畜禽粪便堆肥对土壤理化性质和生物气溶胶的影响研究

发布时间：2020-11-08 08:24

　　 我国造成污染的畜禽粪便总量将在2020年增加至2.98亿吨,如不有效处理将给环境带来严重的污染问题。好氧堆肥是最经济有效的粪便处理方式之一,但由于饲料中一些微量元素的添加,堆肥产品农用可能会造成土壤重金属污染。另一方面,堆肥过程中一些微生物释放到大气中形成生物气溶胶,给周围人群的健康带来隐患。如何在有效利用畜禽粪便堆肥产品改良土壤的同时,控制堆肥产品的重金属污染、减少堆肥过程中释放有害生物气溶胶有着重要的实践意义。本论文选用猪、牛、鸡粪为原料进行为期一个月的堆肥和三个月的腐熟,研究此过程中畜禽粪便理化性质的变化规律。研究结果表明猪、牛、鸡粪便含水率、挥发性固体、总磷、总钾含量在堆肥过程中呈下降趋势。三种畜禽粪便水溶性碳在总碳中的比例经过30天堆肥后均提升了15%左右;猪、牛、鸡粪有效磷含量在120天堆肥后分别增加了54.9%、25.7%和30.0%,速效钾含量分别增加了74.1%,32.7%和86.4%。这些结果表明畜禽粪便营养元素的总量在堆肥过程中减少,但有效成分的比例却增加。牛粪和鸡粪的总Cu、总Zn含量接近农用泥质标准规定的限值,而猪粪的总Cu、总Zn含量均超出标准值,不适宜用作农用有机肥料。将三种粪便及其堆肥产品和土壤混配,在120d后比较施用畜禽粪便、堆肥产品和原土壤理化性质的不同。相比添加畜禽粪便的土壤,施用堆肥产品的土壤总碳,总磷和总钾含量较低,但水溶性碳、有效磷和速效钾等有效成分含量更高。施用猪、牛、鸡粪便及其堆肥产品后土壤中总Cu含量分别是1668mg/kg,978mg/kg和1083mg/kg,超出相应标准规定的限值。相关性分析显示,三种畜禽粪便及其堆肥产品的水溶性碳含量对土壤总碳含量影响显著;土壤重金属含量不仅受到粪便和堆肥产品中重金属含量影响,也与它们的含水率和有机质含量密切相关。猪、牛、鸡粪便堆肥过程中第2天、第10天、第30天和第60天的气溶胶样品被收集用于分析堆肥气溶胶中细菌群落结构的变化。堆肥过程中Bacillus和Lactococcus在猪、牛、鸡粪堆肥气溶胶中均是优势菌属。第60天的猪、牛、鸡粪堆肥气溶胶中的危险菌属含量和第2天相比,分别降低了5.92%,55.29%和10.68%。基因功能预测结果表明:与细菌传染病相关的基因相对含量在猪粪气溶胶中(2.24%)最高,牛粪气溶胶次之(1.88%),鸡粪气溶胶最低(1.68%)。冗余分析(RDA)显示,含水率,挥发性固体总量/Ash和氧化还原电位是影响堆肥气溶胶中细菌群落演替的最主要因素。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S141.4;S151.9;X713;X53
【部分图文】：

等外部因素上，关于粪便内部理化性质，比如温度、含水率、碳氮比、有机质含量等的文献较少，需要进一步进行系统的探索。图1-1 技术路线三种粪便及其堆肥产品对土壤的影响空白土壤直接施用猪、牛、鸡粪便的土施用猪、牛、鸡堆肥产品的土壤PCA分析RDA性分析堆肥过程中猪、牛、鸡粪便理化性质的变基本理化性质（pH，EC，氧化还原电位，含水率，营养元素（碳，氮，磷，重金属含量三种粪便堆肥过程中气溶胶细菌群落的演相似性分析菌门，菌属分布危险菌属含量基因功能

图 2-1 实验装置图A.温控系统 B.水浴箱 C.堆肥反应器 D. 电加热管道；1：堆体表面下 10cm平面；2：堆体表面下 30cm 平面；3：堆体表面下 50cm 平面2.4 取样方法每隔三天在粪便堆肥堆体长度方向上等距离选取三个剖面，在各个剖面上 3点取样，将其混合均匀后，取出约 5g 左右装入无菌袋带回实验室。取出一部分新鲜污泥样品，用来测量 pH， 氧化还原电位（ORP），电导率（EC），含水率，挥发性有机质（VS），氯离子(Cl-)、硫酸根离子（SO42-）、硝酸根离子（硝酸根离子），氨氮（NH4+）；另一部分风干，磨碎后过 100 目筛子，用于测定总碳、总氮、碳氮比（C/N），溶解性有机碳（DOC），有效磷（OP），速效钾（OK）和重金属含量。将三种畜禽粪便及其堆肥产品施用土壤后，每隔 10 天，从盆钵中多点取样混合。样点分布在三个深度，每个深度取三个等质量样品。采样使用不锈钢铲。测量的指标和方法和污泥相同。

便在堆肥过程中理化性质发生了显著改变。有研究表明，畜禽质含量降低，但总氮，硝态氮，总磷，有效磷等能被植物吸收显增加[55]。为了更好的分析猪、牛、鸡粪便的农用潜力，本章为原料进行高温堆肥，选用堆肥第 0 天、10 天、30 天和 120分析其基本理化性质和营养成分含量的变化规律。除此之外，了不同堆肥阶段畜禽粪便的重金属含量，为分析粪便可能带来定的理论依据。过程基本理化性质的变化规律水率微生物代谢所需的营养物质需要被溶解在水中才能被植物吸收份蒸发可以带走热量，调节整个堆肥体系的温度，因此含水率谢有重要意义。本小节分析了猪、牛、鸡粪在堆肥初始阶段、段和腐熟阶段含水率的变化趋势，结果如下图所示。
【参考文献】

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本文编号：2874526