本文關(guān)鍵詞：生物炭及翻堆頻率對(duì)雞糞堆肥過(guò)程中溫室氣體排放的影響

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【摘要】：畜禽糞便堆肥是溫室氣體(N20/CH4/CO2)排放的主要來(lái)源之一,微生物的硝化和反硝化作用是其產(chǎn)生N2O的主要途徑。堆肥過(guò)程N(yùn)2O排放不但對(duì)全球氣候的增溫效應(yīng)顯著,還會(huì)引起堆肥物料氮素?fù)p失,導(dǎo)致堆肥產(chǎn)物品質(zhì)肥效降低。理解畜禽糞便堆肥過(guò)程中溫室氣體N2O的來(lái)源及排放規(guī)律,對(duì)解釋N2O排放機(jī)理及減排措施具有重要意義。畜禽糞便堆肥過(guò)程N(yùn)2O的產(chǎn)生與畜禽糞便堆肥過(guò)程氮素形態(tài)的轉(zhuǎn)化密切相關(guān)。畜禽糞便堆肥過(guò)程產(chǎn)生的N2O同時(shí)來(lái)源于堆肥堆體表面的硝化途徑和堆肥堆體內(nèi)部的反硝化途徑。但在堆肥中添加生物炭(biochar)還鮮見(jiàn)報(bào)道。這些少量的研究證明生物炭有潛力能夠加快堆肥進(jìn)程、改善堆肥質(zhì)量和減少相關(guān)的N2O的排放。這可以歸因于生物炭具有較高的孔隙度和巨大的比表面積,能夠吸附和持留水分、NH3.NH4+和N03離子,促進(jìn)微生物的代謝和生理活動(dòng)。糞便與生物炭共同堆肥為緩釋肥料的生產(chǎn)和溫室氣體減排提供了一個(gè)非常有前景的方法。然而需要進(jìn)一步的研究來(lái)了解生物炭堆肥過(guò)程中的作用,以及生物炭與糞便、微生物之間的相互作用。 本研究采用稻殼為原料制造生物炭,實(shí)驗(yàn)室模擬堆肥系統(tǒng),并將生物炭添加到堆肥過(guò)程中作為填充劑,研究了生物炭和鋸末添加量及翻堆頻率對(duì)雞糞堆肥過(guò)程中N2O排放及NH4+-N、N03--N的影響,生物炭和鋸末添加量及翻堆頻率對(duì)雞糞堆肥過(guò)程中C02/CH4排放的影響,生物炭和鋸末添加量及翻堆頻率對(duì)雞糞堆肥進(jìn)程(溫度、含水量、pH)的影響。主要研究結(jié)果如下： (1)Meta分析建立了一種新的標(biāo)準(zhǔn),能有效地對(duì)不同研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納。目前,在堆肥中添加生物炭做填充劑并對(duì)堆肥溫室氣體排放的影響的相關(guān)研究還很少,因此相關(guān)的數(shù)據(jù)是很有限的。通過(guò)對(duì)這些有限的數(shù)據(jù)分析,得到的結(jié)論是生物炭和鋸末均能減少堆肥過(guò)程中的N2O和CH4排放,但是均能增加CO2的排放。相比之下,生物炭減排N2O和CH4的效果更好。因此,糞便堆肥過(guò)程中添加生物炭是一項(xiàng)很好的減排溫室氣體排放、提高堆肥氮素含量的措施。 (2)生物質(zhì)氣化是從生物質(zhì)資源生產(chǎn)清潔能源的一種很有前景的方法。利用上升氣流氣化爐制造生物炭時(shí),只需要2小時(shí)溫度即可升高到863℃,短時(shí)間內(nèi)即可制備成生物炭。每次可制得300g左右的生物炭,生物炭產(chǎn)率在30%左右。說(shuō)明氣化是制備生物炭的一種既省時(shí)間又產(chǎn)率高的方法。 (3)雞糞堆肥過(guò)程中添加生物炭能顯著減少N2O的排放。與對(duì)照相比,20%生物炭添加量導(dǎo)致N2O減排約60%。作為生物炭的對(duì)比,鋸末也能減少N2O的排放,但是減排效果不如生物炭。生物炭提高雞糞堆肥堆體的NH4+-N和NO3--N含量。生物炭是一種理想的堆肥填充劑,能夠減少堆肥N損失。翻堆頻率對(duì)堆肥N轉(zhuǎn)化有顯著影響。低翻堆頻率對(duì)堆體保持NH4+-N和NO3--N是有益的,但是導(dǎo)致N2O排放的增加。 (4)填充生物炭的堆體溫度、pH值和CO2峰值升高,含水量降低,說(shuō)明了生物炭能夠加快堆肥速度。為了做對(duì)比,鋸末作為另外一種填充劑添加至堆肥中,研究發(fā)現(xiàn)其填充效果不如生物炭。生物炭比鋸末更加有效地減少CH4排放。翻堆頻率顯著影響CO2峰值和CH4排放。高翻堆頻率更能加快堆肥進(jìn)程。 (5)生物炭有減少堆肥過(guò)程中氮損失及增強(qiáng)氮持留的潛力。對(duì)含氮量豐富的物料堆肥來(lái)說(shuō),生物炭是一種很理想的填充劑。生物炭是減排堆肥N20排放的最好的填充劑之一。
【關(guān)鍵詞】：雞糞堆肥 生物炭 翻堆頻率 N_2O/CH_4/CO_2排放
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S141.4;X713
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 文獻(xiàn)綜述10-28
• 1.1 畜禽糞便對(duì)大氣環(huán)境的影響和危害10-11
• 1.2 堆肥技術(shù)研究11-14
• 1.2.1 堆肥的基本定義11
• 1.2.2 好氧堆肥的原理和時(shí)期11-12
• 1.2.3 糞便堆肥腐熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)12-14
• 1.3 堆肥過(guò)程中N_2O的產(chǎn)生機(jī)制、影響因素及減排措施14-20
• 1.3.1 N_2O的源分布14-15
• 1.3.2 糞便堆肥過(guò)程中N_2O的產(chǎn)生機(jī)制15-17
• 1.3.3 畜禽糞便好氧堆肥過(guò)程N(yùn)_2O排放的影響因素17-20
• 1.3.4 畜禽糞便好氧堆肥過(guò)程N(yùn)_2O排放的減排措施20
• 1.4 堆肥過(guò)程中CH_4和CO_2的產(chǎn)生機(jī)制、影響因素及減排措施20-22
• 1.5 生物炭農(nóng)用于土壤的研究22-24
• 1.5.1 生物炭的范疇及環(huán)境角色22-23
• 1.5.2 生物炭農(nóng)用于土壤的研究進(jìn)展23-24
• 1.6 生物炭對(duì)糞便堆肥及相應(yīng)的N_2O排放的影響24-28
• 1.6.1 堆肥過(guò)程中N_2O的形成25-26
• 1.6.2 堆肥中添加生物炭及其對(duì)N_2O排放的影響26-28
• 第二章 研究思路與內(nèi)容28-30
• 2.1 研究思路28
• 2.2 研究目標(biāo)28-29
• 2.3 研究?jī)?nèi)容29
• 2.4 技術(shù)路線29-30
• 第三章 Meta分析生物炭和鋸末添加量對(duì)堆肥過(guò)程中溫室氣體排放的影響30-36
• 3.1 Meta分析的概念30-31
• 3.2 Meta分析采用的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法31
• 3.3 固定模型和混合模型31
• 3.4 Meta分析所用數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備31-32
• 3.5 生物炭和鋸末添加量對(duì)堆肥過(guò)程中溫室氣體排放的影響32-34
• 3.6 結(jié)論34-36
• 第四章 氣化制造生物炭及其性質(zhì)研究36-43
• 4.1 生物質(zhì)原材料-稻殼的性質(zhì)37-38
• 4.2 制造方法-氣化工藝研究38-39
• 4.2.1 試驗(yàn)裝置38-39
• 4.2.2 生物炭制造過(guò)程39
• 4.3 稻殼生物炭的性質(zhì)39-41
• 4.4 結(jié)論41-43
• 第五章 生物炭及翻堆頻率對(duì)雞糞堆肥過(guò)程中N_2O排放的影響43-55
• 5.1 材料方法44-45
• 5.1.1 生物炭性質(zhì)測(cè)定44-45
• 5.1.2 雞糞性質(zhì)測(cè)定45
• 5.1.3 鋸末性質(zhì)測(cè)定45
• 5.2 堆肥試驗(yàn)45-47
• 5.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)45-47
• 5.2.2 取樣與分析47
• 5.3 堆肥原材料的性質(zhì)47-48
• 5.4 生物炭添加對(duì)堆肥溫度及N_2O排放的影響48-50
• 5.5 生物炭添加對(duì)堆肥NH_4~+-N的影響50-51
• 5.6 生物炭添加對(duì)NO_3~--N的影響51-52
• 5.7 翻堆頻率的影響52-54
• 5.8 結(jié)論54-55
• 第六章 生物炭對(duì)雞糞堆肥進(jìn)程及CH_4/CO_2排放的影響55-62
• 6.1 材料方法56
• 6.2 堆肥試驗(yàn)56-57
• 6.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)56-57
• 6.2.2 取樣與分析57
• 6.3 生物炭對(duì)堆肥進(jìn)程pH值和含水量的影響57-58
• 6.4 生物炭添加對(duì)堆肥CH_4排放的影響58-59
• 6.5 生物炭添加對(duì)CO_2排放的影響59-60
• 6.6 翻堆頻率的影響60-61
• 6.7 結(jié)論61-62
• 第七章 綜合討論、結(jié)論與展望62-72
• 7.1 綜合討論62-69
• 7.1.1 生物炭制造技術(shù)及其性質(zhì)62-64
• 7.1.2 生物炭對(duì)堆肥進(jìn)程的影響64-66
• 7.1.3 生物炭對(duì)堆肥無(wú)機(jī)氮的影響66-67
• 7.1.4 生物炭對(duì)堆肥過(guò)程中溫室氣體排放的影響67-69
• 7.1.5 翻堆頻率的影響69
• 7.2 主要結(jié)論69-70
• 7.3 本研究創(chuàng)新點(diǎn)70
• 7.4 展望70-72
• 參考文獻(xiàn)72-80
• 致謝80-81
• 作者簡(jiǎn)介81-82
• 附錄 雞糞堆肥預(yù)備試驗(yàn)82-92

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1102964