脱硫石膏对堆肥中氮素转化和腐殖化特征影响的研究

发布时间：2017-07-29 18:23

  本文关键词：脱硫石膏对堆肥中氮素转化和腐殖化特征影响的研究

  更多相关文章： 堆肥 脱硫石膏 氮素 qPCR 硝化作用 反硝化作用 腐殖化

【摘要】：随着我国农业持续快速发展,农业生产带来了巨大经济效益和社会效益,但也产生了大量的有机固体废弃物,如禽畜粪便和农作秸秆等。有机固体废弃物的不当处置,不仅造成生物质资源的浪费,也会引起严重的环境污染。堆肥是资源化利用有机固体废弃物的有效途径,可以将有机固体废弃物转化成富含有机碳和氮的有机肥。但堆肥工艺的不同,堆肥过程会不同程度的产生大量C0_2和NH_3,造成堆肥中碳素和氮素的损失。因此,为达到堆肥过程中保存碳和氮营养,促进堆肥腐殖化的目的,本论文进行以下研究。为了研究添加脱硫石膏对牛粪和糖厂滤泥堆肥过程中氮素转化的影响,本实验分析了脱硫石膏对氨的吸附特性,测定了堆肥过程中堆体温度、pH、电导率、含水率、有机质、碳氮比、凯氏氮、铵态氮、亚硝态氮和硝态氮的变化。脱硫石膏对氨气具有一定的吸附能力。添加脱硫石膏没有显著影响堆体的温度、pH、电导率、含水率和有机质的变化。添加脱硫石膏显著提高了高温期堆体中铵态氮的含量,实验组中铵态氮最大值比对照组提高了59.90%。这可能由于脱硫石膏促进了堆体中形成硫酸铵和促进NH~(4+)与Ca~(2+)发生阳离子交换的结果。添加脱硫石膏使实验组在第15天出现亚硝态氮积累峰。堆肥结束时,实验组和对照组中硝态氮含量分别是1.11 g·kg~(-1)和1.45 g·kg~(-1),这与实验组出现亚硝态氮的积累峰,促进氮素以N20形式损失有关。堆肥过程中氮素物料衡算表明,对照组和实验组中氮素损失分别为1 5.00%和10.80%。本实验结果表明,堆肥过程中添加10%的脱硫石膏能够显著促进堆体在高温期保存大量的铵态氮,减少堆肥过程中氮素损失。脱硫石膏是堆肥过程中一种有效的氮素保存添加剂。为了研究添加脱硫石膏对堆肥过程中硝化与反硝化作用的影响,本实验通过荧光定量PCR (qPCR)技术绝对定量了堆肥中实验组和对照组硝化与反硝化相关功能基因丰度的动态变化,分析了堆肥过程中理化参数和这些功能基因丰度之间的相关性。结果表明：添加脱硫石膏对堆肥中16S rDNA丰度有抑制作用,延迟了amoA丰度最大值的出现,造成实验组出现N02--N的积累峰。腐熟期,对照组中nxrA丰度显著高于实验组,导致对照组中N03--N高于实验组。在一定的高温阶段有反硝化作用发生。实验组中narG丰度高于对照组,促进N03--N还原成N02--N。添加脱硫石膏提高了narG和nirS丰度的相对含量。斯皮尔曼等级相关性分析表明,amoA丰度与有机质和NH~(4+)-N含量呈负相关,与N03--N含量呈正相关。nxrA丰度与温度呈负相关。添加脱硫石膏显著影响了堆肥过程中硝化和反硝化相关微生物含量的变化,从而影响堆肥中氮素转化。本实验从分子水平阐述了添加脱硫石膏对堆肥中氮素转化的影响。为了研究添加脱硫石膏对堆肥过程中腐殖化特征的影响,本实验分析了对照组和实验组堆肥过程中腐殖质样品的粒径变化、元素组成、傅里叶变换红外吸收光谱特性,并利用热裂解-气相-质谱联用分析腐殖质的结构组成。结果表明,腐殖质的粒径主要分布在300-600 nm之间,且粒径呈双峰模型分布,这与其中主要成分HA和FA的粒径不同有关。堆肥腐殖质中H含量减少和C/H增加、C/N减少表明堆肥后腐殖质的不饱和度增加,腐殖质“核”中缩合的氮含量增加。添加脱硫石膏提高了腐殖质的不饱和度。紫外-可见吸收光谱和红外吸收光谱都表明腐殖质在堆肥进程中芳构化程度增加,添加脱硫石膏提高了堆肥腐殖质的芳构化程度。热裂解-气相-质谱联用分析表明,腐殖质中烷类物质减少,苯类和含氮物质增加,添加脱硫石膏提高了腐殖质中含氮物质的含量,这可能与添加脱硫石膏增加了堆肥过中有机氮含量有关。
【关键词】：堆肥 脱硫石膏 氮素 qPCR 硝化作用 反硝化作用 腐殖化
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ440.1
【目录】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-13
• 符号说明13-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 有机固体废弃物资源化利用现状14-17
• 1.2 堆肥技术研究17-20
• 1.2.1 堆肥17
• 1.2.2 堆肥过程中氮素损失途径及控制措施17-20
• 1.3 堆肥过程中微生物群落研究20-22
• 1.4 腐殖质及结构研究22-24
• 1.5 本课题的立题背景、意义及主要内容24-26
• 1.5.1 立题背景和意义24-25
• 1.5.2 主要内容25-26
• 第二章 添加脱硫石膏对堆肥过程中氮素转化的影响26-42
• 2.1 实验材料与设备26-27
• 2.1.1 材料与试剂26
• 2.1.2 仪器设备26-27
• 2.2 实验方法27-31
• 2.2.1 脱硫石膏吸附实验设计27-28
• 2.2.2 堆肥实验设计28
• 2.2.3 测定方法28-31
• 2.2.4 数据分析31
• 2.3 结果与讨论31-41
• 2.3.1 脱硫石膏对氨的吸附特性31
• 2.3.2 添加脱硫石膏对堆体中温度、含水率、pH和电导率的影响31-32
• 2.3.3 添加脱硫石膏对堆体中有机质、凯氏氮和碳氮比的影响32-35
• 2.3.4 添加脱硫石膏对堆中铵态氮、亚硝态氮、硝态氮含量的影响35-38
• 2.3.5 堆肥过程中氮素的转化38-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第三章 脱硫石膏对堆肥中硝化和反硝化基因丰度的影响42-55
• 3.1 实验材料与设备42-43
• 3.1.1 材料与试剂42
• 3.1.2 仪器设备42-43
• 3.2 实验方法43-46
• 3.2.1 细菌总DNA提取43
• 3.2.2 琼脂糖凝胶电泳检验及DNA浓度的测定43-44
• 3.2.3 目的片段扩增、纯化和克隆44
• 3.2.4 荧光定量(Quantitative real-time PCR)标准曲线制备44-45
• 3.2.5 荧光定量检测45
• 3.2.6 数据分析45-46
• 3.3 结果与讨论46-54
• 3.3.1 细菌总DNA提取46
• 3.3.2 荧光定量标准曲线制备46-48
• 3.3.3 荧光定量检测目的基因48-53
• 3.3.4 堆肥过程中理化参数与硝化和反硝化作用功能基因间的相关性53-54
• 3.4 结论54-55
• 第四章 脱硫石膏对堆肥过程中腐殖化特征的影响55-69
• 4.1 实验材料与设备55
• 4.1.1 材料与试剂55
• 4.1.2 仪器设备55
• 4.2 实验方法55-57
• 4.2.1 腐殖质提取方法55-56
• 4.2.2 粒径分析56
• 4.2.3 元素分析56
• 4.2.4 紫外-可见吸收光谱分析(UV-Vis)56
• 4.2.5 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析56
• 4.2.6 热裂解-气相/质谱(Pyrolysis-GC/MS)56-57
• 4.3 结果与讨论57-68
• 4.3.1 腐殖质粒径及分布57
• 4.3.2 腐殖质元素组成57-60
• 4.3.3 腐殖质紫外-可见光谱吸收特性60
• 4.3.4 腐殖质红外吸收光谱特性60-62
• 4.3.5 腐殖质热裂解-气相-质谱联用分析62-68
• 4.4 结论68-69
• 第五章 结论与展望69-72
• 5.1 结论69-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-82
• 致谢82-83
• 攻读硕士期间发表论文83

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