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不同控制条件下堆肥过程中腐殖质的转化机制研究

作　者: 孙向平
导　师: 李国学
学　校: 中国农业大学
专　业: 环境工程
关键词: 高温堆肥腐殖质添加剂芳构化有机质
分类号: S141.4
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

为了系统探索不同控制条件下堆肥过程中腐殖质的转化规律和机制。布置了系列堆肥试验,研究了在不同季节条件下翻堆频率和覆盖条件、不同通风量和通风方式、不同化学添加剂等对堆肥过程中腐殖质转化规律的影响。并研究了堆肥施入土壤后对作物以及土壤腐殖质的影响进行了初步研究。通过元素分析、红外光谱以及GC-MS分析技术研究了堆肥过程中腐殖质的结构特征。主要研究结果如下：(1)堆肥过程显著提高了胡敏酸态碳、氮占腐殖质态碳、氮的比重。温暖季节可挥发性物质的降解率要高于寒冷季节。堆肥70d以后,寒冷季节腐殖质碳(HS-C)占TOC的比重及增加幅度均要高于温暖季节。翻堆处理能显著降低堆肥过程中胡敏酸的E4/E6值。(2)过高的通风量将导致堆体热量和水分的大量散失。堆体可挥发性物质降解主要集中在升温期和高温阶段。间歇式通风堆肥处理相比于连续式通风处理,HS-C占TOC的比重的变化幅度明显要大,但连续式通风处理在堆肥过程中胡敏酸态氮(HA-N)与富里酸态氮(FA-N)比值要高于间歇式通风处理。堆肥结束时,强制通风处理富里酸碳氮比高于不通风堆肥处理,同时通风显著降低了堆肥过程中胡敏酸E4/E6值。(3)化学添加剂可降低挥发性物质的降解率,其中过磷酸钙+氯化镁处理不仅降低了可挥发性物质的损失,同时也降低了腐殖质中胡敏酸的含量,但可显著提高堆肥全氮中腐殖质态氮(HS-N)的比例。堆肥过程中腐殖质态氮占堆肥全氮的比重与铵态氮含量呈正相关。胡敏酸碳与富里酸碳比值(HR=HA-C/FA-C)和胡敏酸碳与腐殖质碳比值(HP=HA-C/HS-C)在堆肥的升温期和高温期变化比较剧烈。相比蘑菇渣和锯末堆肥处理,玉米秸秆堆肥处理更有利于有机碳的腐殖化作用。(4)腐熟堆肥施入到土壤,对玉米产量的影响主要是通过影响玉米的穗行数和行粒数来实现,同时腐熟堆肥比化肥处理更有利于土壤有机质的积累。施用堆肥明显增加土壤中全氮的含量,增加幅度最大为过磷酸钙添加量为15%的堆肥。土壤富里酸碳(FA-C)在两年轮作后各处理都出现了不同程度的下降,土壤中胡敏酸的含量有显著增加。(5)胡敏酸和富里酸结构的变化主要集中在堆肥的后腐熟化阶段。胡敏酸芳构化程度高于富里酸,堆肥过程中胡敏酸属于Rp型,相比较于土壤的胡敏酸还比较“稚嫩”。70d条垛式堆肥结束后,富里酸的结构主要以苯酚、烷烃、甲酯、酰胺为主,胡敏酸的结构含有烷烃、苯、苯酚、脂类、酰胺等,其中主要以脂类为主并含有大量的酰胺类物质。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-28
  1.1 有机废弃物研究现状  10-12
  1.2 堆肥技术研究进展  12-15
    1.2.1 堆肥基本原理  12-13
    1.2.2 堆肥影响因素  13-15
    1.2.3 堆肥技术及工艺  15
  1.3 腐殖质研究进展  15-24
    1.3.1 腐殖质的形成  15-18
    1.3.2 腐殖质的提取及分析技术  18-21
    1.3.3 堆肥腐殖质变化  21-23
    1.3.4 堆肥腐殖质氮素转化  23-24
    1.3.5 腐殖质的作用  24
  1.4 研究目的  24-25
  1.5 研究内容  25-27
    1.5.1 条垛翻堆系统中翻堆频率、覆盖、季节对堆肥腐殖质变化的影响  25
    1.5.2 条垛翻堆系统中通气量和通风方式对堆肥腐殖质变化的影响  25
    1.5.3 不同氮素控制措施对强制通风系统中腐殖质变化的影响  25
    1.5.4 不同调理剂对堆肥腐熟、后腐熟阶段腐殖质变化的影响  25
    1.5.5 施用堆肥对作物及土壤腐殖质变化的影响  25-26
    1.5.6 腐殖质的元素分析、红外光谱及GC-MS分析  26-27
  1.6 技术路线  27-28
第二章不同季节条垛式堆肥系统中腐殖质的变化规律  28-46
  2.1 引言  28
  2.2 材料与方法  28-31
    2.2.1 堆肥材料与设备  28-29
    2.2.2 试验设计  29-30
    2.2.3 测定方法  30-31
  2.3 结果与讨论  31-45
    2.3.1 温度变化及堆肥腐熟度评价  31-34
    2.3.2 可挥发性物质变化  34
    2.3.3 腐殖质碳变化  34-38
    2.3.4 腐殖质氮变化  38-41
    2.3.5 腐殖质C/N及E_4/E_6变化  41-44
    2.3.6 堆肥过程中碳氮元素平衡  44-45
  2.4 小结  45-46
第三章不同堆肥措施条件下腐殖质的变化规律  46-62
  3.1 引言  46
  3.2 材料与方法  46-47
    3.2.1 堆肥材料与方法  46-47
    3.2.2 试验设计  47
    3.2.3 测定方法  47
  3.3 结果与讨论  47-60
    3.3.1 温度变化及堆肥腐熟度评价  48-50
    3.3.2 可挥发性物质变化  50-51
    3.3.3 腐殖质碳变化  51-54
    3.3.4 腐殖质氮变化  54-57
    3.3.5 腐殖质C/N、E_4/E_6变化  57-60
    3.3.6 堆肥过程中碳氮元素平衡  60
  3.4 小结  60-62
第四章不同调理剂及化学添加剂条件下腐殖质的变化规律  62-80
  4.1 引言  62
  4.2 材料与方法  62-64
    4.2.1 堆肥材料与设备  62-64
    4.2.2 试验设计  64
    4.2.3 测定方法  64
  4.3 结果与讨论  64-79
    4.3.1 温度变化及堆肥腐熟度评价  64-66
    4.3.2 可挥发性物质变化  66-68
    4.3.3 腐殖质碳变化  68-71
    4.3.4 腐殖质氮变化  71-75
    4.3.5 腐殖质C/N、E_4/E_6变化  75-78
    4.3.6 堆肥过程中碳氮元素平衡  78-79
  4.4 小结  79-80
第五章施用堆肥对玉米作物生长和土壤腐殖质的影响  80-91
  5.1 引言  80
  5.2 材料与方法  80-82
    5.2.1 堆肥材料与方法  80-81
    5.2.2 试验设计  81
    5.2.3 测定方法  81-82
  5.3 结果与讨论  82-90
    5.3.1 施用堆肥对玉米生长的影响  82-84
    5.3.2 施用堆肥对玉米产量的影响  84-85
    5.3.3 施用堆肥对玉米元素吸收的影响  85-86
    5.3.4 施用堆肥对土壤养分变化的影响  86-88
    5.3.5 施用堆肥对土壤腐殖质变化的影响  88-90
  5.4 小结  90-91
第六章腐殖质的元素分析、红外光谱和GC-MS分析技术研究  91-110
  6.1 引言  91
  6.2 材料与方法  91-92
    6.2.1 堆肥材料与方法  91
    6.2.2 试验设计  91-92
    6.2.3 测定方法  92
  6.3 结果与讨论  92-109
    6.3.1 堆肥过程中腐殖质元素分析  92-93
    6.3.2 不同调理剂条件下腐殖质红外光谱变化  93-98
    6.3.3 不同碳氮比条件下腐殖质红外光谱变化  98-102
    6.3.4 固氮技术条件下腐殖质红外光谱变化  102-105
    6.3.5 腐殖质GC-MS分析研究  105-109
  6.4 小结  109-110
第七章总结与展望  110-112
  7.1 结论  110
  7.2 创新点  110
  7.3 展望  110-112
参考文献  112-120
致谢  120-122
作者简介  122

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