气化滤饼对枸杞枝条堆肥进程、品质和碳氮损失的影响.pdf
《气化滤饼对枸杞枝条堆肥进程、品质和碳氮损失的影响.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《气化滤饼对枸杞枝条堆肥进程、品质和碳氮损失的影响.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、西 北 农 业 学 报 2 0 2 3,3 2(9):1 4 4 5-1 4 5 5A c t a A g r i c u l t u r a e B o r e a l i-o c c i d e n t a l i s S i n i c ad o i:1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 4-1 3 8 9.2 0 2 3.0 9.0 1 3h t t p s:/d o i.o r g/1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 4-1 3 8 9.2 0 2 3.0 9.0 1 3气化滤饼对枸杞枝条堆肥进程、品质和碳氮损失的影响收稿日期:2 0 2 2-0
2、 3-0 6 修回日期:2 0 2 2-0 5-0 8基金项目:宁夏重点研发计划(2 0 1 9 B EH 0 3 0 0 1);宁夏西部一级学科项目园艺科学计划(N X Y L X K 2 0 1 7 B 0 3);宁夏科技创新领军人才计划(K J T 2 0 1 7 0 0 1)。第一作者:韩聪颖,男,硕士研究生,研究方向为设施园艺栽培生理与生态。E-m a i l:1 6 9 7 5 2 6 8 1 9q q.c o m通信作者:张雪艳,女,教授,硕士生导师,研究方向为设施蔬菜栽培生理与生态。E-m a i l:z h a n g x u e y a n 1 2 3s i n a.c o
3、 m韩聪颖1,王星怡2,马永杰1,张雪艳1(1.宁夏大学 农学院,银川 7 5 0 0 2 1;2.中国农业大学 园艺学院,北京 1 0 0 1 9 3)摘 要 探究枸杞枝和气化滤饼资源化利用对维持生态环境稳定和农业循环可持续发展至关重要。将气化滤饼以干物质质量比0%(G0)、6.2 5%(G6.2 5)、1 2.5%(G1 2.5)、2 5%(G2 5)、5 0%(G5 0)和1 0 0%(G1 0 0)添加到堆肥混合物,探究添加气滤饼对枸杞枝条堆肥进程、气体排放、腐熟度、堆肥养分损失和累积的影响。添加气化滤饼可加速枸杞枝条堆肥进程,加速有机质分解,使堆肥2 d内进入高温期,并延长高温期26
4、 d;适宜添加气化滤饼(G6.2 5、G1 2.5)降低堆肥过程中NH3释放4.0 2%和1 5.7 9%,但过量添加(质量比5 0%)显著增加NH3和C O2释放;添加气化滤饼显著增加枸杞枝条堆肥速效磷和速效钾的释放,且G6.2 5、G1 2.5、G2 5处理增加堆肥后的速效磷和速效钾含量,效果显著;相对G0处理,G6.2 5、G1 2.5、G2 5分别显著增加速效磷累积3.1 7%、6.3 9%和1 4.3 7%,速效钾累积量最高处理为G5 0,G1 2.5次之,且G6.2 5、G1 2.5、G2 5处理促进氮素固定2 2.1 3%、3 9.7 7%和2 6.4 2%;气化滤饼添加会增加枸
5、杞枝条堆肥碳氮比,但降低种子发芽指数,其中G5 0和G1 0 0种子发芽指数低于8 0%;主成分分析表明,G1 2.5处理的综合得分最高,其次为G6.2 5,G5 0和G1 0 0处理综合得分为负值。综上所述,添加1 2.5%气化滤饼会促进氮素固定和速效钾的累积,减少NH3的排放和氮损失,可得到更好的堆肥产品。关键词 枸杞枝条;气化滤饼;氮素固定;气体排放;富集养分 中国是农业大国,各类农作物资源十分丰富,伴随农业快速发展,农业规模化增加,农业废弃物日益增多1。农业废弃物的传统处理方式包括填埋和焚烧,会造成严重的水和空气环境污染2。大量废弃物需要有效的处理措施才可获得经济和环境效益双丰收,“零
6、废物”是解决废弃物问题的有效途径3。中国每年农业废弃物产量巨大,废弃物回收利用对于维持农业循环可持续发展至关重要,也有利于环境保护。农业废弃资源最主要利用方式是作为燃料和肥料,少部分进行基质化利用。农业废弃物中一般含有杂草种子、病原菌等,如不经过处理直接使用,容易产生烧苗、二次污染土壤等负面影响4。目前常见的处理措施是堆肥,堆肥是一种生化过程,是实现农业废弃物和家畜粪便资源化利用的有效途径,好氧堆肥产品微生物丰富,且具有稳定的物理、化学和生物特性5。堆肥材料碳氮比、物理性状、微生物群落以及养分是评价堆肥进程与质量的重要指标6,然而,堆肥过程伴随着大量NH3释放,这会造成大量的氮损失,使堆肥质量
7、下降,污染环境7。不同添加物质可改变堆肥材料结构,改变堆肥中微生物的新陈代谢和有机质降解,堆肥常见添加物质主要有生物炭、木炭和废渣等有机物质,以及凹凸棒、沸石和过磷酸钙等无机物质8,这些添加物质有的可吸附氨气,减少有害气体释放,有的成本低,安全无污染。而气化滤饼由煤和碳组成,经水煤气转化后并未完全反应,通过水冷过滤的固体残留废物,气化滤饼的表面积和孔径较大,残余碳含量和热值很高9,占煤燃烧产生的固体废物的三分之一;且中国年产量可达2 2 4万t,如果实现其资源化利用,对解决煤矿废弃资源具有重要意义1 0。气化滤饼有较高的保水特性,且含有丰富的碳,其含量达2 0%5 0%,同时气化滤饼也含有较多
8、的钾、磷、硫、钙等元素,W a n g等1 1研究发现气化滤饼加入柠条堆肥进程后,可有效促进有机质的分解,减少氮素损失。因此气化滤饼有可能是一种有效的堆肥添加剂,可用来改善堆肥过程,提高堆肥质量。枸杞是宁夏重要的经济作物,占中国栽培面积4 5%,宁夏百万亩枸杞核心产区,在冬春两季整枝修剪会产生大量枝条,枸杞枝条中的木质纤维素含量达9 7%以上1 2,高含量木质纤维素导致其作为饲料品质较差,而焚烧又不符合中国现有政策1 3,因此枸杞枝条基质化利用是一种解决方式。冯海萍等1 4和曲继松等1 5从微生物菌剂和C/N调控等方面研究其对枸杞枝条基质化的影响,结果表明C/N对枸杞枝条基质化发酵堆体温度、养
9、分和腐熟指标会产生显著的影响,添加外源微生物菌剂可增加枸杞枝条粉腐熟发酵的物理性状,但酶菌协同使用对环境要求较高,资源使用较多。而引入气化滤饼到枸杞堆肥中,是否改善堆肥进程,提高堆肥质量鲜有研究。因此本试验设计不同比例气化滤饼添加量,探究气化滤饼在枸杞枝条堆肥腐熟过程中对其理化性质、养分以及气体排放的影响,明确气化滤饼对枸杞枝条堆肥碳氮转化、堆肥质量以及堆肥养分富集的贡献,为宁夏地区枸杞枝条和气化滤饼资源化利用提供借鉴。1 材料与方法1.1 堆肥装置试验堆肥装置由堆肥罐、培养箱、冷凝罐和空气泵(图1)组成。堆肥罐的高度为3 0 c m,直径为1 5 c m,体积为4 L,在罐底部上方5 c m
10、处安装了一个有许多小孔(直径1.5 mm)的筛网,堆肥材料放在筛网上方。底部的小孔用于输入蒸馏水和空气(通风5 m i n,间歇3 0 m i n),堆肥罐置于恒温培养箱中。冷凝罐中放置两个2 5 0 m L玻璃瓶来收集堆肥气体中的NH3和C O2。图1 堆肥装置及其组件的示意图F i g.1 S c h e m a t i c d i a g r a m o f c o m p o s t d e v i c e a n d i t s c o m p o n e n t s1.2 堆肥材料和采样试验于宁夏园艺产业园进行,共持续5 0 d,堆肥材料有气化滤饼、鸡粪和枸杞枝条。枸杞枝条被切成0
11、.51.0 c m的碎片,然后与鸡粪复配,鸡粪和枸杞枝条复配后的C/N为2 51,气化滤饼按照 质 量 比0%(G0)、6.2 5%(G6.2 5)、1 2.5%(G1 2.5)、2 5%(G2 5)、5 0%(G5 0)和1 0 0%(G1 0 0)与鸡粪和枸杞枝条二次复配。气化滤饼收集于宁夏宁东 神 华 宁 煤 业 集 团 有 限 公 司(3 8 2 1 5 N,1 0 6 3 9 2 5 E),鸡粪收集于宁夏中卫市的鸡养殖场(3 6 6 3 4 N,1 0 4 1 7 1 3 E),枸杞枝条收集于宁夏银川市的宁夏林场(3 8 0 8 1 9 N,1 0 5 4 9 3 1 E)。表1为3
12、种原材料的物理化学特性。该试验共6个处理,每个处理3次重复,每个重复3个堆肥罐,共1 8个堆肥罐。在堆肥过程中,堆肥罐的温度使用培养箱控制在5 5,冷凝罐的温度控制在4(放置于 4 冰箱)。每周进行2次翻堆,堆肥的含水量保持在6 0%左右。分别在堆肥的第0、7、1 4、2 1、2 8、3 5、4 2和4 9天取样,采用五点取样法收集堆肥样6441西 北 农 业 学 报3 2卷品1 0 0 g,分析测试样品的p H、有机质、全氮、硝态氮、铵态氮和种子发芽指数。将样品风干、研磨,过2 mm筛后,测定样品营养物质浓度。在堆肥时每 周 收 集 两 次 气 体 排 放,NH3使 用 硼 酸(H3B O4
13、)收集,C O2使用N a OH收集,计算堆肥的气体排放。表1 堆肥原料基本物理化学性质(xsx)T a b l e 1 B a s i c p h y s i c a l a n d c h e m i c a l p r o p e r t i e s o f c o m p o s t i n g r a w m a t e r i a l s原料R a w m a t e r i a l枸杞枝条+鸡粪W o l f b e r r y b r a n c h e s+c h i c k e n m a n u r e气化滤饼G a s i f i c a t i o n f i l t
14、 e r c a k e电导率/(m Sc m-1)C o n d u c t i v i t y1.7 90.2 11.0 00.2 8p H7.6 00.1 07.9 00.9 2含水率/%M o i s t u r e c o n t e n t3 5.0 50.3 89 8.6 0 0.0 2有机碳/%O r g a n i c c a r b o n2 8.1 90.0 31 9.9 10.0 2总氮/%T o t a l n i t r o g e n1.1 90.1 2-总磷/(gk g-1)T o t a l p h o s p h o r u s1.1 80.2 71.6 7
15、0.6 7总钾/(gk g-1)T o t a l p o t a s s i u m2.1 30.1 45.9 70.9 2注:-表示未检测出。N o t e:-m e a n s n o t d e t e c t e d.1.3 堆肥化学性质分析堆肥的温度由温度记录仪(QM-Z C-1 6,河南商丘传感器技术有限公司)通过温度探头直接测量。在堆肥过程中,每3 0 m i n监测1次堆肥温度,计算日平均温度。堆肥 的 种 子 发 芽 指 数(G I)按 如 下 方 法 计算1 6。分别称取待测堆肥试样1 0 g,置于1 5 0 m L锥形瓶中,按固液比11 0加入1 0 0 m L蒸馏水置
16、于振荡器上,调节振荡频率1 8 0 rm i n-1,室温下振荡浸提3 0 m i n,取下静置0.5 h后,取上清液过滤,收集浸提液摇匀后供试。在培养皿中垫两张滤纸,均匀放入1 5粒大小基本一致、饱满的黄瓜种子,加入堆肥浸提液5 m L,盖上培养皿盖,在温度为2 5、湿度8 0%的培养箱中避光 培养 4 8 h,分别测量各堆肥浸提液中黄瓜种子的根长和发芽数量,统计发芽率。每个样品重复试验3次,以蒸馏水作对照。种子发芽指数=(堆肥浸提液培养种子发芽率根长)/(蒸馏水培养种子发芽率根长)使用p H计 和 电 导 率 仪(S J-3 F和D D S-3 0 7 A,中国上海)测量p H和电导率。使
17、用凯氏定氮法测定总氮1 7。使用重铬酸盐氧化和滴定法测定有机物1 8。用碳酸氢钠提取并用钼蓝比色法测定速效磷。用乙酸铵提取,用火焰光度法测定速效钾1 9。采用靛酚蓝比色法测定铵态氮和硝态氮含量2 0。使用质量法计算堆肥过程中总碳和总氮的损失百分比2 1,具体为:氮损 失=(N1M1-N2M2)/(N1 M1)1 0 0%碳损 失=(C1M1-C2M2)/(C1 M1)1 0 0%氮固定=(G0氮损失-处理氮损失)/G0氮损失1 0 0%N1和C1是最初的氮含量和碳含量,N2和C2是最终的氮含量和碳含量,M1和M2是最初和最终的干物质重量。1.4 统计分析每个处理每个参数测定3个重复。用M i-
18、c r o s o f t E x c e l 2 0 1 9软件进行数据整理和分类,S P S S 2 4.0进 行 相 关 性 分 析,O r i g i n 2 0 1 8和C a n o c o 5软件对分析结果进行制图。将多指标降维,转化为主要成分,进行主成分分析,综合得分由以下公式计算:Aj=nj=1(XjYj)j=1,2,n综合得分=nj=1(PjAjEj)j=1,2,n式中:Xj为对应指标因子负荷,Yj为对应指标标准化值,Ej为对应主成分特征值;Pj为对应主成分方差百分比。2 结果与分析2.1 气化滤饼添加对枸杞枝条堆肥的温度和化学性质影响如图2所示,加入气化滤饼后,提高了堆肥
19、的温度并延长了堆肥的高温期。各处理在在2 d内进入高温期,在堆肥过程中,G0、G6.2 5、G1 2.5、G2 5、G5 0和G1 0 0处 理 最 高 温 度 分 别 达 到5 9.5、74419期韩聪颖等:气化滤饼对枸杞枝条堆肥进程、品质和碳氮损失的影响 6 1.2、6 4.9、6 5.4、6 6.2、6 9.1,表明随气化滤饼添加比例增加,堆肥温度增加,这可能是因为气化滤饼和枸杞枝条较为细小,吸水后表面积增加,为微生物活动提供充足空间;按照气化滤饼添加量从低到高,G0、G6.2 5、G1 2.5、G2 5、G5 0和G1 0 0处 理 高 温 期(5 5)的 持 续 时 间 分 别 4
20、2 d、4 4 d、4 6 d、4 6 d、4 6 d、4 8 d。与G0相比,其他处理高温时间按照气化滤饼添加量从低到高 分别提前2 d、4 d、4 d、4 d、6 d,这可能是气化 滤饼为微生物的繁殖提供良好条件,促进堆肥 进程。所有处理p H随发酵时间延长,呈现先增加后下降最后趋于稳定的趋势。添加气化滤饼各处理初始p H高于G0,且p H随添加气化滤饼量的增加而增加。随着堆肥时间的延长,G2 5、G5 0和G1 0 0在第1 2天p H上升并达到最大值,较堆肥初升高1.8%6.5%,之后各处理p H有小幅度下降并保持稳定,这是由于堆肥初期大量氨气生成,后期随着有机质分解生成有机酸,因此p
21、 H先增后降。有机质含量随堆肥的进程呈下降趋势,除G2 5外,其他各处理有机质含量在前7 d呈现迅速下降,之后下降趋于缓慢,而G2 5处理在前3 5 d呈缓慢下降,但在3 54 2 d较之前相比下降速度变快,最终所有处理趋于平缓,到堆肥结束,G1 2.5和G2 5下降最多,表明气化滤饼添加量增加,促进了堆肥的好氧发酵速度,这可能是因为气化滤饼含水量较高,而高湿可增加堆肥的发酵速度。在堆肥过程中,全氮含量除G1 0 0外,其他处理前7 d都会小幅度下降,随后所有处理都呈现上升趋势,前期下降是由于氮气的挥发,后期上升 图2 堆肥过程中温度、p H、有机质、全氮、硝态氮和铵态氮的变化F i g.2
22、C h a n g e s o f t e m p e r a t u r e,p H,o r g a n i c m a t t e r,t o t a l n i t r o g e n,n i t r a t e n i t r o g e n a n d a mm o n i u m n i t r o g e n d u r i n g c o m p o s t i n g8441西 北 农 业 学 报3 2卷则是氮的浓缩效应。堆肥初期,除了G6.2 5处理外,其他处理全氮含量都低于G0处理。随着堆肥的完成,除G5 0和G1 0 0外,各处理全氮含量都高于G0处理,总氮含量最高的是
23、G1 2.5处理,达1.6 6%,这可能是全氮多来源于有机质的分解,高碳低氮的气化滤饼使堆肥碳氮比失衡,抑制有机质分解。随着堆肥时间的增加,各处理的硝态氮含量先升高后降低再升高。堆肥初期,各处理硝态氮都显著低于G0处理,随着堆肥的完成,除G1 0 0外各处理硝态氮都高于G0,这是因为微生物在进行硝化作用,其速度随着堆肥过程中温度的提高以及p H的降低而增加。堆肥过程中各处理铵态氮含量总体上呈现先升后降再升高后再降低的趋势,在第7天时,各处理铵态氮含量达最大值,G0、G7 6.2 5、G1 2.5、G2 5、G5 0和G1 0 0按照气化滤饼添加从低到高处理依次上升2 9.1%、7.3%、8.2
24、%、5.0%、3 7.7%、2 9.6%,且堆肥结束时,铵态氮含量按照气化滤饼添加量从低到高处理依次降低,G5 0与G1 0 0间差异不显著,铵态氮会伴随着NH3的生成而损失,而温度和p H影响NH3的生成,由于气化滤饼呈碱性,所以高质量比的气化滤饼会导致更多的铵态氮分解。2.2 堆肥过程N H3和C O2释放如图3-a所示,从堆肥开始,各处理NH3挥发量显著增加,第8天时G5 0、G1 0 0达到首次峰值且NH3挥发量显著高于其他处理。堆肥过程中,NH3释放总量随气化滤饼添加量增加呈先降低后增加的趋势,G0与G6.2 5和G2 5间无显著差异,G1 2.5处理释放量最低,G5 0和G1 0
25、0释放量显著高于其他处理(图3-b)。图3-c显示堆肥过 程中C O2的释放变化,G0、G6.2 5、G1 2.5、G2 5首次峰值在第4 天;而G5 0、G1 0 0的首次峰值则在第6 天。图3-d显示C O2累积排放量,G0 与G6.2 5无显著差异,但显著低于其他处理,其他处理间无显著差异。图3 堆肥过程中N H3(a)和C O2排放量(b)变化及 N H3(c)和C O2累积排放量(d)F i g.3 C h a n g e s o f e m i s s i o n s o f N H3(a)a n d c a r b o n d i o x i d e(b)a n d c u m
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 气化 滤饼 枸杞 枝条 堆肥 进程 品质 损失 影响
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。