.020 0 引 言中国是农业大国,每年产生的农业废弃物总量超过50亿t,高居世界第一位,其中农作物秸秆11亿t,禽畜粪便量26.9亿t,两者总量占比将近80%[1]。
郑州大学学报(工学版)第35卷2014年11月二○一四年总目次电气工程基于蚁群及空间邻域信息的FCM 图像分割方法毛晓波,张勇杰,陈铁军(1-1)…………………基于加权小波分解的人脸识别算法研究苏士美,王燕,王明霞(1-5)……………………………PSASP 动态等值功能的应用与分析刘宪林,矫龙飞,程子霞(1-10)…………………………………新型正交铁芯三相磁控电抗器的研究赵国生,程子霞,孙可钦(1-15)………………………………树枝形专用线取送车优化问题的研究李斌,董昱,孙云霞(1-20)………………………………基于MSP430和模糊控制的微量计量泵控制系统杨艳萍,陶彩霞,吴俭民(1-25)…………………基于改进型JGPC 的网络系统随机时延补偿刘艳红,罗永平,刘言兴(1-30)………………………基于改进粒子群算法的路径优化问题研究梁静,宋慧,瞿博阳,毛晓波(1-34)………………基于模糊相似选择和接近度的电网谐波综合评估方法陈根永,柴鹏飞,郭耀峰,方向,伽胜利(1-39)……………………………………………………………………………………………………带有可信度的偏序偏好决策信息的聚合方法陈树伟,周威,蔡丽娜(1-43)………………………基于OPC 的化纤长丝卷绕设备监控系统设计与实现陈铁军,李华伟(3-69)………………………混联型混合动力汽车建模及控制策略研究龚贤武,吴德军,高闯,马建(3-73)………………基于EMD 和组合模型的太阳黑子时间序列预测曾庆山,张晓楠(3-78)……………………………基于HORB 的网络化温度控制系统设计与实现张谦,李红军,温盛军,王东云(3-82)………基于WHAC-E 组合预测模型的短期电力负荷预测苏士美,王明霞,姚猛,张建华(3-86)……基于辅助函数思想的城市高压电网无功优化周晓娟,王奎英,张将(4-79)………………………采用MOEA /D 算法的含风电系统环境经济调度朱永胜,王杰(4-96)……………………………一种慢性植入式微丝电极性能的改进师黎,陈建威,王松伟(5-1)………………………………电力系统切换动态建模与励磁控制研究李健勇,赵峰,丁青青(5-6)……………………………一种新颖的基于边缘检测的车辆阴影去除方法李浩亮,水清河,范文兵,杨潇楠(5-11)…………基于二维经验模态分解的单幅图像超分辨率重建毛晓波,张志超(5-15)……………………………激光微加工系统通信协议设计李纪云,牛志玲,裴红星(5-19)………………………………………基于DSP +GPRS 的远程在线电能质量监测系统设计周勇,朱明丽,杜霞,王洪林(5-23)………………………………………………………………………………………………………………水泥回转窑系统的结构分布式控制陈铁军,赵洁(5-27)……………………………………………未知环境中考虑姿态稳定性的自主机器人路径规划王东署,朱训林(5-31)…………………………基于HLS 协议的流媒体直播系统的研究和改进罗淑贞,耿恒山,徐祥男,孙豪赛,高艳,李钦,谢因(5-36)………………………………………………………………………………………磁耦合电能传输系统两类建模法的等效性分析栗安鑫,张江飞,张祖泷(5-40)……………………基于C#的继电保护整定系统关键技术研究杨胡萍,左士伟,钟耀星,陈豪(6-100) (Ⅰ)基于滑模变结构的IPMC 跟踪控制系统设计王瑷珲,张强,王东云,刘萍(6-104)……………化工与材料工程向心透平导向叶栅的结构优化魏新利,邱志明,马新灵,王慧(1-46)……………………………600MW 火电机组间接空冷塔流动换热特性数值研究王为术,张雨飞,常娜娜(1-51)……………H 2O 2助TiO 2可见光催化降解水中的扑草净李庆奎,周秉彦,唐建军,陈益清(1-55)……………双酚A 在盐水中溶解度的测定及关联岳金彩,朱南南,刘先红(1-60)……………………………混合液回流比对膜工艺处理效果影响的研究王素兰,段胜君,于洁,邢传宏(1-64)……………乙二胺硅胶材料固定床吸附铜离子的研究范忠雷,査会平,王玲慧(1-68)…………………………二仲丁基二硫醚合成反应动力学研究胡国勤,吴培培,谢帮海,张素娟(1-73)……………………粘接界面弹塑性内聚力模型子程序开发张军,贾宏,田阳(1-77)……………………………成型磁性污泥活性炭的制备与分析徐正坦,刘心中(1-81)……………………………………………己二酸二甲酯加氢合成1,6-己二醇铜基催化剂的制备工艺研究雒廷亮,尚开龙,孔海平,徐丽,程亮,刘国际(2-79)……………………………………………………………………………SAPO-17分子筛的合成及其对甲醇制烯烃反应的催化性能徐军,李满枝,韩丽,陈宜俍,李兆飞,阎立军(2-83)……………………………………………………………………………………垂直管外降膜的液膜流动特性研究方书起,武晓伟(2-88)……………………………………………带有折流板的组合分离器性能试验研究吉海洋,余波,邓万权,宋晓飞(2-93)…………………微细管内超临界CO 2对流换热研究杨凤叶,刘敏珊,刘彤,刘遵超(2-96)……………………硅元素对Zn -75Al 合金组织及性能的影响李永刚,赵向南,范桂霞,孔亚萍(2-100)……………Al 4Ce 和Al 2CeZn 2相弹性性能的第一性原理研究赵沙斐,潘荣凯,周思晨,罗涛朋,吴东海(2-104)…………………………………………………………………………………………………………脱硅稻壳基活性炭对靛蓝吸附性能的研究韩秀丽,何玉远,郭晓峰,王铎,宋阿娟,赵浩浩(3-1)………………………………………………………………………………………………………有机硅砖质文物保护剂的制备及性能研究詹予忠,何嵘,朱小丽,沈国鹏,韩丽,陈宜俍(3-6)………………………………………………………………………………………………………凹坑凸胞板式换热器相变换热优化研究王定标,董永申,向飒,夏春杰(3-10)…………………玉米秸秆厌氧发酵产氢动力学模型的建立及数理验证孙学习,凡广生,任保增,樊耀亭(3-14)………………………………………………………………………………………………………………SiC 加热元件在N 2气氛下使用损毁机理研究刘新红,牛智旺,周超杰,王大军,方岩震,刘锴(3-18)……………………………………………………………………………………………………固体酸USY 催化纤维素生成乙酰丙酸乙酯的实验研究孙培勤,赵世强,常春,陈俊武(3-22)………………………………………………………………………………………………………………Al-Ti-C-Sr 细化剂制备的正交优化及挤压研究赵红亮,高雅,孙启宴,翁康荣,张景超(3-27)………………………………………………………………………………………………………………聚乳酸的ATRP 引发剂的合成与表征刘文涛,唐新颖,梁雯娜,夏学莲,何素芹,朱诚身(3-31)……………………………………………………………………………………………………………正弦波纹太阳能空气集热器数值模拟分析李水莲,马新灵,魏新利(3-35)…………………………螺旋内肋管换热及流体流动数值研究靳遵龙,赵金阳,王永庆(4-41)………………………………Y 掺杂Ca 3Co 4O 9的高温电学性能李洪涛,王彪,郅惠博,吴益文,李蒙,季诚昌(4-45)…Ⅱ基于PDPA 分离器分离参数及分离性能的试验研究刘育,余波,张卿,陈凌平,卿彪(4-48)………………………………………………………………………………………………………壳聚糖/埃洛石纳米管复合多孔颗粒制备张冰,王秋茹,姚纪蕾,杨奉雨,李鸿炫(4-52)……ANFIS 在供热管网泄漏故障诊断中的应用段鹏飞,段兰兰,田琦(4-56)…………………………碳酸二甲酯和乙二醇乙醚酯交换合成碳酸甲基-2-乙氧乙基酯章亚东,何书玉,郝红英,赵岩岩(4-61)………………………………………………………………………………………………………离子液体催化合成环己基苯反应液的内标法测定王训遒,付丽,杜正,宁卓远,董森,王亚涛(4-65)………………………………………………………………………………………………单分散尺寸可控的聚苯乙烯微球制备张翔,魏浩栋,姚纪蕾,张冰(5-105)……………………Al-P 中间合金对过共晶铝硅合金组织及切削性能的影响赵红亮,丁紫阳,李怀武,任书卿,张洋(5-109)…………………………………………………………………………………………………哈兹列特连铸连轧AA5052铝合金铸嘴挂渣成分及形成机理研究卢广玺,王鹏,关绍康,周崇,贾志翔,辛萧洋(5-112)……………………………………………………………………………白酒糟高温好氧堆肥过程中氮素转化规律及堆肥周期探究郭夏丽,王兴胜,朱正威,王岩(5-116)…………………………………………………………………………………………………………1,4-丁二醇-二乙二醇二元物系真空下气液平衡研究陈卫航,李清亚,蒋元力,孙书培,张晓明(5-120)……………………………………………………………………………………………………三角区漏流对螺旋折流板换热器综合性能的影响刘敏珊,许伟峰,靳遵龙,王永庆,王丹(6-1)…………………………………………………………………………………………………………腰果酚缩水甘油醚侧链双键的环氧化研究陈卫航,张明伟,王宏力(6-5)…………………………螺旋格栅纽带开发及其综合换热性能分析吴金星,彭旭,李俊超,刘青锋,贺敏,李国立(6-10)………………………………………………………………………………………………………3种类型波节管的强化传热模拟分析韩勇,王定标,张灿灿,向飒(6-14)……………………(Sm 0.5La 0.5)2Ce 2O 7的制备及热物理性能张红松,温倩,张冰(6-19)…………………………SAPO-56分子筛的形貌和粒径控制詹予忠,董佳佳,宋孟璐,韩丽,陈宜俍(6-23)……………改性热解炭吸附水体中苯胺的热力学及动力学研究邹卫华,周秀丽,刘静萱(6-27)………………萃取精馏分离甲苯-正庚烷混合物的模拟研究胡秀英,马迪,杨廷海,邓育苟(6-31)…………FDS6对隧道火灾温度场模拟的适用性研究钟委,李兆周,吕金金,梁天水(6-35)……………氮源与其补加方式对1,3-丙二醇生物合成的影响乔建援,赵峰,齐笑飞,孙沛勇,杜风光(6-39)………………………………………………………………………………………………………土木与交通工程受热不可压黏弹性圆柱体中空穴的动态增长陈亚娟,王钦亭,尚新春(1-85)………………………配置HRB500钢筋T 形截面混凝土柱抗震性能研究李艳艳,李泽高,刘坤,张彦平(1-89)…公路桥梁车桥耦合振动数值分析方法刘世忠,刘永健,程高,王旭,李娜,赵明伟(1-94)……………………………………………………………………………………………………………基于迭代分析的多塔悬索桥合理成桥状态确定方法周云岗(1-99)……………………………………考虑界面影响的钢纤维混凝土细观力学等效性能研究程站起,夏乃凯(1-104)………………………热—结构耦合作用下沥青路面动态弯沉温度修正研究郑元勋,杨培冰(2-1)………………………温度膨胀系数对刚性路面设计的影响分析王鹏,范磊,崔璨(2-6) (Ⅲ)降雨条件下多裂隙膨胀岩渠坡稳定性分析岑威钧,王蒙,石从浩,冷星火,王磊(2-10)……连续压实检测指标概率分布模型研究聂志红,焦倓,王翔(2-15)………………………………干湿循环效应对风化砂改良膨胀土CBR特性影响研究杨俊,童磊,张国栋(2-19)…………大粒径沥青混合料级配离析测量和评价方法刘红瑛,叶松,谭发茂,陈治君(2-24)……………土工格栅加筋桥头相邻路堤的受力分析与计算申俊敏,张军,赵建斌,马强(2-28)…………高密度电法在岩溶隧道渗漏通道探查中的应用谭道远,邹济韬,刘海鳌,胡丰,王月伟(2-32)……………………………………………………………………………………………………………北方严寒地区村镇住宅两类结构体系抗震试验研究郑瑶,王爱民(2-37)…………………………交通荷载下非对称加筋路堤动力特性研究刘少文,张军,孙玲(2-41)…………………………非全充填裂隙的动态变形模量实验研究陈金刚,张树勋,张景飞,刘雯雯,陈娜,王明辉(3-90)…………………………………………………………………………………………………………基于室内模拟老化试验对沥青性能的研究许培俊,刘建飞,丛培良,陈拴发(3-94)………………豫中传统石砌房屋典型质量病害成因机理分析童丽萍,时超(3-98)………………………………沥青组分与黏度的灰关联分析傅珍,延西利,蔡婷,马峰(3-102)……………………………公路交通噪声预测模型FHWA 、RLS90与规范模型的对比曹丽娜,尚勇,卢林果(3-106)………高填方涵洞受力特性现场测试及数值模拟研究赵建斌,申俊敏,董立山(3-111)……………………滑移和掀起影响集中荷载作用下组合桁架掀起力推导王俊立,李天(3-116)………………………基于SAMI-R的旧水泥板加铺沥青层力学分析唐颖(3-120)…………………………………………基于Isight 和Fluent 软件的轿车空调风向优化研究谢金法,段冉(3-124)…………………………轴向循环荷载下FRP -混凝土-钢管组合方柱性能研究王代,高丹盈,王勇智(4-1)…………DCP 和长杆贯入仪在粉砂土路基检测中的应用陶向华,蔡迎春,郑元勋,赵永威(4-5)………冻融循环对不同含水率粗粒土回弹模量的影响陈忠达,陈冬根,陈建兵,董元宏,张苛(4-9)……………………………………………………………………………………………………………燃料物理性质差异对柴油机喷雾特性的影响耿莉敏,汪月英,王城,程清波,邱坤,曹建明(4-14)……………………………………………………………………………………………………石质路基路面结构应力分析袁玉卿,郭涛,王笑风,许海铭(4-19)………………………………空心板桥横向预应力加固分析刘平,李鹏飞,李莎(4-24)………………………………………永蓝高速公路荷叶塘危岩体成因分析与防治措施朱晓斌,张艳聪,刘建伟(4-29)…………………废旧轮胎颗粒水泥混合土三轴试验研究李丽华,马强,王翠英,陈辉,杨超,刘毅(4-33)…………………………………………………………………………………………………………基于激光跟踪测量的火箭橇轨道精测技术分析何越磊,黎桂,李再帏(4-36)……………………软土结构性分析与扰动评价刘海涛,郭院成(5-54)……………………………………………………基于多目标等效风荷载的变截面门式刚架抗风优化王艳萍,黄友钦,吴玖荣,唐雁腾(5-59)……充填泥袋筑堤关键技术的离心模型试验研究王雪奎,王年香,顾行文,朱群峰(5-64)……………层状岩体单轴压缩破损特征与数值模拟研究贾善坡,罗金泽,吴渤,席增强(5-69)……………某既有剪力墙开洞粘钢加固方法研究赵更歧,李庆,全江伟(5-74)………………………………用无机胶粘贴CFRP 布加固损伤组合梁受弯性能陈伟宏,马景明,崔双双(5-79)…………………聚乙二醇改性沥青性能研究甘新立,张楠,刘羽(5-84)…………………………………………掺废混凝土块的钢管再生混合轴压短柱试验研究张卫东,王振波,孙文彬(5-87)…………………地温空调井布局方式对地下水流场和温度场的影响分析窦明,张彦,米庆彬,任辉,邓元玲,张华云(5-124)………………………………………………… (Ⅳ)配置HRB500钢筋的混凝土桥墩滞回性能研究戎贤,宋鹏,张健新,刘平(6-74)…………混凝土桥面铺装用环氧沥青的制备与性能研究丛培良,刘建飞,赵志强,陈拴发(6-78)…………台风-波浪耦合作用下钢管桩施工平台力学行为分析李胜利,胡亚楠,王东炜(6-82)……………基于运行模式分布的平面交叉口汽车排放评估邱兆文,张广昕,郝艳召(6-86)……………………土钉墙-桩锚联合支护结构设计参数分析宋建学,庞宏飞(6-91)……………………………………交通荷载作用下港区道路受力特性研究牛力强(6-95)…………………………………………………信息工程基于块衰落信道的turbo 码一致界张卫党,王姣姣,陈泽先(1-108)…………………………………一种新的OFDM-OQAM 的信道估计方法范文兵,范程龙,李海涛,邢军阳(1-112)………………基于规则推理的继电保护动作行为评价的新方法研究徐敏,陈全,张锦文,柯朝辉,姚斌,冯超(1-116)…………………………………………………………………………………………基于FG-PF 的双选信道估计与译码迭代算法研究王忠勇,冯利婷,段琳琳(2-46)………………基于有限域上Chebyshev 多项式的Diffie-Hellman 密钥协商算法徐刚,丁松阳,张墨华(2-50)………………………………………………………………………………………………………………云环境下基于化学反应优化的两阶段能耗感知任务调度策略毋琳,王玉璟,阎朝坤(2-55)……基于熵权决策法的项目选择比较模型研究罗勇,朱波(2-60)……………………………………融合编译功能的组合电路测试集生成方式李天义,富坤,耿跃华,徐丹(2-65)………………基于无功功率模型参考自适应的速度估算研究杨宁,缪仲翠(2-70)………………………………广义线性变参数系统输出反馈鲁棒控制李健勇,赵峰,楚冰(2-75)……………………………基于时延约束的认知链路自适应传输策略研究穆晓敏,梁晓,赵海峰,高昊民(3-39)…………一种MIMO 时间相干信道下的有限反馈新方法范文兵,郭云,王振义,孟小超,季纲(3-43)……………………………………………………………………………………………………………基于加权小波分解和Fisherfaces 的人脸识别算法研究张震,李龙(3-47)………………………分布式网络中进度密度的研究李娜娜,陈昌海,甘勇,丁汉青(3-51)……………………………认知无线电中考虑公平性的OFDMA 资源分配策略杨守义,郝万明(3-55)…………………………基于FDTD 的钢筋混凝土墙对通信信号衰减研究杨明珊,孟小超,邱志勇,郭云(3-60)………电波传播混合路径循迹的算法研究周晓平,吴德佩,柳朝阳,杨明珊(3-65)………………………PMSM 最优自适应CDKF 估计方法丁国强,徐洁,熊明,乔相伟(4-69)………………………认知无线电网络中具有服务质量支持的机会频谱共享刘凯,贺丽阳,张晨宇,刘锋(4-74)………………………………………………………………………………………………………………基于辅助函数思想的城市高压电网无功优化周晓娟,王奎英,张将(4-79)………………………基于半监督聚类理论的MQAM 信号的调制识别孙刚灿,李苹苹,申金媛,赵海东(4-83)………分布式网络中随机接入传送容量的研究李娜娜,邹东尧,陈昌海(4-88)……………………………基于用户需求和进化博弈的认知无线电网络选择杜白(4-92)………………………………………基于随机森林的雷达高分辨距离像目标识别新方法姚莉娜,吴艳敏,崔光照(4-105)………………覆盖粗糙集模型的比较研究孔素真,金建刚,孙士保(4-109)…………………………………………激光微加工系统通信协议设计李纪云,牛志玲,裴红星(5-19)………………………………………未知环境中考虑姿态稳定性的自主机器人路径规划王东署,朱训林(5-31) (Ⅴ)基于HLS 协议的流媒体直播系统的研究和改进罗淑贞,耿恒山,徐祥男,孙豪赛,高艳,李钦,谢因(5-36)………………………………………………………………………………………一种改进的中文分词在主题搜索中的应用许智宏,张月梅,王一(5-44)…………………………区间值犹豫模糊WOWA 算子及其在决策中的应用蔡丽娜,陈树伟,周威,黄海滨,梁玉(5-49)………………………………………………………………………………………………………多用户多进制FM -DCSK 误码率分析刘平,李宁,邢军阳(6-43)……………………………WSN 中基于非均匀梯度的分簇拓扑算法阎新芳,张永坤,李腾,王晓晓(6-47)………………基于喷泉码的数字图像水印的研究张卫党,李方圆,陈美玲(6-52)…………………………………基于条纹丢失补偿的自混合干涉位移测量算法叶会英,朱君瑶,王珍雪(6-56)……………………基于Android 平台的智能医疗系统的设计与实现郭志涛,郭忠,王振(6-60)…………………传统软阴影算法在GPGPU 构架上的优化技术研究高明磊,赵新灿,詹云(6-64)………………基于SURF 和伪Zernike 矩的图像拼接算法研究李喜艳,纪东升,吴崇正(6-69)…………………机械工程小型化超宽带(UWB )功分器的模拟与设计惠晓威,姜瀚(1-120)………………………………机场集装箱/板升降平台车桥平台的设计与研究李霞,张志显,张三川,刘剑(1-124)………兆瓦级风机偏航液压系统工作性能的仿真研究张银霞,闫素平,郜伟,王栋,覃寿同(2-108)……………………………………………………………………………………………………………脊柱牵引设备控制方法及其实验研究刘治华,黄玉锋,徐新伟(2-112)………………………………柴油车碳平衡油耗计算模型的修正阎汝真,陈振斌,何金戈,肖明伟,陈迅晓(2-116)……………液压挖掘机可回收能量分布研究张树忠,江吉彬,练国富(2-120)……………………………………基于虚拟样机技术的汽车前悬架优化陆森林,许静超(2-124)…………………………………………喂粕机上料机械手研究与分析郭彩玲,王会刚,刘晓雯(4-101)………………………………………混合动力客车独立前悬架运动学建模与操稳性仿真研究朱强,张越,陈江义,秦东晨(4-112)……………………………………………………………………………………………………………碟形升力体流场数值模拟分析王林林,高歌(4-116)…………………………………………………新型气液联合液压锤冲击器系统的仿真研究严东兵,梅丽芳,易际明(4-120)………………………高温钛合金微滴沉积成形有限元分析李素丽,魏正英,卢秉恒(4-124)………………………………基于ANSYS Workbench 磨粉机减速器箱体动态特性分析李大磊,代朝磊,牛鹏辉(5-92)………汽车人机工程综合评价指标体系研究李银霞,刘曼曼,高俊杰(5-96)………………………………基于局部均值分解的机械振动信号趋势项消除方法赵志科,张晓光,王新(5-100)………………喷丸残余应力场SPH /FEM 耦合建模与仿真王利平,王建明,裴信超,赵莉莉(6-108)……………高海拔地区电子设备的散热分析黄延平,曹国华,王淑坤(6-113)……………………………………基于CAGD 的单层球形网壳构型设计马泳涛,李伟,陈天跃(6-118)……………………………三轴车辆全轮转向系统方案设计与性能仿真袁磊,刘西侠,刘维平(6-121)………………………管理工程基于AHP-TOPSIS 的物流园区综合竞争力评价模型研究李玉民,郭利利,刘旻哲(6-125) (Ⅵ)。
有机固废好氧发酵过程中氨氧化特性和变化规律研究 王 星 二○一四年一月工程硕士学位论文 工程硕士王星有机固废好氧发酵过程中氨氧化特性和变化规律研究分类号X705 密级公开UDC工程硕士学位论文有机固废好氧发酵过程中氨氧化特性和变化规律研究王星学科专业环境工程指导教师李群良副教授何曙光博士论文答辩日期2014年1月15日学位授予日期答辩委员会主席廖丹葵教授广西大学学位论文原创性和使用授权声明本人声明所呈交的论文,是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除已特别加以标注和致谢的地方外,论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的研究成果,也不包含本人或他人为获得广西大学或其它单位的学位而使用过的材料。
与我一同工作的同事对本论文的研究工作所做的贡献均已在论文中作了明确说明。
本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品,知识产权归属广西大学。
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本学位论文属于:□保密,在年解密后适用授权。
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(请在以上相应方框内打“√”)论文作者签名:日期:指导教师签名:日期作者联系电话:电子邮箱:有机固废好氧发酵过程中氨氧化特性和变化规律研究摘要我国的农业废弃物产出居世界首位,其中包括农作物秸秆及牲畜粪便等。
这些废弃物中含有大量植物所需的碳氮源,是一座天然的“宝库”,利用堆肥法可以将这些废弃物“变废为宝”,将其用于改善土地环境,提高农作物产量。
本文利用农业废弃物进行堆肥,研究在不同的发酵条件下,堆肥发酵特性及氮素迁移转化规律。
将甘蔗叶与新鲜的牛粪以1:3的重量比进行充分混合,在同样的外界条件下,利用密闭容器强制通气法和翻堆法两种好氧发酵法进行堆肥,通过对两种发酵过程中的温度、pH值、含水率、有机质、氨氮、硝态氮以及亚硝态氮含量的变化的测定,来研究不同条件下堆肥过程中的氨氧化规律的差异。
中国畜牧兽医 2022,49(7):2831-2841C h i n aA n i m a lH u s b a n d r y &V e t e r i n a r y Med i c i ne 添加高温期堆料对青藏高原羊粪堆肥有机成分降解及酶活性的影响蔡 瑞,张 帅,崔欣雨,徐春城(中国农业大学工学院,北京100083)摘 要:ʌ目的ɔ探讨堆肥时添加高温期堆料对青藏高原羊粪堆肥有机成分降解及酶活性的影响㊂ʌ方法ɔ在青藏高原地区将高温期羊粪堆料添加于羊粪和油菜秸秆混合物中,以不添加高温期堆料作为对照,进行了28d 条垛式堆肥试验,通过测定堆肥过程中堆肥温度㊁p H ㊁总有机碳㊁总氮㊁铵态氮㊁硝态氮㊁种子发芽指数㊁有机质㊁木质纤维素等指标以及各种酶活性来判断高温期堆料对青藏高原羊粪堆肥发酵品质的影响㊂ʌ结果ɔ添加高温期堆料可促进堆体升温,提升堆体最高温度,并延长堆体高温期6d ;堆肥结束时,与对照组相比,添加高温期堆料可显著降低堆肥中铵态氮与硝态氮比值㊁E 4/E 6以及碳氮比(P <0.05);可显著提高堆肥种子发芽指数(P <0.05);可显著提高有机质㊁半纤维素㊁纤维素和木质素降解率(P <0.05);并可显著提升堆肥过程中蛋白质酶㊁脲酶㊁蔗糖酶㊁纤维素酶㊁β-葡萄糖苷酶㊁过氧化物酶及多酚氧化酶活性(P <0.05)㊂ʌ结论ɔ高温期堆料可促进青藏高原羊粪堆肥有机成分降解,提升堆肥产品腐熟度及提升堆肥过程中多种酶的活性㊂关键词:高温期堆料;羊粪堆肥;酶活性;青藏高原中图分类号:S 141.4文献标识码:AD o i :10.16431/j .c n k i .1671-7236.2022.07.042 开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):收稿日期:2021-12-15基金项目:青海省重大科技专项(2018-N K -A 2)联系方式:蔡瑞,E -m a i l :c h e n m e i @c a u .e d u .c n ㊂通信作者徐春城,E -m a i l :x u c c @c a u .e d u .c nE f f e c t o fA d d i n g H i g hT e m p e r a t u r eP e r i o dC o m p o s t o nD e gr a d a t i o no f O r g a n i cC o m p o n e n t s a n dE n z y m eA c t i v i t y o f S h e e p Ma n u r e C o m p o s t i n g o n Q i n gh a i T i b e t P l a t e a u C A IR u i ,Z H A N GS h u a i ,C U IX i n y u ,X U C h u n c h e n g(C o l l e g e o f E n g i n e e r i n g ,C h i n aA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100083,C h i n a )A b s t r a c t :ʌO b j e c t i v e ɔT h e e f f e c t s o f a d d i n g h i g h t e m p e r a t u r e p e r i o dc o m p o s t o n t h ed e gr a d a t i o n o f o r g a n i c c o m p o n e n t s a n de n z y m e a c t i v i t y o f s h e e p m a n u r e c o m p o s t i n g i nQ i n gh a iT i b e t p l a t e a u w e r e s t u d i e d .ʌM e t h o d ɔI nQ i n g h a iT i b e t p l a t e a u ,s h e e p m a n u r e c o m p o s t i n g i nh i g ht e m p e r a t u r e p e r i o dw a s a d d e dt ot h e m i x t u r eo f s h e e p m a n u r ea n dr a p es t r a w.T a k i n g n oh i g ht e m pe r a t u r e p e r i o d c o m p o s t a s t h e c o n t r o l ,a28d a y s t r i p c o m p o s t e x p e r i m e n tw a s c a r r i e do u t .B y m e a s u r i n gt h e c o m p o s t i n g t e m p e r a t u r e ,p H ,t o t a l o r g a n i c c a r b o n ,t o t a l n i t r o g e n ,a m m o n i u mn i t r o g e n ,n i t r a t e n i t r o g e n ,s e e d g e r m i n a t i o ni n d e x ,o r g a n i c m a t t e r ,l i g n o c e l l u l o s ea n d o t h e ri n d e x e sa s w e l la s v a r i o u s e n z y m e a c t i v i t i e s i n t h e c o m p o s t i n gp r o c e s s ,t h e e f f e c t o f h i g h t e m p e r a t u r e c o m p o s t i n g on t h ef e r m e n t a t i o n q u a l i t y o fs h e e p m a n u r ec o m p o s t i n g i n Q i n g h a i T i b e t p l a t e a u w a s j u d ge d .ʌR e s u l t ɔT h e a d d i t i o nof h igh t e m p e r a t u r e p e ri o d c o m p o s t c o u l d p r o m o t e t h e t e m p e r a t u r e r i s e o f t h e r e a c t o r ,i n c r e a s e d t h e m a x i m u m t e m p e r a t u r e o f t h e r e a c t o r ,a n d p r o l o n g e d t h e h i gh t e m p e r a t u r e p e r i o d o f t h e r e a c t o r f o r 6d a y s .A t t h e e n do f c o m p o s t i n g ,c o m pa r e dw i t h t h e c o n t r o l g r o u p ,a d d i n g h i g ht e m p e r a t u r e p e r i o dc o m p o s t c o u l ds i g n i f i c a n t l y r e d u c eN H 4+-N /N O 3--N ,E 4/E 6中国畜牧兽医49卷a n dC/Nv a l u e(P<0.05).I t c o u l d s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e t h e g e r m i n a t i o n i n d e xo f c o m p o s t s e e d s (P<0.05).T h ed e g r a d a t i o nr a t e so fo r g a n i c m a t t e r,h e m i c e l l u l o s e,c e l l u l o s ea n dl i g n i n w e r es i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d(P<0.05).I tc o u l ds i g n i f i c a n t l y i m p r o v et h ea c t i v i t i e so ft h e p r o t e i n e n z y m e,u r e a s e,s u c r a s e,c e l l u l a s eβ-g l u c o s i d a s e,p e r o x i d a s ea n d p o l y p h e n o l o x i d a s e(P<0.05).ʌC o n c l u s i o nɔT h e s t u d i e s i n d i c a t e d t h a t a d d i n g h i g h t e m p e r a t u r e p e r i o d c o m p o s t i n s h e e p m a n u r e c o m p o s t i n g c o u l di m p r o v et h ef e r m e n t a t i o n q u a l i t y a n de n z y m ea c t i v i t y o fc o m p o s t,a n dc o u l d s i g n i f i c a n t l y s h o r t e n t h e c o m p o s t i n g t i m e o n t h eQ i n g h a iT i b e tP l a t e a u.K e y w o r d s:h i g h t e m p e r a t u r e p e r i o d c o m p o s t;s h e e p m a n u r e c o m p o s t i n g;e n z y m e a c t i v i t y;Q i n g h a i T i b e t p l a t e a u近些年,随着青藏高原地区畜牧业集约化发展的不断推进,规模化牧场数量快速增加,产生和积累了大量的畜禽废弃物㊂特别是在冬季集中圈养情况下,这些畜禽废弃物如果不及时处理,会严重污染土壤㊁地下水及空气等自然环境,破坏牧场周边地区的生态环境,并威胁人和动物的健康[1]㊂好氧堆肥是将畜禽粪便转化为优质有机肥料的有效途径,是实现畜禽粪便无害化和资源化利用的重要方式[2]㊂然而,青藏地区高寒㊁氧气稀薄以及空气干燥等特殊气候条件会造成该地区堆肥发酵缓慢,甚至无法进行,因此全年适合大规模堆肥的时间十分有限,在有限的时间内将大量的畜禽粪便变成高质量的有机肥对该地区化肥农药减量增效行动㊁农牧业绿色发展和生态文明建设具有重大意义㊂为加快堆肥的腐熟进程㊁改善堆肥产品质量,使用微生物添加剂是一种较好的方法,其中人工筛选搭配的微生物腐熟剂已广泛应用于各种原料的堆肥中[3]㊂然而,研制一套高效的微生物腐熟剂往往需要花费大量的人力和时间,使用商用微生物腐熟剂则需要增加成本㊂堆料中富含各种微生物,其本身可被看作天然的微生物腐熟剂,并且这种天然的微生物腐熟剂恰好适应相应的堆肥原料,其作用效果可能优于人工分离的微生物添加剂㊂并且将堆肥过程中的堆料混合于新鲜原料中有利于堆肥的连续化生产,对堆肥产业化发展具有积极正面的影响㊂目前,将成熟堆肥物料作为添加剂应用于堆肥生产的研究报道较多[4-8],这些报道主要集中于研究成熟堆料对堆肥腐熟及堆肥过程中温室气体减排的作用效果㊂而利用高温期堆料作为添加剂的研究鲜有报道,因此有必要进行研究㊂本研究将温室内桶装发酵的高温期羊粪堆料添加于在室外(有顶)发酵场进行的羊粪与油菜秸秆混合而成的条垛式堆肥中,通过测定堆肥过程中温度㊁碳氮比㊁种子发芽指数等指标以及堆肥过程中多种酶的活性,研究高温期堆料对青藏高原羊粪堆肥发酵品质及酶活性的影响,以期为该地区畜禽粪便堆肥化高效利用和连续化生产提供理论依据和生产工艺㊂1材料与方法1.1试验原料高温期堆料取自温室内桶装发酵第5天的高温羊粪堆料(温度为58ħ左右),该堆肥物料是将羊粪和油菜秸秆以4ʒ1(干重)比例混合发酵而成㊂供试羊粪为藏系绵羊粪,于2020年7月30日取自青海省巴卡台农牧场同一羊舍(青海省海南藏族自治州共和县巴卡台农牧场,海拔3300m左右),用塑料铲取羊舍表层羊粪并混合均匀,并经过春季自然干燥㊂油菜秸秆取自于巴卡台农牧场农田,风干后粉碎至1c m作堆肥调理剂㊂高温期堆料㊁供试羊粪和油菜秸秆理化性质见表1㊂表1堆肥原料基本理化性质(干物质基础)T a b l e1B a s i c p h y s i c a l a n d c h e m i c a l p r o p e r t i e s o f c o m p o s t r a w m a t e r i a l s(D M b a s i s)羊粪F r e s hs h e e p m a n u r e油菜秸秆R a p e s t r a w高温期堆料H i g h t e m p e r a t u r e p e r i o d c o m p o s t有机质o r g a n i cm a t t e r/%71.696.275.3总有机碳T o t a l o r g a n i c c a r b o n/%39.853.441.8总氮T o t a l n i t r o g e n/%2.410.822.15 23827期蔡瑞等:添加高温期堆料对青藏高原羊粪堆肥有机成分降解及酶活性的影响续表羊粪F r e s hs h e e p m a n u r e油菜秸秆R a p e s t r a w高温期堆料H i g h t e m p e r a t u r e p e r i o d c o m p o s t碳氮比C a r b o nn i t r o g e n r a t i o16.665.119.4半纤维素H e m i c e l l u l o s e/%19.420.120.3纤维素C e l l u l o s e/%16.946.321.8木质素L i g n i n/%11.114.713.8 p H7.64 7.73电导率E l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y/(m S/c m)2.03 1.621.2堆肥制备及样品采集堆肥试验于2020年8月1日 2020年8月28日在青海省巴卡台农牧场进行,试验堆体采用长㊁宽㊁高为2mˑ1mˑ0.6m的条垛式㊂本次羊粪堆肥试验原料以羊粪和油菜秸秆4ʒ1比例混合而成,堆体初始含水率为60%㊂试验共设置2个处理组,分别为添加20%高温堆料的处理组(D L)和不添加高温堆料的对照组(C K)㊂试验每个处理组设置3个平行,分别于第3㊁7㊁10㊁14㊁21㊁28天进行人工翻堆取样(第0和1天不翻堆,取样),在第3㊁7㊁10㊁14㊁21天取样后,对堆体进行补水,使其含水率在60%左右㊂将样品分为2份,一份鲜样于4ħ保存,另一份风干研磨过1m m筛后备用㊂1.3指标测定及数据处理每天上午9:00㊁下午16:00测量堆体温度,将温度计均匀插入堆体上㊁中㊁下层各3个地点,计算9个点的平均温度;使用鼓风干燥机(D H G-9123A 型)在105ħ下烘干样品至恒重,根据烘干前后质量差计算堆肥含水率;总有机碳(T O C)采用重铬酸钾容量法测定[9];总氮(T N)采用凯氏定氮法测定(K D Y-9830型凯氏定氮仪);铵态氮(N H4+-N)和硝态氮(N O3--N)含量使用流动分析仪测定(S e a l-A A3型连续流动分析仪);将新鲜堆肥样品用去离子水以固液比为1ʒ10浸提3h后过滤,分别用p H 计(瑞士梅特勒-托利多S20型)和电导率仪(雷磁D D B-303A型)测定p H和电导率(E C);将堆肥浸提液分别在465和665n m波长下测定吸光度值(G o l dS54T型紫外-可见分光光度计),两吸光度的比值为E4/E6[10];取堆肥浸提液20m L于9c m的培养皿中,并垫上滤纸,向浸提液中添加20颗小白菜种子,于20ħ的黑暗条件下培养48h后测定种子发芽率和根长,参考A r i a s等[11]公式计算种子发芽指数(G I):G I(%)=浸提液中平均发芽数ˑ平均发芽根长蒸馏水中平均发芽数ˑ平均发芽根长ˑ100%堆肥有机质含量采用550ħ灼烧法测定;木质纤维素的测定采用范式洗涤法[12-13](A N K OM 2000i全自动分析仪);有机质㊁半纤维素㊁纤维素和木质素降解率参考L i u等[14]和K u l i k o w s k a等[15]公式计算:降解率(%)=1-X1X2ˑO L2O L1ˑ100%其中,X1为原料灰分含量(%);X2为样品灰分含量;O L2分别为样品中有机质㊁半纤维素㊁纤维素㊁木质素含量;O L1为原料中有机质㊁半纤维素㊁纤维素㊁木质素含量㊂堆肥蛋白酶活性测定采用茚三酮比色法测定;酶活性采用苯酚钠-次氯酸钠比色法测定;糖酶和纤维素酶活性均采用3,5-二硝基水杨酸法测定;葡萄糖苷酶活性采用硝基酚比色法测定;过氧化物酶和多酚氧化酶活性采用邻苯三酚比色法测定㊂1.4数据统计分析利用S P S S23.0软件进行数据处理,数据以平均值ʃ标准差表示,并对每个取样点的试验数据进行独立样本t检验,利用O r i g i n2021b软件进行作图㊂P<0.05表示差异显著㊂2结果2.1堆肥过程中温度㊁含水率㊁p H及E C的变化由图1A可知,两个处理组堆肥初始温度均为13ħ,随后堆体温度迅速上升,D L和C K组在第1天的堆体温度分别上升至54.4和42ħ㊂两组堆体温度均在第2天达最高值,分别为62.6和57.5ħ㊂D L组在堆肥前10d的堆体温度均超过50ħ,而C K组堆体温度超过50ħ的天数仅为4d㊂堆肥15d后,两组堆体的温度均低于30ħ,并持续下降至20ħ以下㊂由图1B可知,两个处理组堆体含水率呈现波动趋势㊂堆肥第3和7天,D L和C K组堆体含水率3382中 国 畜 牧 兽 医49卷分别下降至51.5%㊁53.3%和47.6%㊁50.9%,随后通过补水,两个处理组堆体含水率恢复到60%㊂堆肥结束时,D L 和C K 组堆体含水率分别为48.3%和46.4%㊂由图1C 可知,堆肥初期,两组样品p H 均上升,堆肥第3~10天,两组堆体的p H 均呈下降趋势㊂堆肥第10天至堆肥结束,两组堆肥p H 逐渐上升并趋于稳定㊂由图1D 所示,堆肥初期,两组样品E C值均快速上升,其中D L 组于第3天上升至最大值(2.52m S /c m ),C K 组于第5天上升至最大值(2.49m S /c m )㊂随后,两组样品E C 值均下降,并于堆肥后期逐渐稳定㊂同一时间不同组间比较,肩标不同字母表示差异显著(P <0.05);肩标相同字母表示差异不显著(P >0.05)㊂下同C o m p a r i s o nb e t w e e nd i f f e r e n t g r o u p sa t t h es a m e t i m e ,v a l u e sw i t hd i f f e r e n t l e t t e r s u p e r s c r i p t sm e a ns i g n i f i c a n td i f f e r e n c e (P <0.05);W h i l ew i t h t h e s a m e l e t t e r s u p e r s c r i p t sm e a nn o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e (P >0.05).T h e s a m e a sb e l o w 图1 堆肥过程温度(A )㊁含水率(B )㊁pH (C )及E C (D )的变化F i g .1 C h a n g e s i n t e m p e r a t u r e (A ),m o i s t u r e c o n t e n t (B ),p H (C )a n dE C (D )d u r i n g c o m p o s t i n g2.2 堆肥过程碳氮及腐熟指标的变化由图2A 可知,两个处理组堆体的T O C 含量在整个堆肥过程中持续下降㊂堆肥结束时,D L 和C K 组的T O C 含量分别为34.9%和37.4%,差异显著(P <0.05)㊂两个处理组样品在整个堆肥过程的T N 含量均呈上升趋势(图2B ),堆肥结束时,D L 和C K 组的T N 含量分别为2.82%和2.59%,差异显著(P <0.05)㊂由图2C 可知,在堆肥前期,两处理的C /N 迅速降低,14天后,所有处理的C /N 下降缓慢并逐渐趋于稳定㊂堆肥结束时,D L 和C K 组C /N 分别为12.4和14.4,差异显著(P <0.05)㊂由图2D 可知,两个处理组堆体的N H 4+-N 含量变化趋势均是先增加后减少;D L 和C K 组的N H 4+-N 含量均在第10天达到最高值,分别为4132和3743m g /k g,差异显著(P <0.05);堆肥结束时,D L 和C K 组的N H 4+-N 含量分别为1013和1423m g /k g,差异显著(P <0.05)㊂由图2E 可知,两个处理组N O 3--N 含量在堆肥前14d 均增加较少,而在堆肥第14~28天迅速增加,堆肥结束时,D L 和C K 组的N O 3--N 含量分别为2943和2623m g /k g,差异显著(P <0.05)㊂由图2F 可知,两个处理组N H 4+-N /N O 3--N 值在整个堆肥过程均呈现下降趋势,堆肥结束时,D L 和C K 组的N H 4+-N /N O 3--N 分别为0.34和0.54,差异显著(P <0.05)㊂由图2G 可知,两组堆肥G I 值在前期均呈下降趋势,并于第3天达到最低值,均低于45%㊂随后,均迅速增加,堆肥结束时,D L 组的G I 值为103.1%,比C K 组(90.4%)提高了14%,差异显著(P <0.05)㊂由图2H 可知,D L 组在堆肥5~21d43827期蔡 瑞等:添加高温期堆料对青藏高原羊粪堆肥有机成分降解及酶活性的影响的E 4/E 6值维持在2.6左右,随后快速上升,于堆肥结束时达到2.82;而C K 组E 4/E 6值于21d 时为2.89,堆肥结束时达到3.07,说明添加高温堆料可显著降低堆肥产品E 4/E 6值(P <0.05)㊂图2 堆肥过程碳氮及腐熟指标的变化F i g .2 C h a n g e s i n c a r b o n ,n i t r o g e na n dm a t u r i t y i n d e x e s d u r i n g c o m p o s t i n g2.3 堆肥过程中有机成分及其降解率的变化堆肥过程有机质含量及其降解率见图3A 和3B ,两个处理组堆体有机质含量均在堆肥前10d 迅速下降㊂堆肥第10天,D L 和C K 组有机质降解率分别为39.9%和31.6%,差异显著(P <0.05)㊂随后两组样品有机质降解速度均减慢并最终趋于稳定,堆肥结束时,D L 和C K 组有机质降解率分别为45.9%和39.3%,差异显著(P <0.05)㊂半纤维素㊁纤维素和木质素的含量和降解率的变化见图3C ~3H ,在整个堆肥过程中,两个处理组堆肥中半纤维素和纤维素的含量均呈下降趋势,而木质素含量呈上升趋势㊂堆肥前期,两组堆肥半纤维素㊁纤维素和木质素均快速降解㊂在堆肥10d 后,D L 和C K 组堆肥中半纤维素㊁纤维素和木5382中国畜牧兽医49卷质素的降解率分别达35.4%和26.8%㊁46.2%和36.4%㊁13.3%和10.8%㊂随后半纤维素-纤维素和木质素的降解速度均逐渐减慢,堆肥结束时,D L 和C K组的半纤维素㊁纤维素和木质素降解率分别为40.6%和35.0%㊁58.7%和50.7%㊁15.9%和14.8%,均呈现出显著差异(P<0.05)㊂图3堆肥过程中有机成分及其降解率的变化F i g.3C h a n g e s i no r g a n i c c o m p o n e n t a n dd e g r a d a t i o n r a t e d u r i n g c o m p o s t i n g2.4堆肥过程中酶活性的变化两个处理组堆肥过程中酶活性的变化见图4,两个处理组蛋白酶活性在堆肥第1天达到整个过程的最高值,随后两个处理组堆肥蛋白酶活性下降并维持稳定(图4A)㊂两个处理组脲酶活性在堆肥初期较低,随后逐渐升高,于堆肥第14天达到最高,在63827期蔡瑞等:添加高温期堆料对青藏高原羊粪堆肥有机成分降解及酶活性的影响第21天再次降低㊂D L组脲酶活性除在堆肥第1和28天低于C K组外,其余阶段均显著高于C K组(P<0.05)(图4B)㊂两个处理组堆肥第1天蔗糖酶活性高于第0天,随后在堆肥前期逐渐降低,并于后期逐渐升高(图4C)㊂两个处理组堆肥纤维素酶在1~3d活性较高,随后活性降低并逐渐稳定(图4D)㊂整个堆肥过程,D L组纤维素酶活性均显著高于C K组(P<0.05)㊂两组β-葡萄糖苷酶在堆肥第1~5天活性均较高,并且逐渐上升,随后活性降低并逐渐稳定,D L组β-葡萄糖苷酶活性在堆肥前14d显著高于C K组(P<0.05),在后期低于C K 组(图4E)㊂两个处理组过氧化物酶活性均先缓慢增加,并在堆肥第14天达到最高,随后逐渐降低, D L组过氧化物酶活性在堆肥整个过程均显著高于C K组(P<0.05)(图4F)㊂两个处理组多酚氧化酶活性在堆肥初期较低,随后活性逐渐升高,D L组在堆肥发酵前21d均显著高于C K组(P<0.05),在堆肥第28天与C K组差异不显著(P>0.05)(图4G)㊂图4堆肥过程中酶活性的变化F i g.4C h a n g e s i n e n z y m e a c t i v i t y d u r i n g c o m p o s t i n g7382中国畜牧兽医49卷3讨论3.1堆肥过程中温度㊁含水率㊁p H及E C的变化温度是反映堆肥中有机物降解和微生物活性的最关键指标之一㊂堆肥过程中的高温可以杀死沙门氏菌㊁大肠杆菌和蛔虫卵等病原微生物,是实现堆肥无害化的重要保障㊂堆肥初期,由于堆体中大量易降解有机物质的降解,导致两个处理组堆体温度迅速上升,并很快进入堆肥高温期(>50ħ)㊂D L组升温速度㊁最高温以及高温期均优于C K组㊂这表明在堆肥前期,添加高温期堆料有利于堆肥升温,提高堆体最高温度并延长高温期㊂这与高温堆料中富含B a c i l l u s㊁P l a n i f i l u m㊁T h e r m o b i f i d a和T h e r m o b a c i l l u s等耐高温且具有木质纤维素等有机质降解能力的微生物有关[16-18]㊂D L组持续的高温期符合畜禽粪便无害化卫生要求[19],而C K组不符合㊂两个处理组在堆肥前期的含水率均快速下降,这与前期堆体温度较高和青藏高原干燥的气候密切相关㊂随着堆体温度下降,两个处理组堆肥含水率下降速率减缓㊂D L组含水率在发酵前期的下降速率快于C K组,这主要是D L组发酵升温速度快,堆体温度更高,导致其水分蒸发速率快于C K组㊂通过定期的补水,可保证两个处理组堆肥正常发酵,并最终腐熟㊂堆肥初期,两个处理组样品p H均上升,这可能与堆肥初期有机氮在氨化作用下产生大量的N H4+-N有关[4]㊂随后,由于大量低分子有机酸和C O2的产生,两个处理组堆肥p H均呈下降趋势[20]㊂堆肥后期p H逐渐上升,这是由小分子有机酸的降解和氨气的释放导致的[4]㊂E C值可反映堆肥浸提液的离子总浓度大小,即可溶性盐的含量,其主要由有机酸盐类和无机盐组成,而堆肥中该成分对作物具有毒害作用[21]㊂一般认为,农用堆肥的E C值不超过3.5m S/c m时,其对作物的危害作用较小[22]㊂堆肥前期E C值的上升主要是由于微生物降解有机质产生了大量无机盐和小分子有机酸,堆肥中后期,氨气挥发㊁各种盐离子沉淀以及小分子有机酸的降解导致堆体的E C 值下降[23]㊂堆肥结束时,两个处理组样品的E C值均低于3.5m S/c m,且添加高温期堆料可降低堆肥产品E C值㊂3.2堆肥过程碳氮及腐熟指标的变化两个处理组T O C含量变化与有机质含量变化类似,这是由于含碳有机物是羊粪堆肥有机质的主要组成部分㊂两组样品在整个堆肥过程的T N含量均呈上升趋势,这是因为堆肥中含碳有机物质的持续快速降解,由于 浓缩效应 造成T N含量相对升高[24],这种效应掩盖了堆肥过程中含氮气体(N H3和N O X等)的释放造成的氮素损失㊂堆肥结束时, D L组T N含量高于C K组,表明添加高温期堆料可提高羊粪堆肥产品的T N含量㊂C/N是堆肥过程中的关键指标,可以用来作为评估堆肥成熟度的指标[25]㊂堆肥前期C/N迅速下降,这个结果可归因于有机碳的降解速度快于有机氮[4]㊂堆肥结束时, D L组T N含量高于C K组,这表明添加高温期堆料可显著降低堆肥产品C/N,促进堆肥腐熟㊂N H4+-N和N O3--N是堆肥氮素的重要组成部分㊂堆肥初期,堆体中含氮有机质大量降解,导致N H4+-N含量迅速增加[26]㊂随着堆肥进行,堆体中微生物的同化作用㊁硝化作用以及N H3的大量挥发,导致堆体中N H4+-N含量逐渐减少[27]㊂堆肥初期,堆体温度较高,抑制了硝化菌的活性,导致N O3--N含量较低㊂而在堆肥中后期,由于堆体温度下降,促进了堆体的硝化作用,使得大量N H4+-N转化为N O3--N,并使N O3--N含量迅速上升[28]㊂硝化作用有利于堆肥的保氮,可使堆肥含有更多可利用的氮素[29]㊂添加复合菌剂硝化指数(N I)是指N H4+-N与N O3--N含量的比值,常用于评估堆肥的成熟度,其值越低,表明堆肥产品腐熟度越高㊂本研究结果表明,添加高温堆料可促进堆肥中后期N O3--N含量增加和羊粪堆肥腐熟㊂G I通常被用来评估堆肥产品的毒性和成熟度,是最重要的堆肥品质指标之一[30]㊂堆肥初期G I值呈下降趋势,这是由于堆肥初期堆肥有机质快速降解,产生大量的短链脂肪酸㊁苯酚以及氨气等物质,这些物质对植物种子具有严重的毒害作用[31],相同的结果也出现在之前的一些研究中[32-33]㊂随着有毒物质的快速降解,两个处理组堆肥G I值均迅速增加㊂根据之前的研究表明,堆肥G I值>80%即可表明堆肥完全成熟[12,34],依据这个标准,本试验的两个处理组堆肥最终均达到腐熟标准,且添加高温期堆料可提升堆肥的成熟度㊂E4/E6是评价堆肥腐熟度的腐殖化参数之一,其值越小,表明堆肥腐殖化程度越大㊂本研究结果表明,添加高温期堆料可促进堆肥腐殖化程度㊂综合上述腐熟指标的变化表明,添加高温期堆料可显著缩短青藏高原羊粪堆肥腐熟时间,减少堆肥生产周期,进而增加单位时间内的羊粪堆肥生产量,这对该地区羊粪废弃物的减量化和资源化利用具有极其重要的意义㊂83827期蔡瑞等:添加高温期堆料对青藏高原羊粪堆肥有机成分降解及酶活性的影响3.3堆肥过程有机成分及其降解率的变化两个处理组堆肥有机质在堆肥前期均快速降解,这部分有机质主要为易降解的糖类㊁蛋白质等有机质㊂随着易降解有机质快速降解,堆体中有机质主要由稳定的腐殖类物质组成,堆肥物料降解受到限制㊂高温堆料中富含木质纤维素等有机质降解菌株,可促进堆肥有机质降解㊂木质素通常与纤维素㊁半纤维素相互连接形成具有抗生物降解能力的复杂化合物,被认为是堆肥过程中降解最困难的部分㊂本次堆肥试验中,木质素降解率低于半纤维素和纤维素,并且其相对含量在堆肥过程中持续上升,这与之前的一些研究报道相似[14,35]㊂在本次试验中,C K组木质素含量及其降解率在整个堆肥过程中均低于D L 组,表明添加高温期堆料可促进木质纤维素的降解,这与高温期堆料中富含木质纤维素降解菌密切相关㊂3.4堆肥过程中酶活性的变化堆肥原料富含易利用的糖类㊁蛋白质㊁脂肪以及难降解的木质纤维素等有机物质,生物可降解性较强㊂堆肥中微生物分泌的胞外酶是促进堆肥无害化㊁减量化及资源化必不可少的活性物质,不仅能催化降解堆肥物料中各种有机质,还在腐殖质的合成以及污染物毒性的削减等过程中发挥着极其重要的作用,有效控制酶作用对实现有机废弃物资源化利用具有重要意义[36]㊂蛋白酶在堆肥第1天活性最高,这催化着堆体中蛋白质在堆肥初期快速降解㊂脲酶的作用是极为专性的,它仅能水解尿素,水解的最终产物是氨和碳酸㊂脲酶活性与物料的微生物数量㊁全氮和速效磷含量等密切相关[37]㊂蔗糖酶(转化酶)可特异性催化非还原糖中β-D-呋喃果糖苷键的水解,可催化蔗糖水解生成葡萄糖和果糖,为微生物代谢提供直接能量[38]㊂堆肥中过氧化物酶能氧化堆体中有机质,是堆肥微生物生命活动的结果,在腐殖质的形成过程中起着重要的作用㊂多酚氧化酶对堆肥中芳香族化合物的转化起着重要的作用,可催化酚类物质氧化成醌,其活性的变化反映堆肥腐殖化程度与速度,可在一定程度了解堆肥的腐殖化进程[39]㊂整体而言,添加高温期堆肥可以提高堆肥中多种酶活性,特别是在堆肥的快速发酵阶段㊂添加高温期堆料可通过提高堆肥中关键酶活性,促进堆肥中木质纤维素等有机物质的降解,进而促进堆肥腐熟,缩减堆肥发酵时间㊂4结论添加高温期堆料可促进堆体升温,延长堆体高温期,提升堆肥G I值,并可缩短堆肥腐熟所需时间㊂添加高温期堆料可促进堆肥有机物质和木质纤维素降解,并可提升堆肥过程中蛋白质酶㊁脲酶㊁蔗糖酶㊁纤维素酶㊁β-葡萄糖苷酶㊁过氧化物酶及多酚氧化酶活性㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1] R A V I N D R A N B,N G U Y E NDD,C H A U D H A R YDK,e t a l.I nf l u e n c e o fb i o c h a ro n p h y s i c o-c h e m i c a la n dm i c r o b i a lc o m m u n i t y d u r i n g s w i n e m a n u r ec o m p o s t i n gp r o c e s 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