牛粪发酵过程中碳、氮、磷转化研究

论文摘要

随着人类社会的发展、科学技术的进步,人们越来越认识到资源和环境对人类的重要性。畜禽粪便作为资源化研究和利用对象逐渐引起此领域研究科学工作者的注意,因此畜禽粪便是放错了位置的资源的思想已逐渐深入人心。对于畜禽粪便堆肥发酵的研究已有很多报导,但由于不同地域畜禽粪便的成分不同,因此发酵过程中物质的转化及发酵产品的理化性质有所差异。另外,由于条件的限制,多数科学工作者主要通过实验室模拟对畜禽粪便发酵进行研究,其试验结果与工厂化发酵过程中实际情况差异很大,不能完全表征发酵过程中的实际变化。本试验通过与完达山奶牛场合作,进行外源微生物牛粪工厂化发酵,并通过加入外源无机磷,探讨堆肥发酵过程中牛粪有机物质和氮素形态的转化,发酵过程中的代谢产物对外源无机磷的溶解、转化能力以及磷素的有效性,为工厂化牛粪发酵的物质转化及提高外源无机磷的有效性提供理论与实践依据。本试验通过研究,主要结论如下:1.在牛粪发酵过程中,挥发性有机酸出现一个峰值,不挥发性有机酸出现两个峰值,其中外源微生物处理使挥发性有机酸峰值提前出现714d;处理DM+EM150、DM+EM200不挥发性有机酸第二个峰值提前出现14d。发酵前期,各外源微生物处理下,有机酸的总量均有不同程度的增加,但发酵结束后,各处理间有机酸差异不大。2.在牛粪发酵过程中,有机碳含量和水溶性有机碳含量均呈明显降低趋势,外源微生物处理下,其下降幅度明显大于不接种外源微生物处理。3.总腐殖酸、游离腐殖酸和水溶性腐殖酸含量在发酵前期呈明显的降低趋势,但至发酵腐熟期,又逐渐升高。发酵前期,外源微生物处理使其下降幅度明显大于不接种外源微生物处理,但在发酵腐熟期变化不大。4.各处理下胡敏酸含量呈先降低,然后增加的趋势。发酵结束后,外源微生物处理胡敏酸的含量高于不接种外源微生物处理。发酵前期,各处理富里酸含量呈现明显下降趋势,至发酵腐熟期趋于稳定,在整个发酵周期内,外源微生物处理富里酸的含量均低于不接种外源微生物处理。5.在牛粪发酵过程中,腐殖化指数（HI）、胡敏酸的百分含量（HP）均呈明显的上升趋势,表明在发酵过程中腐殖酸的腐殖化程度增加。在发酵后期,外源微生物处理DM+EM150、DM+EM200,HI、HP值明显高于不接种外源微生物处理。6.外源微生物处理可促进发酵前期全氮与酸解性氮损失,但发酵结束后,与不加微生物处理相比,并没有引起氮素浓度的太大变化。酰胺态氮与氨基糖态氮均在发酵的高温期出现峰值,在发酵的腐熟期呈现较为平稳的走势。但在发酵的不同时期,外源微生物处理酰胺态氮含量始终低于不加微生物处理,而氨基糖态氮含量则表现出与酰胺态氮相反的趋势,各外源微生物处理之间差异不显著。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 畜禽粪便的产生现状及其污染危害
• 1.1.1 畜禽粪便的产生现状
• 1.1.2 畜禽养殖业对环境的污染
• 1.2 畜禽粪便处理方法的国内外现状
• 1.2.1 干燥法
• 1.2.2 化学处理法
• 1.2.3 生物处理法
• 1.3 畜禽粪便发酵有机物质转化的研究进展
• 1.3.1 畜禽粪便发酵过程中小分子有机酸的变化
• 1.3.2 畜禽粪便发酵腐殖质的变化及其对腐熟度的影响
• 1.4 畜禽粪便发酵过程中氮素的转化与保持
• 1.5 畜禽粪便发酵过程中磷素的转化
• 1.5.1 低分子有机酸对磷素的活化作用
• 1.5.2 微生物对难溶性磷的活化作用
• 1.6 研究目的意义、研究内容、技术路线
• 1.6.1 研究目的意义
• 1.6.2 主要研究内容
• 1.6.3 技术路线
• 1.7 创新点
• 2 材料与方法
• 2.1 牛粪发酵有机物质和氮素形态转化的试验材料与方法
• 2.1.1 牛粪发酵试验材料
• 2.1.2 牛粪发酵有机物质转化试验设计
• 2.1.3 氨挥发试验设计
• 2.1.4 测定方法
• 2.2 牛粪发酵对外源无机磷转化试验材料与方法
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验设计
• 2.2.3 测定方法
• 2.3 主要仪器设备
• 2.4 数据分析
• 3 结果与分析
• 3.1 牛粪发酵过程中有机物质的变化
• 3.1.1 小分子有机酸含量变化
• 3.1.2 有机碳、腐殖质含量变化
• 3.2 牛粪发酵过程中氮素形态的变化
• 3.2.1 全氮含量的变化
• 3.2.2 酸解性有机氮与酸不溶性氮含量的变化
• 3.2.3 氨基酸态氮含量的变化
• 3.2.4 酰胺态氮含量的变化
• 3.2.5 氨基糖态氮含量的变化
• 3.2.6 未知态氮含量的变化
• 3.2.7 氨态氮含量的变化
• 3.2.8 硝态氮含量的变化
• 3.2.9 速效氮的变化
• 3.2.10 肥料氮含量的变化
• 3.2.11 氨挥发试验结果
• 3.3 牛粪发酵过程中磷素的转化
• 3.3.1 全磷变化
• 3.3.2 有机态磷变化
• 3.3.3 活性有机态磷变化
• 3.3.4 中等活性有机态磷变化
• 3.3.5 中稳性有机态磷变化
• 3.3.6 高稳性有机态磷变化
• 3.3.7 速效磷变化
• 3.3.8 磷矿粉溶解程度的电镜观察
• 4 讨论
• 4.1 牛粪发酵腐殖质的变化及腐熟度研究
• 4.1.1 牛粪发酵腐殖酸的变化
• 4.1.2 外源微生物发酵对牛粪发酵腐熟度的影响
• 4.2 牛粪发酵对外源无机磷素的转化
• 4.3 存在问题及展望
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 在学期间参加的相关科研课题