本文關(guān)鍵詞：脫硫石膏對(duì)堆肥中氮素轉(zhuǎn)化和腐殖化特征影響的研究

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【摘要】：隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,但也產(chǎn)生了大量的有機(jī)固體廢棄物,如禽畜糞便和農(nóng)作秸稈等。有機(jī)固體廢棄物的不當(dāng)處置,不僅造成生物質(zhì)資源的浪費(fèi),也會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。堆肥是資源化利用有機(jī)固體廢棄物的有效途徑,可以將有機(jī)固體廢棄物轉(zhuǎn)化成富含有機(jī)碳和氮的有機(jī)肥。但堆肥工藝的不同,堆肥過程會(huì)不同程度的產(chǎn)生大量C0_2和NH_3,造成堆肥中碳素和氮素的損失。因此,為達(dá)到堆肥過程中保存碳和氮營(yíng)養(yǎng),促進(jìn)堆肥腐殖化的目的,本論文進(jìn)行以下研究。為了研究添加脫硫石膏對(duì)牛糞和糖廠濾泥堆肥過程中氮素轉(zhuǎn)化的影響,本實(shí)驗(yàn)分析了脫硫石膏對(duì)氨的吸附特性,測(cè)定了堆肥過程中堆體溫度、pH、電導(dǎo)率、含水率、有機(jī)質(zhì)、碳氮比、凱氏氮、銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮的變化。脫硫石膏對(duì)氨氣具有一定的吸附能力。添加脫硫石膏沒有顯著影響堆體的溫度、pH、電導(dǎo)率、含水率和有機(jī)質(zhì)的變化。添加脫硫石膏顯著提高了高溫期堆體中銨態(tài)氮的含量,實(shí)驗(yàn)組中銨態(tài)氮最大值比對(duì)照組提高了59.90%。這可能由于脫硫石膏促進(jìn)了堆體中形成硫酸銨和促進(jìn)NH~(4+)與Ca~(2+)發(fā)生陽離子交換的結(jié)果。添加脫硫石膏使實(shí)驗(yàn)組在第15天出現(xiàn)亞硝態(tài)氮積累峰。堆肥結(jié)束時(shí),實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組中硝態(tài)氮含量分別是1.11 g·kg~(-1)和1.45 g·kg~(-1),這與實(shí)驗(yàn)組出現(xiàn)亞硝態(tài)氮的積累峰,促進(jìn)氮素以N20形式損失有關(guān)。堆肥過程中氮素物料衡算表明,對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組中氮素?fù)p失分別為1 5.00%和10.80%。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,堆肥過程中添加10%的脫硫石膏能夠顯著促進(jìn)堆體在高溫期保存大量的銨態(tài)氮,減少堆肥過程中氮素?fù)p失。脫硫石膏是堆肥過程中一種有效的氮素保存添加劑。為了研究添加脫硫石膏對(duì)堆肥過程中硝化與反硝化作用的影響,本實(shí)驗(yàn)通過熒光定量PCR (qPCR)技術(shù)絕對(duì)定量了堆肥中實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組硝化與反硝化相關(guān)功能基因豐度的動(dòng)態(tài)變化,分析了堆肥過程中理化參數(shù)和這些功能基因豐度之間的相關(guān)性。結(jié)果表明：添加脫硫石膏對(duì)堆肥中16S rDNA豐度有抑制作用,延遲了amoA豐度最大值的出現(xiàn),造成實(shí)驗(yàn)組出現(xiàn)N02--N的積累峰。腐熟期,對(duì)照組中nxrA豐度顯著高于實(shí)驗(yàn)組,導(dǎo)致對(duì)照組中N03--N高于實(shí)驗(yàn)組。在一定的高溫階段有反硝化作用發(fā)生。實(shí)驗(yàn)組中narG豐度高于對(duì)照組,促進(jìn)N03--N還原成N02--N。添加脫硫石膏提高了narG和nirS豐度的相對(duì)含量。斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)性分析表明,amoA豐度與有機(jī)質(zhì)和NH~(4+)-N含量呈負(fù)相關(guān),與N03--N含量呈正相關(guān)。nxrA豐度與溫度呈負(fù)相關(guān)。添加脫硫石膏顯著影響了堆肥過程中硝化和反硝化相關(guān)微生物含量的變化,從而影響堆肥中氮素轉(zhuǎn)化。本實(shí)驗(yàn)從分子水平闡述了添加脫硫石膏對(duì)堆肥中氮素轉(zhuǎn)化的影響。為了研究添加脫硫石膏對(duì)堆肥過程中腐殖化特征的影響,本實(shí)驗(yàn)分析了對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組堆肥過程中腐殖質(zhì)樣品的粒徑變化、元素組成、傅里葉變換紅外吸收光譜特性,并利用熱裂解-氣相-質(zhì)譜聯(lián)用分析腐殖質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成。結(jié)果表明,腐殖質(zhì)的粒徑主要分布在300-600 nm之間,且粒徑呈雙峰模型分布,這與其中主要成分HA和FA的粒徑不同有關(guān)。堆肥腐殖質(zhì)中H含量減少和C/H增加、C/N減少表明堆肥后腐殖質(zhì)的不飽和度增加,腐殖質(zhì)“核”中縮合的氮含量增加。添加脫硫石膏提高了腐殖質(zhì)的不飽和度。紫外-可見吸收光譜和紅外吸收光譜都表明腐殖質(zhì)在堆肥進(jìn)程中芳構(gòu)化程度增加,添加脫硫石膏提高了堆肥腐殖質(zhì)的芳構(gòu)化程度。熱裂解-氣相-質(zhì)譜聯(lián)用分析表明,腐殖質(zhì)中烷類物質(zhì)減少,苯類和含氮物質(zhì)增加,添加脫硫石膏提高了腐殖質(zhì)中含氮物質(zhì)的含量,這可能與添加脫硫石膏增加了堆肥過中有機(jī)氮含量有關(guān)。
【關(guān)鍵詞】：堆肥 脫硫石膏 氮素 qPCR 硝化作用 反硝化作用 腐殖化
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ440.1
【目錄】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-13
• 符號(hào)說明13-14
• 第一章 緒論14-26
• 1.1 有機(jī)固體廢棄物資源化利用現(xiàn)狀14-17
• 1.2 堆肥技術(shù)研究17-20
• 1.2.1 堆肥17
• 1.2.2 堆肥過程中氮素?fù)p失途徑及控制措施17-20
• 1.3 堆肥過程中微生物群落研究20-22
• 1.4 腐殖質(zhì)及結(jié)構(gòu)研究22-24
• 1.5 本課題的立題背景、意義及主要內(nèi)容24-26
• 1.5.1 立題背景和意義24-25
• 1.5.2 主要內(nèi)容25-26
• 第二章 添加脫硫石膏對(duì)堆肥過程中氮素轉(zhuǎn)化的影響26-42
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備26-27
• 2.1.1 材料與試劑26
• 2.1.2 儀器設(shè)備26-27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方法27-31
• 2.2.1 脫硫石膏吸附實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)27-28
• 2.2.2 堆肥實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)28
• 2.2.3 測(cè)定方法28-31
• 2.2.4 數(shù)據(jù)分析31
• 2.3 結(jié)果與討論31-41
• 2.3.1 脫硫石膏對(duì)氨的吸附特性31
• 2.3.2 添加脫硫石膏對(duì)堆體中溫度、含水率、pH和電導(dǎo)率的影響31-32
• 2.3.3 添加脫硫石膏對(duì)堆體中有機(jī)質(zhì)、凱氏氮和碳氮比的影響32-35
• 2.3.4 添加脫硫石膏對(duì)堆中銨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮含量的影響35-38
• 2.3.5 堆肥過程中氮素的轉(zhuǎn)化38-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第三章 脫硫石膏對(duì)堆肥中硝化和反硝化基因豐度的影響42-55
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備42-43
• 3.1.1 材料與試劑42
• 3.1.2 儀器設(shè)備42-43
• 3.2 實(shí)驗(yàn)方法43-46
• 3.2.1 細(xì)菌總DNA提取43
• 3.2.2 瓊脂糖凝膠電泳檢驗(yàn)及DNA濃度的測(cè)定43-44
• 3.2.3 目的片段擴(kuò)增、純化和克隆44
• 3.2.4 熒光定量(Quantitative real-time PCR)標(biāo)準(zhǔn)曲線制備44-45
• 3.2.5 熒光定量檢測(cè)45
• 3.2.6 數(shù)據(jù)分析45-46
• 3.3 結(jié)果與討論46-54
• 3.3.1 細(xì)菌總DNA提取46
• 3.3.2 熒光定量標(biāo)準(zhǔn)曲線制備46-48
• 3.3.3 熒光定量檢測(cè)目的基因48-53
• 3.3.4 堆肥過程中理化參數(shù)與硝化和反硝化作用功能基因間的相關(guān)性53-54
• 3.4 結(jié)論54-55
• 第四章 脫硫石膏對(duì)堆肥過程中腐殖化特征的影響55-69
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備55
• 4.1.1 材料與試劑55
• 4.1.2 儀器設(shè)備55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)方法55-57
• 4.2.1 腐殖質(zhì)提取方法55-56
• 4.2.2 粒徑分析56
• 4.2.3 元素分析56
• 4.2.4 紫外-可見吸收光譜分析(UV-Vis)56
• 4.2.5 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)分析56
• 4.2.6 熱裂解-氣相/質(zhì)譜(Pyrolysis-GC/MS)56-57
• 4.3 結(jié)果與討論57-68
• 4.3.1 腐殖質(zhì)粒徑及分布57
• 4.3.2 腐殖質(zhì)元素組成57-60
• 4.3.3 腐殖質(zhì)紫外-可見光譜吸收特性60
• 4.3.4 腐殖質(zhì)紅外吸收光譜特性60-62
• 4.3.5 腐殖質(zhì)熱裂解-氣相-質(zhì)譜聯(lián)用分析62-68
• 4.4 結(jié)論68-69
• 第五章 結(jié)論與展望69-72
• 5.1 結(jié)論69-71
• 5.2 展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-82
• 致謝82-83
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文83

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