, 党森, 王撵, 王洋, 孙杏菊, 王晨境, 杨鲜丽, 刘娟, 潘尤伟, 闫广轩, 张春燕, 李云蓓
河南师范大学环境学院, 黄淮水环境与污染防治教育部重点实验室, 河南省环境污染控制重点实验室, 新乡 453007
收稿日期: 2018-04-20; 修回日期: 2018-05-17; 录用日期: 2018-05-17
基金项目: 河南省高等学校重点科研计划项目（No.17A610006）；国家自然科学基金（No.51508167）；河南师范大学青年科学基金资助项目（No.2016QK20）；河南师范大学国家级项目培育基金资助项目（No.2017PL12）；河南省基础与前沿研究基金资助项目（No.132300410287）
作者简介: 姜继韶(1985-), 男, 讲师, E-mail:jiangjishao@163.com
通讯作者（责任作者）: 李云蓓, E-mail:liyunbei@163.com
摘要: 调控堆肥过程中CO2的排放，对于保证堆肥进程的有效进行和减少碳素损失具有重要意义.本文以过磷酸钙和腐烂苹果为添加剂，共设置4个处理：不添加添加剂（CK）、过磷酸钙处理（P）、腐烂苹果处理（A）及混合添加处理（1/2过磷酸钙+1/2腐烂苹果，PA），研究在自制堆肥反应箱猪粪堆肥过程中碳素转化特征及其对堆肥腐熟的影响.结果表明，单加过磷酸钙处理进入高温期的时间晚于其他处理3~4 d，而混合添加处理并没有出现高温期推迟的现象.整个堆肥过程中，CK、P、A和PA处理CO2-C的累积排放量分别占起始碳素的37.0%、33.0%、40.1%和36.7%，碳素损失分别为54.1%、50.3%、59.4%和55.7%.虽然单加过磷酸钙处理降低了堆肥中碳素损失，但却抑制了有机质的降解，增加了电导率值，而混合添加处理促进了有机质的降解，并使腐殖质含量较对照提高了11.8%.此外，单加过磷酸钙处理的种子发芽指数在40 d时才达到80%，而混合添加处理在24 d时已达到80%.综上分析，1/2过磷酸钙+1/2腐烂苹果联合添加是一种可行的畜禽粪便堆肥添加剂使用方法.
关键词:过磷酸钙腐烂苹果碳素转化有机质降解腐熟冗余分析
Influences of calcium superphosphate, rotten apples and their mixture on organic matter transformation and compost maturity during pig manure composting
JIANG Jishao
, DANG Sen, WANG Nian, WANG Yang, SUN Xingju, WANG Chenjing, YANG Xianli, LIU Juan, PAN Youwei, YAN Guangxuan, ZHANG Chunyan, LI Yunbei Key Laboratory for Yellow River and Huai River Water Environmental and Pollution Control, Ministry of Education, Henan Key Laboratory for Environmental Pollution Control, School of Environment, Henan Normal University, Xinxiang 453007
Received 20 April 2018; received in revised from 17 May 2018; accepted 17 May 2018
Supported by the Key Research Project of Colleges and Universities of Henan Province Education Department (No.17A610006), the National Natural Science Foundation of China (No.51508167), the Science Foundation of Henan Normal University (No. 2016QK20), the Cultivating Scientific Research Project Funds at the National Level of Henan Normal University (No.2017PL12) and the Basic Scientific and Technological Frontier Project of Henan Province (No.132300410287)
Biography: JIANG Jishao(1985—), male, lecturer, E-mail:jiangjishao@163.com
*Corresponding author: LI Yunbei, E-mail:liyunbei@163.com
Abstract: The regulation of CO2 emission in composting process is of great significance to ensure the effective composting process and reduce carbon loss. In order to find an available additive and explore their underlying mechanism on carbon transformation and compost maturity, we carried on an incubation experiment including four treatments of no additive as control(CK), addition of either calcium superphosphate(P), rotten apples(A) or half and half mixture(PA) in our special composting box. Results indicated that high temperature stage of compost was delayed 3~4 days in the P treatment, while it was not observed in the PA treatment. During the whole process of composting, the CO2-C accumulative emissions of CK, P, A and PA treatments were 37.0%, 33.0%, 40.1% and 36.7% of the initial carbon, respectively, and the carbon loss was 54.1%, 50.3%, 59.4% and 55.7%, respectively. Although the carbon loss was reduced in the P treatment, the degradation of organic matter was inhibited and EC was increased. Compared to the P treatment, degradation of organic matter was promoted in the PA treatment, consequently the humus content of the end compost was increased by 11.8% compared to the CK. Moreover, the GI reached 80% at the 40th day after sowing in P treatment, but it was the 24th day in PA treatment. As a result, it is suggested that application of the combination superphosphate and rotten apples with half and half is an effective method for manure composting.
Keywords: calcium superphosphaterotten applesC transformationsorganic matter degradationmaturityredundancy analyses
1 引言(Introduction)高温堆肥化是有机固体废弃物资源化利用的有效手段, 其最终产品堆肥可以作为有机肥料或土壤调理剂, 对提高土壤肥力具有重要的作用(Jain et al., 2018; Wang et al., 2018).此外, 有机碳是土壤肥力的重要组成部分, 在当今农田土壤有机碳含量不断降低的背景下, 研究堆肥过程中碳素物质的变化对于理解施用堆肥后土壤有机碳储量的变化具有重要意义.
然而, 堆肥过程中由于有机物质的不断分解, 二氧化碳(CO2)的排放将不可避免(Santos et al., 2018), 这一方面加剧了温室效应, 造成海平面的升高及对农业生产的危害；另一方面, CO2的大量排放势必会减少堆肥中的碳素含量, 从而影响到堆肥质量(Awasthi et al., 2017).此外, CO2的排放速率在一定程度上能够反映有机物的分解速率和堆肥的进程(Awasthi et al., 2017; Meng et al., 2018).因此, 如何在保证堆肥反应进程的基础上减少堆肥中CO2排放和碳素损失, 对于减轻环境污染, 增加堆肥中碳素含量和腐殖质含量, 提高堆肥质量具有重要意义.
过磷酸钙是一种堆肥中常用的氮素固定剂, 其具有酸性, 可以减少氨的挥发, 同时堆肥过程中产生的铵离子可以与过磷酸钙产生化学反应, 生成磷酸铵, 从而将氮素固定下来(罗一鸣等, 2012; Zhang et al., 2013).然而由于过磷酸钙具有过低的酸性(pH=3.1)和过高的电导率(8.54 mS·cm-1), 可能会影响堆肥的升温过程及堆肥的品质(Jiang et al., 2014; 姜继韶等, 2017).苹果渣作为另外一种常用的酸性添加剂, 其酸性较为缓和, 而且含有多种微量元素(Lavelli et al., 2012), 对堆肥进程及堆肥品质的提升具有积极作用(Mao et al., 2017), 但其对氮素的保持效果不是很好.因此, 本文在已有研究的基础上, 以二者联用为创新点, 主要从碳素转化的角度, 对比分析过磷酸钙和腐烂苹果单独及联合施用对堆肥过程中碳素物质转化及堆肥质量的影响, 以期为控制堆肥过程中的碳素损失提供理论依据和数据参考.
2 材料和方法(Materials and methods)2.1 堆肥原料和添加剂新鲜猪粪取自当地肉猪养殖场, 小麦秸秆取自附近农村, 自然风干后粉碎至1~3 cm, 用来调节堆肥的含水率和C/N到合适水平.本实验使用的添加剂为过磷酸钙和腐烂苹果, 其中, 过磷酸钙为市售的颗粒状磷肥(粒径2~3 mm), 有效成分为P2O5(≥18%)；腐烂苹果收集于当地大型水果批发市场(市场上几乎每天会倾倒大量的变质水果(包括苹果)), 于实验前一天前往市场收集当天倾倒的腐烂苹果.实验前, 把收集到的腐烂苹果捣碎, 捣碎后显示为糊状和块状的混合物, 其中块状直径约为1~2 cm.各物料的基本性质见表 1.
表 1(Table 1)
| 表 1 堆肥原材料基本性状 Table 1 The physicochemical properties of raw materials used in this research | ||||||||||||||||||||||||||||||
表 1 堆肥原材料基本性状 Table 1 The physicochemical properties of raw materials used in this research
| ||||||||||||||||||||||||||||||
 |
2.2 堆肥设计及其取样方法实验采用自制的好氧堆肥反应箱, 主要由密闭反应箱、保温层、筛板、吸收瓶、通风泵和温度测定装置组成, 有效容积为90 L(Jiang et al., 2015).试验共4个处理：②对照(CK)：21 kg新鲜猪粪+2 kg秸秆, 按照10.5:1的比例混合均匀进行堆制；②P处理：在CK基础上添加物料干重6%的过磷酸钙(罗一鸣等, 2012; 杨岩等, 2015)；③A处理：在CK基础上添加物料干重15%的捣碎后腐烂苹果；④PA处理：在CK基础上添加物料干重3%的过磷酸钙和7.5%的捣碎后腐烂苹果.各处理添加剂与基础物料混合均匀后进行堆制.
堆肥期间每天上、下午定时用XMT616智能ID温度测定仪于堆体中部测定温度(T), 取其平均值作为当天的堆温, 同时测定环境温度.以约60 L·min-1的流量从底部筛板向堆体均匀充气, 一般情况下每天上、下午各通30 min, 堆肥进行到第32 d时停止通风.根据温度变化分别在第0、8、16、24、32和40 d取样, 取样前手动翻堆, 使堆体混合均匀, 然后采用五点取样法取样, 所取样品一部分于4 ℃冰箱内保存, 另一部分风干研磨, 过1 mm筛备用.
2.3 测定项目及其方法堆肥水浸提液的制备：取新鲜样品5 g, 加入50 mL蒸馏水, 在室温下以200 r·min-1的速度振荡1 h, 用定性滤纸过滤, 滤液放于塑料小瓶中, 在4 ℃冰箱中贮存备用, 用于种子发芽指数(GI)和电导率(EC)的测定.其中, GI采用小白菜种子25 ℃培养法在水浸提液中测定, 具体方法如下：取水浸提液5 mL, 置于垫有滤纸的培养皿中, 在滤纸上均匀放置15颗饱满的小白菜种子, 于25 ℃培养箱中培养48 h后测定发芽率和根长, 并计算GI值；EC值用梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司生产的S30电导率仪测定.
含水率(WC)采用经典的烘干法测定；有机质(OM)采用马弗炉灼烧减重法测定；总氮用半微量凯氏定氮法测定；腐殖质(HS)采用焦磷酸钠浸提-K2Cr2O7容量法测定(Laborda et al., 2008)；水溶性有机碳(DOC)用Phoenix8000 TOC仪测定；微生物量碳(Microbial Biomass Carbon, MBC)采用氯仿熏蒸过硫酸钾提取法测定；纤维素分解菌(Cellulose Decomposition Bacteria, CDB)用赫奇逊噬纤维培养基培养, 最大可能计数法(MPN)进行测定.CO2采用氢氧化钠溶液吸收盐酸滴定法测定, NH3采用硼酸吸收盐酸滴定法测定.
2.4 计算方法堆肥过程中碳素损失(LC)计算方法如下：
 | (1) |
2.5 数据分析用Microsoft Excel 2016进行试验数据基本分析, 采用SPSS 20.0进行单因素方差分析, 采用Sigmaplot 12.5作图, 并使用Canoco 4.5对相关碳素指标和环境因素指标的关系做冗余分析(Redundancy analyses, RDA).
3 结果和讨论(Results and discussion)3.1 温度、含水率和电导率的变化堆肥开始后, CK、P、A和PA处理的堆体温度迅速上升, 并分别于第3、7、3和4 d进入高温期(>50 ℃), 并在高温期分别持续了14、17、15和15 d, 达到了高温无害化的标准.单加过磷酸钙推迟了堆体进入高温期的时间, 其原因可能是过磷酸钙过低的pH和EC(表 1)抑制了微生物活性, 从而使堆肥升温较慢.这与Jiang等(2014)的研究结果相符, 但过磷酸钙和腐烂苹果联合处理并没有出现高温期推迟的现象.
图 1b所示为堆肥过程中含水率(WC)的变化.由图可知, 随着堆肥温度的升高, 各处理的含水率由于水分的大量挥发而快速下降, 单加过磷酸钙由于进入高温阶段的时间有所推迟(图 1a), 因此, P处理在0~8 d的含水率下降较为缓慢.各处理含水率在24 d后基本不变, 说明此时堆肥中的反应已基本结束, 含水率均保持在40%左右, 有利于堆肥的存贮和运输.此外, 各处理含水率在40 d时出现了上升, 可能是因为此时通风已停止, 而且由于堆肥为密闭系统, 产生的水分不易挥发造成的(Jiang et al., 2018).
图 1(Fig. 1)
 |
| 图 1 堆肥过程中温度(a)、含水率(b)和电导率(c)的变化 Fig. 1Changes of temperature(a), water content(b) and EC(c) during composting |
由于堆肥初期有机物质分解产生了大量铵根离子、挥发性脂肪酸、硝态氮和亚硝态氮(Bernal et al., 2009), 因此, 各处理电导率(EC)值在0~8 d快速上升, 之后逐渐下降(图 1c).至堆肥结束时, CK、P、A和PA处理的电导率值分别为2.6、5.0、3.3和3.4 mS·cm-1, 除P处理外, 其他处理均达到了腐熟的要求(< 4.0 mS·cm-1) (Bernal et al., 2009).过磷酸钙本身的电导率高达8.54 mS·cm-1, 而且堆肥过程中磷酸根与氨反应形成大量的磷酸铵(吕丹丹等, 2011), 使得单加过磷酸钙处理在整个堆肥过程中的电导率值都显著高于其他处理(p < 0.01), 因此, 施用于农田时会对农作物的生长产生抑制作用.
3.2 堆肥过程中CO2排放速率和有机质降解的变化CO2的排放速率能够反映堆肥过程中有机质(OM)的分解及其微生物的活性.随着堆肥的进行, 各处理的CO2排放速率快速升高, 并在第9和10 d达到最大值, 之后逐渐下降到较低水平(图 2a).各处理CO2排放速率差异主要体现在升温期和高温期(0~10 d), 而在降温期和稳定期基本无差异.CK、P、A和PA处理0~10 d的CO2-C平均排放速率分别为58.7、34.9、77.6和51.8 g·d-1.腐烂苹果由于富含可溶性糖、维生素、矿物质及纤维素等丰富的营养物质(Lavelli et al., 2012), 可促进有机质的分解, 过磷酸钙由于抑制了微生物活性而减缓了有机质的分解, 图 1a中温度的变化也能很好地解释这一结果.整个堆肥过程中, 各处理CO2-C的累积排放量分别为1131、1009、1227和1122 g(图 2b), 分别占起始碳素的37.0%、33.0%、40.1%和36.7%, 这与已有研究中CO2-C的排放量相符(Jiang et al., 2017).单加过磷酸钙显著抑制了堆肥过程中CO2的排放(p < 0.05).
图 2(Fig. 2)
 |
| 图 2 堆肥过程中CO2排放和有机质降解的变化(a.CO2排放速率, b. CO2累积排放量, c.有机质含量, d.有机质损失率) Fig. 2Evolution of CO2 emission and OM degradation during the composting |
堆肥中有机质的变化如图 2c所示, 随着堆肥的进行, 各处理的有机质含量逐渐下降, 不同的是, 单加过磷酸钙处理由于抑制了微生物的活性, 在0~8 d内有机质降解缓慢, 其他处理在0~8 d内降解较快.至堆肥结束, CK、P、A和PA处理的有机质含量分别为47.6%、50.1%、43.3%和46.0%.此外, 根据堆肥有机质降解动力学结果, 在整个堆肥过程中, 各处理的有机质最大降解率排序依次为：A(62.2%)>PA(59.5%)>CK(55.0%)>P(50.4%)(图 2d), 且A处理的降解速率常数最大为0.0112 d-1, 其他处理依次为0.0090 d-1(PA)、0.0085 d-1(CK)和0.0073 d-1(P)(表 2).Higgins等(2001)报道的堆肥有机质降解速率常数基本在0.005~0.370 d-1之间, 本实验所得降解速率常数在此范围内.然而Jain等(2018)研究发现, 采用桶式堆肥反应器, 轮叶黑藻、牛粪和锯末以8:1:1(鲜重)比例进行堆肥, 其降解速率常数高达0.044 d-1, 与本实验的降解速率常数相差较大, 这可能是因为物料、配比及其反应装置存在差异造成的.综上可知, 单加过磷酸钙不利于堆肥过程中有机质的降解, 而单加腐烂苹果及其混合添加有利于堆肥中有机质的降解.
表 2(Table 2)
| 表 2 堆肥过程中有机质降解一级动力学参数值 Table 2 Parameter values of the first-order equation describing organic content decomposition | |||||||||||||||||||||||||
表 2 堆肥过程中有机质降解一级动力学参数值 Table 2 Parameter values of the first-order equation describing organic content decomposition
| |||||||||||||||||||||||||
|
3.3 堆肥过程中水溶性有机碳和腐殖质的变化堆肥过程中水溶性有机碳(DOC)和腐殖质(HS)的变化如图 3所示.由于二者均来源于有机质的转化和分解, 因此, RDA分析表明, 各处理中水溶性有机碳、腐殖质与有机质均呈现出显著的正相关关系(图 6).水溶性有机碳是能够被微生物直接利用合成自身生命体的最直接的碳源, 其强烈地影响着整个堆肥分解过程.各处理水溶性有机碳含量在0~8 d内快速下降(图 3a), 其原因是微生物对易利用碳的快速利用和分解；8~16 d由于大量有机质的分解而快速上升, 之后逐渐下降保持在稳定水平.至堆肥结束时, CK、P、A和PA处理的水溶性有机碳含量分别为14.5、12.4、8.4和9.4 g·kg-1, 仅A和PA处理达到了腐熟的要求(< 10 g·kg-1)(Bernal et al., 2009), 其中, PA处理的水溶性有机碳含量显著低于CK和A处理(p < 0.05), 但与P处理之间无显著差异(p>0.05).
图 3(Fig. 3)
 |
| 图 3 堆肥过程中水溶性有机碳(a)和腐殖质(b)的变化 Fig. 3Changes of DOC (a) and HS (b) during composting |
图 6(Fig. 6)
 |
| 图 6 各处理堆肥过程中碳素物质与环境因子之间的冗余分析(a.CK, b.P处理, c.A处理, d.PA处理) Fig. 6Redundancy analysis(RDA) of carbon substance and environmental factors during sewage sludge composting |
随着堆肥的进行, 有机物质(如纤维素和木质素)被逐渐分解, 而这些物质的类衍生物是构成腐殖质的核心骨架和主要成分(Bernal et al., 2009), 因此, 整个堆肥过程中腐殖质含量均逐渐下降(图 3b).至堆肥结束时, CK、P、A和PA处理的腐殖质含量在19.8%~23.4%之间.腐烂苹果由于富含纤维素等物质(Lavelli et al., 2012), 从而使得添加腐烂苹果处理的腐殖质含量显著高于未添加腐烂苹果的处理(p < 0.01), 与对照相比, A和PA处理的腐殖质含量分别提高了14.7%和11.8%, 有效改善了堆肥质量.此外, RDA分析表明, 除温度外, 含水率也与有机质、水溶性有机碳、腐殖质呈现显著的正相关关系(p < 0.01), 说明含水率也是影响堆肥过程中碳素转化的主要环境因子(图 6).
3.4 堆肥中微生物量碳和纤维素分解菌的变化同水溶性有机碳一样, 微生物量碳(MBC)作为含碳有机物最为活跃的组分, 在一定程度上能够反映堆肥过程中易分解物质的有效性(Mondini et al., 2003).由图 4a可知, 各处理微生物量碳在0~16 d快速上升, 之后逐渐下降.0~16 d堆肥中易利用物质促进了微生物的繁殖代谢, 使微生物数量激增, 而后随着堆肥的进行, 底物变少, 微生物量随之下降, 这也与已有的研究结果相一致(鲍艳宇等, 2010).RDA分析显示的微生物量碳与温度呈现正相关关系也解释了这一现象(图 6).此外, 微生物量碳与纤维素分解菌(CDB)也呈现出正相关关系, 可能是因为纤维素分解菌是堆肥过程中的主要菌群, 其总量也能在一定程度上反映堆肥过程中微生物总量的变化.在整个过程中, CK、P、A和PA处理的微生物量碳平均含量分别为186、146、231和210 mg·kg-1, 添加腐烂苹果显著提高了微生物量碳(p < 0.01), 而过磷酸钙则抑制了微生物量碳, 这与温度、有机质分解和CO2排放变化情况相一致.
堆肥过程中, 纤维素分解菌对有机质的降解是堆肥腐熟的关键.堆肥开始后, 纤维素分解菌数量(lgN)快速增加, 到第24 d时达到最大值, 之后由于易利用纤维素含量的下降而使得纤维素分解菌数量有所下降(图 4b).Wang等(2011)在牛粪和小麦秸秆堆肥中也发现了纤维素分解菌数量与之一致的变化趋势.添加腐烂苹果处理显著提高了整个过程中纤维素分解菌的数量(p < 0.05), 而单加过磷酸钙处理由于较高的电导率和较低的pH抑制了纤维素分解菌的生长.
图 4(Fig. 4)
 |
| 图 4 堆肥过程中微生物量碳(a)和纤维素分解菌数量(b)的变化 Fig. 4Changes of MBC (a) and CDB (b) during composting |
3.5 堆肥中种子发芽指数和C/N的变化种子发芽指数(GI)是判断堆肥腐熟, 是否对作物有害的重要指标(Zucconi et al., 1981).各处理堆肥GI在第8 d时有所下降, 之后随着堆肥的进行而快速升高(图 5a).至堆肥结束时, 各处理的GI均大于80%, 符合堆肥无害化的要求.单加过磷酸钙处理在堆肥过程中电导率(图 1c)和NH4+-N一直较高(均值分别为5.7 mS·cm-1和2.7 g·kg-1), 抑制了种子的生长, 其GI在第40 d才超过80%, 而混合添加处理的GI在第24 d时已基本达到了80%.
图 5(Fig. 5)
 |
| 图 5 堆肥过程中种子发芽指数(GI) (a)和碳氮比(C/N) (b)的变化 Fig. 5Changes of GI (a) and C/N (b) during composting |
堆肥过程中各处理的C/N变化趋势一致, 初期的增加是因为NH3的排放而导致氮素大量损失, 而后期随着堆肥的进行逐渐下降(图 5b).Awasthi等(2018)在污泥堆肥中发现, C/N与GI呈现显著的负相关关系.而本实验的RDA分析(图 6b)也发现C/N与GI之间呈负相关关系, 因此, C/N也成为判断堆肥是否腐熟的重要指标.至堆肥结束时, 各处理的C/N保持在8~10左右, 符合腐熟的要求(Bernal et al., 1998).
3.6 堆肥中碳素损失同氮素损失一样, 堆肥中碳素损失不仅会造成堆肥农用价值的降低, 而且还会对大气环境产生影响, CO2和CH4的排放还会加剧温室效应(Lu et al., 2018).然而堆肥过程中有机质的降解将不可避免地排放大量的CO2, 因而如何协调碳素损失与堆肥质量之间的关系值得研究.如表 3所示, 堆肥过程中CK、P、A和PA处理的碳素损失分别占起始碳素的54.1%、50.3%、59.4和55.7%, 这与Nigussie等(2017)报道的蔬菜垃圾堆肥中碳素损失为52.9%~65.5%基本相符.其中, 33.0%~40.1%的碳素以CO2的形式损失掉, 远高于实验室模拟堆肥的11.4%~22.5%(Chowdhury et al., 2014), 但与Jiang等(2017)报道的结果基本一致.单加腐烂苹果虽然可以使得堆肥快速进入高温期, 但却增加了碳素损失, 而且也增加了NH3挥发, 从而增加了氮素损失(表 3).而单加过磷酸钙处理虽然减少了碳氮损失, 但其碳素形态可能仍以纤维素和木质素的形式存在, 并未分解转化为腐殖质(图 3b), 而氮素也可能仍以有机氮的形式存在(姜继韶等, 2011)；此外, 过磷酸钙还推迟了堆肥进入高温期的时间, 延长了堆肥的进程, GI在第40 d才超过80%.混合添加处理的碳素损失基本与对照相差不大, 但由于腐烂苹果的添加缓和了过磷酸钙对堆肥进程的影响, 进入高温期的时间并没有出现延迟现象, 而且也有效降低了NH3和氮素损失, 其GI在第24 d时已基本达到了80%.
表 3(Table 3)
| 表 3 各处理碳、氮损失情况 Table 3 Carbon(C) and Nitrogen(N) loss after 40 days of composting | |||||||||||||||||||||||||
表 3 各处理碳、氮损失情况 Table 3 Carbon(C) and Nitrogen(N) loss after 40 days of composting
| |||||||||||||||||||||||||
|
4 结论(Conclusions)1) CK、P、A和PA处理分别于第3、7、3和4 d进入高温期, 单加过磷酸钙推迟了堆肥进入高温期的时间, 而混合添加处理并没有出现推迟现象.
2) 整个堆肥过程中, 单加过磷酸钙处理的碳素损失最低, 但却抑制了有机质的降解, 增加了电导率值, 而混合添加处理促进了有机质的降解, 并使腐殖质含量较对照提高了11.8%.
3) 单加过磷酸钙处理的种子发芽指数在第40 d时才达到80%, 而混合添加处理在第24 d时已达到了80%, 比单加过磷酸钙处理提前16 d达到了腐熟要求.
4) 综上分析, 在畜禽粪便堆肥中, 添加1/2的过磷酸钙和1/2的腐烂苹果是一种可行的堆肥添加剂使用方法.
参考文献
| Awasthi M K, Wang M J, Chen H Y, et al. 2017. Heterogeneity of biochar amendment to improve the carbon and nitrogen sequestration through reduce the greenhouse gases emissions during sewage sludge composting[J]. Bioresource Technology, 224: 428–438.DOI:10.1016/j.biortech.2016.11.014 |
| Awasthi M K, Wang Q, Chen H Y, et al. 2018. Beneficial effect of mixture of additives amendment on enzymatic activities, organic matter degradation and humification during biosolids co-composting[J]. Bioresource Technology, 247: 138–146.DOI:10.1016/j.biortech.2017.09.061 |
| Bernal M P, Alburquerque J A, Moral R. 2009. Composting of animal manures and chemical criteria for compost maturity assessment.A review[J]. Bioresource Technology, 100(22): 5444–5453.DOI:10.1016/j.biortech.2008.11.027 |
| Bernal M P, Paredes C, Sanchez-Monedero M A, et al. 1998. Maturity and stability parameters of composts prepared with a wide range of organic wastes[J]. Bioresource Technology, 63(1): 91–99. |
| 鲍艳宇, 周启星, 娄翼来, 等. 2010. 奶牛粪好氧堆肥过程中不同含碳有机物的变化特征以及腐熟评价[J]. 生态学杂志, 2010, 29(11): 2111–2116. |
| Chowdhury M A, de Neergaard A, Jensen L S. 2014. Composting of solids separated from anaerobically digested animal manure:Effect of different bulking agents and mixing ratios on emissions of greenhouse gases and ammonia[J]. Biosystems Engineering, 124: 63–77.DOI:10.1016/j.biosystemseng.2014.06.003 |
| Higgins C W, Walker L P. 2001. Validation of a new model for aerobic organic solids decomposition:simulations with substrate specific kinetics[J]. Process Biochemistry, 36(9): 875–884. |
| Jain M S, Jambhulkar R, Kalamdhad A S. 2018. Biochar amendment for batch composting of nitrogen rich organic waste:Effect on degradation kinetics, composting physics and nutritional properties[J]. Bioresource Technology, 253: 204–213.DOI:10.1016/j.biortech.2018.01.038 |
| Jiang J S, Huang H, Huang Y M, et al. 2018. Relationship between maturity and microbial communities during pig manure composting by phospholipid fatty acid(PLFA) and correlation analysis[J]. Journal of Environmental Management, 206: 532–539.DOI:10.1016/j.jenvman.2017.10.067 |
| Jiang J S, Huang Y M, Liu X L, et al. 2014. The effects of apple pomace, bentonite and calcium superphosphate on swine manure aerobic composting[J]. Waste Management, 34: 1595–1602.DOI:10.1016/j.wasman.2014.05.002 |
| Jiang J S, Kang K, Chen D, et al. 2017. Impacts of delayed addition of N-rich and acidic substrates on nitrogen loss and compost quality during pig manure composting[J]. Waste Management, 72: 161–167. |
| Jiang J S, Liu X L, Huang Y M, et al. 2015. Inoculation with nitrogen turnover bacterial agent appropriately increasing nitrogen and promoting maturity in pig manure composting[J]. Waste Management, 39: 78–85.DOI:10.1016/j.wasman.2015.02.025 |
| 姜继韶, 黄懿梅, 黄华, 等. 2011. 猪粪秸秆高温堆肥过程中碳氮转化特征与堆肥周期探讨[J]. 环境科学学报, 2011, 31(11): 2511–2517. |
| 姜继韶, 尧倩. 2017. 酸性物质对猪粪秸秆堆肥过程中氮素转化的影响[J]. 环境科学, 2017, 38(3): 1272–1278. |
| 罗一鸣, 李国学, 王坤, 等. 2012. 过磷酸钙添加剂对猪粪堆肥温室气体和氨气减排的作用[J]. 农业工程学报, 2012, 28(22): 235–242.DOI:10.3969/j.issn.1002-6819.2012.22.033 |
| Laborda F, Bolea E, Gorriz M P, et al. 2008. A speciation methodology to study the contributions of humic-like and fulvic-like acids to the mobilization of metals from compost using size exclusion chromatography-ultraviolet absorption-inductively coupled plasma mass spectrometry and deconvolution analysis[J]. Analytica Chimica Acta, 606(1): 1–8.DOI:10.1016/j.aca.2007.10.048 |
| Lavelli V, Kerr W. 2012. Apple pomace is a good matrix for phytochemical retention[J]. Journal Agricultural Food Chemistry, 60(22): 5660–5666.DOI:10.1021/jf3010993 |
| 吕丹丹, 种云霄, 吴启堂, 等. 2011. 过磷酸钙对氨气的吸附解吸特性研究[J]. 环境科学学报, 2011, 31(11): 2506–2510. |
| Lu Q, Zhao Y, Gao X T, et al. 2018. Effect of tricarboxylic acid cycle regulator on carbon retention and organic component transformation during food waste composting[J]. Bioresource Technology, 256: 128–136.DOI:10.1016/j.biortech.2018.01.142 |
| Mao H, Zhang T Q, Li R H, et al. 2017. Apple pomace improves the quality of pig manure aerobic compost by reducing emissions of NH3 and N2O[J]. Scientific Reports, 7(1): 870–876.DOI:10.1038/s41598-017-00987-y |
| Meng L M, Zhang S M, Gong H N, et al. 2018. Improving sewage sludge composting by addition of spent mushroom substrate and sucrose[J]. Bioresource Technology, 253: 197–203.DOI:10.1016/j.biortech.2018.01.015 |
| Mondini C, Dell'Abate M T, Leita L, et al. 2003. An integrated chemical, thermal, and microbiological approach to compost stability evaluation[J]. Journal of Environmental Quality, 32(6): 2379–2386.DOI:10.2134/jeq2003.2379 |
| Nigussie A, Bruun S, Kuyper T W, et al. 2017. Delayed addition of nitrogen-rich substrates during composting of municipal waste:Effects on nitrogen loss, greenhouse gas emissions and compost stability[J]. Chemosphere, 166: 352–362.DOI:10.1016/j.chemosphere.2016.09.123 |
| Santos C, Goufo P, Fonseca J, et al. 2018. Effect of lignocellulosic and phenolic compounds on ammonia, nitric oxide and greenhouse gas emissions during composting[J]. Journal of Cleaner Production, 171: 548–556.DOI:10.1016/j.jclepro.2017.10.050 |
| Wang H Y, Fan B Q, Hu Q X, et al. 2011. Effect of inoculation with Penicillium expansum on the microbial community and maturity of compost[J]. Bioresource Technology, 102(24): 11189–11193.DOI:10.1016/j.biortech.2011.07.044 |
| Wang Q, Awasthi M K, Ren X N, et al. 2018. Combining biochar, zeolite and wood vinegar for composting of pig manure:The effect on greenhouse gas emission and nitrogen conservation[J]. Waste Management, 74: 221–230.DOI:10.1016/j.wasman.2018.01.015 |
| 杨岩, 孙钦平, 李妮, 等. 2015. 添加过磷酸钙对蔬菜废弃物堆肥中氨气及温室气体排放的影响[J]. 应用生态学报, 2015, 26(1): 161–167. |
| Zhang L, Sun X Y, Tian Y, et al. 2013. Effects of brown sugar and calcium superphosphate on the secondary fermentation of green waste[J]. Bioresource Technology, 131: 68–75.DOI:10.1016/j.biortech.2012.10.059 |
| Zucconi F, Pero A, Forte M, et al. 1981. Evaluation toxicity of immature compost[J]. Biocycle, 22: 54–57. |
