超高温预处理对猪粪堆肥过程碳氮素转化与损失的影响

收稿日期：2009－09－01基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（农业部环境保护科研监测所资助，编号：2008-aepi-01）；教育部博士点基金（20050019037）；国家科技支撑项目（2006BAD10B05）；国家科技支撑项目（2007BAD89BP7)作者简介：秦莉（1973—），女，副研究员，博士，主要从事废弃物处理与资源化及农产品质量控制研究。

E-mail ：ql-tj@ 通讯作者：李国学E-mail ：ligx@农业环境科学学报2009,28(12):2668-2673Journal of Agro-Environment Science堆肥过程中释放的气体包括NH 3、硫化物、胺类等臭气以及N 2O 等温室气体，这些含氮气体的大量产生不仅带来了环境污染而且导致堆肥产品品质下降。

研究表明，堆肥过程中氮素的损失主要是通过NH 3的挥发，NH 3挥发损失的氮占总氮量的19%~42%[1]。

而Barrington 等发现N 2和NO X 也是N 损失的途径之一[2]。

若以农业废弃物的50%进行堆肥化处理估计，平均氮含量以0.15%计算，则每年由堆肥化造成的氮损失为75万t ，损失的氮相当于163万t 尿素，造成巨大的资源浪费，同时带来严重的环境污染问题。

C/N 比是指堆肥原料与填充料混合物的C/N 比，初始C/N 比在20～40范围内可成功地进行好氧堆肥。

也有研究证明，C/N 比值为28的处理其表征堆肥腐熟的各项指标均好于C/N 比值为18、35和40的处理[3]。

低C/N 比，特别是当pH 值和温度高时,使废弃物中的氮以NH 3的形成挥发损失,散发出臭味。

但是,当C/N 比高于35时,微生物必须经过多次生命循环,氧化掉过量不同C/N 比对堆肥腐熟度和含氮气体排放变化的影响秦莉1，沈玉君2，李国学2，郭瑞2（1.农业部环境保护科研监测所，天津300191；2.中国农业大学资源与环境学院，北京100193）摘要：NH 3和N 2O 等含氮气体的排放不仅对堆肥腐熟度和堆肥产品的品质产生影响，同时也与环境污染有直接关系。

畜禽粪便堆肥过程中理化性质一、温度温度作为堆肥过程中的物理指标对腐熟度的评价有十分重要的作用。

有机肥的发酵是有机物在微生物的作用下，产生大量热量，使堆体温度逐步升高的过程。

一般将堆肥过程中的温度变化分为三个阶段，即升温阶段、高温阶段和降温阶段。

在升温阶段，在微生物的作用下有机物逐步降解，释放出大量的热，使堆体温度逐步升高。

当温度逐步上升至55℃时，堆体即进入高温期。

在高温期，堆体持续高温杀灭病菌等，且此阶段有机物继续降解。

当其有机物逐步降解耗尽时，堆体进入降温期，当堆体温度趋于环境温度时基本腐熟。

但受原料本身的性质、配比、含水量及环境温度等的影响，在不同堆肥系统中，堆体的温度变化差别显著。

且由于堆体为非均相体系，其各个区域的温度分布不均衡，限制了温度作为腐熟度表征的指标，但该指标仍是堆肥过程的常规检测指标之一。

二、pH值pH值在3～12之间堆肥都可以进行，但堆肥过程中pH值的大小对微生物生长有重要的影响，所以仍需要控制在最适范围。

微生物活动以及蛋白质分解的最佳pH值为7～8，葡萄糖分解速率在pH=6～9时最高。

因此堆肥的pH值一般应在6～9之间最为合适。

有研究表，pH值对氨气排放有重要影响。

pH=6～7.5时，氨气释放量很小；当pH=9，氨气排放损失较多。

pH较低时，微生物活动受到限制，有机物的降解速率下降，升温阶段持续时间长；而pH>6时，微生物活动加强，有机物降解快则升温迅速；但pH过高会引起氨气的大量挥发，氮的损失会增加。

将石膏和石灰作为堆肥过程中的有机物分解材料及pH值调节剂，取得了良好效果。

三、C/NC/N是影响畜禽粪便堆肥进程的重要因素。

如果堆肥原料碳氮比过高，碳素含量高，氮素原料相对缺乏，微生物活动受到限制，有机物的分解速度缓慢，发酵过程会延长。

堆肥后产物施入土壤后，将夺取土壤中的氮素，影响作物生长。

若碳氮比过低，可供消耗的碳素少，氮素原料相对过剩，则氮将变成铵态氨挥发，会导致氮素大量损失，降低肥效。

研究高温好氧堆肥可对猪粪除臭研究：高温好氧堆肥可对猪粪除臭随着规模化和集约化畜禽养殖业的不断发展，畜禽粪便产生NH3等恶臭气体，严重影响兽药生长体液和人体健康。

本研究以风化煤为物理除臭剂、氢氧化钠为化学除臭剂、EM液为生物除臭剂，研究物理化学、物理生物、化学生物、生物物理化学综合除臭方法的除臭保氮，为减轻畜禽粪便对环境的危害及广泛使用提供技术支撑。

一、材料与方法堆肥原材料的理化性质见表1。

1.2试验方案1.2.1室外试验试验材料为养殖场干清粪的新鲜猪粪，将猪粪、稻壳、木屑3∶1∶1比例混合，使C/N比值为25∶1的比例堆放于室外水泥地上发酵，上面覆盖两层塑料膜。

每个处理发酵天然橡胶为30?kg,每隔两天翻一次堆有，发酵期含水率重新配置在60%～65%。

调节pH为7.0～8.0，每天测试温度，堆肥第22天，采样测试臭气含量。

1.2.2室内试验分别将200?g堆肥物料置于500?mL广口瓶中，在瓶内置一盛有20?mL吸收液的铝盒（3个重复）,用双层塑料膜封口，50?℃恒温培养。

每3?d换1次NH3吸收液,并立即测定，直至30?d。

1.2.3试验设计处理1）物理—化学处理（WH）：发酵前预先混入10%～15%风化煤，发酵成熟后喷洒5%亚硫酸氢钠和3%甘油混合水溶液作除臭剂，半小时后测定。

2）物理—生物处理(WS)?：发酵前预先混入10%～15%风化煤，5%EM液，0.5?h后测定。

3）生物—化学处理(SH)?：在发酵有机物料中加入重新组建功能性菌剂5%EM液，在发酵腐熟温度冷却而后喷洒5%亚硫酸氢钠和3%甘油混合水溶液作除臭剂，喷淋除臭剂0.5?h后测定。

4）物理-生物-化学处理(WSH)：发酵前预先混入10%～15%风化煤，5%EM液，冷却在发酵有机肥温度冷却后喷洒5%亚硫酸氢钠和3%甘油混合水溶液作除臭剂，喷淋除臭0.5?h后测定。

5）对照处理(CK)：共5个处理，3次重复。

1.3实验仪器电子分析天平（万分之一），电子天平（百分之一），电热洗碗机鼓风干燥箱（DHG-9146A型）,大型空气采样器（KC-6120型），广口瓶，铝盒，可见分光光度计（722型），凯氏定氮仪（B-324?BUCHI 型）,样品打碎机（SF-170型）。

畜禽粪便堆肥过程中碳氮损失及温室气体排放综述袁京, 刘燕, 唐若兰, 马若男, 李国学引用本文:袁京,刘燕,唐若兰,等. 畜禽粪便堆肥过程中碳氮损失及温室气体排放综述[J]. 农业环境科学学报, 2021, 40(11): 2428-2438.在线阅读 View online: https:///10.11654/jaes.2021-0986您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in双氰胺和氢醌添加对堆肥温室气体排放的影响杨燕,尹子铭,袁京,罗一鸣,李国学农业环境科学学报. 2021, 40(11): 2439-2447 https:///10.11654/jaes.2021-0955不同形态猪粪储用过程的气态氮损失特征耿宇聪,张涛,王洪媛,李俊改,翟丽梅,杨波,刘宏斌农业环境科学学报. 2021, 40(8): 1818-1828 https:///10.11654/jaes.2021-0096有机无机肥配施对苹果园温室气体排放的影响马艳婷,赵志远,冯天宇,SOMPOUVISETThongsouk,孔旭,翟丙年,赵政阳农业环境科学学报. 2021, 40(9): 2039-2048 https:///10.11654/jaes.2020-1477巢湖圩区再生稻田甲烷及氧化亚氮的排放规律研究王天宇,樊迪,宋开付,张广斌,徐华,马静农业环境科学学报. 2021, 40(8): 1829-1838 https:///10.11654/jaes.2021-0181生物质炭对城市污泥堆肥温室气体排放的影响杨雨浛,易建婷,任小玉,蒋越,陈宏,张成农业环境科学学报. 2018, 37(3): 567-575 https:///10.11654/jaes.2017-1229关注微信公众号，获得更多资讯信息袁京，刘燕，唐若兰，等.畜禽粪便堆肥过程中碳氮损失及温室气体排放综述[J].农业环境科学学报,2021,40（11）：2428-2438.YUAN J,LIU Y,TANG R L,et al.A review of carbon and nitrogen losses and greenhouse gas emissions during livestock manure composting[J].Journal of Agro-Environment Science ,2021,40（11）：2428-2438.开放科学OSID畜禽粪便堆肥过程中碳氮损失及温室气体排放综述袁京，刘燕，唐若兰，马若男，李国学*（中国农业大学资源与环境学院农田土壤污染防控与修复北京市重点实验室，北京100193）A review of carbon and nitrogen losses and greenhouse gas emissions during livestock manure compostingYUAN Jing,LIU Yan,TANG Ruolan,MA Ruonan,LI Guoxue *（Beijing Key Laboratory of Farmland Soil Pollution Prevention and Remediation,College of Resource and Environmental Science,China Agricultural University,Beijing 100193,China ）Abstract ：Composting is an important technology for including animal manure in resource utilization.At present,emitted gasses and carbon and nitrogen losses during composting can reduce compost ′s agricultural value and exacerbate the atmospheric greenhouse effect.The composting process is affected by several factors.This article summarized types of raw materials,auxiliary materials,initial C/N,initialmoisture content,ventilation rate of greenhouse gas （CH 4,NH 3,N 2O ）emissions,and carbon and nitrogen losses.Nearly half （48.7%）of initial C and one-third （27.7%）of initial N content were lost during composting under current management practices.Average loss of carbon in the form of CH 4accounted for 0.5%of the initial TC,and loss of nitrogen in NH 3and N 2O forms accounted for 18.9%and 1.1%of initial TN,posting with different raw materials significantly altered these parameters.The greenhouse gas emissions of pig and chicken manure compost were higher than those of cow and sheep manure composts.Choosing C-rich auxiliary materials,and composting with livestock and poultry manure could promote organic matter degradation.Among the potential auxiliary materials,when收稿日期：2021-08-30录用日期：2021-10-15作者简介：袁京（1988—），女，山西吕梁人，副教授，从事废弃物处理与资源化利用研究。

堆肥基本流程堆肥过程主要包括原料的预处理、一次发酵和二次发酵后熟等步骤。

第一、原料预处理一、水分与通气性调节保持堆制原料中适宜的含水量，是堆肥制作成功的首要条件。

由于微生物大都缺乏保水机制，所以对水分极为敏感。

当含水量在35%~40%时，堆肥微生物的降解速率会显著下降，而当水分下降到30%以下时，堆肥降解过程基本停止。

通常有机物吸水后会膨胀软化,有利于微生物分解；水分在堆肥中移动时，所带的菌体也会向四周移动和扩散，并使堆肥分解腐熟均匀。

水中溶解的各种物质还可作为微生物营养，并为微生物的繁殖创造条件。

堆肥原料水分太少，微生物活动受限制，影响堆肥腐熟速度；而水分过多，会堵塞堆肥物料间空隙，影响其通透性，易形成厌氧状况,使得堆肥腐熟速度缓慢，并伴随臭气的产生。

不同堆制原料具有不同的最适水分上限，并由这些原料物质的粒径和结构特性所决定。

对于绝大多数堆肥混合物，推荐的含水量上限为65%。

要计算出堆肥物料的最佳混合比例，首先必须了解不同物料的最大持水能力，然后根据设定的混合物最适水分含量，以调节碳氮比为前提，确定不同物料的比例。

一般情况下，可以用不太精确的手抓挤压测试法来估测混合物料的湿度。

以手抓堆肥混合物感觉比较潮湿，有渗水的情形，但还不至于明显滴水为宜。

常用的堆肥原料水分调节方式主要有以下几种：1.机械脱水采用机械挤压、离心等方法去除畜禽粪便等原料中多余的水分，以满足堆肥的要求）。

2.晾晒脱水利用太阳能将畜禽粪便进行预晾晒。

3.添加干物料通过添加干燥的有机物料如草粉、碧糠粉、锯木屑、稻壳、者糠灰、切碎的干燥作物秸秆等吸水材料进行调节。

堆肥材料的通气性常用堆肥材料的空隙率（气相比）作为判断指标。

一般堆肥材料空隙率以大于30%为好。

但在这一空隙率时材料的水分含量依家畜粪便种类以及用于水分调节的材料种类等不同而异。

一般在堆肥开始时的水分：以稻糠等作为水分调节材料时，猪粪含水量以62%、牛粪以72%为宜；利用预干燥方式或利用风干堆肥进行水分调节时，鸡粪以52%、猪粪以55%、牛粪以68%为宜。

国内猪粪污染物处理研究进展随着我国养猪业的蓬勃发展，猪粪污染成为了一个日益严重的问题。

猪粪含有大量的氨氮、硫化氢、甲烷等有害气体和重金属、细菌、病毒等有害物质，严重污染了土壤、水体和空气，对人类健康和环境造成了严重威胁。

国内对猪粪污染物处理技术的研究一直处于紧迫的状态。

本文将对国内猪粪污染物处理研究的进展进行总结，以期为解决这一严峻的环境问题提供一定的参考。

一、生物处理技术1. 猪粪堆肥技术猪粪堆肥技术是一种传统的处理方法，通过控制堆肥温度、湿度和通气，利用堆肥微生物分解有机物质，将有机物质分解为稳定的有机质和肥料。

猪粪堆肥技术需要较长时间才能达到理想的处理效果，同时温度、湿度等条件的控制也需要技术支持。

近年来，一些研究通过添加辅助材料、微生物调节等方法，提高了猪粪堆肥技术的处理效率和稳定性。

2. 猪粪沼气技术猪粪沼气技术是将猪粪进行厌氧发酵，产生沼气并提取沼渣作为有机肥料。

利用猪粪作为沼气原料，不仅可以减少猪场的有机废弃物，节约能源，还可以在农田中应用沼渣，提高土壤肥力。

猪粪沼气技术在实际应用中，因为设备投资和技术操作等方面的限制，存在一定的难度和成本。

3. 猪粪生物气化技术猪粪生物气化技术是利用生物气化炉对猪粪进行高温气化，产生可燃气体并回收热能，实现猪粪能源化利用。

这种处理方法不仅可以减少猪场排放的有害气体和粉尘，还可以实现能源的回收利用，并为农户带来经济效益。

猪粪气化技术相对而言技术难度更高，但是其在猪粪处理和能源利用方面的潜力巨大。

1. 生物炭处理技术生物炭是一种具有多孔结构和高含碳量的固体物质，具有良好的吸附性能和土壤改良效果。

研究发现，生物炭可以有效吸附猪粪中的氨氮、重金属等有害物质，降低其对土壤和水体的污染。

生物炭还可以改善土壤结构，增强土壤肥力，提高农作物产量，实现了猪粪污染物的资源化利用。

2. 化学氧化技术利用化学氧化剂对猪粪进行氧化处理，使有机物质得到稳定分解。

常见的化学氧化剂包括过氧化氢、高锰酸钾等。

收稿日期:2001-04-23 作者简介:黄国锋(1974-),男,工程师,博士.基金项目:美国Rockefeller 基金资助项目文章编号:1001-411X (2002)03-0001-04猪粪堆肥化处理的物质变化及腐熟度评价黄国锋1,2,吴启堂1,孟庆强1,黄焕忠3(1华南农业大学环境科学与工程研究室,广东广州510642;2广东省环境保护监测中心站,广东广州510045;3香港浸会大学生物系,香港九龙塘)摘要:研究了初始C /N (m C /m N )分别为29和16的2种不同条件对猪粪堆肥化处理的物质变化和腐熟度的影响,结果表明:水溶性有机C /N 、固相C /N 、水溶性有机碳及水溶性NH 4+-N 浓度均随着堆肥化的进行而降低.种子发芽指数的评价结果表明:初始C /N 为29时,猪粪经过49d 的堆肥后达到成熟,而C /N 为16的处理则需要63d 以上才能达到腐熟要求.过高的盐分含量是导致低C /N 条件下堆肥产品植物毒性较高的原因之一.考虑到堆肥腐熟度受多方面化学因素的影响,建议以种子发芽指数作为有机固体废物堆肥腐熟度的评价指标.关键词:猪粪;堆肥;腐熟度;C /N中图分类号:X713 文献标识码:A 近年来,由于集约化生产规模的不断扩大,禽畜粪便的产生量日益巨大.新鲜的禽畜粪便含有大量不稳定有机质,极易腐烂分解,产生恶臭,NH 3和H 2S 等气体,对环境产生极大的污染;它还含有大量致病微生物,危害人的身体健康;另外,禽畜粪便还含有大量的N 和P 等无机养分,这些养分流失到水体后,会造成水体富营养化,严重影响水生生物的生长和繁殖.在香港,每年产生22000t 猪粪,新界地区径流污染中有70%是由猪场排出的废物引起,已造成了严重的环境问题[1].猪粪含有丰富的植物营养元素,是一种良好的有机肥源.高温好氧堆肥化是减量化、稳定化和无害化处理利用有机固体废弃物的有效手段之一.成熟的堆肥用作有机肥料不仅能够增加作物产量,改善农产品的品质,由于其有机物含量丰富,它还是一种良好的土壤改良剂,可以改善土壤的理化性质.未腐熟的堆肥施到土壤中,由于有机物的强烈分解,消耗根际土壤中的氧气并产生有机酸等植物毒性物质,妨碍作物的正常生长.因此,堆肥产品施用之前,有必要进行腐熟度评价,它是堆肥产品质量及其安全农用的保障. 堆肥的腐熟度受堆肥温度、通风条件、湿度和C /N (m C /m N )等因素的影响,其中C /N 是最重要的影响因素之一.有机固体废弃物堆肥化处理的最适宜C /N 为25～30,由于有机废物的C /N 一般较低,因而在进行堆肥前要加入一定量C /N 较高的调理剂加以调节.Bhamidimarri 等[2]认为,木屑是一种良好的调理剂,它不仅有很强的吸湿性,还能有效增加堆体的空隙度.笔者在此研究了初始C /N 为29和16时,猪粪和木屑混合堆肥的物质变化及腐熟度评价.同时,探讨了减少调理剂(木屑)的用量、降低堆肥原料的成本、低C /N 条件下混合堆肥的可行性.1　材料与方法1.1　猪粪堆肥化处理本实验是在香港嘉道理农场进行的.猪粪采自香港大埔养猪场,木屑购自深圳一家木材加工厂,其物理化学性质见表1.处理1中猪粪和木屑的鲜质量比为3∶2.5,混合物料的初始C /N 约为29;处理2中猪粪和木屑的鲜质量比为4∶1,混合物料的初始C /N 约为16.为增加堆体的空隙度,按体积比为10%加入小木块作为膨胀剂,堆肥前与堆肥物料混合均匀.本实验采用条垛堆结构,堆的体积为2m ×2m ×2m ,堆肥时间为63d .堆肥开始后,当温度升到60℃时第1次翻堆,堆肥前7周每3d 翻堆1次,之后每7d 翻堆1次.堆肥开始时,混合物料的湿度控制在60%～70%.每天通过插进堆体的温度计记录早晚的温度,并以其算术平均值描述堆肥温度的变化.分别于0、3、7、14、21、35、49和63d 各采集3个平行样品,用保鲜袋密封并现场保存于4℃冰罐中.部分样品风干后过0.25mm 筛,密封保存,以备分析.第23卷第3期　2002年7月 华南农业大学学报(自然科学版)Journal of South China Agricultural University (Natural Science Edition ) Vol .23,No .3　Jul .2002表1　堆肥物料的物理化学性质Tab.1　Physicochemical param eters of raw materials物料raw meterials pH盐分EC/(dS·m-1)w(水分moisture)/%w(总碳total C)/%w(总氮total N)/%C/N猪粪pig manure8.123.8268.336.63.2411.3木屑s awdust5.550.0250.246.50.076641.2　化学分析项目及方法 新鲜堆肥样品用去离子水按土水比1∶10(以干质量计)浸提1h后,用Orion920I SE pH计测定悬浮液的pH值,用Orion160电导仪测定EC值.然后,在4℃低温条件下,12000r·min-1离心15min,过0.45μm纤维树脂滤膜,收集滤液用作以下项目的分析.水溶性NH4+-N用靛酚蓝比色法直接测定.水溶性碳用SHI MADZU TOC-5000A分析仪直接测定.水溶性NO3--N以镉柱还原法测定,水溶性T-N用以上滤液经消化后用靛酚蓝比色法测定,水溶性有机N以水溶性T-N减去水溶性NH4+-N和水溶性NO3--N计算所得.堆肥样品的T-C以风干样用重铬酸钾外加热法测定,T-N用凯氏定氮法测定.1.3　种子发芽指数的测定培养皿内垫1张滤纸,均匀放入10颗水堇(Lepidium sativum L.)种子,加入以上浸提滤液5.0 mL,在25℃黑暗的培养箱中培养48h后,计算发芽率并测定根长,然后用以下公式计算种子的发芽指数[3].每个样品做3个重复,同时以去离子水作空白试验.发芽系数=处理的发芽率×处理的根长空白的发芽率×空白的根长×100%. 2　结果与分析2.1　温度和pH值变化 如图1-a所示,处理1在堆肥3d后,温度迅速上升到50℃以上,并开始进入高温分解阶段,处理2则需要7d的时间,而且处理1的最高温度为69℃,略高于处理2的60℃,这表明C/N为29更有利于微生物的生长和繁殖.堆肥化温度变化主要有3个阶段,分别为升温阶段、高温阶段和冷却后熟阶段.其中,高温阶段是高温好氧堆肥化处理有机固体废弃物的关键阶段,大部分有机物在此过程中氧化分解,堆肥物料中几乎所有的致病微生物在此过程中被杀死而达到稳定化.温度过低时,有机物的分解速度会减慢;温度过高时,微生物的活性受到抑制,同样不利于堆肥的顺利进行.有研究显示,堆肥的最适宜温度在50～60℃之间,也有人认为城市固体废物堆肥的最适宜温度为65～70℃[4].在本实验中,温度控制在60℃左右.此过程中,微生物消耗环境营养物质和堆肥中的其他水溶性组分,不断生长和繁殖,并放出大量的热量,因而高温阶段会持续一段较长的时间.处理1的高温阶段(>50℃)持续了40d,而处理2仅持续了32d.处理2中较低的温度和较短的高温持续时间可能是由于在低C/N的条件下,有效碳源不足而抑制了微生物的生长和活性所致. 2个处理的pH变化有相同的趋势,但出现峰值的时间有所差异,pH峰值与温度峰值的出现基本一致,如图1-b.初始阶段,随着温度的升高,pH迅速上升,堆肥后期,pH明显下降.这可能是由于有机氮在微生物的作用下发生强烈的矿化分解,并产生大量NH3而引起堆肥pH值的显著提高.在堆肥的后期,由于硝化细菌活性的增强,硝化作用释放的H+不断增多,另外,由于堆肥过程中有机物的分解而产生的有机酸也可能是导致堆肥后期pH下降的原因.在整个堆肥过程中,处理2具有相对较高的pH,这可能是由于猪粪带碱性,而且处理2中含有较高比例的N而使NH3的产生量相应较大所致.2.2　水溶性有机碳(DOC) 堆肥至35d前,2个处理的DOC迅速下降,如图1-c所示.处理1DOC的初始值为13221mg/kg,63 d堆肥结束时下降到3942mg/kg,减少70%,而处理2DOC的初始值为10723mg/kg,堆肥结束时下降到5352mg/kg,减少50%.表明堆肥化过程中,微生物的分解活动剧烈,特别是C/N为29的处理1.Garcia 等[5]提出腐熟堆肥的DOC含量(w)应少于0.5%.处理1在堆肥进行到49d时,D OC含量低于5000mg/kg,而处理2在63d时,DOC含量仍大于5000mg/kg.根据这一评价标准,处理1经过49d堆肥化处理便达腐熟化,而处理2则需要63d以上才能达到腐熟要求.2.3　水溶性NH4+-N 图1-d表明,堆肥的最初7d,2个处理的水溶性NH4+-N都有明显的上升.这是因为随着温度的升高,微生物氨化作用的增强使NH4+-N在第7d 时到达最高值.之后,由于NH3的挥发和微生物对氮的固定作用,NH4+-N含量不断下降.处理1在堆肥进行到49d时,NH4+-N的含量为371mg/kg,而2 华　南　农　业　大　学　学　报　(自　然　科　学　版)第23卷图1　堆肥过程中的物理、化学变化Fig.1　The physical-chemical changes during composting处理2在63d时为912mg/kg.Zucconi等[6]认为, NH4+-N含量的下降,指示了堆肥的腐熟过程,成熟堆肥的NH4+-N含量应小于400mg/kg.根据这一标准,处理1经过49d即可达到腐熟,而处理2则需要63d以上才可以达到腐熟化的要求.但是,由于NH4+-N的浓度变化受温度、pH、微生物代谢、通气条件和氮源条件的影响,这一参数通常只作为堆肥腐熟度的参考,不能作为堆肥腐熟度评价的绝对指标.2.4　固相和液相中的C/N 图1-e中,处理1的初始C/N为29.4,49d时下降为18.3,堆肥结束时为16.3,处理2的初始C/N 比为16.2,堆肥结束时下降为9.4.Hirai等[7]提出,若堆肥起始的C/N为25～30,当其降到20左右或以下时,可以认为堆肥已达腐熟.根据这一标准,处理1在49d时已达成熟,处理2由于其初始C/N较低,仅为16.2,而不能用此标准来进行评价.由于不同原料的性质有很大差异,C/N不能作为评价堆肥腐熟与否的绝对指标.Morel等[8]建议采用T=(终点C/N)/ (初始C/N)来评价城市垃圾堆肥的腐熟度,并提出当T值小于0.60时堆肥达到腐熟.本研究中,处理1的T值为0.55,处理2为0.58,若以小于0.60为评价标准,则经过63d的堆肥后,处理1和处理2均已达腐熟.但是,不同物料的性质有很大差异,适合于猪粪堆肥腐熟度评价的T值水平及其可行性还有待进一步的研究. 水溶性有机C/N是由堆肥中DOC含量与水溶性有机N的比值算得.图1-f为堆肥水溶性有机C/N的变化情况.经过49d的堆肥,处理1的水溶性有机C/N从14降到6,而处理2则从8下降到5.2. Chanyasak等认为[9],由于堆肥过程中微生物主要消耗水溶性组分,因而堆肥的水溶性有机C/N可以作为堆肥腐熟度的评价指标,而且不受物料差异的限制.他还提出,当堆肥的水溶性有机C/N下降为5～6时,表明堆肥已达腐熟.根据这一标准,处理1在49d时已达成熟,而处理2达到腐熟只需35d.2.5　种子发芽指数(GI) 如图2所示,处理1的G I在堆肥开始时为14%,14d时降至最低,仅为3%.而处理2在堆肥的前21d,G I几乎为0.这可能是堆肥初始阶段,高浓度NH3和小分子有机酸的释放,抑制了种子的发芽.随着堆肥的进行,2个处理的G I均显著上升,至63d 堆肥结束时,处理1达85%,处理2仅为46%.Zuc-coni等[3]认为,当水堇的G I达到50%时,表明堆肥已达腐熟,其植物毒性被认为已降至植物能够忍耐的水平.实验结果表明,处理1经过49d堆肥后,已达腐熟,但处理2则需要63d以上.这一结果与水溶性C/N的评价结果有很大差异,这表明堆肥的植物毒性不仅仅受某一个化学因素的影响,它有可能还受堆肥盐分等因素的影响.处理2的EC值在整个堆肥过程中都保持着较高的水平,在63d堆肥结束时为3.29,明显高于处理1为1.43的水平,这可能是由于高盐分的猪粪(表1)在处理2中的加入量较高而引起.所以,在本实验中,过高的E C值也是影响堆肥植物毒性的一个抑制因素.3第3期黄国锋等:猪粪堆肥化处理的物质变化及腐熟度评价 图2　堆肥过程中的种子发芽指数变化Fig .2　The changes of seed germination index during composting 从以上结果可以看出,应用不同的化学指标进行猪粪堆肥腐熟度评价时,得到不同的评价结果,这是因为堆肥的腐熟度受很多因素的综合影响,单个化学指标的评价只能片面地反映某个阻碍因素的作用.因此,不能用单一的化学指标评价有机固体废弃物堆肥的腐熟度.笔者认为,堆肥产品最终将用作有机肥进行作物的生产,种子发芽指数是一个生物指标,它综合反映了堆肥产品的植物毒性,被认为是最敏感、最可靠的堆肥腐熟度评价指标.3　结论 猪粪与木屑混合堆肥在C /N 为29的条件下,采用每3d 翻堆1次的供氧方式,经过49d 堆肥化处理后,可得到腐熟的堆肥产品.但在初始C /N 为16时,氮素不足引起微生物活性受抑制,堆肥达腐熟需要63d .另外,C /N 为16的条件下,过高的盐分也抑制了种子的正常发芽.评价有机固体废弃物堆肥的腐熟度时,单一化学指标评价方法是片面的和不科学的,种子发芽指数作为一项综合的生物指标,是最具说服力的堆肥腐熟度评价指标.参考文献:[1]　TIQUIA S M ,TAM N F Y ,H ODGKISS I J .Microbial activi -ties during composting of spent p ig -manure sawdust litter atdifferent moisture contents [J ].Bioresource Technology ,1996,55:201-206.[2]　B HAM IDIMARRI S M R ,PANDEY S P .Aerobic ther -mophilic composting of piggery solid wastes [J ].Water Sci -ence and Technology ,1996,33:89-94.[3]　ZUCCONI F ,FORTE M ,MONAC A ,et al .Biological evalu -ation of compost maturity [J ].Biocycle ,1981,22:27-29.[4]　BACH P D ,SHODA M ,KUBOT A H .Rate of comp osting of de -watered s ewage s ludge in continuously mixed isothermal reactor [J ].Journal of Fermentation T echnol ogy ,1984,62:285-292.[5]　GA RCIA C ,HERNANDEZ T ,COSTA F .Changes in carbonfractions during composting and maturation of organic wastes [J ].Environ mental Management ,1991,15:433-439.[6]　ZUCCONI F ,de BERTOLDI M .Compost specifications for theproduction and characterization of compost from municipal solid waste [A ].de BERTOLDDI M ,et al .Compost :production ,quality and use [C ].Essex :Elsevier Applied Science ,1987.30-50.[7]　HIRAI M F ,CHANYASAK V ,KUBOTA H .A standard mea -surement for compost maturity [J ].Biocycle ,1983,24:54-56.[8]　MOREL T L ,CONLIN F ,GER MON J ,et al .Methods for theevaluation of the maturity of municipal refuse compost [A ].GASSER J K R .Composting of agricultural and other wastes [C ].New York :Elsevier Applied Science Publishers ,1985.56-72.[9]　CHANYASAK V ,KUBOTA H .Carbon /organic nitrogen ratioin water extract as measure of composting degradation [J ].Journal of Fermentation Technology ,1981,59:215-219.Su bstance Changes and Maturity Evaluation During Pig Manure CompostingHUANG Guo -feng 1,2,WU Qi -tang 2,ME NG Qing -qiang 2,WONG Huan -zhong 3(1Lab .of Envir Sci and Engineerin g ,South China Agric .Un iv .,Guangzhou 510642,China ;2Environmental Protection MonitoringCenter of Guangdong Province ,Guan gzhou 510045,China ;3Dept .of Biol .,Hong Kong Baptist Univ .,Hong Kong ,China )A bstract :The physical -chemical changes and maturity evaluation during pig manure composting at initial C /N ratio of 29and 16respectively were studied in this research .The results showed that the content of soluble organic C /N ratio ,solid C /N ratio ,dissolved organic carbon (DOC ),and soluble NH +4-N decreased after composting ,which reflected the maturation process during pig manure c omposting .The seed germination index (GI )showed that pig manure compost at initial C /N ratio of 29reached mature after composting for 49days ,while the compost at initial C /N ratio of 16needed longer time than 63da ys for further composting .In this study ,the over -high content of salt in the compost at initial C /N ratio of 16might contribute to the stronger phytotoxicity .Maturity of compost was influenced by lots of factors ,so using a single chemical index for its evaluation was unilateral and unscientific .The seed ger mination index is the recom -mended index for maturity evaluation of solid organic waste compost .Key words :pig manure ;compost ;maturity ;C /N ratio【责任编辑　周志红】4 华　南　农　业　大　学　学　报　(自　然　科　学　版)第23卷。

不同C-N对好氧堆肥中CO2和CH4排放及腐殖化作用的影响不同C/N对好氧堆肥中CO2和CH4排放及腐殖化作用的影响好氧堆肥是一种有效的有机废物处理和资源利用方式，在堆肥过程中，废物中的有机质被微生物降解，产生二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）等气体，并形成腐殖质，这对于土壤改良和农田可持续发展具有重要意义。

然而，好氧堆肥过程中的C/N（碳/氮）比例对CO2和CH4排放以及形成的腐殖质的种类和数量有着显著影响。

C/N比是指有机物中的碳与氮的相对比例。

在好氧堆肥过程中，废物中的碳是微生物降解过程中产生CO2和CH4的主要来源，而废物中的氮则是微生物生长和活动所必需的营养物质。

因此，C/N比可以调节微生物的代谢活动和菌群结构，从而影响排放气体的类型和数量，以及形成的腐殖质的特性。

过低的C/N比会导致堆肥过程中氮的过剩，使得微生物由于缺乏碳源而无法正常生长和活动。

这会抑制废物的降解速度，延长堆肥时间。

此外，过剩的氮会增加废物中氮的负荷，导致氨气的挥发和排放，对环境造成污染，并减少堆肥产物中氮的含量。

过高的氨气浓度还可能抑制微生物的活性，降低排放的CO2和CH4的产量。

过高的C/N比则会导致缺乏氮源而限制微生物的活动，降低废物的降解速度。

此外，缺乏氮源也会导致微生物代谢产生大量的CO2而减少CH4的产量，从而影响气体的排放比例。

此外，过高的C/N比还可能增加堆肥过程中的挥发损失，降低堆肥产物的腐殖质含量和质量。

适宜的C/N比可以提供微生物所需的适量碳源和氮源，促进微生物的代谢和生长。

这将保证废物的有效降解和堆肥过程的正常进行。

在适宜的C/N比下，废物的降解速度较快，可以有效减少堆肥时间。

排放气体中能量丰富的CH4的产量相对较高，有利于能源的回收利用。

此外，适宜的C/N比还会形成高品质的腐殖质，丰富土壤的有机质含量，改善土壤的质地和肥力，提高土壤水分保持能力。

综上所述，不同C/N比会直接影响好氧堆肥过程中CO2和CH4的排放以及腐殖质的形成。

堆肥处理过程中猪粪有机物的动态变化特征高伟1,2,郑国砥1,高定1,陈同斌1*,韩晓日2,张义安1(1 中国科学院地理科学与资源研究所环境修复中心,北京 100101;2 沈阳农业大学土地与环境学院,沈阳 100161)摘要:为了解猪粪堆肥过程中各种有机物的变化特征,并为判断猪粪堆肥腐熟度提供参考指标,进行42d 的高温好氧堆肥.结果表明,堆体中的有机质含量呈下降趋势;水溶性有机碳(DO C)含量在第10d 达到最大值,之后呈下降趋势;易分解有机质含量呈下降趋势,但在高温开始阶段呈上升趋势;腐殖质含量呈上升趋势.说明堆肥过程中有机物不断向腐殖化方向转化.在研究H/F 变化时发现,它与判断堆肥腐熟度常用的化学指标(有机质、DOC)呈一定的相关性,而且与易分解有机质和腐殖质也有较好的相关性.关键词:猪粪;堆肥;有机质;水溶性有机碳;易分解有机质;腐殖质中图分类号:X712 文献标识码:A 文章编号:0250 3301(2006)05 0986 05收稿日期:2005 04 22;修订日期:2005 08 10基金项目:国家杰出青年基金项目(40325003);北京市自然科学基金重点项目(8051003)作者简介:高伟(1978~),女,硕士研究生,主要研究方向为堆肥和有机废弃物资源化.*通讯联系人,E mail:chentb@Transformation of Organic Matter During Thermophilic C omposting of Pig ManureGAO Wei1,2,ZHENG Guo di 1,GAO Ding 1,CHEN Tong bin 1,HAN Xiao ri 2,ZHANG Yi an1(1 Center for Environmental Remediatio n,Institute of Geog raphic Sciences and N atural Resources Research,Chinese A cademy of Sciences,Beijing 100101,China;2 College of Land and Environmental Sciences,Shenyang A gricultural U niversity ,Shenyang 110161,China)Abstract:T hermophilic composting of pig manure w as studied in an attempt to elaborate upon organic matter transfo rmation dur ing t he process and provided parameters for pro duct maturity using chemical method.T he fo llowing par ameters were measured in 11samples dur ing the 42days of compost ing :or ganic matter,dissolved organic carbon (DOC),deg radable or ganic matter and humic matter (HM ).Or ganic matter decr eased during composting process constantly ;DOC concentration increased to max imum at 10days and declined ther eafter ;degr adable or ganic matter decr eased whole composting,but they increased in start of high temper ature stage;T he increasing level of HM at v ar ious stages of composting indicate the progression of humification;H/F provide information correlating to conv entional chemical parameters (org anic matter ,DOC )of compost matur ity.M oreo ver ,H/F has corr elating to degradable org anic matter and HM.Key words:pig manure;composting;organic matter;dissolved organic carbon(DO C);degr adable organic matter;HM猪粪中含有丰富的植物营养元素和有机质,是一种良好的有机肥源.腐熟的猪粪作为有机肥不仅可以提高作物的产量和品质,而且可以增加土壤有机质含量,改善土壤的理化性质[1].但未腐熟的猪粪施入土壤后,由于不稳定有机物的强烈分解,消耗根际土壤的氧气,并产生有机酸等有毒物质,抑制作物生长[2].堆肥过程实质上是有机物质稳定化和腐殖化的过程.因此,国内外学者对城市污泥、垃圾和牛粪等堆肥过程中各种有机物的变化特征做了许多研究[3~5],但对猪粪堆肥过程中有机物的变化特征仍缺乏深入研究.在不同堆肥物料的堆肥中,其腐殖质及其组分存在差异[6].因此,有必要进一步了解猪粪堆肥过程中各种有机物的变化特征.Chefetz 等[3]和Jim nez 等[7]研究认为,废弃物经过堆肥处理后腐殖质含量会显著增加;而Castaldi 等[8]和廖新等[9,10]认为,城市垃圾等固体废弃物经过堆肥处理后,其腐殖质增加的很少或没有变化;李吉进等[11]的研究却发现,在鸡粪和牛粪混合堆肥过程腐殖质呈下降趋势.因此,到目前为止,不同学者所得到的研究结论并不一致,甚至相互矛盾.易分解有机质和水溶性有机质(DOC)是有机质中比较活跃的部分,对土壤微生物活动等许多过程均有明显的影响[12].其在堆肥产品中的含量无疑会直接影响到堆肥产品的质量及其应用效果.但目前对于堆肥过程中易分解有机质和DOC 的动态变化过程的报道很少,对此问题仍待深入研究.了解猪粪中各种有机物在堆肥过程中的变化特征,对于评价堆肥效果和堆肥产品的品质有重要意第27卷第5期2006年5月环 境 科 学ENVIRONMENTAL SCIENCEV ol.27,No.5M ay,2006义,同时也可以为判断猪粪堆肥腐熟度和稳定性提供参考指标,为堆肥产品的安全农用提供保障.1 材料与方法1 1 试验材料供试猪粪采自北京顺义南彩镇猪场,水分含量为67%,容重为710kg m-3,有机质含量为424 g kg-1,易分解有机质为162g kg-1,DOC为4399 mg kg-1,C/N为27.填充材料为CTB调理剂[13],调理剂的含水量和饱和含水量分别为2 68%、65 7%.1 2 试验方法采用堆肥池上部敞开,堆池尺寸为:1 5m 1 2m 1 8m,有效高度1 4m,调理剂与猪粪比例为1 1.试验采用温度反馈自动控制系统,通过堆肥自动监控软件Compsoft 进行控制[14],可以自动记录堆肥过程中温度变化情况,并对通风方式和通风量进行控制.堆肥方式为强制通风静态垛高温好氧堆肥.分别在堆肥开始的第1、3、6、8、10、12、18、22、26、32、42d采样,共11次.样品经过风干,粉碎用于分析.1 3 分析方法有机质采用0 4mol L-1K2Cr2O7 H2SO4外加热法[15];水溶性有机碳(DOC)测定采用水 猪粪= 10 1浸提,25 振荡4h,过0 45 m滤膜,浸提液中的碳用Apollo 9000TOC分析仪测定;易分解有机质采用0 2mol L-1K2Cr2O7 H2SO4外加热法[16];腐殖质(H M)及其组成的测定采用0 1mol L-1 Na4P2O7+0 1mol L-1NaOH提取K2Cr2O7容量法[15].2 结果与讨论2 1 有机质动态变化在堆肥过程发生的各种生化反应中,有机质是微生物赖以生存和繁殖的基本条件,因此有机质的变化能在一定程度上反映出堆肥的进程,许多学者通过研究堆肥过程中有机质的降解率来判断堆肥的腐熟度[3~7].由图1可见,猪粪经过高温好氧堆肥处理后,有机质含量明显降低.整个堆肥过程中,在微生物的分解作用下,猪粪中有机质含量从初始的424g kg-1降低到堆后的224g kg-1,猪粪的有机质含量共降低了60 8%.尤其在升温阶段后期和高温阶段(3~18d),堆体的水分含量(55%~60%)及温度条件都比较适宜,微生物活动较为活跃,大量有机质不断被分解(图2).此阶段中,有机质的表观降解率为51 1%,占整个堆肥过程中有机质总降解率的84 0%.因此,在堆肥过程中应重点关注如何合理调节和控制堆肥高温期的温度、氧化条件,以加速有机质的降解,缩短堆肥时间.在高温阶段后期和降温阶段,大部分容易降解的有机质都已被降解,并且随着温度的降低,微生物活动减弱,其降解速率减慢并趋于稳定.在后续腐熟阶段,有机质的降解率仅为7 9%.对堆肥不同阶段猪粪中有机质含量进行差异显著性检验发现,只有后熟阶段有机质含量没有显著降低(p<0 05),因此可以适当缩短此阶段的时间,加快堆肥的反应进程.图1 猪粪堆肥过程中有机质的变化动态Fig.1 Variations in organic matter during composting图2 猪粪堆肥过程中不同阶段有机质降解率Fig.2 Decomposed rate during compos ting2 2 水溶性有机碳(DOC)的动态变化由图3可见,猪粪经过42d的堆腐后,DOC整体呈先升高,后下降的变化趋势.猪粪中的DOC从堆肥前的4399mg kg-1,下降到堆肥后的2634 mg kg-1,降低55 5%.但在升温和高温开始阶段, DOC却迅速增加,在第10d达到最大值(5997 mg kg-1).这主要是在堆肥初始阶段,温度迅速升高,猪粪中易分解的脂肪和碳水化合物等有机物被图3 猪粪堆肥过程中DOC 的变化动态Fig.3 Variati ons i n DOC during composting微生物降解,而且分解速度较快,生成较多的DOC 的缘故.此后,随着有机物分解速度的减慢,原来分解的DOC 又被微生物利用,使其含量又有所降低.有研究表明,堆肥过程中随着DOC 的减少,猪粪中有效态重金属含量有所减少[17].Iannotti [18]等人在研究城市固体废弃物堆肥过程中DOC 的动态变化时也发现相同的变化趋势.但是,Leita [19]和Murwira 等人[5]分别研究城市固体废弃物和牛粪堆肥时,发现堆肥过程中DOC 却是始终下降的.这说明在不同的堆肥物料和堆肥不同条件下,堆体中DOC 的动态变化规律并不完全相同.在堆肥过程中,微生物不能直接利用物料中的固相成分,需要通过微生物分泌胞外酶将物料中的可降解成分水解成水溶性成分才能加以利用[20].因此很多学者通过研究物料浸提液中DOC 的含量来判断堆肥腐熟度[21~24].虽然DOC 和有机质都有人用于判断堆肥的腐熟度,但是在本文中发现它们之间并没有相关性(表1).在未腐熟的猪粪中DOC 主要由蛋白质、多肽和多糖等物质组成,而在腐熟的猪粪中多由稳定的腐殖物质组成[25].这种变化可以避免猪粪中DOC 进入土壤后再发生降解.虽然有机固体废弃物中的DOC 含量较少,但是它对重金属和有机污染物的有效性、毒性及其迁移特性等许多环境问题可能都有影响[26].有研究发现,在施用猪粪堆肥产品的土壤上,DOC 可以提高土壤中重金属的水溶性和迁移性,提高土壤微生物的活性[27].表1 不同有机物之间的相关分析1)Table 1 Correlation matrix betw een different organic matters有机质DOC 易分解有机质HM FA HA H/F 有机质10 4600 698*-0 799**0 947**-0 933**-0 914**DOC 10 652*-0 777*0 353-0 669*-0 718*易分解有机质1-0 6080 821**-0 752*-0 780*H M 1-0 667*0 950**0 950**FA 1-0 866**-0 856**HA 10 996**H/F11)**极显著p <0 01;*显著p <0 05;n =122 3 易分解有机质的动态变化如图4所示,猪粪中的易降解有机质从堆肥开始的162g kg -1降低到堆肥结束的106g kg -1,共降低38 7%.从总体来看,猪粪堆肥过程中,易分解有机质经历了一个由 降低 升高 降低 的波动过程;但在堆肥结束时,其含量明显减少.在升温阶段,猪粪中的易分解有机质减少的速度很快,由开始的162g kg -1降低到123g kg -1,减少了27 5%,占总减少量的71 1%.升温阶段,堆体的氧气含量较高,有利于易分解有机质的分解,此阶段呈降低趋势.当堆体处于高温阶段时,微生物活动非常活跃,大量有机质被分解,在消耗易降解有机质的同时还会形成更多的易分解有机质,使其净含量反而呈上升趋势(达到140g kg -1).到了降温阶段,微生物分解有机物的能力下降,降解的易分解有机质主要满主微生物本身的需要,所以此阶段中堆体的易分解有机质含量呈减少的趋势;在后熟阶段,易降解有机质含量稳定在相对较低的水平(约110g kg -1).图4 堆肥过程中易分解有机质的动态变化Fig.4 Variations in degradable organic matter during compos ting在堆肥过程中易分解有机质的变化与DOC 有一定的相关性(表1),这是由于微生物的活性与DOC的含量有关,当DOC含量高时,微生物的活性也高,有机质被快速降解产生大量的易分解有机质.猪粪经过堆肥处理后,易分解有机质的含量显著的降低(p<0 0001).这可以避免易分解有机质进入土壤后再次大量分解,产生有害物质,影响作物生长.Garcia等[28]研究认为,在堆肥过程中,易降解有机质可能被微生物作为能源而最终消失,其含量可以作为判断堆肥腐熟度的参考指标.但是对猪粪而言,易分解有机质含量的动态变化较为复杂,是否可以作为判断堆肥的腐熟度标准,还需通过研究进行检验和证实.2 4 腐殖质(HM)及其组成的动态变化由图5可见,在猪粪堆肥过程中,腐殖质(HM)、胡敏酸(HA)、富里酸(FA)都会发生显著的变化.经堆肥处理后,HM增加了38 5%,占总碳量的比例由堆肥前的19 0%,增加到堆肥腐熟后的50 0%.这与H su等人的研究结果一致[29].从整个堆肥过程来看,HA呈上升趋势,从堆肥前的13 4 g kg-1增加到76 4g kg-1;FA则呈下降趋势,从堆前的68 5g kg-1降低到34 2g kg-1.HA与FA 的比值(H/F)在堆肥过程中一直呈上升趋势;堆肥开始和堆肥结束时,H/F上升幅度相对较慢,堆肥中期(10~22d)的高温阶段,H/F上升的幅度较快.这表明,在猪粪好氧堆肥过程中,微生物可以使腐殖化的程度不断提高,FA的含量有所下降,而HA的含量有所增加.但廖新等[9,10]在对猪粪和秸秆混合堆肥发现,在堆肥的过程中H M含量变化不大,只是在堆肥初始阶段HM含量有所增加,堆肥结束时又有所回落.Inbar等[30]在研究牛粪堆肥时发现,堆肥开始时FA含量较高,HA较低;随着堆肥过程的进行,前者保持不变或稍有减少,而后者大量产生.这说明,在不同学者所进行的堆肥试验中,H M 的变化趋势不尽相同.因此,一些学者试图通过腐殖质的变化来判断堆肥的腐熟度[6~8],至少在目前看来并不是十分可靠.但在猪粪堆肥过程中发现,H/F 与各种有机物都有一定的相关性,尤其与有机质呈极显著的相关性(表1).因此,就本试验而言,H/F 在堆肥过程中不断增加,在堆肥结束时达到一个稳定值(约2 2),因此当堆肥腐熟时,其H/F大约稳定在2 2左右.随着堆肥过程的不断进行,HM堆肥中呈现为先降低,后增加,最后相对稳定的过程,其变化幅度大约为70~110g kg-1.HM含量的增加可以提高堆肥质量.HM是有机质的重要组成部分,在土壤中图5 堆肥过程中HF、FA及H/F变化Fig.5 Variations in H M,HF,FA and H/F during composting可以吸附重金属离子,加快杀虫剂的生物降解[31],减少其对作物的危害;同时它还可以提高土壤的保肥保水能力,促进土壤结构体的形成[32].3 结论好氧高温堆肥处理后,猪粪中的有机质、DOC、易降解有机质总体呈下降趋势;腐殖质呈上升趋势,其中HA增加,FA降低,H/F呈上升趋势,但是当堆肥腐熟时,这些指标都相对稳定.这表明猪粪中的有机物不断向稳定化和腐殖化方向转化.参考文献:[1]武天云,Schoenau J J,李凤民,等.土壤有机质概念和分组技术研究进展[J].应用生态学报,2004,15(4):717~722.[2]Butler T A,Sikora L J,Steinhilber P M.et post ageand sample storage effects on maturity indicators of biosolidscompost[J].Journal of Environmental Quali ty,2001,30(6):2141~2148.[3]Chefetz B,Hatcher P G,H adar Y,et al.Chemical andbiol ogical characterization of organic matter during compostingof mun i cipal soli d was te[J].Journal of Environmental Quality,1996,25(4):776~785.[4]Gennaro M C,Ferrara E,Abollino O,et al.M ulti methodanalysis in studies of characterization and degradati on ofmunicipal treatment sludges[J].International Journal ofEnvironmental Analytical Chemistry,1993,53(2):101~114.[5]M urw ira H K,Kirchmann H,Sw ift M J.T he effect ofmoisture on the decompositi on rate of cattle 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畜禽粪便堆肥过程中氮的损失途径、因素及解决措施介绍畜禽粪便具有较高的含水率、重金属污染物以及氮、磷等营养元素，如处置不当不但浪费资源也将对生态环境造成严重威胁。

近年来，随着规模化畜禽养殖业的迅速发展，畜禽粪便产生量日趋增加，并逐渐成为我国面源污染的主要来源之一。

因此，畜禽粪便的污染治理势在必行。

高温堆肥技术被认为是处理有机固体废弃物最好的方法之一，堆肥化处理有机固体废弃物，不仅可以解决环境污染问题，而且堆肥产品含有大量营养元素和有机质，可用作肥料和土壤调理剂。

然而，畜禽粪便高温堆肥过程中以NH3挥发为主的氮素损失严重，这不仅减少了堆肥中的氮素含量，而且污染大气、危害人畜健康、腐蚀设备以及带来酸雨危害和水体富营养化。

为实现畜禽粪便资源化利用，适应规模化处理的发展趋势和达到环保要求，畜禽粪便堆肥处理过程中氮素损失及其控制措施愈发受到关注。

一、畜禽粪便堆肥过程中氮的转化及损失途径畜禽粪便堆肥过程中氮的转化及损失相关的作用主要包括：氨化作用、硝化作用、反硝化作用和生物吸收固持作用。

畜禽粪便堆肥过程中主要的氮素转化和损失途径如图2示。

图2、畜禽粪便堆肥过程中的氮素转化与损失途径堆肥过程中微生物通过氨化作用分解有机氮化物产生氨气，氨气溶于堆体物料形成铵态氮，铵态氮受堆体温度、PH值、通气条件和堆肥材料中氨化、硝化以及反硝化微生物活性等因素的影响，既可作为细胞生长的氮源供微生物同化，又可被硝化微生物转变成硝态氮，也可以发生反硝化脱氮损失或以氨气挥发的形式发生损失。

堆肥过程既存在高温、高PH带来的氨气挥发损失，又有厌氧条件下硝态氮的反硝化脱氮及渗滤液或雨水造成的氮素淋溶损失。

因此，畜禽粪便堆肥过程的氮素损失不可避免。

其中，氨挥发造成的氮素损失可达总量的44%~99%，是畜禽粪便堆肥过程中氮素损失的主要途径。

表1、畜禽粪便堆肥过程中的氨挥发损失二、影响堆肥过程中氮损失的主要因素1、堆肥物料的特性堆肥中微生物的生长需要合适的C/N值，过高则表明微生物生长过程中氮素不足，无法正常繁殖；过低则表明碳素不足，过量的氮素不能用于微生物细胞合成，特别是PH值和温度高时容易转变成氨气挥发引起氮素损失。

高温堆肥的碳氮比
高温堆肥是一种有效利用有机废弃物进行资源化利用的方法，其成功与否与堆
肥过程中的碳氮比有着密切的关系。

碳氮比是指有机物中碳元素与氮元素的比值，它对堆肥的发酵过程、氮素损失以及最终堆肥产品的质量有着重要影响。

在高温堆肥中，碳氮比的合适范围通常为25:1到30:1。

碳氮比过高会导致氮
素不足，堆肥过程中氮素无法被充分利用，从而影响有机物的分解和转化。

而碳氮比过低则会导致氮素的大量损失，进而降低堆肥产物的氮素含量，影响堆肥产物的质量。

为了维持合适的碳氮比，堆肥过程中可以通过不同的途径来进行调控。

首先，
可以通过控制原料的选择和比例来调节碳氮比。

含有高碳、低氮的原料，如秸秆、树叶等，可以与含有高氮的原料，如畜禽粪便、废弃蔬菜等，进行混合堆肥，以达到合适的碳氮比。

其次，可以通过堆肥过程中的翻堆通气来调节碳氮比。

适当的堆肥通气可以促进氮素的分解和利用，从而维持碳氮比的平衡。

此外，碳氮比的合适范围也有利于高温堆肥的发酵过程。

在适宜的碳氮比条件下，有机物中的碳水化合物和氮化合物可以在微生物的作用下迅速分解，产生大量的热量，使堆肥堆体温度升高，有利于有机物的腐熟和杀灭病原微生物，加速堆肥的成熟过程。

总的来说，高温堆肥的碳氮比是影响堆肥过程和堆肥产物质量的关键因素之一。

保持适宜的碳氮比，有利于氮素的充分利用，促进堆肥的发酵过程，提高堆肥的肥效，减少氮素的损失，生产出高质量的堆肥产品。

因此，在进行高温堆肥时，合理控制碳氮比，是确保堆肥过程顺利进行，获得理想堆肥产品的重要措施。

高温堆肥的碳氮比高温堆肥是一种有效的有机废弃物处理技术，它通过调控堆肥过程中的温度和氧气供应，加速有机物的分解和转化，从而达到资源化利用和有机废弃物的无害化处理。

在高温堆肥过程中，碳氮比是一个关键参数，它直接影响有机物的降解速率、堆肥产物的稳定性以及氮素的损失程度。

高温堆肥的碳氮比通常被定义为堆肥物中有机碳与全氮的比值。

一般而言，合适的碳氮比范围可以在25：1到35：1之间，这个范围既可以满足微生物的生长需求，也可以减少氮素的损失。

当碳氮比较低时，如小于25：1，说明有机物中碳的含量相对较少，可能导致堆肥物中的氮素在分解过程中无法得到充分保留，而挥发为氨气等挥发性气体，从而造成氮素的损失。

此外，氮素的损失还可能导致溶出到堆肥物中的有机氮含量降低，使得堆肥物的施用价值降低。

因此，在高温堆肥过程中，应注意保持适当的碳氮比，避免氮素的过度损失。

另一方面，当碳氮比较高时，如大于35：1，说明有机物中碳的含量相对较高，可能导致微生物在分解有机物时缺乏足够的氮源，从而限制了有机物的分解速率。

这可能会延长堆肥过程的时间，并限制有机废弃物的降解效率和堆肥产物的稳定性。

因此，在高温堆肥过程中，合适的碳氮比对于有机物的有效分解和转化至关重要。

保持合适碳氮比的方法包括：1. 控制有机废弃物的原料配比：不同类型的有机废弃物具有不同的碳氮比，可以通过合理配比来控制整体的碳氮比。

例如，高碳废弃物如秸秆、木材等可以与高氮废弃物如畜禽粪便进行配比，以提高整体的碳氮比。

2. 添加外源性氮源：为了提高有机物的降解效率和堆肥产物的稳定性，可以添加一些外源性氮源。

常用的外源性氮源包括尿素、氨水等，在合适的比例下添加可以提高堆肥物中的氮素含量，满足微生物对氮素的需求。

3. 控制堆肥过程中的氧气供应：高温堆肥是在有氧条件下进行的，因此充足的氧气供应对于有机物的分解和转化至关重要。

合适的氧气供应可以提供良好的微生物环境，促进有机废弃物的有效分解，从而维持合适的碳氮比。

猪粪碳化工艺1. 引言猪粪是农业生产中常见的有机废弃物，其处理和利用一直是环境保护和农业可持续发展的重要课题。

猪粪碳化工艺是一种将猪粪转化为有机炭的技术，可以有效地解决猪粪处理和资源利用的问题。

本文将介绍猪粪碳化工艺的原理、过程和应用，并探讨其在农业、能源和环境领域的潜在价值。

2. 猪粪碳化工艺的原理猪粪碳化工艺是通过高温热解和氧化的方式将猪粪中的有机物质转化为有机炭的过程。

该工艺主要包括以下几个步骤：2.1 猪粪收集和预处理首先，需要对猪粪进行收集和预处理。

猪粪可以通过收集系统进行集中收集，然后进行固液分离，去除其中的水分和杂质，以提高后续碳化过程的效率。

2.2 碳化反应在碳化反应过程中，猪粪被加热至高温条件下进行热解和氧化。

猪粪中的有机物质在高温下分解生成气体和固体产物。

其中，气体主要包括甲烷、一氧化碳和二氧化碳等，固体产物则是有机炭。

2.3 精炼和后处理在猪粪碳化过程中产生的气体可以通过精炼和后处理进行处理。

精炼过程可以进一步提取和分离气体中的有用成分，如甲烷等，以供能源利用。

后处理过程则主要是对固体产物进行处理，以提高其质量和应用价值。

3. 猪粪碳化工艺的过程猪粪碳化工艺的过程可以分为以下几个关键步骤：3.1 猪粪收集和预处理猪粪在养殖过程中产生，可以通过收集系统进行集中收集。

收集后的猪粪需要进行固液分离，去除其中的水分和杂质。

这可以通过离心分离或压滤等方法实现。

3.2 碳化反应将经过预处理的猪粪送入碳化反应器中进行碳化反应。

碳化反应器通常采用间歇式或连续式的方式进行操作。

在高温条件下，猪粪中的有机物质会发生热解和氧化反应，生成气体和固体产物。

3.3 气体处理和利用碳化反应过程中产生的气体可以通过精炼和后处理进行处理和利用。

其中，甲烷可以被提取和分离，作为一种重要的能源来源。

其他气体如一氧化碳和二氧化碳可以通过适当的处理和利用手段进行转化和利用。

3.4 固体产物处理和利用碳化反应过程中产生的固体产物是有机炭，可以作为一种重要的资源进行处理和利用。

影响堆肥的重要因素①含水量在堆肥过程中，水份是否适量直接影响堆肥发酵速度和腐熟程度，所以含水率是好氧堆肥化的关键因素之一(胡学玉，2002)。

水在堆肥中的土要作用是:①溶解有机物，参与微生物的新陈代谢。

因为在堆肥过程中，微生物需要从周围环境中不断摄取水分以维持其正常的生长代谢，微生物体内及流动状态水是其进行生化反应的介质，微生物只能摄取其生存必须的溶解性养料;②水分蒸发时带走热量，调节堆肥温度。

一般认为初始含水率在50%一60%是较为合适的(sulerDJ等，1977)。

对好氧堆肥工艺而言，如果含水率过高，超过65%，会造成堆肥物料被紧缩或其内部游离空隙被水膜充填，使游离空隙率降低而影响空气的扩散，并使有机物供氧不足而出现厌氧状态，形成发臭的中间产物(硫化氢、硫醇、氨等)产生恶臭和因硫化物而导致堆料腐败发黑。

物料中的水分低于40%，就不能满足微生物的生长需要，限制微生物的运动及代谢，使堆料中心部位达不到适宜的高温，有机物难以分解，从而降低反应速率:当含水率低于30%时，微生物在水中摄取营养物质的能力降低，微生物繁殖慢，有机物分解过程进展相当缓慢(衷芳，2005)。

②碳氮比堆肥物料碳氮比的变化在堆肥中有特殊的意义。

在堆肥化过程中，碳在微生物的新陈代谢过程中由于氧化作用约有2/3变成二氧化碳而排出，约1/3用于细胞质的合成。

因此，碳是发酵过程的动力和热源，被称为微生物(细胞)的能源，氮主要用于细胞原生质的合成作用而留于系统内。

就微生物对营养的需求而言，碳氮比是一个重要因素(李国学等，2000)。

微生物生长需要碳源，蛋白质合成需要氮源，微生物合成一份蛋白质大约需要30份碳。

对于堆肥来讲，堆肥C/N比应满足微生物所需的最佳值。

研究表明理想C/N比为30一35，最多不超过40(Pioncelot，1974)。

C/N比低、特别是当pH值和温度高时，废弃物中的氮以NH3的形式挥发损失，散发出臭味，并且堆肥产品也会给农作物带来不利影响(Eghban，2000)。