畜禽粪便堆肥过程中氮的损失途径素及解决措施介绍

畜禽粪便堆肥过程中氮的损失途径、因素及解决措施介绍畜禽粪便具有较高的含水率、重金属污染物以及氮、磷等营养元素，如处置不当不但浪费资源也将对生态环境造成严重威胁。近年来，随着规模化畜禽养殖业的迅速发展，畜禽粪便产生量日趋增加，并逐渐成为我国面源污染的主要来源之一。因此，畜禽粪便的污染治理势在必行。

高温堆肥技术被认为是处理有机固体废弃物最好的方法之一，堆肥化处理有机固体废弃物，不仅可以解决环境污染问题，而且堆肥产品含有大量营养元素和有机质，可用作肥料和土壤调理剂。然而，畜禽粪便高温堆肥过程中以NH3挥发为主的氮素损失严重，这不仅减少了堆肥中的氮素含量，而且污染大气、危害人畜健康、腐蚀设备以及带来酸雨危害和水体富营养化。为实现畜禽粪便资源化利用，适应规模化处理的发展趋势和达到环保要求，畜禽粪便堆肥处理过程中氮素损失及其控制措施愈发受到关注。

一、畜禽粪便堆肥过程中氮的转化及损失途径

畜禽粪便堆肥过程中氮的转化及损失相关的作用主要包括：氨化作用、硝化作用、反硝化作用和生物吸收固持作用。畜禽粪便堆肥过程中主要的氮素转化和损失途径如图2示。

图2、畜禽粪便堆肥过程中的氮素转化与损失途径

堆肥过程中微生物通过氨化作用分解有机氮化物产生氨气，氨气溶于堆体物料形成铵态氮，铵态氮受堆体温度、PH值、通气条件和堆肥材料中氨化、硝化以及反硝化微生物活性等因素的影响，既可作为细胞生长的氮源供微生物同化，又可被硝化微生物转变成硝态氮，也可以发生反硝化脱氮损失或以氨气挥发的形式发生损失。

堆肥过程既存在高温、高PH带来的氨气挥发损失，又有厌氧条件下硝态氮的反硝化脱氮及渗滤液或雨水造成的氮素淋溶损失。因此，畜禽粪便堆肥过程的氮素损失不可避免。其中，氨挥发造成的氮素损失可达总量的44%~99%，是畜禽粪便堆肥过程中氮素损失的主要途径。

表1、畜禽粪便堆肥过程中的氨挥发损失

二、影响堆肥过程中氮损失的主要因素

1、堆肥物料的特性

堆肥中微生物的生长需要合适的C/N值，过高则表明微生物生长过程中氮素不足，无法正常繁殖；过低则表明碳素不足，过量的氮素不能用于微生物细胞合成，特别是PH值和温度高时容易转变成氨气挥发引起氮素损失。

物料适宜的含水率是堆肥成功的关键因素，提高堆肥物料的含水率有利于抑制堆肥体系中NH3的扩散及

NH4+的积累，减少氮素损失。

此外，堆肥物料颗粒的大小也能影响堆肥的氮素损失，中等或较小的堆肥物料颗粒尺寸可减少氨挥发所知的氮素损失。

2、堆肥过程中的环境参数

堆肥温度的上升，会导致氨化作用加强，有机酸逐渐分解导致pH值持续升高，氨挥发不断增加；温度下

降，硝化作用增强，铵态氮转化为硝态氮，堆肥物料PH值下降，氨气挥发相对微弱。

PH值的变化会影响NH4+与NH3间的平衡，PH值升高能够促进NH3的生成，pH超过8.0左右时氨开始挥发损失，且氨气挥发量随pH的上升而增加。此外，高pH值也会降低微生物生长速度，削弱微生物对氮素的同化作用。

通风是影响高温堆肥进程的重要因素之一。通风在起到供氧、去除水分和二氧化碳以及调节温度作用的同时也可引起堆肥物料的氨气挥发损失，通风量和通风方式的不同也会影响堆肥氮素损失。

3、堆肥的工艺条件

以稻草调节的猪粪堆肥C/N值为25，并采用开放式堆肥时，其总氮损失为41%；而以稻草调节的猪粪堆肥C/N值为16，并采用封闭式堆肥时，其总氮损失为21%，说明在开放式堆肥方式下，即使C/N值较高也会造成大量氮素损失。

三、堆肥过程中氮损失的控制措施

基于对畜禽粪便堆肥氮素损失影响因素的分析，可通过调节C、N代谢，改变氮素存在形态、添加NH3吸附剂以及通风与控温措施调控等途径来减少堆肥过程的氮素损失。

1、调节C、N代谢

畜禽粪便的C/N值通常较低，堆肥过程中添加木屑、锯末、树皮、稻草、米糠等C/N值较高的物质将其

C/N值提高到25~35时，可促进微生物对N的固定从而降低氨挥发损失。

挥发性氮素绝大部分是在微生物对含氮有机物降解过程中产生的，有研究表明，微生物菌剂对猪粪堆肥中有机质和腐殖质的分解有调控作用，但由于实际应用中畜禽粪便的来源不同，需对适宜的微生物菌剂进行选择培养，同时还需控制适当的添加量及温度、C/N等外界条件来减少堆肥的氮素损失。

2、改变氮素的存在形式

许多化学物质的添加可以改变堆肥中氮素存在的形态，从而有效减少氮素以氨挥发的形式损失。例如明矾、硫酸铝、磷酸、过磷酸钙等。一些金属盐类物质的添加也可减少畜禽堆肥氮素损失，例如2%的MnSO4和0.5%的CuSO4、MgCl2等。

化学物质能够在较少添加用量下改变氮素存在形态、快速减少氮损失，但其成本一般较高，且过量使用可能

影响堆肥进程或施入土壤带来有害物质污染农田土壤环境。因此，添加化学物质减少畜禽粪便堆肥过程中的氮损失，需进行筛选并控制用量、降低成本及避免对环境产生不良影响。

3、添加NH3吸附剂

吸附剂指有吸附性能的物质，这些物质多为天然物质，具有多孔性或富含腐殖质，能够很好的吸持NH4+、减少NH3的形成或直接吸附NH3，从而减少氨气挥发损失。研究表明，草炭、沸石、锯末、农作物秸秆等在堆肥物料中掺混或表面覆盖皆具有较强的吸附功能。

秸秆、木屑等植物性废弃物虽然产生量大，但体积较大、不便运输，因此，较适合用作畜禽农户分散养殖条件下堆肥过程中控制氮素损失的添加物质。

4、通风及控温措施

堆肥过程中通风及翻堆状况也能够影响氮素损失状况，研究表明，随着风量的增加，NH3挥发量也不断增加，不同通风方式对氮素损失的影响也有所不同。间歇式通风方式的氨挥发量仅为连续性通风方式的50%；强制通风与机械翻堆相结合的方式可促进铵态氮向硝态氮转化，有利于减少氮素挥发损失。

翻堆次数也可影响氮素损失，以牛粪堆肥为例，堆肥期间翻堆1次和翻堆3次处理的氮素损失率分别为30.4%和36.8%，在实际堆肥过程中若不加控制，堆体温度可高达75℃~80℃，堆肥过程保持适中的温度，既可保证堆肥顺利进行也有助于减少氮损失。此外，堆肥过程中采用加水结合翻堆的方式也有利于减少氮素损失。

四、总结

畜禽粪便堆肥过程中，结合畜禽粪便堆肥化处理各阶段的特点，可将不同氮素损失的控制措施配合使用。堆肥初期，堆体产生的小分子有机酸较多且释放的氨气较少，可以采用一些对氨有吸附性能的物质减少氮的损失，高温期pH值较高，可减少通风、加水降温以减少氨挥发，或添加酸性物质固定氨以减少氮素损失。堆肥降温期，加入具有硝化功能的微生物以促进铵态氮的转化，各种措施的交叉配合使用可获得较好的经济效益和环境效益。

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