高温酵素堆肥下鸡粪有机肥重金属钝化与腐殖质含量研究

发布时间：2020-10-29 17:55

　　 大量重金属添加致使畜禽粪便重金属污染严重,对土壤环境和农产品安全均构成危害。堆肥不仅可对畜禽废弃物实现无害化处理,而且还能够改变重金属形态,降低重金属有效性。本文通过添加新型酶制剂—酵素,研究不同处理下鸡粪快速堆肥过程中重金属含量、形态分布以及腐殖质含量特征,为鸡粪资源化安全利用提供参考。(1)以鸡粪、玉米秸秆为主要原料,并添加酵素进行高温好氧堆肥实验,研究了在不同堆肥温度下pH、EC、重金属含量与形态、腐殖质含量变化以及红外光谱特征。结果表明,与堆肥前相比,pH值随温度升高而增大,最大可增加0.53个单位。而EC值随堆肥温度变化不明显,但85℃处理下最低。由于堆肥过程中有机质分解,因此重金属含量均不同程度增加,Cu、Zn、Cr、Cd和As含量较堆肥前相比最大增幅分别达到35.6%、11.5%、35.0%、35.3%和23.8%。然而重金属可交换态分配率则有所降低,残渣态分配律相应增加,在85℃处理下重金属钝化效果显著,与堆肥前相比,Cu、Zn、Cr、Cd和As钝化率分别为24.8%、26.0%、27.6%、26.9%和13.9%。高温处理下,胡敏酸和富里酸变化不一,而腐殖酸/富里酸(HF/HA)比值随着堆肥温度增加而增大,且随着堆肥的进行脂肪族、羧酸类分子以及多糖类物质均有所增加。(2)以鸡粪和稻草秸秆为原料,对比了传统好氧堆肥(分别添加VT-1000液体菌剂和芽孢杆菌固体菌剂)、高温快速堆肥(酵素)和复合堆肥(高温快速堆肥+传统好氧堆肥)中重金属含量和形态分布、理化性质和有机质的变化。结果表明,堆肥后pH、EC和含水率均与堆肥前差异性显著(p0.05),复合处理和传统好氧堆肥pH显著高于高温酵素堆肥(p0.05),EL组处理最高上升至8.9,但堆肥后其他组处理差异性不显著,EL组的EC值下降至最低2.59,且复合处理后含水率显著低于单一处理(p0.05),各组种子发芽指数均在80%以上。在重金属钝化方面,复合处理效果好于单一处理,其中EL组重金属Cu、Zn、Cr、Cd、Pb和As可交换态钝化率分别为69.27%、50.69%、68.67%、46.28%、54.3%和29.53%,均高于其他组。除Cr和Pb外,传统好氧堆肥可交换态钝化效果优于高温酵素堆肥。堆肥后,腐殖质含量和胡敏酸含量增加,且不同发酵方式下差异性显著(p0.05),HA/FA均上升,其中复合处理高于其他处理。红外光谱研究发现,堆肥中多糖类和脂肪族化合物含量均有所增加,但香族类化合物有所降低。(3)采用高温酵素快速发酵,研究添加海泡石、钙镁磷肥、生物炭单一及其复配钝化剂对鸡粪堆肥中重金属含量和形态分布及其有机质变化特征。结果表明,堆肥后各组处理pH均有所上升,最高上升至7.09;EC值均下降,最低下降至2.76;C/N有降低趋势,GI均在70%以上。不同处理下,Cr、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Ni和Mn最大钝化率分别为37.72%、37.46%、42.22%、16.91%、18.49%、58.41%、39.18%和49.28%,其中海泡石+生物炭+钙镁磷肥复配钝化剂组钝化效果最好。各组处理堆肥后,腐殖酸和HA均有所上升,最高分别增加19.8%和78.9%,FA有所下降,最低下降25.2%,各组腐殖酸,HA和FA均与堆肥前差异性显著(p0.05),但组间差异不明显,红外光谱分析后发现堆肥后多糖小分子类物质均不同程度增加。因此,高温酵素堆肥时投加钝化剂对重金属钝化有一定的促进效果。
【学位单位】：东北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S141.4
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 前言
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 我国家禽养殖业状况
        1.1.2 畜禽粪便中重金属的来源及迁移
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 畜禽粪便的无害化处理
        1.2.2 堆肥对重金属钝化的原理
        1.2.3 堆肥腐殖质形成的机理研究
        1.2.4 钝化剂在堆肥中的应用
    1.3 研究目的及意义
    1.4 研究的主要内容和技术路线
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 技术路线
2 材料与方法
    2.1 高温快速发酵对鸡粪重金属形态分布及理化性质影响
        2.1.1 供试材料
        2.1.2 实验设计
        2.1.3 分析方法
        2.1.4 数据分析
    2.2 不同发酵方式对鸡粪重金属形态分布及有机质变化影响
        2.2.1 供试材料
        2.2.2 实验设计
        2.2.3 分析方法
        2.2.4 数据分析
    2.3 不同钝化剂对鸡粪堆肥中重金属钝化效果及理化性质影响
        2.3.1 供试材料
        2.3.2 实验设计
        2.3.3 分析方法
        2.3.4 数据分析
3 结果与讨论
    3.1 不同温度酵素发酵对鸡粪重金属形态及理化性质的影响
        3.1.1 堆肥过程中pH值和EC的变化特征
        3.1.2 不同处理重金属含量与形态分布特征
        3.1.3 不同处理下腐殖物质变化规律
        3.1.4 讨论
        3.1.5 小结
    3.2 不同发酵方式对鸡粪重金属形态分布及有机质变化影响
        3.2.1 各组堆肥理化性质变化特征
        3.2.2 堆肥前后重金属总量及有效态的变化
        3.2.3 堆肥前后各组腐殖质等变化情况
        3.2.4 讨论
        3.2.5 小结
    3.3 不同钝化剂对鸡粪堆肥中重金属钝化效果及理化性质影响
        3.3.1 堆肥结束后理化性质的变化
        3.3.2 不同处理后重金属含量与分布特征变化
        3.3.3 堆肥结束后腐殖物质及官能团变化
        3.3.4 讨论
        3.3.5 小结
4 结论
致谢
参考文献

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本文编号：2861249