青海地區(qū)不同改良劑處理下牛糞氨氣排放及氮素動(dòng)態(tài)研究

趙明德,李惠梅,王文穎

1.青海民族大學(xué)生態(tài)環(huán)境與資源學(xué)院,西寧 810007

2.青海師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,西寧 810008

0 引言

目前,中國(guó)畜牧業(yè)產(chǎn)值已占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的34%,畜牧業(yè)發(fā)展迅速的地區(qū),畜牧業(yè)收入已占到農(nóng)民收入的40%以上。我國(guó)畜禽養(yǎng)殖模式已經(jīng)擺脫了傳統(tǒng)單一的散養(yǎng)飼養(yǎng)模式,逐步向規(guī)?；?、集約化和專(zhuān)業(yè)化的現(xiàn)代養(yǎng)殖模式發(fā)展,而且集約化程度也越來(lái)越高[1]。然而,在畜牧業(yè)規(guī)模化養(yǎng)殖發(fā)展的同時(shí),禽畜糞便的數(shù)量也與日俱增。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)畜禽糞便每年年產(chǎn)量約為17.3 億噸[2],未經(jīng)處理的禽畜糞便在堆放后會(huì)發(fā)生氮素的損失,其中以氣態(tài)NH3形式損失的氮素是最多的,占總氮的46.8%—77.4%[3]。如此大量的氨氣揮發(fā),不但嚴(yán)重影響動(dòng)物的生產(chǎn)性能和飼養(yǎng)人員的健康[4],還會(huì)引發(fā)PM2.5 以及酸雨的形成,進(jìn)一步導(dǎo)致土壤酸化、水體表面富營(yíng)養(yǎng)化以及地下水污染,減少生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性,甚至引起氣候改變[1,5,6],對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極大的危害。青海省作為我國(guó)的五大草原牧區(qū)和畜牧業(yè)出口產(chǎn)品生產(chǎn)基地之一[7],其禽畜糞便污染同樣日趨嚴(yán)重,因此,科學(xué)合理地減少禽畜糞便中氨氣的揮發(fā),提高禽畜糞便中的氮素保留量,對(duì)保護(hù)青海省乃至青藏高原地區(qū)人畜健康和生態(tài)環(huán)境具有重大的意義。

向禽畜糞便中施加化學(xué)改良劑是當(dāng)前控制禽畜糞便氨氣揮發(fā)的有效處理手段[8]。三氯化鐵為+3 價(jià)的鐵鹽,能夠游離出具有吸附架橋作用的Fe3+,會(huì)與糞肥中的有機(jī)酸結(jié)合,進(jìn)而固定糞肥中的NH4+,抑制其轉(zhuǎn)化為NH3[9],從而達(dá)到抑制氨氣排放和控制氮素?fù)p失的目的,明礬水解后會(huì)形成酸性環(huán)境,對(duì)氨氣有吸收作用,因此能夠抑制氨氣的揮發(fā)[10],而過(guò)磷酸鈣具有酸性,對(duì)禽畜糞肥的pH 升高具有調(diào)節(jié)作用,能有效促進(jìn)NH4+—NH3平衡向NH4+轉(zhuǎn)化,并且過(guò)磷酸鈣中含有磷酸鈣、石膏、游離酸等,能將糞中易揮發(fā)的碳酸銨轉(zhuǎn)化為比較穩(wěn)定的酸性磷酸銨或硫酸銨,因此其在抑制禽畜糞便NH3揮發(fā)的同時(shí)可增加糞便中的NH4+—N 含量[11,12]。目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于化學(xué)改良劑的研究多集中在確定抑制禽畜糞便中氨氣揮發(fā)的最佳添加比例,而對(duì)禽畜糞便中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、pH 與氨揮發(fā)速率之間的關(guān)系則少有研究。

本實(shí)驗(yàn)采用室內(nèi)完全模擬養(yǎng)殖場(chǎng)情景試驗(yàn)(糞:尿=0.68:0.32),以牛畜糞便為例,對(duì)牛糞的揮發(fā)氨進(jìn)行定期監(jiān)測(cè),以無(wú)化學(xué)改良劑處理為對(duì)照,研究三氯化鐵、明礬、和過(guò)磷酸鈣三種不同改良劑處理下,牛糞氨揮發(fā)速率和氨揮發(fā)損失量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律;同時(shí)探討了各處理牛糞中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、pH 的動(dòng)態(tài)變化及其與氨揮發(fā)速率和氨揮發(fā)累積損失量之間的關(guān)系,并比較了三種化學(xué)改良劑處理對(duì)氨揮發(fā)的抑制效果,旨在尋找性能最為優(yōu)良的化學(xué)改良劑,以期為青海省減少環(huán)境污染以及禽畜糞便氨氣減排措施的制定提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 供試牛糞

取自青海省湟源縣三江一力養(yǎng)殖場(chǎng)西門(mén)塔爾奶牛的新鮮牛糞,經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)行冷藏備用。

1.1.2 供試改良劑

三氯化鐵(FeCl3),購(gòu)自天津市大茂化學(xué)試劑廠;明礬[KAl(SO4)2·12H2O],購(gòu)自西安化學(xué)試劑廠;過(guò)磷酸鈣,購(gòu)自四川隆昌化學(xué)試劑配套廠,均為分析純?cè)噭?/p>

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4 組處理,分別為:(1)糞尿處理CK;(2)三氯化鐵處理Fe;(3)明礬處理M;(4)過(guò)磷酸鈣處理G。各處理的改良劑施加比例如表1所示。改良劑于試驗(yàn)第0 d 加入牛尿當(dāng)中再和牛糞均勻混合,此后以相同的量在第7 d 再施加在牛糞表面,每組處理試驗(yàn)各重復(fù)4 次。

2.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

2.3.1 氨揮發(fā)量的測(cè)定

在試驗(yàn)的第1 d、2 d、3 d、4 d、5 d、6 d、7 d、8 d、9 d、11 d、13 d、15 d、17 d、19 d、21 d、24 d、27 d 均采用通氣法[13]測(cè)定牛糞中氨排放量。在測(cè)定氨排放量時(shí)每個(gè)試驗(yàn)桶中均放入高度2 cm、直徑20 cm的3 個(gè)圓柱形海綿,其中兩塊海綿預(yù)先用30 mL 磷酸甘油溶液浸泡(40 mL丙三醇+50 mL磷酸,超純水稀釋定容至1000 mL),然后把浸泡過(guò)磷酸甘油溶液的兩塊海綿依次放入試驗(yàn)桶中(如圖1),下層海綿放置于距牛糞5 cm 高的位置,中層海綿與下層海綿之間間隔約為5 cm,與此同時(shí),將未浸泡磷酸甘油溶液的海綿放于試驗(yàn)桶頂用來(lái)阻擋空氣中的氨氣。進(jìn)行氨氣捕獲的時(shí)間為上午9:00到11:00,氨氣捕獲結(jié)束后,將試驗(yàn)桶上層海綿取出放入收納箱內(nèi),然后將另外兩塊海綿分別浸泡于裝有500 mL、0.5 mol·L-1的硫酸鉀溶液的玻璃瓶中,接著振蕩1 h,再將浸提液按一定比例稀釋后在全自動(dòng)間斷化學(xué)分析儀上測(cè)定氨氣量,記錄數(shù)據(jù)并將測(cè)定結(jié)果換算成氨氣日排放量,計(jì)算公式如下:

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) Table1 Experiment design

公式中C為浸提液中NH4+—N 的濃度,V為浸提液K2SO4溶液的體積,M1是氨氣的相對(duì)分子質(zhì)量,M2是NH4+的相對(duì)分子質(zhì)量。

將每個(gè)處理的氨氣日排放量相加,就是該處理27 d 的氨氣累計(jì)排放量,所有數(shù)據(jù)為4 次重復(fù)試驗(yàn)所得的平均值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)均用Excel2010 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖1 牛糞中氨揮發(fā)量測(cè)定示意圖 Figure1 A schematic diagram for determination of ammonia emissions in cattle manure

1.3.2 牛糞中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的測(cè)定

從每個(gè)處理的小桶中隨機(jī)采集一定量牛糞放入錐形瓶中,稱(chēng)量取樣牛糞的質(zhì)量,在錐形瓶?jī)?nèi)加入體積為取樣牛糞質(zhì)量10 倍的0.5 mol·L-1的K2SO4溶液進(jìn)行混合,再將錐形瓶置于一定轉(zhuǎn)速的振蕩器中振蕩40 min 后過(guò)濾,將濾液倒入離心管后置于轉(zhuǎn)速為12100 r·min-1的高速離心機(jī)中離心3 min 后取上清液,得牛糞浸提液。采用間斷化學(xué)分析儀測(cè)定牛糞浸提液中NH4+—N 和NO3-—N 含量。

1.3.3 牛糞pH 的測(cè)定

牛糞浸提液的獲取方法與測(cè)定牛糞中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的方法一致,使用pH 計(jì)測(cè)定牛糞浸提液中的pH。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS19.0和Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和方差分析(one-way ANOVA),采用Duncan 法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(a=0.05),采用Origin7.5 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改良劑處理下牛糞氨揮發(fā)速率變化

由圖2可知,CK 處理第2 d 的氨揮發(fā)速率相較第1 d 有小幅下降,第2 d 后氨揮發(fā)速率急劇上升,在第3 d 第1 次達(dá)到峰值,為84.5 mg·d-1,之后氨揮發(fā)速率逐漸降低,于第6 d 再次上升并出現(xiàn)最高峰,為84.8 mg·d-1,7 d 之后氨揮發(fā)速率迅速降低,9 d—11 d 氨揮發(fā)速率再次出現(xiàn)小幅上升,之后再次降低,直到第13 d 后揮發(fā)速率再次上升,到第15 d 升至另一峰值,為77.9 mg·d-1,15 d 以后氨氣揮發(fā)速率開(kāi)始下降,在第19 d有小幅增加,19 d以后氨氣揮發(fā)速率迅速下降,于第27 d 降至最低值,為14.2 mg·d-1。過(guò)磷酸鈣處理和明礬處理在試驗(yàn)開(kāi)始的第1 d 對(duì)氨氣揮發(fā)就有明顯的抑制作用,之后氨氣揮發(fā)速率迅速上升,均于第4 d 第1 次達(dá)到較小峰值,之后氨揮發(fā)速率出現(xiàn)小幅降低,但第5 d 開(kāi)始氨揮發(fā)速率開(kāi)始迅速上升,均于第6 d 出現(xiàn)最高峰,分別為89.0 mg·d-1和75.5 mg·d-1,相比對(duì)照組CK,兩者的第1 次峰值出現(xiàn)時(shí)間有一定的滯后,但過(guò)磷酸鈣的最高峰值增加了4.9%,而明礬處理的最高峰值則降低了10.9%。在第9 d—15 d 兩組改良劑處理的氨揮發(fā)速率均出現(xiàn)先上升后下降再上升的雙峰趨勢(shì),15 d 后過(guò)磷酸鈣處理氨氣揮發(fā)速率持續(xù)下降至第27 d,達(dá)到最低點(diǎn),為3.4 mg·d-1,明礬處理于第24 d 達(dá)到最低點(diǎn),為5.7 mg·d-1,之后又開(kāi)始緩慢上升直至試驗(yàn)結(jié)束,這可能是明礬產(chǎn)生的酸性環(huán)境對(duì)氨氣的吸收在第24 d達(dá)到了飽和所導(dǎo)致的。三氯化鐵處理相比過(guò)磷酸鈣和明礬處理,第1 d 抑制氨揮發(fā)速率的效果最好,為1.6 mg·d-1,氨揮發(fā)速率第1 次峰值即為最高峰,出現(xiàn)在第6 d,為63.0 mg·d-1,同樣出現(xiàn)了滯后;較之對(duì)照組CK、過(guò)磷酸鈣處理和明礬處理的最高峰值分別降低了25.6%、29.1%和16.5%。6 d 以后氨揮發(fā)速率逐漸降低,且第7 d 后揮發(fā)速率下降的最快,在9 d—15 d 氨揮發(fā)速率呈現(xiàn)先上升再下降最后又上升的交替波動(dòng)變化,與過(guò)磷酸鈣和明礬處理相似。15 d 后進(jìn)入緩速揮發(fā)階段至第27 d,為3.5 mg·d-1。結(jié)果表明在牛糞中添加三氯化鐵對(duì)于延遲氨揮發(fā)速率峰值出現(xiàn)的時(shí)間和降低峰值的效果最為明顯。

2.2 不同改良劑處理下牛糞氨揮發(fā)累計(jì)量變化

由圖3可以看出,各處理對(duì)牛糞中氨揮發(fā)累計(jì)量的影響達(dá)到顯著水平(P＜0.05),對(duì)照組CK 氨揮發(fā)累計(jì)損失量最高,為930.7 mg,三氯化鐵處理氨揮發(fā)平均損失量最低,為446.7 mg,比對(duì)照組CK降低了52.2%,過(guò)磷酸鈣和明礬處理氨揮發(fā)累計(jì)量分別為678.4 mg和533.1 mg,比對(duì)照組CK 分別降低了27.1%和42.3%。此外,過(guò)磷酸鈣處理與三氯化鐵處理之間氨揮發(fā)累積量的差異顯著,而明礬處理與過(guò)磷酸鈣和三氯化鐵處理之間的差異不顯著(P＞0.05)。結(jié)果表明,明礬處理與 過(guò)磷酸鈣和三氯化鐵處理相比,對(duì)牛糞中氨氣揮發(fā)的影響并不顯著,而在牛糞中添加三氯化鐵對(duì)抑制牛糞中氨氣揮發(fā)的效果最為顯著,這與各處理對(duì)牛糞氨揮發(fā)速率的影響效果相一致。

2.3 不同改良劑處理下牛糞銨態(tài)氮含量的動(dòng)態(tài)變化

圖4表明對(duì)照組CK 的銨態(tài)氮含量在1 d—6 d內(nèi)呈現(xiàn)升—降—升—降—升的交替波動(dòng)變化,且在第2 d達(dá)到最高峰,為9.3 g·kg-1,6 d后銨態(tài)氮含量逐漸降低,第7 d 后銨態(tài)氮含量始終低于所有施加改良劑的處理,為1.6 g·kg-1—5.7 g·kg-1,第21 d—24 d銨態(tài)氮含量小幅增加,24 d 后銨態(tài)氮含量繼續(xù)降低直至試驗(yàn)結(jié)束。明礬處理的銨態(tài)氮含量在第1 d 高于各處理組,且在1 d—9 d 內(nèi)呈現(xiàn)降-升-降-升-降的交替波動(dòng)變化,9 d 后銨態(tài)氮含量突然增加,在第11 d達(dá)到峰值,為9.7 g·kg-1,在11 d—21 d,銨態(tài)氮含量再次呈現(xiàn)降-升-降-升-降的交替波動(dòng)變化,并且于第21 d 下降至最低值,為3.7 g·kg-1,之后銨態(tài)氮含量迅速上升直至27 d 試驗(yàn)結(jié)束,并達(dá)到最大值,為11.5 g·kg-1。三氯化鐵處理較之其余處理,第1 d 的銨態(tài)氮含量最低,僅3.2 g·kg-1,隨后銨態(tài)氮含量急劇增加,到第5 d 增至最高峰,為14.3 g·kg-1,5 d 后銨態(tài)氮含量開(kāi)始下降,第7 d—8 d 有小幅增加,隨后迅速下降,第9 d—27 d 銨態(tài)氮含量出現(xiàn)升—降—升—降—升的三峰趨勢(shì),24 d—27 d 銨態(tài)氮含量始終維持在一個(gè)較高的水平。過(guò)磷酸鈣處理較其余處理銨態(tài)氮含量變化較小,其最高峰出現(xiàn)在第3 d,為8.8 g·kg-1,

圖2 不同改良劑處理下牛糞的氨揮發(fā)速率變化 Figure2 Change of NH3 volatilization rate from cattle manure under different ameliorant treatment

圖3 不同改良劑處理下牛糞氨揮發(fā)累計(jì)量的差異顯著性 Figure3 Different significance of NH3 volatilization accumulated loss amounts from cattle manure under different ameliorant treatment

最低值出現(xiàn)在第27 d,為4.5 g·kg-1?？梢钥闯?各改良劑處理對(duì)延遲銨態(tài)氮高峰值出現(xiàn)的時(shí)間以及保留牛糞中的銨態(tài)氮都有一定的作用,其中三氯化鐵的效果最為明顯,過(guò)磷酸鈣的效果最弱。

2.4 不同改良劑處理下牛糞硝態(tài)氮含量的動(dòng)態(tài)變化

圖5表明,對(duì)照組CK 的硝態(tài)氮含量在1 d—3 d緩慢下降,第3 d—5 d 硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)先升后降的變化,5 d后硝態(tài)氮含量迅速上升,到第7 d升至最高峰,為42.2 mg·kg-1,之后硝態(tài)氮含量迅速降低,到第9 d 后硝態(tài)氮含量又開(kāi)始逐漸增加,到第13 d達(dá)到較小峰值后持續(xù)下降,并于第27 d 達(dá)到最低值,為15.5 mg·kg-1。過(guò)磷酸鈣處理的硝態(tài)氮含量 為9.3 mg·kg-1—26.6 mg·kg-1,在第1 d 即達(dá)到最高峰,在第27 d 硝態(tài)氮含量降至最低點(diǎn);明礬處理的硝態(tài)氮含量為0.9 mg·kg-1—24.6 mg·kg-1,同過(guò)磷酸鈣處理類(lèi)似,在第1 d 即達(dá)到最高峰,在第27 d 硝態(tài)氮含量降至最低點(diǎn),且其硝態(tài)氮含量于第4 d 后穩(wěn)定在較低水平,相比對(duì)照組CK,兩組處理的最高峰出現(xiàn)時(shí)間均提前了6 d。三氯化鐵處理的硝態(tài)氮含量則始終維持在較低水平,為0.9 mg·kg-1—15.4 mg·kg-1,試驗(yàn)結(jié)束時(shí),其與明礬處理的硝態(tài)氮含量并無(wú)明顯差異?？梢钥闯?三組改良劑處理的牛糞中硝態(tài)氮含量均小于對(duì)照組CK(15.5 mg·kg-1—42.2 mg·kg-1),說(shuō)明在牛糞中施加過(guò)磷酸鈣、明礬和三氯化鐵均能有效抑制牛糞中進(jìn)行的硝化作用,其中三氯化鐵抑制硝化作用的能力最為顯著。

2.5 不同改良劑處理下牛糞pH 的動(dòng)態(tài)變化

由圖6可知,對(duì)照組CK 的牛糞pH 在整個(gè)試驗(yàn)期間均呈堿性,其pH 最高值出現(xiàn)在第7 d,為9.5,最低值出現(xiàn)在第3 d,為7.7,第15 d 牛糞pH 再次出現(xiàn)峰值,為9.5。明礬處理和三氯化鐵處理的牛糞pH最高值出現(xiàn)時(shí)間提前了1 d,均為施加后的第6 d,分別為8.3 和7.3,相比對(duì)照組CK,pH 最高值分別降低了12.4%和23.7%,第6 d 后兩組處理的牛糞pH開(kāi)始迅速下降至酸性,第9 d 起牛糞pH 有所升高,在第11 d到達(dá)一個(gè)峰值,此后兩組處理的牛糞pH呈穩(wěn)定的酸性。整個(gè)試驗(yàn)期間,三氯化鐵處理的牛糞pH 除第6 d 呈弱堿性以外,始終維持在酸性范圍,而過(guò)磷酸鈣處理的牛糞pH 則始終呈弱堿性。結(jié)果顯示在牛糞中施加三氯化鐵能顯著降低牛糞的pH,使其長(zhǎng)時(shí)間處于酸性環(huán)境,而過(guò)磷酸鈣對(duì)牛糞pH的影響極其微弱。

圖4 不同改良劑處理下牛糞的銨態(tài)氮含量動(dòng)態(tài)變化 Figure4 Dynamics of ammonium nitrogen contents from cattle manure under different ameliorant treatment

圖5 不同改良劑處理下牛糞的硝態(tài)氮含量動(dòng)態(tài)變化 Figure5 Dynamics of nitrate nitrogen contents from cattle manure under different ameliorant treatment

圖6 不同改良劑處理下牛糞的pH 變化 Figure6 Change of cattle manure pH under different ameliorant treatment

2.6 對(duì)氨氣、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和pH 進(jìn)行相關(guān)性分析

表2顯示的是牛糞在模擬儲(chǔ)存期間不同處理下每天的pH、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和氨氣的相關(guān)性研究。由此可以看出銨態(tài)氮和硝態(tài)氮呈顯著性負(fù)相關(guān),其結(jié)果也可以從圖4和圖5中可知,在pH 升高和消化細(xì)菌的作用下,牛糞中的銨態(tài)氮一部分轉(zhuǎn)變?yōu)榘睔?另一部分轉(zhuǎn)為硝態(tài)氮,所以呈現(xiàn)顯著性的正相關(guān)。硝態(tài)氮和pH 呈顯著性正相關(guān)而銨態(tài)氮反之。是因?yàn)橄鯌B(tài)氮升高時(shí)由于吸收硝為保持電荷平衡需要釋放氫氧根離子導(dǎo)致pH 升高,銨態(tài)氮的升高時(shí)吸收氨為保持電荷平衡需釋放質(zhì)子pH 下降。

表2 相關(guān)性分析 Table2 Correlation analysis

3 討論

林小鳳等[15]指出在堆肥原料中添加總物料干重10.0%—15.7%的過(guò)磷酸鈣可減少60%—85%的總氮質(zhì)量損失,翁俊基發(fā)現(xiàn)[16]在豬糞中添加過(guò)磷酸鈣的適宜量為2%—3%,可使豬糞中氮素?fù)p失率明顯降低49.1%—52.8%,羅一鳴等[17]發(fā)現(xiàn)添加初始堆肥物料干重3.3%—13.2%的過(guò)磷酸鈣可降低豬糞堆肥氨揮發(fā)損失。而本研究結(jié)果與之不同,相比另外兩組改良劑處理,過(guò)磷酸鈣對(duì)牛糞氨氣揮發(fā)的抑制效果欠佳,且氨揮發(fā)速率最高峰值相比對(duì)照組CK 高4.9%,這可能與禽畜糞便的種類(lèi)和過(guò)磷酸鈣的性質(zhì)有關(guān),還需要更加深入地探究。此外,有研究指出[18],過(guò)磷酸鈣顆粒對(duì)揮發(fā)氨氣的化學(xué)飽和吸附可達(dá)其干重的12.1%,但pH 隨之升高,由較強(qiáng)的酸性變?yōu)閺?qiáng)堿性,而過(guò)磷酸鈣吸附的氨氮含量在4%—6%的范圍時(shí),其pH 可穩(wěn)定在中性左右[19],同時(shí)過(guò)磷酸鈣添加的越多,禽畜糞便的pH 下降越大[16]。圖6表明過(guò)磷酸鈣沒(méi)有明顯降低牛糞的pH,可能是由于試驗(yàn)過(guò)程中添加過(guò)磷酸鈣的量過(guò)少,2%的過(guò)磷酸鈣還不足以吸附供試牛糞揮發(fā)出的氨氣,因此使過(guò)磷酸鈣達(dá)到了飽和狀態(tài),從而導(dǎo)致其pH 升高,進(jìn)而造成牛糞的pH 穩(wěn)定在弱堿性。

總體來(lái)說(shuō),當(dāng)溫度一定時(shí),pH 是影響牛糞NH4+—NH3平衡的決定性因素,pH 越低,會(huì)固定越多的NH4+,從而降低氨氣的揮發(fā)[8]。有研究報(bào)道[20]牛畜糞便的pH 在7 到10 之間,氨氣的揮發(fā)率最高,而當(dāng)pH 降到7 以下時(shí),氨氣的揮發(fā)會(huì)減少,這與本研究的結(jié)果相一致。圖6顯示在牛糞中施加三氯化鐵能長(zhǎng)時(shí)間維持其pH 在7 以下,在該酸性條件下,其牛糞氨揮發(fā)速率和累計(jì)損失量是所有處理當(dāng)中最低的。圖4表明三氯化鐵處理牛糞的銨態(tài)氮含量在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中基本維持在較高水平,而圖5顯示其硝態(tài)氮含量與銨態(tài)氮相反,始終維持在較低水平,明礬處理也有類(lèi)似的關(guān)系?？梢钥闯?牛糞pH 變化趨勢(shì)與氨揮發(fā)速率和累計(jì)損失量變化趨勢(shì)基本同步,與銨態(tài)氮含量變化正好相反,且牛糞中固定的銨態(tài)氮含量越高,氨氣揮發(fā)受抑制越明顯。從銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量動(dòng)態(tài)變化來(lái)看,兩者呈反比關(guān)系,各改良劑處理相較對(duì)照組CK,牛糞中硝態(tài)氮含量均有所降低;硝態(tài)氮含量越低,銨態(tài)氮含量越高,氨氣的揮發(fā)量也越少,表明化學(xué)改良劑的添加能通過(guò)抑制牛糞中硝化反應(yīng)的進(jìn)行來(lái)抑制氨氣的揮發(fā)。

4 結(jié)論

(1)施加4%的明礬和1.9%的三氯化鐵可以有效降低牛糞的pH,抑制牛糞中氨氣的揮發(fā),減少銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)化;而2%的過(guò)磷酸鈣則效果欠佳。三種化學(xué)改良劑對(duì)抑制牛糞氨揮發(fā)的效果依次為:三氯化鐵＞明礬＞過(guò)磷酸鈣,因此三氯化鐵可作為一種優(yōu)良的化學(xué)改良劑應(yīng)用于青海地區(qū)牛畜糞便的減排措施當(dāng)中。

(2)牛糞的pH 變化與銨態(tài)氮含量成負(fù)相關(guān),與硝態(tài)氮含量、氨揮發(fā)速率、氨揮發(fā)累計(jì)損失量成顯著正相關(guān)。

(3)過(guò)磷酸鈣用作化學(xué)改良劑時(shí)應(yīng)根據(jù)氨氣的產(chǎn)生量適當(dāng)增大過(guò)磷酸鈣用量,使最終吸附氨氣后的過(guò)磷酸鈣中氮含量能維持在4%—6%的范圍,這樣才能保持過(guò)磷酸鈣適宜的pH,避免吸附氨的二次損失,從而充分發(fā)揮其對(duì)氨氣揮發(fā)的抑制效果。