生物炭及翻堆频率对鸡粪堆肥过程中温室气体排放的影响

发布时间：2017-10-27 09:40

  本文关键词：生物炭及翻堆频率对鸡粪堆肥过程中温室气体排放的影响

  更多相关文章： 鸡粪堆肥 生物炭 翻堆频率 N_2O/CH_4/CO_2排放

【摘要】：畜禽粪便堆肥是温室气体(N20/CH4/CO2)排放的主要来源之一,微生物的硝化和反硝化作用是其产生N2O的主要途径。堆肥过程N2O排放不但对全球气候的增温效应显著,还会引起堆肥物料氮素损失,导致堆肥产物品质肥效降低。理解畜禽粪便堆肥过程中温室气体N2O的来源及排放规律,对解释N2O排放机理及减排措施具有重要意义。畜禽粪便堆肥过程N2O的产生与畜禽粪便堆肥过程氮素形态的转化密切相关。畜禽粪便堆肥过程产生的N2O同时来源于堆肥堆体表面的硝化途径和堆肥堆体内部的反硝化途径。但在堆肥中添加生物炭(biochar)还鲜见报道。这些少量的研究证明生物炭有潜力能够加快堆肥进程、改善堆肥质量和减少相关的N2O的排放。这可以归因于生物炭具有较高的孔隙度和巨大的比表面积,能够吸附和持留水分、NH3.NH4+和N03离子,促进微生物的代谢和生理活动。粪便与生物炭共同堆肥为缓释肥料的生产和温室气体减排提供了一个非常有前景的方法。然而需要进一步的研究来了解生物炭堆肥过程中的作用,以及生物炭与粪便、微生物之间的相互作用。 本研究采用稻壳为原料制造生物炭,实验室模拟堆肥系统,并将生物炭添加到堆肥过程中作为填充剂,研究了生物炭和锯末添加量及翻堆频率对鸡粪堆肥过程中N2O排放及NH4+-N、N03--N的影响,生物炭和锯末添加量及翻堆频率对鸡粪堆肥过程中C02/CH4排放的影响,生物炭和锯末添加量及翻堆频率对鸡粪堆肥进程(温度、含水量、pH)的影响。主要研究结果如下： (1)Meta分析建立了一种新的标准,能有效地对不同研究的数据进行归纳。目前,在堆肥中添加生物炭做填充剂并对堆肥温室气体排放的影响的相关研究还很少,因此相关的数据是很有限的。通过对这些有限的数据分析,得到的结论是生物炭和锯末均能减少堆肥过程中的N2O和CH4排放,但是均能增加CO2的排放。相比之下,生物炭减排N2O和CH4的效果更好。因此,粪便堆肥过程中添加生物炭是一项很好的减排温室气体排放、提高堆肥氮素含量的措施。 (2)生物质气化是从生物质资源生产清洁能源的一种很有前景的方法。利用上升气流气化炉制造生物炭时,只需要2小时温度即可升高到863℃,短时间内即可制备成生物炭。每次可制得300g左右的生物炭,生物炭产率在30%左右。说明气化是制备生物炭的一种既省时间又产率高的方法。 (3)鸡粪堆肥过程中添加生物炭能显著减少N2O的排放。与对照相比,20%生物炭添加量导致N2O减排约60%。作为生物炭的对比,锯末也能减少N2O的排放,但是减排效果不如生物炭。生物炭提高鸡粪堆肥堆体的NH4+-N和NO3--N含量。生物炭是一种理想的堆肥填充剂,能够减少堆肥N损失。翻堆频率对堆肥N转化有显著影响。低翻堆频率对堆体保持NH4+-N和NO3--N是有益的,但是导致N2O排放的增加。 (4)填充生物炭的堆体温度、pH值和CO2峰值升高,含水量降低,说明了生物炭能够加快堆肥速度。为了做对比,锯末作为另外一种填充剂添加至堆肥中,研究发现其填充效果不如生物炭。生物炭比锯末更加有效地减少CH4排放。翻堆频率显著影响CO2峰值和CH4排放。高翻堆频率更能加快堆肥进程。 (5)生物炭有减少堆肥过程中氮损失及增强氮持留的潜力。对含氮量丰富的物料堆肥来说,生物炭是一种很理想的填充剂。生物炭是减排堆肥N20排放的最好的填充剂之一。
【关键词】：鸡粪堆肥 生物炭 翻堆频率 N_2O/CH_4/CO_2排放
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S141.4;X713
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 文献综述10-28
• 1.1 畜禽粪便对大气环境的影响和危害10-11
• 1.2 堆肥技术研究11-14
• 1.2.1 堆肥的基本定义11
• 1.2.2 好氧堆肥的原理和时期11-12
• 1.2.3 粪便堆肥腐熟度评价指标12-14
• 1.3 堆肥过程中N_2O的产生机制、影响因素及减排措施14-20
• 1.3.1 N_2O的源分布14-15
• 1.3.2 粪便堆肥过程中N_2O的产生机制15-17
• 1.3.3 畜禽粪便好氧堆肥过程N_2O排放的影响因素17-20
• 1.3.4 畜禽粪便好氧堆肥过程N_2O排放的减排措施20
• 1.4 堆肥过程中CH_4和CO_2的产生机制、影响因素及减排措施20-22
• 1.5 生物炭农用于土壤的研究22-24
• 1.5.1 生物炭的范畴及环境角色22-23
• 1.5.2 生物炭农用于土壤的研究进展23-24
• 1.6 生物炭对粪便堆肥及相应的N_2O排放的影响24-28
• 1.6.1 堆肥过程中N_2O的形成25-26
• 1.6.2 堆肥中添加生物炭及其对N_2O排放的影响26-28
• 第二章 研究思路与内容28-30
• 2.1 研究思路28
• 2.2 研究目标28-29
• 2.3 研究内容29
• 2.4 技术路线29-30
• 第三章 Meta分析生物炭和锯末添加量对堆肥过程中温室气体排放的影响30-36
• 3.1 Meta分析的概念30-31
• 3.2 Meta分析采用的统计学方法31
• 3.3 固定模型和混合模型31
• 3.4 Meta分析所用数据的准备31-32
• 3.5 生物炭和锯末添加量对堆肥过程中温室气体排放的影响32-34
• 3.6 结论34-36
• 第四章 气化制造生物炭及其性质研究36-43
• 4.1 生物质原材料-稻壳的性质37-38
• 4.2 制造方法-气化工艺研究38-39
• 4.2.1 试验装置38-39
• 4.2.2 生物炭制造过程39
• 4.3 稻壳生物炭的性质39-41
• 4.4 结论41-43
• 第五章 生物炭及翻堆频率对鸡粪堆肥过程中N_2O排放的影响43-55
• 5.1 材料方法44-45
• 5.1.1 生物炭性质测定44-45
• 5.1.2 鸡粪性质测定45
• 5.1.3 锯末性质测定45
• 5.2 堆肥试验45-47
• 5.2.1 试验设计45-47
• 5.2.2 取样与分析47
• 5.3 堆肥原材料的性质47-48
• 5.4 生物炭添加对堆肥温度及N_2O排放的影响48-50
• 5.5 生物炭添加对堆肥NH_4~+-N的影响50-51
• 5.6 生物炭添加对NO_3~--N的影响51-52
• 5.7 翻堆频率的影响52-54
• 5.8 结论54-55
• 第六章 生物炭对鸡粪堆肥进程及CH_4/CO_2排放的影响55-62
• 6.1 材料方法56
• 6.2 堆肥试验56-57
• 6.2.1 试验设计56-57
• 6.2.2 取样与分析57
• 6.3 生物炭对堆肥进程pH值和含水量的影响57-58
• 6.4 生物炭添加对堆肥CH_4排放的影响58-59
• 6.5 生物炭添加对CO_2排放的影响59-60
• 6.6 翻堆频率的影响60-61
• 6.7 结论61-62
• 第七章 综合讨论、结论与展望62-72
• 7.1 综合讨论62-69
• 7.1.1 生物炭制造技术及其性质62-64
• 7.1.2 生物炭对堆肥进程的影响64-66
• 7.1.3 生物炭对堆肥无机氮的影响66-67
• 7.1.4 生物炭对堆肥过程中温室气体排放的影响67-69
• 7.1.5 翻堆频率的影响69
• 7.2 主要结论69-70
• 7.3 本研究创新点70
• 7.4 展望70-72
• 参考文献72-80
• 致谢80-81
• 作者简介81-82
• 附录 鸡粪堆肥预备试验82-92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 胡克震;Meta分析简介──同类研究结果综合再分析的统计方法[J];大连医科大学学报;1995年03期

2 李传红,朱文转;集约化禽畜养殖业废弃物污染及其综合防治[J];环境保护;2001年12期

3 Frank Schuchardt;;Effect of C/N ratio,aeration rate and moisture content on ammonia and greenhouse gas emission during the composting[J];Journal of Environmental Sciences;2011年10期

4 黄耀,焦燕,宗良纲,周权锁,郑循华,Ronald L.Sass;土壤理化特性对麦田N_2O排放影响的研究[J];环境科学学报;2002年05期

5 黄国锋,吴启堂,孟庆强,黄焕忠;猪粪堆肥化处理的物质变化及腐熟度评价[J];华南农业大学学报;2002年03期

6 杨进;;拉响红色警报[J];环境;2002年04期

7 张桥,吴启堂,黄焕忠,周立祥;城市污泥与稻草堆肥的腐熟度指标研究[J];农业环境科学学报;2004年04期

8 秦莉;沈玉君;李国学;胡菊;;不同C N比堆肥碳素物质变化规律研究[J];农业环境科学学报;2010年07期

9 潘学峰,傅泽田,C.H.Burton;发达国家畜禽废物处理技术与立法[J];农业工程学报;1995年03期

10 于海霞;孙黎;栾冬梅;;不同调理剂对牛粪好氧堆肥的影响[J];农业工程学报;2006年S2期

，

本文编号：1102964