藍(lán)藻高溫堆肥保氮技術(shù)的研究

魯蓉蓉

（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院園林園藝學(xué)院，安徽蕪湖241003）

藍(lán)藻高溫堆肥保氮技術(shù)的研究

魯蓉蓉

（蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院園林園藝學(xué)院，安徽蕪湖241003）

藍(lán)藻高溫堆肥過程中氮素?fù)p失途徑主要是以NH3、N2O等氣態(tài)形式逸出。作者分析了藍(lán)藻堆肥過程中氮素轉(zhuǎn)化的規(guī)律并添加化學(xué)保氮劑以減少堆肥過程中氮素的損失。結(jié)果表明，堆肥過程中銨態(tài)氮與硝態(tài)氮含量均呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，總氮的損失率為8.75%。藍(lán)藻高溫堆肥過程中添加化學(xué)保氮劑，在第4～10天時，氨的揮發(fā)被明顯抑制，其揮發(fā)量減少了24.11%；采用質(zhì)量比Mg(OH)2∶H3PO4∶H2O=3∶11∶86的混合物作為化學(xué)保氮劑對控制藍(lán)藻高溫堆肥過程的氮素?fù)p失具有一定的效果。

藍(lán)藻；高溫堆肥；氮損失；保氮劑

隨著淡水湖泊水體富營養(yǎng)化的日益加劇，藍(lán)藻暴發(fā)的湖泊也越來越多。打撈上來的藍(lán)藻如不及時處理，勢必會造成二次污染。高溫堆肥過程中較易損失氮，其途徑為銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為NH3、NOx排放，使堆肥的養(yǎng)分降低，同時也會污染環(huán)境。因此，高溫堆肥過程中的保氮技術(shù)，一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。

作者研究了藍(lán)藻高溫堆肥過程中氮素的損失特征及其轉(zhuǎn)化規(guī)律，探討了化學(xué)保氮劑對藍(lán)藻高溫堆肥中氮素?fù)p失的影響[1]，旨在為藍(lán)藻高溫堆肥保氮技術(shù)的研究提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

藍(lán)藻（打撈于安徽巢湖，含水率95%，晾曬，含水量控制在60%～70%）

1.2 試驗方法

將藍(lán)藻做常規(guī)對照和化學(xué)保氮劑處理，化學(xué)保氮劑的配比（質(zhì)量比）為：Mg(OH)2:H3PO4:H2O=3:11: 86，其投入量占錐體總重的2%，重復(fù)試驗兩次。

每日的8:30～10:30測定堆體溫度，每隔7天左右翻堆1次，適當(dāng)加水，保證含水量在65%左右。

1.3 樣品的采集與測定

（1）在堆肥后0、3、7、14、21、28、35天分別采集樣品1kg，分為3份。經(jīng)6小時烘干（設(shè)置溫度為110℃），測量水分含量；將樣品與去離子水按1∶10的重量比混合，振蕩35分鐘后進(jìn)行過濾，提取浸提液，測定銨態(tài)氮和硝態(tài)氮；樣品經(jīng)自然風(fēng)干，研磨后測定全氮、有機(jī)氮和灰分含量[2]。

(2)測定NH3揮發(fā)強(qiáng)度。采用2%硼酸溶液吸收-稀硫酸反滴定法。每1～3天取0.01mol·L-1的硫酸對硼酸吸收液滴定1次（用圓柱形透明有機(jī)玻璃杯，50mL 2%硼酸的燒杯進(jìn)行滴定），記錄滴定量，直至高溫堆肥結(jié)束。每一個堆體進(jìn)行3次重復(fù)滴定。

（3）測定N2O排放速率。測定方法為使用靜態(tài)氣體采集箱，運動氣相色譜法。在分別堆制2、5、9、13、16、20、29天后，各處理堆體上安置氣體采集箱，以水密封，于10、20、30分鐘后用針筒抽氣45mL，轉(zhuǎn)移至100mL氣樣袋待分析。每一個堆體重復(fù)3次。氣體排放通量計算公式如下：

式中F：被測氣體排放速率，mg·kg-1·h-1；：被測氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度（N2O為1.978kg·m-3）；V：箱頂部空間體積，m3；dc/dt：箱內(nèi)被測氣體濃度變化率；T：采樣過程中箱內(nèi)平均溫度，℃；m：干基質(zhì)量，kg。

1.4 計算公式

（1）N損失率(%)=(N0-H0)(/Hn×Nn)/N0×100%，利用該公式計算氮素?fù)p失率。

公式中，N0：堆肥前全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；H0：堆肥前灰分含量分?jǐn)?shù)，%；Nn：堆肥n天時全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；Hn：堆肥n天時灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

（2）N(固定率%)=(NCK損失率-N處理損失率)/NCK損失率×100%，利用該公式計算氮素的固定率。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS13.0統(tǒng)計分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用辦公軟件Excel進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆肥過程中溫度變化

溫度在45～60℃時適宜嗜熱性微生物。

由圖1可以看出，藍(lán)藻高溫堆肥過程分為3個階段，分別為高溫期、降溫期和穩(wěn)定期。在堆肥過程中，利用化學(xué)保氮劑對藍(lán)藻進(jìn)行處理，同時做了常規(guī)對照，發(fā)現(xiàn)兩種情況下堆制過程中的溫度變化趨勢沒有明顯差異，均持續(xù)了15天以上，符合無害化要求[3]。

2.2 不同形態(tài)氮素含量變化

圖2為藍(lán)藻在高溫堆肥過程中各形態(tài)氮素含量的動態(tài)變化圖，從圖中可看出總氮及有機(jī)氮含量在堆肥過程中都呈現(xiàn)出上升趨勢，上升幅度比較明顯的是高溫階段[4]。

用化學(xué)保氮劑處理后，堆體的總氮含量與有機(jī)氮含量升高，但與常規(guī)對照相比含量變化差異不大、幅度較??；在升溫期和高溫期，銨態(tài)氮及硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)出較為明顯的差異，在堆制后0～15天用化學(xué)保氮劑處理對銨態(tài)氮含量起到了提高的作用，同時硝態(tài)氮的含量也降低了。

圖1 堆肥過程中溫度的變化

圖2 堆肥過程中各形態(tài)氨的變化

2.3 NH3、N2O排放損失

2.3.1 NH3揮發(fā)

根據(jù)測定NH3揮發(fā)量可知，NH3揮發(fā)較為集中在堆肥初期的高溫階段，添加了化學(xué)保氮劑后，在5～10天，對氨的揮發(fā)起到了明顯的抑制作用，在11天后幾乎沒有NH3揮發(fā)[5,6]。

2.3.2 N2O排放

N2O排放速率在添加化學(xué)固氮劑后具有較為顯著的變化（見圖4）。藍(lán)藻經(jīng)過0～5天的堆制，添加化學(xué)保氮劑，此時N2O排放速率明顯低于對照組；第9天后，N2O排放速率則明顯高于對照組。從圖中可看出在使用化學(xué)保氮劑處理后，N2O排放過程延緩出現(xiàn)[7]。

3 總結(jié)

圖3 藍(lán)藻高溫堆肥過程中NH3積累揮發(fā)量的變化

從試驗結(jié)果可以看出，經(jīng)化學(xué)保氮劑處理后，堆肥中總氮、有機(jī)氮、銨態(tài)氮含量有所增加，硝態(tài)氮含量降低；硝態(tài)氮含量的降低，可能與所選的化學(xué)保氮試劑類型及堆肥材料的不同有關(guān)。

在高溫堆肥過程中，主要以NH3、N2O等氣態(tài)形式損失氮素，在藍(lán)藻堆制的第4～10天添加化學(xué)保氮劑，可明顯抑制氨的揮發(fā)，NH3揮發(fā)量可減少24.11%，同時在堆制后第0～5天，N2O的排放速率也因添加了化學(xué)保氮劑而降低，第9天以后N2O的排放速率相應(yīng)提高。

與常規(guī)對照相比，在進(jìn)行化學(xué)保氮劑處理后，總氮損失率為8.75%，保氮效率為32.70%。由此看出，在藍(lán)藻高溫堆肥過程中投加堆體總重2.5%（折合干基占比為9%）的化學(xué)保氮劑（質(zhì)量比為Mg(OH)2: H3PO4:H2O=3:11:86的混合物），對控制藍(lán)藻高溫堆肥過程的氮素?fù)p失具有一定的效果。

Study on Technique for Nitrogen Conservation in High Temperature Composting of Cyanobacteria

LU Rong-rong
(College of Landscape and Horticulture,Wuhu Institute of Technology,Wuhu 241003,China)

Main ways of nitrogen loss in high temperature composting of Cyanobacteria process were volatilization in the form of ammonia（NH3）and nitrous oxide（N2O）.This study aimed at investigating the mechanism of nitrogen loss and effect of ammonia-fixing synergist on reducingnitrogenlossduringthe composting process.The results showed thatboth of thetotalNand org-Nincreased during composting process，while the NH4+-N and NO3--N increased during 0~3 d of composting，then decreased.At the end of composting，total N loss accounted for 8.75%..When treated with ammonia-fixing synergist,the amount of NH3volatilization decreased by 24.11%. Therefore，adding Mg（OH）2∶H3PO4∶H2O=3∶11∶86 as the ammonia-fixing synergisthas effect of controlling nitrogen loss on some degree in high temperature composting of Cyanobacteria.

Cyanobacteria;high temperature composting;nitrogen loss;ammonia-fixing synergist

S141.4

A

1009-3583（2015）-0115-03

2014-11-24

魯蓉蓉，女，安徽蕪湖人，蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院園林園藝學(xué)院講師。