几种农业废弃物堆肥温室气体排放及碳氮物质变化规律研究

发布时间：2017-09-08 16:21

  本文关键词：几种农业废弃物堆肥温室气体排放及碳氮物质变化规律研究

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【摘要】：农业废弃物,是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质。通常农业废弃物以农作物秸秆和畜禽粪便为主。随着我国农牧业的快速发展,我国农牧业已体现出集约化、规模化和高效化的发展趋势,因此产生的农业废弃物也越来越多。但目前我国秸秆的利用效率较低,其中一部分直接在田间焚烧,不但产生大量的CO2等温室气体及有害气体对大气造成污染,而且还造成大量可循环利用资源的浪费。本研究以鸡粪、猪粪、牛粪和秸秆为试验原料,按照不同的C/N比进行堆肥。通过研究鸡粪、猪粪、牛粪与秸秆高温好氧堆肥过程中,不同处理物理指标、化学指标和温室气体(CO2、CH4和N2O)的动态变化,探讨堆肥温室气体的变化规律及碳氮物质的变化规律。主要结论如下:1、CO2的排放主要出现在堆肥的前期。在鸡粪与秸秆堆肥处理中,C/N=25(处理2)CO2平均排放速率最大,为106.50 mg·kg-1·h-1。比C/N=20(处理1)高62.3%,比C/N=30(处理3)高37.2%。在牛粪与秸秆堆肥处理中,C/N=25(处理5)CO2平均排放速率最大,为109.84 mg·kg-1·h-1。比C/N=20(处理4)高51.5%,比C/N=30(处理6)高33.9%。在猪粪与秸秆堆肥处理中,C/N=25(处理8)CO2平均排放速率最大,为101.60 mg·kg-1·h-1。比C/N=20(处理7)高54%,比C/N=30(处理9)高38.5%。表明堆肥C/N为25时最适宜微生物活性,CO2排放量最大。2、CH4的排放主要集中在堆肥的高温阶段,随着堆肥温度的下降CH4的排放也随之降低,到堆肥后期CH4的排放保持在较低的水平。在鸡粪与秸秆堆肥处理中,C/N=25(处理2)CH4的平均排放速率最大,为3.75 mg·kg-1·h-1。比C/N=20(处理1)高82.9%,比C/N=30(处理3)高35.4%。在牛粪与秸秆堆肥处理中,C/N=20(处理4)CH4的平均排放速率最大,为3.37 mg·kg-1·h-1。比C/N=25(处理5)高1.8%,比C/N=30(处理6)高10.1%。在猪粪与秸秆堆肥处理中,C/N=25(处理8)CH4的平均排放速率最大,为3.51 mg·kg-1·h-1。比C/N=20(处理7)高66.4%,比C/N=30(处理9)高24.5%。在鸡粪和猪粪处理中,C/N=25的处理CH4排放量最大,表明在C/N=25时微生物活性强,大量消耗堆体内的氧气导致局部厌氧。而牛粪处理C/N=20的处理CH4排放量最大,表明不同物料堆腐存在差异。3、在鸡粪与秸秆堆肥的处理中,C/N=20(处理1)TOC含量下降最大,为141.4 g·kg-1,TN含量上升最大,为26.9 g·kg-1,C/N=25(处理2)在堆肥结束时C/N最为适宜,为15.6;在牛粪与秸秆堆肥的处理中,C/N=25(处理5)TOC含量下降最大,为134.6g·kg-1,c/n=20(处理4)tn含量上升最大,为3.6g·kg-1,c/n=30(处理6)在堆肥结束时c/n最为适宜,为14.27;在猪粪与秸秆堆肥的处理中,c/n=25(处理8)toc含量下降最大,为100.5g·kg-1,c/n=30(处理9)tn含量上升最大,为13.9g·kg-1,c/n=20(处理7)在堆肥结束时c/n最为适宜,为12.34。4、在鸡粪与秸秆堆肥的处理中,c/n=20(处理1)铵态氮(nh4+-n)峰值最大,为5.17g·kg-1;在牛粪与秸秆堆肥的处理中,c/n=20(处理4)铵态氮(nh4+-n)峰值最大,为3.47g·kg-1;在猪粪与秸秆堆肥的处理中,c/n=20(处理7)铵态氮(nh4+-n)峰值最大,为2.23g·kg-1。表明c/n=20的处理微生物的活性较高,有机氮分解较快导致铵态氮(nh4+-n)大量增加。在鸡粪与秸秆堆肥处理中,c/n=20(处理1)、c/n=25(处理2)和c/n=30(处理3)硝态氮(no3--n)含量分别增加了0.125g·kg-1、0.072g·kg-1、0.069g·kg-1。其中,在鸡粪处理中c/n=20(处理1)堆肥结束时硝态氮(no3--n)含量增加幅度最大。在牛粪与秸秆堆肥处理中,c/n=20(处理4)、c/n=25(处理5)和c/n=30(处理6)硝态氮(no3--n)含量分别增加了0.154g·kg-1、0.185g·kg-1、0.17g·kg-1。其中,在牛粪处理中c/n=25(处理5)堆肥结束时硝态氮(no3--n)含量增加幅度最大。在猪粪与秸秆堆肥处理中,c/n=20(处理7)、c/n=25(处理8)和c/n=30(处理9)硝态氮(no3--n)含量分别增加了0.215g·kg-1、0.209g·kg-1、0.127g·kg-1。其中,在猪粪处理中c/n=20(处理7)堆肥结束时硝态氮(no3--n)含量增加幅度最大。5、在堆肥的升温阶段和高温阶段nh3的排放速率急剧增加,在降温阶段下降并趋于稳定,堆肥的高温阶段是nh3主要的排放阶段。在鸡粪与秸秆堆肥处理中,c/n=20(处理1)、c/n=25(处理2)和c/n=30(处理3)的最大nh3排放速率分别为287.12mg·h-1、249.62mg·h-1、254.55mg·h-1。其中,c/n=20(处理1)nh3排放速率最大。在牛粪与秸秆堆肥处理中,c/n=20(处理4)、c/n=25(处理5)和c/n=30(处理6)的最大nh3排放速率分别为260.13mg·h-1、214.66mg·h-1、208.13mg·h-1。其中,c/n=20(处理4)nh3排放速率最大。在猪粪与秸秆堆肥处理中,c/n=20(处理7)、c/n=25(处理8)和c/n=30(处理9)的最大nh3排放速率分别为249.22mg·h-1、210.65mg·h-1、208.46mg·h-1。其中,c/n=20(处理7)nh3排放速率最大。表明,随着c/n的升高堆肥nh3的排放速率减小,n素损失减小。鸡粪、牛粪、猪粪和秸秆堆肥的各组处理n2o的变化可以看出n2o的排放高峰期主要发生在堆肥的高温阶段。虽然不同c/n的处理n2o排放有差异,但排放差异不显著。6、几种农业废弃物不同c/n堆腐的9组处理中,堆体温度变化均符合堆肥过程中升温阶段、高温阶段、降温阶段和稳定期的阶段性变化规律。鸡粪与秸秆的3组处理中,C/N=25的处理(处理2)高温阶段温度最高为60℃;牛粪与秸秆的3组处理中,C/N=20的处理(处理4)高温阶段温度最高为68.5℃;猪粪与秸秆的3组处理中,C/N=25的处理(处理8)高温阶段温度最高为59℃。本试验处理1至处理9堆肥pH值最终分别稳定在8.21、8.15、8.24、8.29、8.30、8.35、8.30、8.32、8.31。鸡粪与秸秆堆肥各处理中,C/N=20(处理1)的pH值上升最高,变化最大;牛粪与秸秆堆肥各处理中,C/N=20(处理4)的pH值上升最高,变化最大;虽然猪粪与秸秆堆肥各处理中,C/N=30(处理9)的pH值上升最高,变化最大,但与其他2组处理差异很小。本试验9组处理中,最终EC值除鸡粪与秸秆堆肥C/N=20(处理1)EC值为2216μs·cm-1、猪粪与秸秆堆肥C/N=20(处理7)EC值为2512μs·cm-1以外,其余各组处理均在900~2000μs·cm-1之间,适合作物健康生长。种子的发芽率指数(GI)中除了鸡粪与秸秆堆肥C/N=20(处理1)和鸡粪与秸秆堆肥C/N=25(处理2)以外其他7组处理最终的堆肥产品GI?80%可认为对植物无毒性。
【关键词】：农业废弃物 堆肥 温室气体排放 碳氮物质变化
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X71
【目录】：

• 摘要3-6
• Abstract6-11
• 第一章 前言11-21
• 1.1 研究背景、目的与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.3 本论文主要研究内容18-20
• 1.4 技术路线20-21
• 第二章 材料与方法21-25
• 2.1 试验材料21
• 2.2 试验设计21-22
• 2.3 取样时期及方法22-23
• 2.4 测试项目及测定方法23-24
• 2.5 计算方法24-25
• 第三章 结果与分析25-47
• 3.1 几种农业废弃物堆腐过程中温室气体排放动态变化特征25-29
• 3.2 几种农业废弃物堆腐过程中TOC、TN和C/N动态变化特征29-34
• 3.2.1 堆腐过程中TOC的动态变化30-31
• 3.2.2 堆腐过程中TN的动态变化31-33
• 3.2.3 堆腐过程中C/N的动态变化33-34
• 3.3 几种农业废弃物堆腐过程中铵态氮和硝态氮动态变化特征34-38
• 3.3.1 堆腐过程中铵态氮（NH_4~+-N）的动态变化34-36
• 3.3.2 堆腐过程中硝态氮（NO_3~--N）的动态变化36-38
• 3.4 几种农业废弃物堆腐过程中NH_3排放动态变化特征38-39
• 3.5 几种农业废弃物堆腐过程中pH和电导率动态变化特征39-43
• 3.5.1 堆腐过程中pH的动态变化39-41
• 3.5.2 堆腐过程中电导率（EC）的动态变化41-43
• 3.6 几种农业废弃物堆腐过程中温度动态变化特征43-46
• 3.7 几种农业废弃物堆腐发芽率指数（GI）46-47
• 第四章 结论与讨论47-54
• 4.1 讨论47-49
• 4.2 结论49-54
• 参考文献54-62
• 作者简介62-63
• 致谢63

【参考文献】

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本文编号：815041