添加生物炭对鸡粪好氧堆肥过程中养分转化的研究
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研究表明，以生物炭为堆肥添加剂可以有效［6-7］ 减少氮素损失，国外有关学者［8-9］也发现生物炭能 够有效降低氨气的排放，有效提高氮素固定率，进 而 控 制 氮 素 损 失。 但 是， 由 于 生 物 质 原 材 料 的 不 同，制备出的生物炭差异显著。柠条是一种广泛种 植于山西、陕西北部和内蒙古的防风固沙灌丛植 物，而平茬以后产生大量的废弃生物质，通过炭化 可以开发这种生物质的利用价值，且用柠条制备的
中国土壤与肥料 2019 （5） doi：10.11838/sfsc.1673-6257.18468
添加生物炭对鸡粪好氧堆肥过程中养分转化的研究
吴晓东，邢泽炳 *，何远灵，张瑞卿，谷晓霞
（山西农业大学工学院，山西 太谷 030801）
摘 要：为研究不同柠条生物炭添加量对鸡粪堆肥过程中养分转化的影响，以鸡粪和小麦秸秆粉为堆肥原材料， 并添加质量分数为 0%、3%、6%、9%、12% 和 15% 的柠条生物炭进行好氧堆肥，并在堆肥第 0、3、8、19、26、 33 和 40 d 取样测定各项指标。结果表明，与对照组 CK 相比，添加柠条生物炭可以缩短堆肥升温期 1~2 d，延长 堆肥高温期的停留天数 2~4 d，增加堆体的保水能力；而且有利于堆肥高温期氨气的吸附，减少氮素损失，提高堆 肥质量。堆肥结束后，添加柠条生物炭可以使全氮质量分数提高 5.59%~27.38%；无论是否添加生物炭，随着堆肥 进行，各处理的全磷、全钾均迅速增加。在鸡粪麦秆堆肥中添加柠条生物炭可以加快堆肥进程，减少氨气的挥发 损失。柠条生物炭是一种有效的堆肥添加剂，且适宜的柠条生物炭添加比例在 9%~12% 之间。 关键词：柠条生物炭；鸡粪；好氧堆肥；养分转化
1 材料与方法
1.1 试验地点及试验材料 试验在山西农业大学工学院自制大棚内进行。
试验所用到的柠条生物炭是在马弗炉 600℃碳化 1 h 所得，所用鸡粪和小麦秸秆来自山西农业大学畜 牧站，柠条来自晋北定襄县王家庄人工种植 3 年以 上枝干部分［10］。将小麦秸秆粉碎至 3~5 mm 作为调 节剂，按照鸡粪与小麦秸秆质量比 1∶1 进行堆置。 调节水分为 60%。堆肥原料基本性状如表 1 所示。
收稿日期：2018-11-29；录用日期：2019-01-16 基金项目：山西省留学回国人员科研活动择优资助项目（2018）； 山西省科研单位科研设备购置专项资助项目。 作者简介：吴晓东（1991-），男，山西朔州人，硕士研究生，研 究方向为生物质材料及应用。E-mail：2608767126@。 通讯作者：邢泽炳，E-mail：xingz理
鸡粪
小麦秸秆
柠条生物炭
CK
50
50
0
A1
50
50
3
A2
50
50
6
A3
50
50
9
A4
50
50
12
A5
50
50
15
试验采用静态堆置强制通风结合翻堆方式对 鸡粪进行堆肥处理。堆肥装置如图 1 所示，有效 容积为 150 L ，并在堆肥桶上覆盖保温层。堆肥为 期 40 d，通风量为 20 m3·h-1·t-1。分别在第 3、8、 19、26、33、40 d 进行翻堆取样，采样时将物料充 分混匀。每天固定时间用温度计测定堆体及环境 温度。
随着我国畜禽养殖业呈现出区域化经营的特 点［1］，造成了畜禽粪便的大量堆积，根据国家环 境保护总局调查，2015 年我国畜禽粪便的产出量 已 超 过 45 亿 t［2］， 大 量 的 粪 污 造 成 了 严 重 的 污 染［3］。 鸡 粪 中 含 有 丰 富 的 N、P、K 等 植 物 营 养 成分，是农业生产中重要的肥料资源，因此，对 鸡 粪 的 资 源 化 利 用 是 非 常 必 要 的。 而 堆 肥 是 解 决 粪 便 无 害 化 和 资 源 化 处 理 的 重 要 途 径［4］， 但 是在堆肥过程中不可避免会造成氮素的损失。据 相 关 研 究 者 统 计， 堆 肥 过 程 中 氮 素 损 失 范 围 在 16% ～ 76% 之间［5］，氮素的损失会造成堆肥产品 肥效的降低，而且会造成环境污染。
表 1 堆肥原料初始性质
堆肥原料
全碳（%） 全氮（%）
碳氮比
鸡粪
25.21
2.27
11.09
小麦秸秆
43.63
0.71
61.45
柠条生物炭
36.74
2.02
18.19
141
中国土壤与肥料 2019 （5）
1.2 试验设计 本试验设对照组（CK）、A1、A2、A3、A4 和
A5 共 6 个处理，各处理原料配比如表 2 所示。
升温阶段，微生物将堆肥物料中易降解的有机物 快速分解而释放出大量的热能，使得堆体温度迅 速升高［15］，对照处理和添加 3%、6%、9%、12% 和 15% 生 物 炭 处 理 的 升 温 期 分 别 为 5、4、3、3、 3 和 4 d， 随 着 生 物 炭 比 例 的 增 加， 各 处 理 的 升 温期呈下降趋势，这说明添加生物炭能够缩短堆 肥 升 温 期， 且 比 不 添 加 生 物 炭 提 前 了 1~2 d； 各 处理高温期（50℃以上的天数）维持的时间分别 为 12、14、15、15、16 和 16 d，这表明各处理均 达到了国家相关标准（GB 7959-87）规定的 50℃ 以 上 5~7 d， 且 添 加 生 物 炭 可 以 使 堆 肥 高 温 期 延 长 2~4 d； 经 过 高 温 阶 段 后 由 于 堆 料 中 易 分 解或 较易分解的有机物已大部分被分解，只剩下部分 难分解的有机物（如木质素等）和新形成的腐殖 质， 微 生 物 因 缺 乏 可 利 用 的 营 养 物 质 而 停 止 生 长、活性下降，产热减少，且通风和水分蒸发会带 走较多的热量，使得堆体温度下降，堆肥进入降 温期。
生物炭不但具有大量的孔结构，以微孔（5 mm 以 下）结构为主，比表面积大，碘吸附值高［10］，而 且它对氮气的饱和吸附量可以达到 350 mg·g-1。因 此，柠条生物炭具备吸附材料的基本特征。在已有 的报道中，竹炭、秸秆炭和木炭是堆肥中常见的生 物炭添加剂 ， ［6，11-12］ 柠条生物炭作为堆肥添加剂 鲜 有 报 道。 因 此， 本 试 验 以 鸡 粪 和 小 麦 秸 秆 粉 为 堆肥原材料，添加不同用量柠条生物炭进行好氧 堆肥，研究生物炭对鸡粪堆肥过程中养分转化的 影响。
中国土壤与肥料 2019 （5） doi：10.11838/sfsc.1673-6257.18468
添加生物炭对鸡粪好氧堆肥过程中养分转化的研究
吴晓东，邢泽炳 *，何远灵，张瑞卿，谷晓霞
（山西农业大学工学院，山西 太谷 030801）
摘 要：为研究不同柠条生物炭添加量对鸡粪堆肥过程中养分转化的影响，以鸡粪和小麦秸秆粉为堆肥原材料， 并添加质量分数为 0%、3%、6%、9%、12% 和 15% 的柠条生物炭进行好氧堆肥，并在堆肥第 0、3、8、19、26、 33 和 40 d 取样测定各项指标。结果表明，与对照组 CK 相比，添加柠条生物炭可以缩短堆肥升温期 1~2 d，延长 堆肥高温期的停留天数 2~4 d，增加堆体的保水能力；而且有利于堆肥高温期氨气的吸附，减少氮素损失，提高堆 肥质量。堆肥结束后，添加柠条生物炭可以使全氮质量分数提高 5.59%~27.38%；无论是否添加生物炭，随着堆肥 进行，各处理的全磷、全钾均迅速增加。在鸡粪麦秆堆肥中添加柠条生物炭可以加快堆肥进程，减少氨气的挥发 损失。柠条生物炭是一种有效的堆肥添加剂，且适宜的柠条生物炭添加比例在 9%~12% 之间。 关键词：柠条生物炭；鸡粪；好氧堆肥；养分转化
1 材料与方法
1.1 试验地点及试验材料 试验在山西农业大学工学院自制大棚内进行。
试验所用到的柠条生物炭是在马弗炉 600℃碳化 1 h 所得，所用鸡粪和小麦秸秆来自山西农业大学畜 牧站，柠条来自晋北定襄县王家庄人工种植 3 年以 上枝干部分［10］。将小麦秸秆粉碎至 3~5 mm 作为调 节剂，按照鸡粪与小麦秸秆质量比 1∶1 进行堆置。 调节水分为 60%。堆肥原料基本性状如表 1 所示。
收稿日期：2018-11-29；录用日期：2019-01-16 基金项目：山西省留学回国人员科研活动择优资助项目（2018）； 山西省科研单位科研设备购置专项资助项目。 作者简介：吴晓东（1991-），男，山西朔州人，硕士研究生，研 究方向为生物质材料及应用。E-mail：2608767126@。 通讯作者：邢泽炳，E-mail：xingz理
鸡粪
小麦秸秆
柠条生物炭
CK
50
50
0
A1
50
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3
A2
50
50
6
A3
50
50
9
A4
50
50
12
A5
50
50
15
试验采用静态堆置强制通风结合翻堆方式对 鸡粪进行堆肥处理。堆肥装置如图 1 所示，有效 容积为 150 L ，并在堆肥桶上覆盖保温层。堆肥为 期 40 d，通风量为 20 m3·h-1·t-1。分别在第 3、8、 19、26、33、40 d 进行翻堆取样，采样时将物料充 分混匀。每天固定时间用温度计测定堆体及环境 温度。
随着我国畜禽养殖业呈现出区域化经营的特 点［1］，造成了畜禽粪便的大量堆积，根据国家环 境保护总局调查，2015 年我国畜禽粪便的产出量 已 超 过 45 亿 t［2］， 大 量 的 粪 污 造 成 了 严 重 的 污 染［3］。 鸡 粪 中 含 有 丰 富 的 N、P、K 等 植 物 营 养 成分，是农业生产中重要的肥料资源，因此，对 鸡 粪 的 资 源 化 利 用 是 非 常 必 要 的。 而 堆 肥 是 解 决 粪 便 无 害 化 和 资 源 化 处 理 的 重 要 途 径［4］， 但 是在堆肥过程中不可避免会造成氮素的损失。据 相 关 研 究 者 统 计， 堆 肥 过 程 中 氮 素 损 失 范 围 在 16% ～ 76% 之间［5］，氮素的损失会造成堆肥产品 肥效的降低，而且会造成环境污染。
表 1 堆肥原料初始性质
堆肥原料
全碳（%） 全氮（%）
碳氮比
鸡粪
25.21
2.27
11.09
小麦秸秆
43.63
0.71
61.45
柠条生物炭
36.74
2.02
18.19
141
中国土壤与肥料 2019 （5）
1.2 试验设计 本试验设对照组（CK）、A1、A2、A3、A4 和
A5 共 6 个处理，各处理原料配比如表 2 所示。
升温阶段，微生物将堆肥物料中易降解的有机物 快速分解而释放出大量的热能，使得堆体温度迅 速升高［15］，对照处理和添加 3%、6%、9%、12% 和 15% 生 物 炭 处 理 的 升 温 期 分 别 为 5、4、3、3、 3 和 4 d， 随 着 生 物 炭 比 例 的 增 加， 各 处 理 的 升 温期呈下降趋势，这说明添加生物炭能够缩短堆 肥 升 温 期， 且 比 不 添 加 生 物 炭 提 前 了 1~2 d； 各 处理高温期（50℃以上的天数）维持的时间分别 为 12、14、15、15、16 和 16 d，这表明各处理均 达到了国家相关标准（GB 7959-87）规定的 50℃ 以 上 5~7 d， 且 添 加 生 物 炭 可 以 使 堆 肥 高 温 期 延 长 2~4 d； 经 过 高 温 阶 段 后 由 于 堆 料 中 易 分 解或 较易分解的有机物已大部分被分解，只剩下部分 难分解的有机物（如木质素等）和新形成的腐殖 质， 微 生 物 因 缺 乏 可 利 用 的 营 养 物 质 而 停 止 生 长、活性下降，产热减少，且通风和水分蒸发会带 走较多的热量，使得堆体温度下降，堆肥进入降 温期。
生物炭不但具有大量的孔结构，以微孔（5 mm 以 下）结构为主，比表面积大，碘吸附值高［10］，而 且它对氮气的饱和吸附量可以达到 350 mg·g-1。因 此，柠条生物炭具备吸附材料的基本特征。在已有 的报道中，竹炭、秸秆炭和木炭是堆肥中常见的生 物炭添加剂 ， ［6，11-12］ 柠条生物炭作为堆肥添加剂 鲜 有 报 道。 因 此， 本 试 验 以 鸡 粪 和 小 麦 秸 秆 粉 为 堆肥原材料，添加不同用量柠条生物炭进行好氧 堆肥，研究生物炭对鸡粪堆肥过程中养分转化的 影响。