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猪粪堆肥的理化特征及腐熟度评价研究

作　者: 唐珠
导　师: 沈其荣；余光辉
学　校: 南京农业大学
专　业: 植物营养学
关键词: 猪粪好氧发酵激光共聚焦三维荧光光谱腐熟度
分类号: S141.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

好氧堆肥是固体有机废弃物资源化的主要手段。评估堆肥腐熟度是确保堆肥产品质量必不可少的步骤,但常规的堆肥腐熟度评价指标存在耗时较长、费用昂贵的问题。本研究拟发展基于三维荧光光谱与荧光区域指数(Excitation emission matrix-fluorescence regional index, EEM-FRI)的堆肥腐熟度快速评估方法,通过其与堆肥腐熟度评估指标相关性分析,寻求一种简单、快速的堆肥腐熟度评估方法。本文通过不同配比的猪粪和稻草、砻糠堆肥试验,研究了堆肥过程中主要物质的物理、化学、生物学指标以及光谱学特征的动态变化,揭示了不同辅料配比的猪粪堆肥过程中物质变化的基本规律,并评价了EEM-FRI表征猪粪堆肥腐熟度的可行性。通过不同辅料配比的猪粪堆肥试验,考察了不同辅料配比条件下,堆体中的物理、化学及生物学指标的动态变化。结果表明,碳氮比(17.7)最高,水溶性碳氮比(1.4)最低的堆体发酵效果最好；碳氮比(13.9)最低,水溶性碳氮比(2.8)高的堆体发酵效果最差,且该堆体至堆肥结束时,仍未完全腐熟。通过变性梯度凝胶电泳(DGGE)方法和多重荧光标记-激光共聚焦显微镜(CLSM)观察,确定细菌主要作用于升温阶段和高温阶段的初始期,且G+C含量低的菌体在堆肥的前期较降温期多；蛋白类物质主要存在于猪粪中,而α-多糖类物质主要存在于秸秆等植株细胞中,细胞主要存在于猪粪和稻草的表面和内部,但死亡细胞主要分布在稻草的杆状内部；在高温阶段存活的微生物主要用于降解纤维素和α-多糖类物质。堆体建堆26天后,堆体中的蛋白质、α-多糖、纤维素的含量和死亡细胞的数量逐渐降低,微生物总体的数量逐步升高。红外光谱和核磁共振光谱的结果表明,随堆肥时间的延长,有机肥的芳香度不断上升。堆肥水溶性物质中约90%的碳是以脂肪化形式存在的,仅有少部分的碳以芳香化形式存在。脂肪族碳主要集中在烷基碳和碳水化合物中,芳香族碳主要在表征烯烃碳的112-145ppm区域中。酚、醇和氨基酸,脂肪长链中的亚甲基,芳香结构的烯烃或酰胺键,羧酸盐,粘土矿物硅质,其他微生物降解易降解有机物及稻草中的木质素、纤维素、半纤维素、多糖等存在于堆肥的全过程。升温期和高温期是蛋白质等降解为简单的酰胺类物质的主要阶段。在建堆后18天为纤维素、木质素等的主要降解阶段。EEM-FRI结果表明,在猪粪堆肥过程中,蛋白类物质的含量逐步下降,腐殖酸类物质和富里酸类物质的含量均呈整体上升趋势。通过EEM-FRI与化学、生物学指标的相关性分析确定,EEM-FRI可用于评价猪粪堆肥的腐熟度。

全文目录

摘要 7-9ABSTRACT 9-11第一章文献综述 11-23 1 前言 11 2 猪粪尿在农业生产中的应用 11-13 2.1 猪粪的污染状况及危害 11-12 2.2 猪粪的价值 12-13 3 猪粪尿的处理工艺 13-15 3.1 直接分解 13 3.2 厌氧消化(沼气法) 13-14 3.3 饲料化处理 14-15 3.4 制作有机肥 15 4 有机肥腐熟度研究进展 15-20 4.1 物理指标 15-16 4.2 化学指标 16-19 4.3 生物指标 19-20 5 本课题研究目的、内容及技术手段 20-23 5.1 本课题研究目的 20 5.2 研究方法及技术手段 20-23第二章猪粪堆肥过程中物质动态变化 23-39 1 前言 23 2 材料与方法 23-26 2.1 堆肥材料及来源 23 2.2 堆肥设备与材料测定仪器 23-24 2.3 建堆及样品采集 24-25 2.4 指标测定 25-26 3 结果与讨论 26-36 3.1 猪粪堆肥过程中温度动态变化 26-28 3.2 猪粪堆肥过程中水分含量动态变化 28-29 3.3 猪粪堆肥过程中pH值和电导率动态变化 29-31 3.4 猪粪堆肥过程中全碳和全氮动态变化 31-33 3.5 猪粪堆肥过程中水溶性有机碳和水溶性氮动态变化 33-35 3.6 猪粪堆肥过程中铵态氮动态变化 35-36 3.7 猪粪堆肥过程中发芽指数动态变化 36 4 本章小结 36-39第三章猪粪堆肥过程中微生物种类与生物膜动态变化 39-53 1 前言 39 2 材料与方法 39-44 2.1 堆肥材料及来源 39-40 2.2 堆肥设备与材料测定仪器 40 2.3 激光共聚焦测定 40-42 2.4 细菌动态变化检测 42-44 3 结果与讨论 44-50 3.1 堆肥过程中细菌群落结构的动态变化 44-46 3.2 堆体中细胞及物质变化 46-50 4 本章小结 50-53第四章猪粪堆肥过程中光谱学特性研究 53-65 1 前言 53 2 材料与方法 53-54 2.1 样品预处理 53 2.2 红外测定方法 53-54 2.3 堆肥样品固态核磁共振碳谱分析 54 3 结果与讨论 54-63 3.1 堆肥样品红外光谱谱图与谱带归属 54-56 3.2 堆肥样品核磁共振图谱分析 56-63 4 本章小结 63-65第五章三维荧光光谱法表征猪粪堆肥腐熟度 65-77 1 前言 65 2 材料与方法 65-67 2.1 材料及来源 65 2.2 样品预处理 65-66 2.3 三维荧光光谱图测定 66-67 3 试验结果与讨论 67-74 3.1 不同配比堆体三维荧光图谱 67-69 3.2 不同配比堆体三维荧光图谱中峰值变化 69-70 3.3 不同配比堆体三维荧光图谱区域比例变化 70-72 3.4 三维荧光法表征不同配比猪粪堆肥腐熟度 72-74 4 本章小结 74-77第六章全文结论 77-79参考文献 79-91致谢 91-93作者简介 93-95硕士在读期间发表的论文 95

猪粪堆肥的理化特征及腐熟度评价研究

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