保氮剂对水葫芦堆肥进程及氮素损失的影响

为研究保氮剂对水葫芦堆肥进程及氮素损失的影响,以切碎的水葫芦为原料,以硫酸亚铁、腐植酸钠、过磷酸钙按75∶20∶5质量比配制成保氮剂,进行35 d的好氧堆肥试验.试验设置占堆体总质量0%(对照,CK)、1%(PN1)、2%(PN2)、3%(PN3)的保氮剂4个处理,对堆肥过程中堆体理化性质、氮组分含量、氨挥发及氮素损失率进行监测.结果表明: 堆肥高温期,保氮剂处理的堆温明显高于CK,堆体含水量则在降温期显著低于CK(P<0.05).堆肥完成后,保氮剂处理的全氮、有机氮含量均显著增加,以PN3处理最高,其全氮、有机氮含量分别比CK高16.3%和13.2%;同时,PN1、PN2、PN3处理的氨挥发总量分别比CK低25.9%、31.5%、42.4%,氮素固定率则分别达31.3%、40.7%、72.2%.表明水葫芦堆肥过程中添加保氮剂可加快启动速度、缩短堆肥时间,并能减少氨挥发、氮素损失.总体上,以PN3处理效果最佳.     

畜禽粪便堆肥过程中氮素的损失与控制

堆肥是实现畜禽粪便处理及资源化利用的有效途径,然而畜禽粪便堆肥过程中氮素损失较严重,对氮素损失与控制的研究可为有效控制氮素损失提供理论基础和实践参考.本文简述了畜禽粪便堆肥过程中氮素转化及主要损失途径,总结了影响堆肥氮素损失的主要因素(包括堆肥物料初始特性、堆肥环境参数和堆肥工艺条件),并综述了氮素损失控制措施(调节C、N代谢,改变氮素形态,添加NH₃吸附剂和调节通风与控温措施)的研究进展,此外,对未来的研究方向进行了展望.     

沼渣与污泥混合高温堆肥效果及氮素控制

以锯木屑为调理剂,以Mg(OH)2与H3PO4的混合液为高温堆肥过程中的氮素抑制剂,研究沼渣与啤酒厂污泥混合堆肥效果。结果表明:混合物经好氧发酵处理后,均达到腐熟。添加氮素固定剂处理和对照处理的最高温度都可达65℃以上,在堆肥过程中添加氮素固定剂处理可提高堆体中有机物质的转化速率,对氮素的固定率达18%以上,添加固氮剂处理的堆肥结束后P元素增加了51%,堆肥品质得到了大幅度提高。堆肥过程中的物料的种子发芽指数不断提高,达到0.9;添加固氮剂的处理堆肥的种子发芽指数为1.0,明显高于对照。可见采用高温堆肥和氮素固定技术可有效地实现沼渣及啤酒厂污泥的混合资源化,该研究为后期沼渣和啤酒厂污泥堆肥的规模化应用提供了技术参数。     

接种高温纤维素菌剂对生活垃圾堆肥理化性质的影响

为探讨高温纤维素菌剂对生活垃圾堆肥的影响, 研究在堆肥过程中添加了不同剂量和不同种类的微生物菌剂。分析了堆肥过程中各个阶段不同处理的温度、含水率、pH 值、E4/E6、有机质、全氮、硝态氮、铵态氮、C/N、全磷、速效磷、全钾和速效钾的变化情况。研究表明接种微生物菌剂的处理使堆肥初期升温上升较快, 堆肥效果好于空白对照处理。其中添加1%自制纤维素菌剂的处理升温速度较快, 堆肥发酵后期含水率最低, 腐殖化程度、有机质降解效率最高, C/N 达到20 时所用时间最短, 全氮、硝态氮、铵态氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾含量最高, 堆肥效果最好。     

不同有机无机复混肥对水稻产量和氮素利用率的影响

通过田间试验,研究了菜粕堆肥、猪粪堆肥和中药渣堆肥有机无机复混肥与化肥对常优1号水稻产量、氮素利用效率、土壤供氮特征以及土壤微生物多样性的影响.结果表明：各施氮肥处理的稻谷产量（7918.8～9449.2 kg·hm^-2）均显著高于对照（6947.9 kg·hm^-2）,其中有机无机复混肥处理的稻谷产量(8532.0～9449.2 kg·hm^-2)显著高于化肥处理（7918.8 kg·hm^-2）,比化肥处理增产7.7%～19.3%;菜粕堆肥、猪粪堆肥、中药渣堆肥有机无机复混肥处理的氮素积累量、氮素转运率、氮素回收率和氮肥农学利用效率及生理利用效率均显著高于化肥处理;有机无机复混肥处理明显提高了土壤矿质氮含量,改善了土壤供氮特性,提高了氮利用率;对各处理土壤DNA条带采用邻接法分析显示：5个处理土壤样品可分为三大族群,化肥与对照处理为第一族群,猪粪堆肥、中药渣堆肥处理为第二族群,菜粕堆肥处理属第三族群.表明施入外源有机物质(菜粕、猪粪与中药渣)可能会改变土壤的细菌群落结构,而施入化肥对土壤的细菌群落结构影响较小.     

超高温堆肥促进氮素减损的微生物机制研究进展

堆肥中氮的循环在很大程度上依赖微生物驱动的氮素转化。传统高温堆肥最高堆温普遍在55-60℃,温度的提高有利于缩短堆肥周期和提高堆肥品质。超高温堆肥作为近年来快速发展的新兴技术,不但能突破传统堆肥工艺堆温低的局限,并且持续的超高温调控了堆肥微生物组、堆肥环境与氮素的互作,减少了氮素的损失。本文综述了堆体的氮循环过程及超高温堆肥技术在保氮方面的显著优势,以及超高温堆肥过程中具有氮代谢功能的优势微生物种群及其影响因素,重点介绍有关超高温堆肥控制氮素损失的作用机制研究进展,同时对超高温堆肥现有研究中存在的问题进行分析并探讨解决途径。     

不同微生物菌剂处理对猪粪堆肥中氨挥发的影响

研究不同微生物复合菌剂及添加比例对猪粪与木屑混合(鲜重比为鲜猪粪∶木屑9∶1)堆肥过程中NH₃挥发的影响.结果表明,在堆肥过程中,NH₃挥发主要产生在堆肥前期15 d的升温和高温期,添加3‰的微生物复合菌剂1、2和3对猪粪堆肥中NH₃挥发都有一定的抑制作用,减轻氮素损失与堆肥恶臭,添加5‰复合菌剂1有显著抑制作用（P＜0.05）.     

我国农牧交错区耕作方式与施氮量对小麦氮素利用的影响

在我国内蒙古自治区赤峰市农牧交错区研究了不同耕作方式及不同施氮量对小麦氮肥吸收利用和产量的影响.结果表明：长期实施保护性耕作使小麦对氮素的利用率提高3%～4%,减轻氮肥对农田环境的污染;保护性耕作有利于促进小麦对氮素的吸收,提高小麦产量.当施氮量由120 kg·hm^-2增加到360 kg·hm^-2时,小麦对氮素的吸收利用由36.5%降低为26%;氮素损失增加约5%,对应的氮素损失量则从60 kg·hm^-2增加到约200 kg·hm^-2,对环境的污染明显增加.小麦对上季残留氮素的利用受耕作方式影响较小,受上季施氮量影响较大,总体趋势为施氮量越高,小麦利用率越低,损失越多.经过两季小麦种植后,小麦-土壤系统回收的总氮素比例约为44%～50%,其中土壤残留氮素约占施氮量的13%～18%.     

控释配方肥氮素在芥菜连作期的去向和平衡

采用小型渗漏计,在施用水溶性肥料及其与控释肥料组成的控释配方肥条件下,研究了3个生长季连作芥菜的吸氮量、N₂O排放损失、氮素淋溶损失、氮素残留和其他损失量.结果表明： 在含25%控释氮素的控释配方肥处理下,芥菜的吸氮量逐季增加,后期显著高于水溶性肥料处理.水溶性肥料处理的N₂O累积排放量和氮素淋溶损失量明显高于控释配方肥处理,各肥料处理氮素淋失的形态均以NO₃^--N为主.相对于水溶性肥料,控释配方肥能改变氮素的去向,氮素吸收利用率提高75.4%,土壤残留增加76.0%,淋溶损失和其他表观损失分别减少27.1%和66.3%.施用控释配方肥是减少氮素各种形式损失、显著提高氮肥利用率的有效途径,控释肥料是氮素养分高效利用的环保型肥料.     

竹炭对三叶草生长及土壤细菌群落的影响

研究添加不同含量(0、3%和9%)和颗粒直径(0.05、0.05～1.0和1.0～2.0 mm)竹炭对三叶草生长及土壤微生物群落结构的影响.结果表明: 竹炭对三叶草生长的促进作用前期较明显,添加9%竹炭处理略好于添加3%竹炭处理,而不同颗粒直径对三叶草生长影响差异不显著;播种后0～120 d,竹炭对三叶草生长的促进作用随着时间推移而减弱,5个月后基本消失.16S rDNA V3区片段的DGGE分析表明,添加竹炭改变了土壤细菌群落结构特征,大部分种类土壤细菌数量和细菌群落多样性指数均高于对照.定量分析表明,添加9%、细粒(D<0.05 mm)竹炭处理土壤细菌数量显著高于其他处理.同一添加含量下,细粒径竹炭对土壤细菌数量的增加效应更明显.
     

氮沉降和施生物质炭对毛竹林土壤N2O通量的影响

本研究于2019年7月—2020年7月在浙江省杭州市典型毛竹林布置野外控制实验,采用静态箱-气相色谱法测定毛竹林土壤N₂O通量,分析生物质炭(10 t·hm^-2)、氮沉降(60 kg N·hm^-2·a^-1)、生物质炭+氮沉降混合处理对土壤N₂O通量的影响,并探讨了土壤N₂O通量与环境因子的关系。结果表明: 与对照相比,氮沉降处理使毛竹林土壤N₂O年累积排放量增加了14.6%,而施用生物质炭及其与氮沉降混合处理则分别降低了20.8%和10.6%。相关分析表明,在所有处理下,毛竹林土壤N₂O排放速率与土壤温度、硝态氮含量、脲酶和蛋白酶活性之间均呈极显著相关,与土壤铵态氮含量均呈显著相关。在氮沉降背景下,施用生物质炭对毛竹林土壤N₂O通量仍具有显著的减排效应。     

畜禽粪便堆肥的理化腐熟指标及其红外光谱

选择新鲜的牛粪、猪粪和鸡粪为堆肥原料,通过室内模拟直接堆肥试验,研究堆肥过程理化参数变化、种子发芽指数以及腐熟物红外光谱特征.结果表明: 堆肥过程温度变化明显,牛粪出现一次堆肥高温阶段,鸡粪和猪粪各两次,堆肥温度超过50 ℃以上时间均大于10 d,温度可以最直观地表征堆肥的腐熟程度.堆肥过程中pH值变化幅度较大,其中猪粪的pH值从6.63上升至7.74,鸡粪从7.73上升至8.66,牛粪则先从7.86上升至8.36再下降至7.52;有机碳含量逐渐降低,牛粪、猪粪和鸡粪分别下降23.3%、28.2%和31.7%;堆肥过程中,牛粪、猪粪和鸡粪的铵态氮含量分别下降87.8%、73.6%和79.7%,硝态氮含量分别增加至堆肥前的56.81、6.49和4.85倍,铵态氮/硝态氮均下降至2以下.温度、pH值、有机碳含量和铵态氮/硝态氮能较好地反映3种粪便高温堆肥的腐熟程度,且与种子发芽率相关性较高(P≤0.05).红外光谱分析表明,在堆肥过程中,牛粪和猪粪的脂肪族、多糖类物质减少,芳香结构化增强,腐殖化程度增加;鸡粪则相反.在建立理化指标体系的同时,应兼顾物质结构的稳定性.     

土壤微生物生物量氮对不同腐熟度有机肥的响应及对土壤矿质氮的调控作用

为探究化肥配施不同腐熟度有机肥对土壤微生物生物量氮(MBN)的影响及土壤MBN调控土壤矿质氮的作用,将堆肥过程与土壤培养试验相结合,设置常规化肥对照(CK)、化肥+腐熟度为50%(种子发芽指数为50%,下同)的有机肥(CO1)、化肥+腐熟度为80%的有机肥(CO2)、化肥+腐熟度为100%的有机肥(CO3)共4个处理,测定土壤MBN、矿质氮(NH₄⁺-N、NO₃^--N)、净硝化速率、微生物生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、脲酶和蛋白酶,并揭示土壤MBN对矿质氮的调控作用。结果表明: 到培养结束时,与CK处理相比,有机肥处理(CO1、CO2、CO3)的土壤MBN、NH₄⁺-N含量显著提高50.1%～62.4%、109.9%～147.1%,土壤NO₃^--N、净硝化速率显著降低23.3%～46.8%、26.2%～51.5%,土壤MBC、DOC含量、脲酶和蛋白酶活性分别显著提高33.8%～69.6%、7.4%～20.8%、11.2%～69.0%、9.4%～25.1%,且CO2、CO3的变化幅度均显著高于CO1。冗余分析和结构方程模型显示,较高腐熟度有机肥(腐熟度≥80%)对MBC、MBN、NH₄⁺-N含量、脲酶和蛋白酶活性具有正向调控作用,对土壤净硝化速率具有负向调控作用。化肥配施较高腐熟度有机肥可以明显增加土壤MBN,提升脲酶、蛋白酶活性,增加NH₄⁺-N含量,降低土壤净硝化速率。因此,在实际应用中,建议采用腐熟度为80%的有机肥与化肥配施,减少有机肥生产成本及时间,实现有机固体废弃物的资源化利用。     

施用南荻生物炭对不同类型土壤氨挥发的影响

在洞庭湖区农田施用秸秆生物炭不仅能实现秸秆资源化利用,还可降低环境污染压力。本研究于2020年采用水稻盆栽试验,研究了不同南荻秸秆生物炭施用量对土壤氨挥发速率、累积氨挥发量、表面水pH值和NH₄⁺-N浓度的影响。供试土壤为第四纪红土发育的红黄泥和花岗岩发育的麻砂泥水稻土,设置6个南荻秸秆生物炭添加处理,即分别以土柱0～20 cm土壤重量的0%、1%、2%、4%、6%和8%比例添加生物炭,每盆施用复合肥200 kg N·hm^-2。结果表明: 施用生物炭导致两种土壤之间或不同生物炭处理之间的氨挥发速率和累积量均存在显著差异。麻砂泥施用生物炭处理在施肥后第2天出现氨挥发峰值,且较不施生物炭处理峰值降低了23.6%～53.4%;红黄泥氨挥发峰值出现在施肥后第7～13天,且其峰值随着生物炭添加量的增加而升高。整体上,麻砂泥土壤的氨挥发速率均高于红黄泥。麻砂泥土壤＜4%生物炭添加量能抑制土壤氨挥发速率及累积量,其中以2%处理降幅最大(46.9%),但生物炭添加对水稻生长前期表面水pH值的影响不显著;红黄泥土壤随着南荻生物炭用量的增加,表面水中pH值和NH₄⁺-N浓度增加,导致氨挥发速率及累积量增幅达1.3～10.5倍。回归分析显示,生物炭添加量是影响两种土壤氨挥发的关键因素。Elo-vich方程能较好地拟合两种土壤的氨挥发累积量随时间的变化动态,各施炭处理的相关系数均达极显著水平。总体上,对于偏中性的麻砂泥土壤,施用一定量的南荻生物炭对氨排放有一定的抑制作用,而对于酸性的红黄泥土壤,增施南荻生物炭会通过提高表面水的pH值和NH₄⁺-N浓度促进氨挥发,因此针对不同类型土壤施用南荻秸秆生物炭应注意选择适宜用量,以降低氮素损失。     

Microbiology of nitrogen cycle in animal manure compost

Composting is the major technology in the treatment of animal manure and is a source of nitrous oxide, a greenhouse gas. Although the microbiological processes of both nitrification and denitrification are involved in composting, the key players in these pathways have not been well identified. Recent molecular microbiological methodologies have revealed the presence of dominant Bacillus species in the degradation of organic material or betaproteobacterial ammonia‐oxidizing bacteria on nitrification on the surface, and have also revealed the mechanism of nitrous oxide emission in this complicated process to some extent. Some bacteria, archaea or fungi still would be considered potential key players, and the contribution of some pathways, such as nitrifier denitrification or heterotrophic nitrification, might be involved in composting. This review article discusses these potential microbial players in nitrification–denitrification within the composting pile and highlights the relevant unknowns through recent activities that focus on the nitrogen cycle within the animal manure composting process.     

凋落物中水溶性有机物和残渣对亚热带森林土壤氮素转化的影响

设置60%和90%WHC两种土壤水分条件,并添加凋落物过滤液、剩余残渣和丙氨酸,进行为期36 d的室内培养(25 ℃),研究了凋落物中水溶性有机物和残渣对土壤氮素转化的影响.结果表明: 在60%和90%WHC条件下,丙氨酸在土壤中迅速矿化,该处理的土壤铵态氮(NH₄⁺-N)含量分别比对照显著提高5.4%～44.7%和16.1%～41.3%,净氮矿化和氨化速率在培养前期也高于对照,而凋落物过滤液和残渣添加处理则降低了土壤NH₄⁺-N含量,且残渣的降幅大于过滤液.试验期间,土壤硝态氮(NO₃^--N)含量呈直线增长趋势,培养结束时60%WHC条件下NO₃^--N含量显著高于90%WHC.土壤水分含量增多不利于土壤有机质的矿化;90%WHC条件下可溶性有机碳(SOC)含量明显低于60%WHC,而土壤氧化亚氮(N₂O)排放量比60%WHC提高1.5～63.0倍,且在60%WHC条件下凋落物残渣添加处理显著促进了土壤N₂O的排放.凋落物在分解过程中的可溶性物质和剩余物对土壤氮的影响存在差异,且这种差异随分解而发生动态变化.     

长期施肥条件下黄土旱塬土壤NO3--N的淋溶分布规律

在黄土旱塬区,长期施肥对土壤剖面NO₃^--N含量和分布有显著影响.施用化学氮肥,土壤剖面中出现NO₃^--N的淋溶与深层累积,而施用磷肥和有机肥有减弱NO₃^--N向更深层淋溶的作用.单施氮肥处理(N),NO₃^--N的累积峰深度最大,为120～200cm;N、P有机肥配施处理(NPM),NO₃^--N的累积峰值最高,但峰深度降低至60～120cm;N、P配施(NP)累积深度为80～140cm.不施氮肥,分布在土壤剖面中NO₃^--N含量显著降低.氮肥用量愈大,NO₃^--N的累积量愈大.N、P配施可以有效降低NO₃^--N累积.在同一氮肥用量下,NO₃^--N累积量随磷肥用量的增加而减少.     

Characterization of dairy cattle manure/wallboard paper compost mixture

The aim of this research was to evaluate the use of manufacturing wallboard paper scraps as an alternative bulking agent for dairy cattle manure composting. The characteristics of the composting process were studied based on the changes in physico-chemical parameters and final compost quality. Composting of dairy cattle manure with wallboard paper was performed in a 481-L cylindrical reactor with vacuum-type aeration. Rapid degradation of organic matter was observed during the thermophilic stage of composting due to high microbial activity. High temperature and alkaline pH conditions promoted intense ammonia emission during the early stage of composting. The number of mesophilic and thermophilic microorganisms were found to be affected by changes in temperature at different composting stages. The total nitrogen (N), phosphorus (P), potassium (K), and sodium (Na) concentrations of the mixture did not change significantly after 28days of composting. However, the presence of gypsum in the paper scraps increased the calcium content of the final compost. The wallboard paper had no phyto-inhibitory effects as shown by high germination index of final compost (GI=99%).     

玉米秸秆生物炭对秸秆腐熟进程、养分含量和CO2排放量的影响

生物炭具有良好的理化特性(富碳、呈碱性、孔隙丰富),能够有效调节其所在系统的理化性质.通过室内培养试验研究了玉米秸秆生物炭对玉米秸秆腐熟进程以及腐熟产物的理化性质、养分含量和CO₂气体排放的影响.试验设置4个处理:对照(CK);生物炭添加量5%(B₁,生物炭干基质量占玉米秸秆腐熟体系的干基质量分数);生物炭添加量10%(B₂);生物炭添加量20%(B₃).结果表明: 生物炭能够提高秸秆腐熟体系的升温速率和温度峰值,加快秸秆腐熟进程;生物炭能够提高秸秆腐熟过程中微生物活跃时期的pH值,提高秸秆腐熟体系的电导率(EC),为微生物降解有机物提供更适宜的环境;生物炭能够促进秸秆腐熟体系有机质的降解,增加秸秆腐熟体系的总养分含量,提高秸秆腐熟产物的品质.另外,随着生物炭添加量的提高,氮(N)含量没有显著变化,磷(P₂O₅)含量和钾(K₂O)含量都显著提高.其中,B₃处理的P₂O₅和K₂O含量较CK分别提高了0.2%和0.9%.生物炭添加能够提高秸秆腐熟体系CO₂的排放通量,且CO₂排放通量与温度的变化趋势一致,进一步说明生物炭能够提高微生物降解有机物的强度.