蚯蚓处置鸭粪过程中氨挥发和温室气体的排放特征

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gan402771387
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畜禽粪便的资源化处置对畜禽养殖业可持续发展以及环境保护具有重要意义。畜禽粪便的资源化过程主要包括粪便的收集、存储、以及粪便在肥料厂内的预处理与处置等关键环节。然而在畜禽粪便资源化的过程中会产生大量的氨气(NH3)和温室气体(GHG,包括氧化亚氮(N2O)、二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4))。这些气体的产生不仅对环境产生负面影响,同时还降低了最终有机肥料的肥效。因此,探明畜禽粪便在存储、预处理与处置等关键过程中NH3挥发和GHG的排放规律,对研发兼顾经济、环保双赢的畜禽粪便资源化技术具有实际意义。本论文以河北省白洋淀安新县一养鸭农户生产的鸭粪为研究对象,通过室内培养试验比较了调理剂对鸭粪存储过程中NH3挥发和GHG排放的影响,并确定最佳调理剂;在此基础上通过中试培养试验比较了两种鸭粪处置模式(鸭粪预处理.普通堆肥处置和鸭粪预处理.蚯蚓处置)对NH3挥发和GHG排放的影响,研究鸭粪预处理和处置两个阶段对NH3挥发和GHG排放的相对贡献,探明调理剂对鸭粪预处理与处置过程中NH3挥发和GHG排放的影响,为畜禽粪便资源化处置技术的研发提供新的科学依据。  鸭粪存储过程中,研究了添加调理剂芦苇秸秆、沸石粉、过磷酸钙及其组合对氨挥发和温室气体排放的影响。结果表明添加芦苇秸秆和/或沸石粉有利于实现对鸭粪存储过程中NH3挥发和GHG排放的控制。为鸭粪预处理-处置试验筛选了合适的调理剂。  鸭粪预处理-处置试验设置2种鸭粪处置模式:鸭粪预处理-普通堆肥处置模式(模式PC)和鸭粪预处理-蚯蚓处置模式(模式PV),每个处置模式中分别设置3个调理剂处理(鸭粪、鸭粪+芦苇秸秆、鸭粪+芦苇秸秆+沸石粉)。鸭粪资源化过程包括前期鸭粪预处理阶段和后期鸭粪处置阶段,这两个阶段分别历时45天和32天。蚯蚓的接种密度为1.60kg蚯蚓m-2。鸭粪预处理与处置过程中采用静态箱法监测氨挥发和温室气体的排放。主要结论如下:  (1)鸭粪预处理.处置模式PC和模式PV累积NH3挥发量几乎相同,因为累积NH3挥发的81-95%集中在鸭粪预处理过程中的前10天内。在整个鸭粪预处理-处置过程中,累积氨挥发量变化在3.0-8.1gkg-1DM之间。与对照处理相比,添加芦苇秸秆、芦苇秸秆+沸石粉分别显著降低了48%和63%的累积NH3挥发量;单独添加芦苇、芦苇秸秆+沸石粉这两个处理间的累积NH3挥发量无显著差别。  (2)鸭粪预处理-处置模式PC和模式PV中平均综合温室气体排放量分别为349.1gCO2-eq.kg-1DM和341.4gCO2-eq.kg-1DM。模式PC和模式PV间的综合温室气体排放量差异不显著。对照处理、芦苇秸秆、芦苇秸秆+沸石粉处理间综合温室气体排放差异不显著。两种处置模式中鸭粪预处理阶段的综合温室气体排放量占总综合温室气体排放量的比例达76-89%。  (3)鸭粪预处理.处置模式PC和模式PV间的CO2气体排放量差异不显著,但模式PV中N2O和CH4气体排放显著地低于模式PC中对应的气体排放量。与对照处理相比,添加芦苇秸秆、芦苇秸秆+沸石粉处理显著降低鸭粪预处理。处置过程中N2O气体排放,但显著增加CO2气体排放;而芦苇秸秆、芦苇秸秆+沸石粉这两个处理间N2O或CO2气体排放差异不显著。芦苇秸秆+沸石粉处理CH4气体排放显著低于对照和单独添加芦苇秸秆处理。  (4)在整个鸭粪预处理-处置过程中,CO2气体排放主要集中在鸭粪预处理阶段,占总CO2排放量的90%以上;N2O气体排放主要在后期鸭粪处置阶段,占总N2O气体排放量的45.9-71.7%;模式PC和模式PV中鸭粪处置阶段CH4气体排放占总CH4气体排放的比例范围分别为80.6-81.8%和39.7-67.8%,前者显著高于后者。  (5)模式PC和模式PV中有机肥pH值分别变化在7.5-7.6和7.0-7.2之间,后者pH值显著高于前者;模式PV有机肥中的氮营养物质(全氮、N03-和NH4+含量)显著高于模式.PC。可见,鸭粪预处理.处置模式PV生产有机肥的肥效显著高于模式PC生产的有机肥。  综上所述,与鸭粪预处理-普通堆肥处置模式相比,鸭粪预处理-蚯蚓处置鸭粪不仅能够生产高氮营养的有机肥,同时具有控制鸭粪预处理-处置过程中N2O和CH4气体排放的潜力。添加芦苇秸秆有利于控制鸭粪预处理-处置过程中NH3挥发和温室气体排放。
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