秸秆堆肥过程添加蚯蚓对碳氮分解影响

发布时间：2020-11-21 20:33

　　 我国秸秆的产量不断增加,但是大部分被废弃,不能形成良好的经济效益。为解决农业废弃物的污染问题,使碳氮代谢向对农业有益的方向进行,本文结合蚯蚓堆制,对堆制过程中的碳氮代谢进行研究,分析蚯蚓对堆制过程中碳降解和氮降解的影响。本研究以自然风干的玉米秸秆和腐熟牛粪为基质,按照不同比例混合设置四种实验组别,且每种比例的底物接种四种不同数量的蚯蚓。实验组堆制物料总重为1 Kg,进行56 d的堆制实验。取样间隔7 d,测定样品中与碳氮代谢相关的理化性质和酶活力变化;并对堆制过程中产生的与碳氮代谢相关的部分温室气体进行测定;建立有机碳变化和全氮变化的数学模型。主要研究结果如下:(1)A、B、C、D四组pH值均呈现先下降,随后上升,再下降,再上升最后趋于稳定的状态,其中D4组的pH在56 d降至7.43。四组电导率变化都是上升的,接种蚯蚓的实验组变化更加明显。接种蚯蚓的实验组中有机碳变化和全氮变化相对未接种蚯蚓的变化更加明显。在56 d堆制结束时,B4、C3、C4、D3、D4组的碳氮比降至20以下。A、B、C、D四组的纤维素、半纤维素、木质素的降解率变化呈现不断增加的趋势,且接种蚯蚓的组别降解率变化高于未接种蚯蚓组的。铵态氮和硝态氮是氮代谢过程中的两种不同时期物质,在堆制前期铵态氮有轻微的上升趋势,在中后期铵态氮下降,而堆制期间硝态氮一直处于逐渐上升的趋势,在堆制后期两种氮都处于稳定状态,接种蚯蚓组变化幅度高于未接种蚯蚓组的。(2)β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶是碳代谢中的关键酶。其中β-葡萄糖苷酶呈现先上升后稳定的变化趋势,木聚糖酶呈现先上升后下降最后稳定的变化趋势,接种蚯蚓组酶活力高于未接种蚯蚓组。硝酸盐还原酶是氮代谢中的关键酶。各组均呈现逐渐上升的趋势。接种蚯蚓的组别酶活力高于未接种蚯蚓的,蚯蚓能影响硝酸盐还原酶活力变化。(3)甲烷和二氧化碳是堆制过程中碳代谢产生的温室气体,接种蚯蚓的组别甲烷气体排放量明显下降,蚯蚓影响了堆制过程甲烷的排放;蚯蚓对二氧化碳的排放量影响不显著。氧化亚氮是氮代谢过程中产生的温室气体,接种蚯蚓的组氧化亚氮排放量明显减少。(4)通过高通量测序的实验结果可知,细菌群落多样性最高的是21 d的C3组,细菌群落丰富度最高的是21 d的C3组;真菌群落多样性最高的是21 d的C1组,真菌群落丰富度最高是21 d的C1组;细菌属中的游动球菌属(Planomicrobium)和德沃斯氏菌属(Devosia)为优势菌属,真菌属中的曲霉属(Aspergillus)和青霉属(Penicillium)为优势菌属。蚯蚓能影响不同的群落的相对丰度变化。(5)建立有机碳变化K_1与时间变化(X)、蚯蚓数量变化(Y)的函数关系式;建立全氮变化K_2与时间变化(X)、蚯蚓数量变化(Y)的函数关系式;建立碳氮比变化K_3变化与时间变化(X)、蚯蚓数量变化(Y)函数关系式。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S141.4
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 立题意义
    1.2 研究现状与应用前景
        1.2.1 农作物秸秆主要利用方式
        1.2.2 蚯蚓堆肥技术的应用前景
    1.3 蚯蚓堆制处理影响因素
        1.3.1 蚯蚓的接种密度
        1.3.2 蚯蚓堆制物料的温度和湿度
        1.3.3 蚯蚓堆制物料的p H值
        1.3.4 蚯蚓堆制物料的碳氮比
    1.4 蚯蚓堆制过程中碳氮代谢关键酶
        1.4.1 β-葡萄糖苷酶
        1.4.2 木聚糖酶
        1.4.3 硝酸盐还原酶
    1.5 蚯蚓堆制过程中与碳氮代谢相关的微生物
    1.6 研究内容
    1.7 研究的技术路线
    1.8 创新点
第2章 蚯蚓堆制底物理化性质变化
    2.1 引言
    2.2 材料
        2.2.1 实验材料
        2.2.2 实验仪器
    2.3 实验设计
    2.4 理化指标测定
        2.4.1 pH值测定
        2.4.2 电导率测定
        2.4.3 有机碳测定
        2.4.4 全氮测定
        2.4.5 木质纤维素含量测定
        2.4.6 铵态氮的测定
        2.4.7 硝态氮的测定
    2.5 结果和分析
        2.5.1 蚯蚓堆制底物的p H值变化
        2.5.2 蚯蚓堆制底物的电导率变化
        2.5.3 蚯蚓堆制底物的有机碳含量的变化
        2.5.4 蚯蚓堆制底物的全氮含量变化
        2.5.5 蚯蚓堆制底物的碳氮比变化
        2.5.6 蚯蚓堆制底物的木质纤维素降解率变化
        2.5.7 蚯蚓堆制底物的铵态氮含量变化
        2.5.8 蚯蚓堆制底物的硝态氮含量变化
    2.6 讨论
        2.6.1 蚯蚓堆制底物pH值及电导率变化
        2.6.2 蚯蚓堆制底物有机碳、全氮以及碳氮比变化
        2.6.3 木质纤维素降解率变化
        2.6.4 铵态氮和硝态氮变化
    2.7 本章小结
第3章 蚯蚓堆制底物酶活力变化
    3.1 引言
    3.2 材料
        3.2.1 试验仪器
        3.2.2 实验设计
    3.3 酶活力的测定方法
        3.3.1 β-葡萄糖糖苷酶活力测定
        3.3.2 木聚糖酶活力测定
        3.3.3 硝酸盐还原酶活力测定
    3.4 结果与分析
        3.4.1 β-葡萄糖苷酶活力变化
        3.4.2 木聚糖酶活力变化
        3.4.3 硝酸盐还原酶活力变化
    3.5 讨论
        3.5.1 β-葡萄糖苷酶活力变化
        3.5.2 木聚糖酶活力变化
        3.5.3 硝酸盐还原酶活力变化
    3.6 本章小结
第4章 蚯蚓堆制过程中产生温室气体变化
    4.1 引言
    4.2 材料
    4.3 实验设计
    4.4 气体收集装置的设计
        4.4.1 装置的功能
        4.4.2 装置的结构
        4.4.3 装置的工作流程
    4.5 气体的测定
    4.6 结果与分析
        4.6.1 甲烷浓度变化及甲烷排放通量变化
        4.6.2 二氧化碳浓度变化及二氧化碳排放通量变化
        4.6.3 氧化亚氮浓度变化及氧化亚氮排放通量变化
    4.7 讨论
        4.7.1 甲烷浓度变化及甲烷排放通量变化
        4.7.2 二氧化碳浓度变化及二氧化碳排放通量变化
        4.7.3 氧化亚氮浓度变化及氧化亚氮排放通量变化
    4.8 本章小结
第5章 蚯蚓堆制底物微生物群落变化
    5.1 引言
    5.2 材料
        5.2.1 相关仪器设备
        5.2.2 相关试剂
    5.3 实验内容
        5.3.1 实验组的编号
        5.3.2 Illumina平台测序实验流程
        5.3.3 实验流程简介
    5.4 结果分析
        5.4.1 细菌群落结构分析
        5.4.2 真菌群落结构分析
    5.5 讨论
    5.6 本章小结
第6章 蚯蚓堆制有机碳和全氮模型的建立
    6.1 引言
    6.2 堆制处理中的模型
        6.2.1 机理模型
        6.2.2 数理统计方法
    6.3 堆制过程中有机碳和全氮模型建立
        6.3.1 有机碳与时间的曲线拟合
        6.3.2 有机碳与蚯蚓数量的曲线拟合
        6.3.3 全氮与时间的曲线拟合
        6.3.4 全氮与蚯蚓数量的曲线拟合
    6.4 有机碳回归分析
    6.5 全氮回归分析
    6.6 碳氮比回归方程
    6.7 本章小结
第7章 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
作者简介
攻读硕士期间学术成果
致谢

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本文编号：2893563