牛粪秸秆堆肥中厌氧氨氧化相关理化性质变化分析
1. 引言
1.1 农业废弃物现状
1.1.1 农业废弃物的增加
- 随着我国快速发展，农牧业相关产业规模扩大，农业废弃物日益增多。
- 畜禽粪便和作物秸秆是农业废弃物的主要组成部分。
1.1.2 农业废弃物的环境影响
- 未妥善处理的农业废弃物给生态环境和人畜健康带来负面影响。
- 农业废弃物处理是农业固体废弃物处理工作的重点。
1.1.3 农业废弃物的资源化利用
- 畜禽粪便和作物秸秆含有大量可供利用的有机物质。
- 恰当的加工后，可作为有机肥使用。
1.1.4 堆肥的资源化应用
- 堆肥是资源化利用农业固体废弃物的高效方式。
- 堆肥化处理后，堆体所含营养物质丰富，肥效长而稳定。
1.2 堆肥概述
1.2.1 堆肥的重要性
- 堆肥是减少我国能源消耗和资源使用的有效途径。
- 堆肥化处理是生物化学过程，也是一种发酵过程。
1.2.2 堆肥的优点
- 堆肥能够更高效地利用资源，减轻治理生态环境问题的压力。
- 堆肥具有造价低、无毒无害化程度高、单次处理容量大等优点。
1.3 堆肥中氮转化研究现状
1.3.1 氮素转化反应
- 堆肥化过程中涉及一系列氮素转化反应，包括氨化作用、硝化作用、反硝化作用、厌氧氨氧化作用和硝酸盐异化还原为铵等过程。
1.3.2 氮损失的影响因素
- 氮损失受多种参数影响，如微生物活性、堆肥材料含水率、碳氮比和初始氮含量等。
1.3.3 氮损失的途径
- 氮素以氨气和N2挥发，并有部分以N2O的形式排放造成了大量损失。
1.3.4 厌氧氨氧化研究现状
- 厌氧氨氧化作为氮素损失的主要途径之一，其研究十分稀少，不利于全面理解堆肥厌氧氨氧化相关理论。
1.4 厌氧氨氧化过程的研究现状
1.4.1 厌氧氨氧化的普遍性
- 厌氧氨氧化作用是氮素循环过程的重要组成部分之一，普遍存在于多种环境的氮循环过程中。
1.4.2 海洋系统中的厌氧氨氧化
- 在海洋系统中，厌氧氨氧化物在氧气最低区（OMZ）出现的热点地区无处不在。
1.4.3 淡水系统中的厌氧氨氧化
- 厌氧氨氧化在淡水系统中也普遍检测到。
1.4.4 人为生态系统中的厌氧氨氧化
- 在人工湿地、植物土壤和再循环水产养殖系统等人为生态系统中也检测到了厌氧氨氧化过程。
2. 实验材料与方法
2.1 堆肥的原料及原料处理
2.1.1 原料选择
- 实验以牛粪和水稻秸秆为堆肥材料。
2.1.2 原料处理
- 牛粪和水稻秸秆需经过适当处理，以保证堆肥效果。
2.2 堆肥样本的采集
2.2.1 采样时间
- 在堆肥过程中，需定期采集样本。
2.2.2 采样方法
- 采用适当的采样方法，以确保样本的代表性。
2.3 实验试剂与仪器
2.3.1 试剂选择
- 选择合适的试剂进行实验分析。
2.3.2 仪器设备
- 使用精确的仪器设备进行实验分析。
2.4 堆肥理化性质的测定
2.4.1 基础理化参数测定
- 测定堆肥样品的基础理化参数，如温度、pH、电导率等。
2.4.2 厌氧氨氧化相关指标测定
- 测定厌氧氨氧化相关指标，如氨气排放量、铵态氮含量、亚硝态氮含量、硝态氮含量、羟胺含量、联氨含量等。
3. 结果与分析
3.1 堆肥过程中理化参数变化
3.1.1 堆肥中温度变化
- 堆肥第2天进入高温期，高温持续7天以上。
3.1.2 堆肥中pH变化
- 堆肥结束时pH为8.87，呈弱碱性。
3.1.3 堆肥中电导率变化
- 堆肥结束时电导率达到4.24 mS·cm-1。
3.1.4 堆肥中含水率变化
- 堆肥过程中含水率发生变化。
3.1.5 堆肥中E4/E6变化
- 堆肥结束时E4/E6值达到3.61。
3.1.6 堆肥中种子发芽指数变化
- 堆肥结束时种子发芽指数（GI）为124.26%。
3.1.7 堆肥中总氮变化
- 堆肥过程中总氮含量发生变化。
3.1.8 堆肥中总有机碳变化
- 堆肥过程中总有机碳含量发生变化。
3.2 堆肥中厌氧氨氧化相关指标变化
3.2.1 堆肥中氨气排放量及铵态氮含量变化
- 氨气排放量在高温期达到最大。
- NH4+-N含量一直上升，第2天到19天含量较为稳定，第14天达到最高值。
3.2.2 堆肥中亚硝态氮及硝态氮含量变化
- NO2--N含量先上升，第2到14天含量下降，第14到19天略有上升最后趋于稳定。
- NO3--N含量显著下降，第14天后含量上升并于第19天再次下降。
3.2.3 堆肥中羟胺含量变化
- 羟胺的含量先上升，从第2到第14天含量持续下降，在降温期后，羟胺的含量再次升高。
3.2.4 堆肥中联氨含量变化
- 升温期堆体中联氨被大量消耗，随着堆肥的进行，含量逐渐上升（第14天），第14天后含量逐渐下降。
3.3 堆肥中联氨合成酶酶活变化
- 堆体中HZS活性在第19天达到峰值，第19天后活性渐渐下降。
