添加黄土及其他添加物对猪粪温室气体及氨气排放的影响

发布时间：2020-06-20 06:45

【摘要】：全球变暖是当今国际社会广泛关注的全球性问题,也是人类面临的最为严峻的环境问题之一。由于受到畜禽养殖结构变化、畜禽养殖数量急剧增长以及农业劳动力成本提高等因素影响,当前我国有机肥料资源利用率低,畜禽粪便污染状况恶化加剧,逐渐成为了新的农业污染源和大气污染物排放源。贮存过程是畜禽粪便管理中温室气体排放的主要环节,是当前我国应用最普遍、最广泛、碳氮损失最严重的管理方式之一。如何减少这一环节的温室气体排放值得研究。我国劳动人民在长期的农业生产实践中对粪肥的使用积累了大量经验。加土垫圈、施用土粪是我国北方地区特别是黄土高原地区一种传统的利用粪肥的方法,这种方式将畜禽粪便贮存与利用环节相结合,不仅利于保持畜禽圈舍的清洁,对粪肥中的养分也具有较好的保蓄作用。由于过去对黄土垫圈这种传统措施的研究主要以其肥力作用为主,对其环境效应缺乏相关研究,当前针对有机肥料在贮存阶段的养分损失及温室气体排放情况的研究相对较少,不利于养分资源的综合管理。因此,本文采用室内培养方法,在探究黄土垫圈这种传统措施的环境效应与机理的同时,借鉴黄土垫圈的经验,在畜禽粪肥贮存过程中选择便捷易得且保蓄作用更强的添加物,研究这一过程中粪肥温室气体及氨气的释放特性。以期为控制有机肥贮存阶段的温室气体排放、促进畜禽养殖废弃物的资源化利用提供理论依据。获得以下主要结论:(1)采用室内培养方法研究了添加黄土与古土壤对猪粪温室气体排放的影响及作用机理。结果表明:与猪粪处理相比,添加黄土或古土壤处理的CO_2累积排放量降低了42.4%-64.3%,CH_4累积排放量降低了99.8%以上,但N_2O累积排放增加了1.8-18.0倍,这与土壤对养分的保蓄作用及土壤添加后碳、氮底物的变化有关。总体而言,添加黄土或古土壤处理的全球增温潜势为猪粪对照的38.1%-67.0%,有效降低了猪粪的温室气体排放。与添加黄土相比,添加古土壤具有更好的减排效果,这与古土壤中具有吸附能力的物理性粘粒和游离态氧化铁含量较高有关,说明添加物类型的选择对减少畜禽粪便存贮阶段的温室气体排放具有重要作用。(2)采用室内培养方法研究了添加黄土、秸秆、生物炭和膨润土对猪粪贮存阶段温室气体及氨气排放的影响。结果表明:添加10%用量的生物炭和膨润土处理的CO_2累积排放量与不添加任何添加物的猪粪对照相比分别降低了15.4%和20.9%,N_2O累积排放量分别降低了19.8%和37.6%。添加膨润土处理的NH_3挥发量显著增加,但添加生物炭和膨润土处理的综合温室效应与猪粪对照相比均显著降低。添加10%秸秆处理的CH_4和NH_3累积排放量分别较猪粪对照降低了56.8%和95.8%,但其综合温室效应与猪粪相比差异不显著。模拟黄土垫圈1:2比例添加黄土处理的氨气及增温潜势较猪粪处理均显著降低。可见,黄土垫圈是一种有效减少猪粪氨挥发及温室气体排放的措施,添加少量生物炭、膨润土对于减少粪肥综合温室效应具有积极作用。(3)采用室内培养方法,研究并比较了在畜禽粪便贮存过程中添加10%生物炭与施用不同比例黄土和磷酸酸化过程中猪粪温室气体及氨气的排放特性。结果表明:猪粪贮存过程中添加10%生物炭处理的CO_2、CH_4和NH_3累积排放量分别降低了24.2%、97.5%和36.3%,虽然N_2O排放量与猪粪处理相比差异未达显著水平,但与添加不同比例黄土处理相比,其N_2O排放量仅为添加黄土处理的4.0%-29.8%。酸化处理对降低猪粪CH_4和NH_3排放具有显著的作用,但在一定程度上增加了猪粪的CO_2排放,其综合温室效应与猪粪处理相比差异未达显著水平。添加不同比例黄土改变了猪粪的温室气体及氨气释放特性,其中添加50%黄土和100%黄土的综合温室效应分别降低了29.6%和26.0%。总体而言,添加10%生物炭与添加50%、100%黄土均可显著降低猪粪的综合温室效应,且三者间差异未达显著水平。可见沿用黄土垫圈思路,利用少量生物炭替代黄土可以在降低成本的同时维持温室气体和氨气的减排效果,具有较好的减少综合温室效应的潜力。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S141;X713
【图文】：

试验过程,古土壤,硝态氮含量,铵态氮

图 2-1 试验过程中各处理 pH 值变化ig. 2-1 Changes of pH in each treatment during incubation质态氮变化含量在培养前 23 天呈上升趋势，随后逐渐下降。培养结培养前降低了 20.6%（图 2-2a）。由于土壤的稀释效应，始铵态氮含量显著下降（P<0.05）。培养结束时，古土壤下降了 84.4%，其余添加黄土或古土壤处理的铵态氮含猪粪处理硝态氮含量在培养前 30 天前基本保持平稳，随土或古土壤各处理的硝态氮含量较培养前显著提高，且土壤添加比例的提高而降低。添加黄土和古土壤硝态氮加黄土处理的硝态氮变化更迅速，且不同添加量处理间

试验过程,猪粪,峰值,古土壤

表明该阶段几乎没有 N2O 的生成且存在 N2O 被转化的现象，这与猪粪硝态氮的变化基本相符（图2-2b，图 2-3c）。添加黄土或古土壤改变了猪粪的 N2O 释放特性，于培养第 4 天时出现N2O 排放峰。古土壤三个处理的 N2O 峰值较小，较同比例黄土处理 N2O 峰值依次降低77.2%、68.1%、51.5%。随着培养进行，黄土与古土壤 1:2 处理排放速率持续上升，先后于第 26 天和第 42 天出现第二个更高的峰值，分别为 54.4 和 84.9 μg·kg-1·h-1；其余各处理在第一个峰值结束后排放速率基本保持稳定，未出现新的 N2O 排放峰。硝态氮含量（mg kg

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