鸡粪堆肥周期中养分指标和腐熟程度变化研究(2)
2.3 不同处理对堆制物C/N变化的影响C/N是检验堆肥产品腐熟度常用的指标,碳素物质是微生物活动的能源和碳源,在鸡粪腐解过程中微生物首先利用易降解的有机碳和简单的有机碳进行新陈代谢和矿化[6],其中易被生物降解的有机碳包括糖、淀粉、糖原、果、脂肪酸、甘油、脂类和脂肪等。研究表明,堆肥C/N应满足微生物所需的最佳值25~35,理论上C/N下降至20以下时堆肥达到腐熟[7]。从图2可以看出,所有处理的初始C/N为21~27,都接近堆肥最适碳氮比(C/N=25~30)范围。随着堆肥进程,各处理的C/N有所降低,处于16~20。
2.4 不同处理对堆制物养分含量的影响
2.4.1氮(N)含量。在鸡粪与秸秆堆肥腐熟过程中,全氮含量在1.3%~3.4%,与初始含量相比T2处理则下降,在整个腐解过程中全氮含量呈下降趋势。有机氮矿化,氨的挥发,以及硝态氮可能发生反硝化作用,都是全氮含量下降的原因[8]。而T3处理的最终氮含量增加2倍以上,在所有处理中氮增加量最多,而其余处理变化不大。
图2 堆肥过程中C/N的变化Fig.2 Changes in C/N during composting
2.4.2P(P2O5)含量。堆肥过程中磷素存在形态转化,但磷酸盐性质稳定,易被吸附,不会由于挥发损失。堆制物的初始磷含量(P2O5%)和最终磷含量的变化较大,随着堆肥进程磷含量呈上升趋势,由初始含量5%~7%增加到8%以上,翻抛的T3和T4处理与通气处理的T1和T2处理相比磷含量相对较高。由于微生物将有机物分解或转化,二氧化碳和氨气大量释放,导致堆体的体积与重量降低,从而使堆肥的全磷含量呈上升趋势[9]。
2.4.3钾(K2O)含量。堆制物的最终钾含量(K2O)与最初钾含量相比,所有处理均呈缓慢上升趋势,T3与T4处理钾含量增加大于2倍,由初始的0.8%~1.0%增加到2.4%~3.0% ,而T1和T2处理变化不大。但由于堆制物料部分不均匀,监测周期中,同一个处理的钾含量可能变化较大。在最终堆积物中,翻抛的T3和T4处理含钾量显著高于通气处理的T1和T2处理,这与磷含量的结果一致。
2.4.4总养分含量(N+P2O5+K2O)。在整个堆肥腐熟过程中,各处理由于通风条件和发酵菌剂不同,氮磷钾养分含量变化均有差异。有机物在微生物作用下不断分解并以CO2、H2O、NH3等形式挥发,使堆肥的体积和干重不断降低[10]。堆肥的腐熟是一系列微生物活动的复杂过程,包含堆肥材料的矿质化和腐殖化过程[11]。各处理堆制物的最终总养分含量在12%左右,均增加。其中,T2处理增加幅度最小,T3和T4处理明显大于T1和T2处理,这说明翻抛处理的试验效果优于通气处理。同一处理的总养分含量变化不大。
2.5 不同处理纤维素降解率及糖生成率的变化堆肥物料中的纤维素、木质素等有机质被微生物代谢降解转化为腐殖质,其中纤维素降解率和糖生成率可作为腐熟程度的评价指标[12]。原始堆制物的纤维素含量为580.16 g/kg,发酵过程中各处理纤维素含量均呈下降趋势,平均降解率为47.51%,至堆肥结束时,总降解率较大的T1处理含量降至227.66 g/kg,总降解率较小的T2处理含量降至352.76 g/kg(图3)。
图3 不同日期纤维素降解量Fig.3 Cellulose degradation amount of different dates
从图4可以看出,堆制物腐熟发酵前期,纤维素降解率缓慢上升,糖生成率逐步下降,至发酵过程后期,糖生成率明显下降,纤维素降解产物大部分被转化为腐殖质等物质,有利于促进堆肥腐熟[13]。
图4 堆肥过程中的糖生成率Fig.4 Sugar production rate during composting
2.6 不同处理对堆物最终产物中重金属含量的影响由于农业固体废弃物可以作为有机肥生产原料,尤其是禽畜粪便和农作物秸秆不仅含有大量有机质,还含有作物生长必需的铁、钙、锌、铜、镁、硼、钼等中微量营养元素[14],但其中砷、镉、铅、铬、汞等重金属元素,在堆肥过程中难以降解,鉴于土壤污染的累积性、不可逆转性、隐蔽性和滞后性,要及早认识肥料及土壤中重金属含量[15]。从图5可以看出,T1、T2、T3、T4处理的Cd、Cr、Pb含量均达到国家有机肥行业重金属含量标准Cd<3 mg/kg、Cr<150 mg/kg、Pb<50 mg/kg、Hg<3 mg/kg),但As含量超标(As >15 mg/kg)。其中T2和T3处理与T1和T4处理相比,As含量相对较低。
注:不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)Note:Different lowercases in the same column indicated significant difference between different treatments at 0.05 level图5 不同处理堆肥的重金属含量Fig.5 Heavy metal content of compost with different treatments
3 结论与讨论
堆肥技术将农业废弃物进行资源化处理,鸡粪与玉米秸秆中的蛋白质、纤维素等有机物,经过高温腐熟发酵,降解为性质稳定的有机肥[16],减少了环境污染,提高经济效益,利用农业废弃物发酵有机肥的工艺技术对废弃资源重新利用[17],有利于农业增效、农民增收。
文章来源:《地球与环境》 网址: http://www.dqyhjzz.cn/qikandaodu/2021/0730/1446.html
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