有机固体废弃物堆肥培肥土壤的矿化特性研究

发布时间：2020-04-28 12:31

【摘要】：对土壤合理的进行培肥不但能提高土壤肥力的质量,而且是保证土壤资源可长期使用的有效手段,对于从国家尺度上或区域提升农田的生产力和保障粮食安全具有重大意义。国内外大量研究表明,有机堆肥培肥土壤是众多培肥措施中有效和最可靠的途径,且达到有机堆肥资源化利用目的。但是,怎样因地制宜的确定详细系统的有效培肥措施并揭示关键性相关指标来评价有机堆肥培肥土壤的矿化特性,从而确立合理和高效的培肥模式,精准施肥,仍需在不同有机肥培肥模式下结合当地农业生产实际来开展深入的研究。鉴于此,本研究特选用以污泥(SS)、番茄残体(TSW)、生活垃圾(MSW)、厨余垃圾(KW)、菜叶(CW)、草炭(P)、鸡粪(CM)、牛粪(DCM)为主要原料的8种堆肥物料分别以0%、5%、15%、30%(质量比)分别添加到同一种土壤中混合,通过室内25℃恒温、好气培养,连续取样分析测定混合物总有机碳(TOC)、有机碳的矿化速率、有机碳累积矿化量、全氮(TN)、氨态氮(NH4+-N)、硝态氮(NH3--N)含量、氮矿化量、全磷(Pt)含量、有机磷(Po)含量和有机磷矿化速率的变化,水溶性有机物(DOM)的含量在矿化过程中的变化、水溶性有机的物荧光特性和DOM矿化速率,以及矿化过程中微生物群落结构多样性的影响,测定数据结合一级动力学模型,确定其潜在矿化势,矿化速率,用以预测和比较这8种堆肥物料分别添加到土壤混合后矿化能力差异,揭示不同施肥管理措施下土壤的矿化特征。主要结果如下:(1)与不施入堆肥产物处理的土壤(CK)相比,土壤中施入不同堆肥产物处理,可大幅度的增加土壤活性有机碳的含量,由大到小依次为30%比例、15%比例、5%比例、CK。一阶动力学模型(M1)可以很好的反映和预测各种堆肥混合样的矿化能力。与CK比较,无论何种堆肥、何种比例施入,均能明显提高土壤中有机碳的潜在矿化势(C0),并且土壤碳的潜在矿化势是随堆肥的施入比例提高而增加。不同种类堆肥产物以30%比例处理对土壤有机碳的矿化最快,5%比例处理最慢。鸡粪堆肥产物,厨余垃圾堆肥产物和污泥堆肥产物培肥土壤后有机碳的潜在矿化势都较高,生活垃圾堆肥产物处理最低。(2)与不施入堆肥产物处理的土壤(CK)相比,土壤中施入不同堆肥产物处理,可大幅度增加土壤中氮素含量。随着矿化时间延长,不同有机废弃物堆肥培肥土壤后的NH4+-N含量快速下降,而NO3--N含量则迅速增加,土壤氮矿化量也均显著增加。同种堆肥培肥土壤的氮矿化量的提高幅度30%比例处理15%比例处理5%比例处理堆肥产品;而相同的比例处理鸡粪堆肥、草炭堆肥和污泥堆肥产物处理氮矿化量相对较高,鸡粪堆肥极显著高于其他堆肥。而厨余垃圾堆肥和菜叶堆肥产物处理氮矿化量较低,其中生活垃圾堆肥产物处理最低,表明堆肥产品特性对土壤中氮素矿化速率影响显著。研究结果证实,一级动力学模型能较好的描述不同有机废弃物堆肥产物施入土壤后氮素的矿化动态变化,在8种不同有机废弃物堆肥培肥土壤氮的潜在矿化势(N0)和矿化速率(k)均有提高,土壤中有机态氮的矿化加快。研究结果证实,将堆肥的产物培肥土壤后,氮矿化的效应会因堆肥种类不同和施入堆肥量不同而有所差异。(3)与不施入堆肥产物处理的土壤(CK)相比,土壤中施入不同堆肥产物处理,可大幅度增加土壤中活性有机磷含量。同一种堆肥、不同比例培肥土壤有机磷含量和有机磷矿化速率下降幅度差异显著,由大到小依次为30%比例、15%比例、5%比例、CK。而在同一种比例中,不同堆肥培肥处理有机磷含量和有机磷矿化速率降低幅度在以30%施肥比例中存在较大的差异性,而在5%和15%比例施肥中差异性不显著,在30%比例处理中,鸡粪堆肥处理的有机磷潜在矿化势显著高于其他七种堆肥产物处理,草炭堆肥产物处理最小。(4)分析DOM化学性质在土壤水溶性有机物矿化过程中的重要性。荧光激发-发射矩阵平行因子(EEM-PARAFAC)分析和同步荧光(SY)二维相关光谱(2DCOS)被用来探索DOM矿化过程中的可溶性中间产物的化学变化。不同来源堆肥培肥土壤后,DOM含量变化差异性显著。同一种堆肥、不同比例培肥土壤DOM含量和DOM矿化速率下降幅度差异显著,由大到小依次为30%比例、15%比例、5%比例、CK。而在同一种比例中,不同堆肥培肥处理DOM含量和DOM矿化速率降低幅度存在较大的差异性。EEM-PARAFAC显示,DOM荧光成分分为类蛋白质(C1)和类腐殖酸组分(C2、C3、C4和C5)。矿化先后顺序如下:类蛋白质类腐殖酸组分,与二维同步相关光谱结果的解释是一致的。从EEM-PARAFAC结果得出C2,C4和C5组分均为类腐殖酸组分,与DOM矿化呈显著正相关,同一种堆肥、不同比例培肥土壤DOM矿化力学依次为:30%15%5%CK。从2DCOS结果可以看出,不同堆肥产物处理类蛋白类物质在减少,类腐殖酸类物质的含量在增加。从异步光谱中可以看出低分子量腐殖酸类物质变化要先于小分子类蛋白类物质,高分子两的腐殖酸类物质变化要先于低分子量的腐殖酸类物质。一阶动力学模型很好的说明DOM矿化动力学特性。(5)DGGE指纹图谱分析显示:不同堆肥处理的DGGE条带种类和分布表现出了明显的差异性,不同有机废弃物堆肥处理矿化过程中的细菌种类和数目明显高于对照组CK处理。说明不同有机废弃物堆肥能有效激发土壤中土著微生物的种类和数目。矿化过程中优势微生物主要为变形菌和拟杆菌属。不同堆肥处理的菌群组成差异较大,说明培肥的堆肥来源不同,则矿化过程中其细菌群落的组成就会有很大的差异。8个有机物料堆肥培土壤矿化过程中的细菌多样指数还是比较高的,以鸡粪的多样性最高,其次是厨余垃圾、菜叶,最小的为草炭处理。同一堆肥处理的不同堆肥时期的DGGE图谱相似性较低。另外,微生物种群与8种不同的有机废弃物堆肥物料的有机碳、有机磷、水溶性有机物、C/N、C/P、氨态氮、硝态氮和腐殖酸之间具有较高的相关性。8种有机废弃物堆肥培肥土壤的矿化动力的差异性和培肥效果可分为四类。第一类包括番茄残体堆肥、牛粪堆肥和污泥堆肥处理;第二类包括草炭堆肥和生活垃圾堆肥的处理;第三类包括菜叶堆肥和厨余垃圾堆肥处理;第四类为鸡粪堆肥处理。综上所述,有机废弃物的堆肥处理产品施入是提高土壤中有机质数量与质量的有效措施。增加有机堆肥的施入量对改良土壤中有机质的组分分布以及土壤结构组成具有显著影响,进而使土壤的肥力增加。
【图文】：

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图１－３好氧堆肥过程示意图逡逑Ｆｉｇ邋１－３邋Ｃｏｍｐｏｓｔ邋ｓｃｈｅｍｅｓ逡逑

示意图,有机固体废弃物,好氧堆肥,进程图

逡逑图１－３好氧堆肥过程示意图逡逑Ｆｉｇ邋１－３邋Ｃｏｍｐｏｓｔ邋ｓｃｈｅｍｅｓ逡逑作为生物修复技术的一种新型转换技术，堆肥处理技术不仅可以实现固体有机废弃物（包逡逑括污泥、粪便、有机垃圾、农林废弃物等）的资源化处理、无害化处理和循环再利用，，还可逡逑６逡逑
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S141.4;S153

【参考文献】