禽粪好氧堆肥过程中氮素转化与菌群互作规律的研究

发布时间：2020-06-07 00:03

【摘要】：好氧堆肥是畜禽粪污资源化处理的有效措施,可实现畜禽粪污的无害化、减量化处理,以及资源化利用。而消毒剂和杀菌剂经常残留在畜禽粪污中,降低了粪污的菌群多样性,抑制了微生物的生长与代谢,其对好氧堆肥过程的影响需深入研究。另一方面,氮元素既是堆肥的臭味物质之一,又是堆肥产品有机肥的主要肥效物质,研究氮素在禽粪堆肥化过程中的转化行为和影响因素,有助于揭示氮素转化和储存的机理,为减少堆肥过程中的氮素损失提供理论依据和实践思路。基于以上研究上的不足和生产实际需要,本论文重点在以下两方面开展工作。1)本论文针对我国中小型农户经常使用的NaOH及NaClO作为杀菌剂的特点,研究NaOH和NaClO残余禽粪好氧堆肥的工艺方法和腐熟过程。通过向消毒剂残留鸡粪中添加三种调节剂:蔬菜果皮垃圾(V)、餐厨垃圾(F)、及腐熟马粪堆肥(C),比较三种方法中,堆肥的理化性质、腐熟速率和微生物群落差异。结果发现,C组堆肥发酵温度显著高于V组和F组,且高温期持续时间最长;C组堆肥的有机质(OM)、总碳(TC)、总氮(TN)和氨氮(NH_4~+-N)的下降显著高于V组和F组,且细菌和真菌数、种子发芽势指数(GI)都显著高于V和F组。三组堆肥的电导率(EC)和游离态Na离子含量都随着堆肥的进行而显著下降,说明三种堆肥工艺在处理NaOH和NaClO残余禽粪方面都有显著效果,而C组由于较高的发酵温度和较快的降解速率,是优于V和F组的堆肥工艺。进一步统计分析表明,NH_4~+-N、EC和Na是指示堆肥腐熟进程的重要因素,而NH_4~+-N、EC和TC含量是影响堆肥优势微生物更迭的重要因素。2)进一步的分析检测堆肥过程中氮素物质发现,所建立的禽粪好氧堆肥具有显著的氮素同化代谢特征,不同于传统的氮素硝化或反硝化代谢。氮素的同化代谢与木质纤维素类物质的降解代谢无显著相关性,但与水溶有机碳,尤其是水溶的烷基碳和胺基碳具有显著的正相关性。同时,氮素同化作用中生成的有机氮,主要以固态形式产生,说明堆肥腐熟过程,是氮素从液态氨氮向固态有机氮的转化进程,而这一转化又与微生物的优势种属从Sinibacillus转化为Brachybacterium、Brevibacterium、Microbacterium相偶联,说明氮素的同化可能是不同微生物在堆肥发酵的早中晚期接替进行、综合作用的结果。体外微堆肥实验,也进一步证实了堆肥的氮同化过程受到可溶C/N的显著影响,较高的C/N,有利于氮素同化的发生和比例的提高。综上,本论文结果说明了接种腐熟堆肥是处理消毒剂残余禽粪的最有效堆肥方法,揭示了可溶有机碳含量和菌群结构对堆肥氮同化作用有显著影响,研究成果可用于指导堆肥化过程中氮素转化机制研究,为在堆肥实践中提高氮素储备提供了潜在思路和方法。
【图文】：

中温,马粪,腐熟,维持时间

- 18 -图 2.1 堆肥过程中温度变化Fig. 2.1 Evolution of temperature添加腐熟马粪的堆肥温度上升最快，高温维持时间最长，与另外两个对照组

含水率变化,堆肥,含水率

适宜堆肥的启动及微生物代谢活动的进行[38]。受气候和风力以及堆体温度的影响，水分将不断蒸发。图2.2 显示，水分一直在 60%左右维持，在含水率降低时适当补充水分，这将给微生物提供适宜的含水率条件，以保证微生物不因水分的缺乏而减慢代谢速率；而过高的含水率则会造成堆肥空隙被水填充，造成厌氧现象。三个对照堆肥的含水率均做相同控制，三组对照 V、F、C 的含水率从开始的 70%到中期的 60%左右到结束时未补加水分的 40%，42%，，32%，三组堆肥的水分变化过程没有显著性差异。图 2.2 含水率变化Fig. 2.2 Evolution of moisture（4）有机质含量变化由图 2.3 可知，三个对照组 V、F、C 的有机质含量均在缓慢下降，而从 C 组
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X713

【参考文献】