畜禽粪便的热解特性和动力学研究
Ａ 的值。
２００７年 ７月
２ 结果与讨论
２．１ 热裂解特性分析 ４ 种畜禽粪便在 ３０ ℃·ｍｉｎ－１ 的升温速率下的 ＴＧ
曲线和 ＤＴＧ 曲线分别如图 １ 和图 ２ 所示。 由图 １ 可以看出， 几种畜禽粪便的 ＴＧ 曲线与文
献 ［９］和 ［１５］秸 秆 类 物 质 的 热 失 重 曲 线 特 征 基 本 一 致 ， 根据曲线变化过程可以把整个热解过程分成 ４ 个阶 段： 脱水阶段（ 室温～１２７ ℃） 、过渡阶段（ １２７～２０７ ℃） 、
未见报道。国外对于畜禽粪便的热化学转换利用一般
在热解过程中氮气不参加反应过程， 析出挥发分
侧重于产业化应用， 借助于其他生物质转换设备进行 被氮气及时吹走， 不存在二次反应。首先假设热分解
相关工艺研究。由于畜禽粪便的一些物理化学属性和 反应类型为：
高纤维素含量的生物质有很大的区别， 决定了它们的
Ａ（ 固） →Ｂ（ 固） →Ｃ（ 气）
摘 要： 利用热重－ 微商热重的分析方法对猪、牛、鸡和羊 ４ 种畜禽粪便的热解行为进行了研究。热重试验样品粒径为 ０．２ ｍｍ， 高纯 氮气为热解环境， 加热起始温度为 ２０ ℃， 终止温度为 ９００ ℃。通过对热重（ ＴＧ） 曲线和微商热重（ ＤＴＧ） 曲线的分析， 得出畜禽粪便热 解过程的脱水、过渡、主要失重和炭化 ４ 个阶段以及主要热解阶段的几个特征值参数； 考 察了加热速率对样品热解过程的影响， 发 现加热速率对样品热失重速率影响比较明显； 利用试验所得数据， 通过建立反应动力学方程， 采用一级单组分和一级双组分分阶 段 反 应 模 型 ， 求 出 不 同 畜 禽 粪 便 在 相 应 热 解 条 件 下 的 反 应 动 力 学 参 数 ， 结 果 显 示 ， 几 种 样 品 的 表 观 活 化 能 值 都 在 １００ ｋＪ·ｍｏｌ－１ 以 下， 说明几种热解对象都很容易受热分解。 关键词： 畜禽粪便； 生物质； 热解； 热重分析； 反应动力学 中图分类号： Ｘ７１３ 文献标识码： Ａ 文章编号： １６７２－ ２０４３（２００７）０４－ １５３８－ ０５
第 ２６ 卷第 ４期
农业环境科学学报
１５３９
技 术 ， 而 微 商 热 重 法 （ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ， １．２ 仪器及试验方法
ＤＴＧ） 是热重曲线对时间或温度的一阶微分［７］。影响生
采用美国 ＥＡＩ 公司 ＣＥ－ ４４０ 型快速元素分析仪、
物质热裂解特性的因素非常复杂， 包括生物质的品种 美国 ＰＡＲＲ 公司 ２６１８ 型氧弹量热仪对各样品进行元
源与环境研究。Ｅ－ ｍａｉｌ ：ｔｕｄｅｙｕ２００５＠１２６．ｃｏｍ 通讯作者： 丁为民
一， 当前主要研究对象是高纤维素含量的农作物秸秆 和薪柴等。畜禽粪便的热化学转换利用是最近几年在 美国和日本刚刚出现［２￣６］， 国内对于此类物质的资源利 用主要是采用沼气厌氧发酵的形式。
热解过程是燃料燃烧和各种热化学转换技术必 经的过程， 同时其本身也是一个独立的热化学处理技 术， 对热解过程和机理的了解是设计转换设备和制定 工艺操作参数的前提。在众多的有关热裂解特性及反 应动力学研究中， 热分析应用较广。热重法（ Ｔｈｅｒｍｏ－ ｇｒａｖｉｍｅｔｒｙ， ＴＧ） 是热分析方法中应用最广的一种， 是 在程序控制温度下， 测量物质质量与温度关系的一种
（ １）
热解行为有其本身的特点， 对这些特性的了解将有助 于相关设备的开发和转换过程控制。本文采用动态热
初始质量为 ｍ０ 的样品在程序升温下发生分解反 应 ， 在 某 一 时 间 ｔ， 质 量 变 为 ｍ， 由 阿 伦 尼 乌 斯 （ Ａｒ－
重法及微商热重法联用技术对各类畜禽粪便的热裂 ｒｅｈｅｎｉｕｓ） 方程以及微商法表示其分解速率为［７］：
式中： !＝
ｍ０－ ｍ ｍ０－ ｍ∞
为 变 化 率 即 失 重 率 ； ｍ∞ 为 不 能 分 解
的残余物质量； β为升温速率， Ｋ·ｍｉｎ－１； Ｅ 为反应活化
能 ， ｋＪ·ｍｏｌ－１； Ａ 为 指 前 频 率 因 子 ， ｓ－１； Ｒ 为 气 体 常 数 ，
８．３１４ Ｊ·ｍｏｌ－１·Ｋ－１； Ｔ 为热力学温度， Ｋ； ｎ 为反应级数。
化石能源利用所带来的严重环境污染， 使得人们 越来越重视可再生清洁能源的开发利用。生物质资源 作为可再生能源是人类利用最早的能源之一， 它具有 分布广、含 Ｎ、Ｓ 低和温室气体零排放等优点［１］。热化 学转换技术是实现生物质能由能量密度低的低品位 能源向能量密度高的高品位能源转换的重要技术之
收稿日期： ２００６－ １０－ ２４ 作者简介： 涂德浴（１９７１—）， 安徽滁州人， 博士研究生， 主要从事农村能
动力学模型包括单组分一级反应动力学［１６］、双组分分 平精度＜０．１％； 最大温升速度 ５０ ℃·ｍｉｎ－１； 高纯氮气作
阶段一级反应模型［１７］以及一级平行反应模型［１８］等。
为载气和保护气， 流量为 ５０ ｍＬ·ｍｉｎ－１； 热分析温度范
国内外已有许多关于生物质热裂解反应特性和 围 为 ２０￣９００ ℃； 升温速率猪粪采取 １０、３０ 和 ５０ ℃·
Ｐｙｒ ｏｌｙｔｉｃ Ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ Ａｎｉｍａｌ Ｍａｎｕｒ ｅ
ＴＵ Ｄｅ－ｙｕ１， ＤＯＮＧ Ｈｏｎｇ－ｍｉｎ２， ＤＩＮＧ Ｗｅｉ－ｍｉｎ１， ＳＨＡＮＧ Ｂｉｎ２ （１． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｎａｎｊｉｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００３１， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｇｒｏ－ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｎｄ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｄｅ－ ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｐｕｒｅ Ｎ２ ａｎｄ ｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅｓ ｏｆ １０， ３０， ａｎｄ ５０ ℃·ｍｉｎ－１ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｔｈｅ ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｓｗｉｎｅ， ｃａｔｔｌｅ， ｃｈｉｃｋｅｎ ａｎｄ ｇｏａｔ ｍａｎｕｒｅ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｉｄ ｏｆ ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｚｅｒ （ＴＧＡ） ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅｉｒ ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｋｉｎｅｔｉｃｓ． Ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｓｉｚｅ ｉｓ ０．２ ｍｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｆｒｏｍ ２０ ℃ ｔｏ ９００ ℃． Ｔｈｅ ＴＧ ａｎｄ ＤＴＧ ｆｉｇｕｒｅ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｆｏｕｒ ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｓｔａｇｅｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｗａ－ ｔｅｒ－ ｌｏｓｉｎｇ ｓｔａｇｅ（２０～１２７ ℃）， ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ（１２７～２０７ ℃）， ｍａｉｎ ｗｅｉｇｈｔ ｌｏｓｉｎｇ ｓｔａｇｅ（２０７～４２７ ℃） ａｎｄ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ（４２７～８００ ℃）． Ｔｈｅ ＤＴＧ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｓｗｉｎｅ ｍａｎｕｒｅ ｈａｓ ｏｎｅ ｐｅａｋ ｂｕｔ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒｓ ｈａｖｅ ｔｗｏ ｐｅａｋｓ． Ｔｈｅｓｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｈａｖｅ ｈｉｇｈ ｗｅｉｇｈｔ ｌｏｓｉｎｇ ｒａｔｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｉｓ ４１．９１％·ｓ－１ ｆｏｒ ｓｗｉｎｅ ｍａｎｕｒｅ ａｔ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅｓ ｏｆ ５０ ℃·ｍｉｎ－１． Ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｒａｔｅｓ ｏｎｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ ｌｏｓｉｎｇ ｒａｔｅｓ ａｎｄ ｈａｖｅ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｏｔｈｅｒ ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄａｔａ， ｔｈｅ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｆｉｒｓｔ－ ｏｒｄｅｒ ｄｙ－ ｎａｍｉｃ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｂｙ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ． Ａｌｌ ｔｈｅ ａｐｐａｒｅｎｔ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ａｒｅ ｂｅｌｏｗ １００ ｋＪ·ｍｏｌ－１， ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇ ｔｈａｔ ａｌｌ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅｓ ａｒｅ ｐｒｏｎｅ ｔｏ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ａｎｉｍａｌ ｍａｎｕｒｅ； ｂｉｏｍａｓｓ； ｐｙｒｏｌｙｓｉｓ； ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ； ｒｅａｃｔｉｏｎ ｋｉｎｅｔｉｃｓ
农业环境科学学报 ２００７，２６（４）：１５３８－ １５４２ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｇｒｏ－Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ
畜禽粪便的热解特性和动力学研究
涂德浴 １， 董红敏 ２， 丁为民 １， 尚 斌 ２
（ １． 南京农业大学工学院， 江苏 南京 ２１００３１； ２． 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所， 北京 １０００８６）
当 ｎ＝１ 时 ， （５）式 左 边 为－ ｌｎ（１－ α）， 右 式 经 积 分 转 化 为
ＡＥ "Ｒ
×Ｐ（ｘ），
其中函数
Ｐ（ｘ）可以展开成：
Ｐ（ｘ）＝
ｅ－ ｘ ｘ２
（１－
２！ ｘ２
＋
３！ ｘ２
－
４！ ｘ２
＋…）
（ ６）
通常计算时取 Ｐ（ｘ）的前两项即可， 设 ｘ＝－ Ｅ／（ＲＴ）， 将式
（ ６） 取前两项带入积分式的右式， 并整理方程式的两
业科学院昌平畜牧养殖研究所， 在空气中自然风干后 粉 碎 成 ０．２ ｍｍ 的 颗 粒 ， 试 验 用 量 ２３￣４０ ｍｇ， 其 基 本
畜禽粪便实验报告模板
一、实验名称畜禽粪便成分分析及利用实验二、实验目的1. 了解畜禽粪便的组成成分及其营养价值。
2. 掌握畜禽粪便的收集、处理和利用方法。
3. 分析畜禽粪便对土壤肥力的影响。
4. 探讨畜禽粪便在农业生产中的应用前景。
三、实验原理畜禽粪便中含有丰富的有机物、氮、磷、钾等营养成分，以及微生物等有益生物。
通过实验分析，可以了解畜禽粪便的成分及其含量，为畜禽粪便的资源化利用提供依据。
四、实验材料与仪器1. 实验材料：- 畜禽粪便样品（猪粪、牛粪、鸡粪等）- 土壤样品- 标准溶液（如过氧化氢、高锰酸钾等）- 试剂（如氢氧化钠、硫酸铵等）- 仪器（如电子天平、pH计、烘箱、显微镜等）2. 实验仪器：- 电子天平- pH计- 烘箱- 显微镜- 离心机- 烧杯- 试管- 滤纸- 移液器五、实验步骤1. 样品采集与处理- 采集畜禽粪便样品，要求样品新鲜、无污染。
- 将样品进行风干、研磨，过筛，备用。
2. 畜禽粪便营养成分分析- 测定样品的pH值。
- 测定样品的氮、磷、钾含量。
- 测定样品的有机质含量。
- 测定样品中的微生物数量。
3. 土壤肥力分析- 取一定量的土壤样品，进行pH值、有机质、氮、磷、钾等指标的测定。
- 对比分析土壤样品和畜禽粪便样品的肥力指标。
4. 畜禽粪便资源化利用实验- 将畜禽粪便进行堆肥处理。
- 将堆肥施入土壤，观察植物生长情况。
六、实验结果与分析1. 畜禽粪便营养成分分析结果- 记录各样品的pH值、氮、磷、钾、有机质含量及微生物数量。
2. 土壤肥力分析结果- 记录土壤样品和畜禽粪便样品的肥力指标。
3. 畜禽粪便资源化利用实验结果- 记录植物生长情况。
4. 结果分析- 对比分析畜禽粪便和土壤样品的肥力指标，评估畜禽粪便的肥力贡献。
- 分析堆肥处理对植物生长的影响，探讨畜禽粪便在农业生产中的应用前景。
七、实验结论1. 畜禽粪便中含有丰富的营养成分和微生物，具有较好的肥力贡献。
2. 堆肥处理可以改善畜禽粪便的品质，提高其资源化利用率。
畜禽粪便还田问题研究报告
畜禽粪便还田问题研究报告畜禽粪便还田问题研究报告摘要：随着农业生产的快速发展和城市化的加速，畜禽粪便处理问题日益引起人们的关注。
本文研究了畜禽粪便还田的意义、目的以及存在的问题，并提出了解决方案。
通过实地调查和数据分析，得出了畜禽粪便还田的可行性和益处。
同时，通过政府的支持和农民的参与，实现了畜禽粪便还田的推广与应用。
本研究为进一步解决畜禽粪便处理问题提供了有益的参考。
一、引言农业生产中畜禽粪便处理问题日益突出，对于提高土壤肥力、减少环境污染具有重要意义。
本文将从畜禽粪便还田的意义、目的，存在的问题以及解决方案等方面进行研究，以期提出可行的措施。
二、畜禽粪便还田的意义与目的随着畜禽养殖业的发展，畜禽粪便的大量积累已成为农业环境的隐患。
将畜禽粪便还田是一种有效地利用资源的方法，具有以下意义和目的：1. 提高土壤肥力：畜禽粪便中含有大量的氮、磷、钾等养分，能够有效地补充土壤中的养分，提高土壤肥力，促进作物的生长发育。
2. 减少农化污染：将畜禽粪便还田可以有效地减少废弃物的纯化处理，减少对环境的污染。
同时，畜禽粪便中的重金属等有害物质也能被土壤吸附，减少对地下水的污染。
3. 节约资源：畜禽粪便还田能够有效地利用废弃物资源，减少农业生产中对化肥的需求，从而节约资源和降低生产成本。
三、畜禽粪便还田存在的问题尽管畜禽粪便还田在理论上具有很多优势，但实际应用中也存在一些问题：1. 粪便的运输问题：由于畜禽粪便的体积较大，运输过程中易造成气味扩散和环境污染。
2. 粪便质量的不均匀性：畜禽粪便中含有的养分和有机质的含量有时会存在差异，这对还田效果造成一定困扰。
3. 技术力量不足：由于畜禽粪便还田需要一定的技术支持和管理措施，农民的技术力量相对薄弱，导致应用程度不高。
四、解决方案为了解决畜禽粪便还田中存在的问题，并推广应用，我们提出了以下解决方案：1. 加强农民技术培训：通过举办培训班、开展技术指导等形式，提高农民对畜禽粪便还田的认识和操作技能。
如何利用畜牧业中的粪便和废弃物进行能源生产
如何利用畜牧业中的粪便和废弃物进行能源生产畜牧业是一项重要的农业产业，但同时也伴随着大量的粪便和废弃物产生。
这些废弃物的处理对环境造成的污染是一项巨大的挑战。
然而，利用畜牧业中的粪便和废弃物进行能源生产是一种有效的解决方案，可以帮助我们减少环境负担，并为农村地区提供可再生能源。
本文将介绍如何利用畜牧业中的粪便和废弃物进行能源生产，并探讨其优势和挑战。
一、利用生物气化技术转化废弃物为生物质能源生物气化技术是一种将有机废弃物转化为生物质能源的可持续发展方法。
在畜牧业中，通过生物气化技术可以将畜禽粪便、秸秆、饲料残渣等废弃物转化为生物质气体，如沼气、生物液体燃料等。
这些生物质能源可以用于热能供应、煤气替代和发电等用途，具有广阔的应用前景。
生物气化技术的过程包括废弃物的预处理、气化反应和气体处理三个主要阶段。
首先，废弃物需要进行干燥和粉碎处理，以增加气化反应的效率。
然后，经过高温和缺氧条件下的气化反应，有机废弃物中的碳化合物转化为可燃的气体。
最后，对产生的气体进行净化和储存处理，以保证其安全和高效利用。
二、利用生物甲烷发酵技术转化粪便为生物气体生物甲烷发酵技术是一种将有机废弃物，如畜禽粪便，转化为生物气体的有效方法。
这一过程主要通过微生物的作用，将有机废弃物中的碳化合物转化为甲烷等可燃气体。
生物甲烷发酵技术不仅可以解决废弃物处理的问题，还能够产生可再生的能源。
在生物甲烷发酵技术中，首先将畜禽粪便与水混合，并添加适量的发酵菌种，形成发酵床。
然后，在一定的温度和湿度条件下，发酵菌种会分解有机废弃物中的碳水化合物，产生甲烷等可燃气体。
最后，通过气体收集和净化系统，收集产生的生物气体，并将其用于发电、取暖等能源利用方面。
三、利用废弃物进行有机肥料生产除了能源生产，废弃物还可以作为有机肥料进行利用。
畜禽粪便中含有丰富的氮、磷、钾等营养元素，可以为农田提供养分，促进植物生长。
通过合理处理和厌氧发酵，可将粪便中的有机质降解为稳定的有机肥料，减少其对环境的污染。
畜禽粪污无害化处理与综合利用技术
畜禽粪污无害化处理与综合利用技术畜禽粪污是指养殖业中产生的动物粪便和尿液的混合物，含有大量的有机物质和微生物。
如果不加以适当处理，畜禽粪污会造成环境污染和资源浪费。
因此，需要开展畜禽粪污无害化处理与综合利用技术的研究和推广应用。
生物处理技术是指利用微生物和有机物质进行畜禽粪污的降解、分解和转化。
其中，厌氧发酵是一种常用的处理方法。
通过将畜禽粪污放入密闭容器中，在无氧条件下，通过厌氧发酵的反应，畜禽粪污中的有机物质被分解为沼气和沼渣。
沼气可以用作燃料，沼渣则可作为有机肥料使用。
此外，还可以利用好氧发酵、堆肥等方法进行畜禽粪污的处理。
物理化学处理技术主要包括过滤、沉淀、吸附、氧化等方法。
过滤是将畜禽粪污中的悬浮物通过滤网、滤纸等进行分离。
沉淀是利用地心引力将畜禽粪污中的颗粒物质沉降到底部。
吸附是通过化学药剂将畜禽粪污中的有机物质吸附到表面，从而达到分离的目的。
氧化是指将畜禽粪污中的有机物质通过氧化反应进行降解。
综合利用是指对处理后的畜禽粪污进行有效利用，充分发挥其资源价值。
其中，沼气发电是一种主要的综合利用方式。
通过收集沼气并将其用作燃料，可以产生热能和电能。
此外，还可以将沼气制成液化气、天然气等用途更广泛的燃料。
同时，沼渣也可以作为有机肥料施用于农田，增加土壤肥力和改善农作物产量。
其他的综合利用方式还包括生物质能利用、生物有机肥制备、生态农业等。
通过将畜禽粪污中的有机物质转化为能源和肥料，不仅可以解决环境污染问题，还可以促进农业可持续发展。
总之，畜禽粪污的无害化处理与综合利用技术在目前的养殖业发展中起着重要的作用。
通过采用生物处理和物理化学处理技术，可以有效地将畜禽粪污转化为资源，实现资源的合理利用和循环利用，同时减少对环境的污染。
将来需要进一步研究和推广应用更加高效和环保的处理技术，以促进畜禽粪污的无害化处理与综合利用工作的持续发展。
简述畜禽粪便资源化利用技术形式
畜禽粪便资源化利用技术形式随着社会经济的不断发展，城乡居民生活水平的提高，畜禽养殖业得到了迅速的发展。
然而，随之而来的是畜禽粪便带来的环境污染和资源浪费问题。
为了解决这一问题，人们开始尝试利用技术手段对畜禽粪便进行资源化利用。
下面将从不同的角度简述畜禽粪便资源化利用技术形式。
一、有机肥料生产技术有机肥料是将畜禽粪便经过发酵处理后，制成有机肥料，可以用作农作物的营养土壤改良剂。
目前，有机肥料生产技术主要包括静态堆肥技术、发酵堆肥技术、湿法发酵技术等。
通过这些技术，畜禽粪便中的有机质可以充分分解，并且减少了对化学化肥的依赖，从而达到了资源化利用的目的。
二、沼气生产技术畜禽粪便中含有大量的有机物质，经过发酵处理可以产生沼气。
沼气是一种可再生能源，可以用于取暖、照明和烹饪等。
沼气生产技术主要包括固定式发酵池、流动式发酵池、生物气化技术等。
这些技术可以有效利用畜禽粪便中的有机物质，同时也减少了温室气体的排放，具有较好的环保效益。
三、畜禽粪便发酵技术畜禽粪便发酵技术是通过微生物的作用，对畜禽粪便进行发酵处理，产生高效微生物菌剂和高效有机肥。
通过这种技术，可以有效减少畜禽粪便中的有害物质，提高其肥效，同时也可以改善土壤结构，促进农作物的生长。
在实际应用中，畜禽粪便发酵技术主要包括堆肥发酵技术、沟槽发酵技术以及发酵罐发酵技术等。
四、畜禽粪便热解技术畜禽粪便中的有机物质可以通过热解处理，转化为生物炭和生物油等高附加值产品。
生物炭是一种良好的土壤改良剂，可以提高土壤肥力，改善土壤结构，增加作物产量；生物油可以用作燃料或者工业原料。
畜禽粪便热解技术主要包括焚烧、气化、热裂解等，通过这些技术可以有效实现畜禽粪便的资源化利用。
五、循环水利用技术畜禽养殖业是一个典型的高污染行业，养殖废水的排放对周围的环境造成了很大的影响。
循环水利用技术可以将养殖废水中的有机物质和营养物质进行有效提取，用于农田灌溉或者生产生态、循环农业的新型农业生产方式。
不同热解温度限氧制备的畜禽粪便生物炭养分特征
第34卷第20期农业工程学报V ol.34 No.20 2018年10月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Oct. 2018 233不同热解温度限氧制备的畜禽粪便生物炭养分特征王煌平1,2，张 青1,2，章赞德3，罗 涛4※，翁伯琦4，钟少杰1,2（1. 福建省农业科学院土壤肥料研究所，福州，350013；2. 福建省地力培育工程技术研究中心，福州，350013；3. 福建省大田县农田建设与土肥技术推广站，大田，366100；4. 福建省农业科学院农业生态研究所，福州350013）摘要：为了分析畜禽粪便生物炭中的养分特征变化，以鸡粪、猪粪渣和牛粪为原料，采用限氧控温法制备生物炭，研究了不同热解温度（350、450、550、650和750 ℃）的畜禽粪便生物炭灰分含量，C含量、大量和中微量元素养分含量及其残留率的变化，并分析了C/N比值，原材料与炭化产品养分含量、及热解温度和生物炭养分特征的相关性。
结果表明，随着热解温度的升高，畜禽粪便生物炭C、N含量逐渐下降，灰分含量和P、K、Ca、Mg、Fe、Mn养分含量逐渐增加。
高温热解虽增加畜禽粪便生物炭的养分总量和C/N比值，但也降低了各养分残留率。
综合分析表明，畜禽粪便生物炭养分含量及其残留率与原材料中的养分含量、热解温度密切相关，其中与热解温度相关性显著。
因此，选择高C和高养分含量的畜禽粪便原材料是提升生物炭养分含量的基础，而适宜温度是保留生物炭较高养分残留率的关键。
该研究中畜禽粪便适宜热解温度为450 ℃，该温度下各生物炭的养分残留率整体表现为牛粪>猪粪渣>鸡粪。
关键词：热解；温度；养分；限氧；畜禽粪便；生物炭doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.20.030中图分类号：S141 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2018)-20-0233-07王煌平，张 青，章赞德，罗 涛，翁伯琦，钟少杰. 不同热解温度限氧制备的畜禽粪便生物炭养分特征[J]. 农业工程学报，2018，34(20)：233－239. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.20.030 Wang Huangping, Zhang Qing, Zhang Zande, Luo Tao, Weng Boqi, Zhong Shaojie. Nutrient characteristics of biochar prepared from animal manures at different temperature with limited oxygen[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(20): 233－239. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.20.030 0 引 言中国是世界上最大的畜禽养殖国，随着畜禽养殖业规模化发展，畜禽粪便总量持续增加且更趋集中。
畜禽养殖废弃物生物降解技术的研究与应用
畜禽养殖废弃物生物降解技术的研究与应用随着全球畜禽养殖业的快速发展，养殖废弃物的处理已成为一项紧迫的环境问题。
废弃物的积累不仅对土壤、水源和空气造成污染，还给生态环境带来威胁。
因此，开发和应用适用的生物降解技术已成为解决养殖废弃物问题的关键。
生物降解技术是利用生物体及其代谢产物对有机废弃物进行有选择性的降解和转化的过程。
在畜禽养殖废弃物处理中，生物降解技术已被广泛研究和应用。
本文将重点介绍一些常用的畜禽养殖废弃物生物降解技术及其研究和应用进展。
1. 厌氧消化技术厌氧消化技术是将废弃物投放到容器中，通过微生物的代谢作用将有机废弃物转化为甲烷、二氧化碳和固态废弃物的一种技术。
这种技术具有可持续性和环境友好性的优点。
厌氧消化技术可以减少废弃物的体积和臭味，同时还能产生可再生的能源。
目前，该技术已在一些养殖场得到广泛应用，并取得了良好的效果。
2. 好氧堆肥技术好氧堆肥技术是将废弃物投放到通风良好的堆肥场中，利用氧气和微生物将有机废弃物分解为稳定的有机肥料的一种技术。
好氧堆肥技术不仅可以有效地降解废弃物，减少有害气体的排放，还能产生高品质的有机肥料，为农田提供养分。
然而，好氧堆肥技术对堆肥场的管理要求较高，需注意反复翻堆，以保证废弃物充分接触氧气和微生物。
3. 菌落增殖技术菌落增殖技术是通过培养和增殖特定的微生物来降解养殖废弃物的一种技术。
菌落增殖技术通过添加适当的微生物培养基，优选并增殖有利于废弃物降解的微生物菌种，以提高降解效率。
这种技术能够根据养殖废弃物的特性和成分选择合适的微生物，提高废弃物降解的效果。
近年来，基于菌落增殖技术的养殖废弃物生物降解产品也开始出现在市场上。
4. 生物炭应用技术生物炭是经过高温处理的有机废弃物，在缺氧条件下进行热解而生成的一种含炭的稳定产物。
生物炭可以用作土壤改良剂、床料覆盖物和生物过滤剂等。
其表面积大、孔隙结构丰富，能够有效地吸附有害气体和重金属。
同时，生物炭中的碳质物质还可以提高土壤肥力和保持土壤湿度，促进植物生长。
热解温度对畜禽粪便制备的生物质炭性质的影响
第 ４ １卷 第 ２期 ２ ０ １ ４年 ３月
江
大
学
学
报（ 理学版 ）
Ｖ Ｍ ｏ １ ． ４ １ Ｎ ６ ． ２
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资 源 化 利 用提 供 了新 的 思路 ． 、
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键
词： 猪粪； 鸡 粪； 生物质炭 ； 物理化学性质 ； 傅 里 叶 变换 红 外 光谱 文 献 标 志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８ — ９ ４ ９ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ ～ １ ８ ５ — ０ ６
中图分类号 ： Ｘ ７ １
Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ） ，２ ０ １ ４ ，４ １ （ ２ ） ： １ ８ ５ — １ ９ Ｏ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂ ｉ ｏ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｓ ｏ ｉ ｌ ｓ ｉ ｓ ｂ ｅ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｅ ｄ ａ ｓ ａ ｍｅ ａ ｎ ｓ ｔ ｏ ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ（ Ｃ）ｗｈ ｉ ｌ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｙ ｉ ｍ— ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｓ ｏ ｉ ｌ｛ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｇ ｓ ｗｉ ｎ ｅ ｍａ ｎ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｐ ｏ ｕ ｌ ｔ ｒ ｙ ｍａ ｎ ｕ ｒ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ — ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｍｕ ｆ ｆ ｌ ｅ ｆ ｕ ｒ ｎ ａ ｃ ｅ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ２ ０ ０ ，３ ０ ０ ，４ ０ ０，５ ０ ０ ，７ ０ ０℃ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｏ ｅ ｈ ｅ ｍｉ — ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｙ ｉ ｅ ｌ ｄ，ａ ｓ ｈ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ，ｐ Ｈ ，ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ｓ ａ ｎ ｄ ｍｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ
我国畜禽粪便污染现状及处理与资源化利用分析
我国畜禽粪便污染现状、治理及资源化利用分析1.本文概述随着畜牧业的快速发展，牲畜粪便的产生量也在不断增加，给环境带来了严重的污染问题。
本文旨在全面概述我国畜禽粪便污染现状，分析畜禽粪便处理和资源化利用的现状和存在的问题，探索有效的处理和资源利用策略，为推动我国畜牧业绿色发展和环境保护提供理论支撑和实际指导。
本文将首先介绍畜禽粪便污染的主要污染物来源和类型，并分析其对水、土壤和空气环境的污染影响。
随后，文章将概述我国畜禽粪便处理和资源化利用的主要技术和方法，包括堆肥、厌氧消化、好氧发酵等，并评估其在实际应用中的有效性。
在此基础上，文章将深入探讨畜禽粪便处理和资源化利用中的技术瓶颈、经济成本和政策规定，并提出相应的解决方案和建议。
展望了我国畜禽粪便处理和资源化利用的未来发展趋势，为我国畜牧业可持续发展和环境保护提供有益的参考。
2、我国畜禽粪便污染现状随着我国农业现代化进程的加快和畜牧业的快速发展，畜牧业已成为农村经济的重要支柱产业。
畜牧业不仅带来经济效益，还会产生大量的粪便和尿液等排泄物。
如果这些排泄物处理不当，将对环境造成严重污染。
我国畜禽粪便污染现状主要体现在以下几个方面：据统计数据显示，中国是世界上最大的畜禽养殖国，畜禽库存量巨大。
以生猪为例，中国生猪存栏量长期位居世界第一。
随着养殖规模的扩大，畜禽粪便的产量也在不断增加。
目前，我国畜禽粪便年产量约为数十亿吨，而且这个数字还在不断增加。
动物粪便污染不仅存在于农村地区，而且广泛分布于城市地区。
随着城市化进程的加快，许多养殖场被转移到城市郊区，导致周边地区畜禽粪便污染问题日益严重。
一些大型养殖场往往集中在某些地区，那里的粪便污染特别严重。
畜禽粪便污染不仅包括粪便和尿液的直接排放，还包括恶臭、病原微生物、重金属等污染物造成的污染。
这些污染物可以通过各种渠道进入环境，如大气、水体和土壤，对生态环境和人类健康造成严重影响。
由于畜禽粪便污染具有分散性、复杂性和可持续性等特点，其治理难度较大。
不同畜禽粪便堆肥过程中有机氮形态的动态变化_鲍艳宇
第28卷第5期2008年5月环 境 科 学 学 报 A c t a S c i e n t i a e C i r c u m s t a n t i a eV o l .28,N o .5M a y ,2008基金项目:高等学校科技创新工程重大项目培育资金项目(N o .707011);国家重点基础研究发展规划(973)项目(N o .2004C B 418503)S u p p o r t e db yt h e M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,P e o p l e ′s R e p u b l i c o f C h i n af o r F i n a n c i a l S u p p o r t a s a G r a n dF o s t e r i n gP r o j e c t (N o .707011)a n dt h e B a s i c R e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n t P r o g r a mo f C h i n a(N o .2004C B 418503)作者简介:鲍艳宇(1979—),女,博士,E -m a i l :b a o y a n y u 77@163.c o m ;＊通讯作者(责任作者),E -m a i l :g l l 19602006@163.c o mB i o g r a p h y :B A OY a n y u (1979—),f e m a l e ,P h .D .,E -m a i l :b a o y a n y u 77@163.c o m ;＊C o r r e s p o n d i n ga u t h o r ,E -m a i l :g l l 19602006@163.c o m鲍艳宇,周启星,颜丽,等.2008.不同畜禽粪便堆肥过程中有机氮形态的动态变化[J ].环境科学学报,28(5):930-936B a oYY ,Z h o uQX ,Y a nL ,e t a l .2008.D y n a m i c c h a n g e s o f o r g a n i c n i t r o g e nf o r m s d u r i n gt h ec o m p o s t i n go f d i f f e r e n t m a n u r e s [J ].A c t aS c i e n t i a eC i r c u m s t a n t i a e ,28(5):930-936不同畜禽粪便堆肥过程中有机氮形态的动态变化鲍艳宇1,周启星1,颜丽2,关连珠2,＊1.南开大学环境科学与工程学院,天津3000712.沈阳农业大学土地与环境学院,沈阳110161收稿日期:2007-04-05 修回日期:2007-07-14 录用日期:2008-02-26摘要:利用室内模拟堆肥试验,对不同畜禽粪便在堆肥过程中酸水解态氮及其组分的变化规律进行了研究.研究结果表明,随着堆肥的进行,酸水解态氮呈现先降后增的变化趋势,且与堆肥前相比,堆肥处理后酸水解态氮占全氮比例增加,尤其是在猪粪、鸡粪等家禽粪便更为明显,表明畜禽粪便经过堆肥处理后有利于氮素的保蓄;非酸解性氮占全氮比例的变化趋势与酸水解态氮的变化趋势相反;酸解铵态氮、氨基酸态氮和氨基糖态氮占全氮的比值在堆肥过程中均呈现先增加后降低的趋势;未鉴别态氮占全氮比例在整个堆肥过程中的变化趋势与上述3种可鉴别态的酸水解态氮的变化趋势相反.温度、p H 值与氨基糖态氮变化趋势相同,这可能是影响氨基糖态氮变化的主要因素;而温度与酸解铵态氮、未鉴别态氮变化的趋势相同,可能是影响酸解变化的主要因素,p H 值与酸水解态氮、非酸解性氮变化趋势相同,可能是影响它们变化的主要因素.关键词:畜禽粪便;堆肥;有机氮形态文章编号:0253-2468(2008)05-930-07 中图分类号:X 705 文献标识码:AD y n a m i c c h a n g e s o f o r g a n i c n i t r o g e nf o r m s d u r i n gt h e c o m p o s t i n go f d i f f e r e n t m a n u r e s B A OY a n y u 1,Z H O UQ i x i n g 1,Y A NL i 2,G U A NL i a n z h u2,＊1.C o l l e g eo f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ,N a n k a i U n i v e r s i t y ,T i a n j i n 3000712.C o l l e g eo f L a n da n dE n v i r o n m e n t ,S h e n y a n g A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ,S h e n y a n g 110161R e c e i v e d 5A p r i l 2007; r e c e i v e di nr e v i s e d f o r m 14J u l y 2007; a c c e p t e d 26F e b r u a r y 2008A b s t r a c t :C o m p o s t i n g i s a ne f f e c t i v e d i s p o s a l m e t h o df o r m a n u r e w a s t e a n d n i t r o g e nt r a n s f o r m a t i o ni s a ni m p o r t a n t f a c t o r a f f e c t i n g t h ed e g r e e o f s t a b i l i t y a n d m a t u r i t y o f m a n u r e c o m p o s t i n g .A na e r o b i c c o m p o s t i n g s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t w a s c o n d u c t e dt o d e t e r m i n e t h e c o n c e n t r a t i o na n d s p e c i a t i o no f o r g a n i c n i t r o g e n .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e a c i dh y d r o l y s a b l e n i t r o g e nc o n t e n t (%)f i r s t l y d e c r e a s e d ,t h e ni n c r e a s e d d u r i n g t h e c o m p o s t i n g .I ns o m e m a n u r e s ,e s p e c i a l l y i np o u l t r y m a n u r e ,t h e a c i dh y d r o l y s a b l en i t r o g e nc o n t e n t a f t e r c o m p o s t i n gw a s h i g h e r t h a nt h e i n i t i a l c o n t e n t ,w h i c hi n d i c a t e dt h a t m a n u r e c o m p o s t i n g p r o m o t e df o r m a t i o no f o r g a n i cn i t r o g e na n dr e d u c e dn i t r o g e nl o s s .T h ec o n c e n t r a t i o n so f u n h y d r o l y s a b l en i t r o g e nc h a n g e di nt h eo p p o s i t e d i r e c t i o nf r o mt h eh y d r o l y s a b l e n i t r o g e n .T h er e l a t i v e c o n t e n t s (%)o f a m i d en i t r o g e n ,a m i n o a c i dn i t r o g e na n da m i n os u g a r n i t r o g e nf i r s t l y i n c r e a s e d ,t h e n d e c r e a s e d d u r i n g t h ec o m p o s t i n g ,w h i l et h er e v e r s et r e n do c c u r r e df o r h y d r o l y s a b l eu n i d e n t i f i e dn i t r o g e n .L i n e a r c o r r e l a t i o na n a l y s i ss h o w e dt h a t t e m p e r a t u r e a n d p H w e r et h em a i nf a c t o r s i n f l u e n c i n gt h ea m i n os u g a r n i t r o g e n(%)c o n t e n t i na e r o b i cm a n u r ec o m p o s t i n g .S i m i l a r l y ,t h er e l a t i v e c o n t e n t s (%)o f a m i d e n i t r o g e n a n dh y d r o l y s a b l e u n i d e n t i f i e dN w e r e a f f e c t e db yt e m p e r a t u r e ,a n dt h ea c i dh y d r o l y s a b l e n i t r o g e na n du n h y d r o l y s a b l e n i t r o g e nw e r e m o s t a f f e c t e d b y p H .K e y w o r d s :m a n u r e ;c o m p o s t i n g ;o r g a n i cn i t r o g e nf o r m a t i o n1 引言(I n t r o d u c t i o n )堆肥是处理畜禽粪便,使之达到无害和腐熟的主要方法之一.其基本原理是在适当的水、气条件下,通过微生物的作用,使有机物质分解并放出能量产生高温,杀死其中的病原菌和杂草种子,同时,DOI :10.13671/j .hjkxxb .2008.05.0335期鲍艳宇等:不同畜禽粪便堆肥过程中有机氮形态的动态变化使有害物质减少或消失,并使有机物达到稳定化的过程.堆肥过程中氮素转化包括氮素的固定与释放,但由于堆肥材料不同,氮素的转化存在一定的差异.目前,对畜禽粪便堆肥过程中全氮、氨态氮及硝态氮的研究报道较多,而对于有机态氮组分的转化规律研究报道较少.为此,研究畜禽粪便堆肥过程中有机态氮素形态的变化,可以为提高堆肥质量提供理论依据.到目前为止,用来研究有机氮化合物的方法仍延用B r e m n e r(1965)法,即用6m o l·L-1H C l处理样品,使有机胶体中的含氮成分分离,然后分别测定酸解产物中可鉴别的有机氮化合物,将不能为酸水解的氮素称为非酸解性氮(U n h y d r o l y s a b l e n i t r o g e n, U N),能被酸分解的为酸水解态氮(T o t a l a c i d-h y d r o l y z e d n i t r o g e n,T H N),其中主要可鉴别的有机氮化合物有氨态氮(A m m o n i a)、氨基酸态氮(A m i n o a c i d-N)、氨基糖态氮(A m i n o s u g a r-N),还有一些未鉴别的含氮化合物,被称为未鉴别态氮(H U N f r a c t i o n).酸解液中的氨态氮部分来自无机氮,部分则来自氨基糖和氨基酸氮,氨基酸氮主要来自蛋白质的水解,氨基糖氮的主要成分为葡萄糖氨,酸解未知氮部分可能包括核酸及其衍生物、磷脂、维生素及其它衍生物(A z a m等,1989).氨基酸态氮、氨基糖态氮及酰胺态氮在土壤中通过矿化形成无机态氮,在植物营养上具有相当大的有效性,而酸水解未知态氮的矿化率则很低.因此,对其堆肥过程中各形态有机氮的转化以及堆肥后各形态有机氮含量的研究,可为其在农业中的利用提供数据参考.2 材料与方法(M a t e r i a l s a n d m e t h o d s)2.1 供试物料堆肥原料采用新鲜的鸡粪﹑猪粪和牛粪,均来源于沈阳市附近大型集约化畜禽养殖场,其中鸡粪呈黄褐色、臭味较浓、结成粪团,猪粪呈黄褐色、比较稀并不结块、臭味较浓,特别是仔猪粪含水量较高、粪便颗粒细小,而牛粪呈深褐色、臭味较轻、含水较少;上述畜禽粪便的基本性质见表1.表1 供试畜禽粪便的基本性质T a b l e1 B a s i c p r o p e r t i e s o f d i f f e r e n t m a n u r e s畜禽粪便种类p H值T N/(g·k g-1)T H N/(g·k g-1)A N/(g·k g-1)A A N/(g·k g-1)A S N/(g·k g-1)C/N肉鸡粪6.0234.028.15.8211.60.649.56蛋鸡粪7.0534.528.45.0412.70.769.07肉猪粪6.5126.722.34.607.110.8515.34母猪粪6.5028.623.54.538.000.8013.56仔猪粪7.0435.029.19.2910.60.899.67奶牛粪6.5316.012.12.011.560.4126.10 注:T N代表全氮;T H N代表酸水解态氮;A N代表酸解铵态氮;A A N代表氨基酸态氮;A S N代表氨基糖态氮2.2 试验设计及测定方法畜禽粪便堆肥采用好气模拟培养,阶段性采样后进行分析的方法,具体设计为:将采集的6个新鲜畜禽粪便在阴凉通风处放置3～5d,使其含水率低于60%,堆肥前测定每种畜禽粪便的含水率,添加适量的蒸馏水使畜禽粪便含水率至50%～60%,设置两个平行,将不添加任何其它材料的每种纯畜禽粪便(4k g)分别放入6个长、宽、高15c m×10c m×20c m的塑料编织袋中,然后在培养箱中共进行了70d的堆肥.最初培养箱的温度设为环境温度(10℃),随着堆肥的进行,样品的温度上升,因此,根据样品温度调节培养箱的温度,使其保持低于样品温度1～2℃,避免畜禽粪便热量损失和防止人为升温的影响(王林权等,1996和2002),当样品温度超过60℃,通过降低培养箱温度来控制样品温度;每天打开培养箱进行通风供氧15m i n,每隔1d进行翻堆供氧以保证堆层中足够的氧气含量,并添加蒸馏水调节样品含水量不低于60%.每天定时两次测定堆肥的温度,且分别在0、14、28、42、56、70d取样(3次重复)测定酸水解态氮及其各组分(包括酸解铵态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮)含量.酸水解态氮及其各组分采用B r e m n e r法(B r e m n e r,1965)进行测定.3 结果(R e s u l t s)3.1 畜禽粪便堆肥过程中温度的变化温度的变化是堆肥的基本性质之一,且堆肥过程中温度的变化受到堆肥原料、有机质含量、p H值、931环 境 科 学 学 报28卷C /N 比、通气性、水分含量等多种因素共同影响.如图1所示,不同畜禽粪便堆肥过程中的温度变化主要有4个阶段,分别为升温阶段、高温阶段(堆肥温度达50℃以上)、降温阶段和温度趋于稳定的冷却腐熟阶段.堆肥初期,嗜温性微生物的活动释放出大量的热量,当产生的热量大于消耗的热量时,堆体温度迅速上升,除仔猪粪外,其它5种畜禽粪便的升温期仅维持3d ,从第4d 开始进入高温阶段.高温阶段过程中,微生物消耗环境营养物质和堆肥中的其它水溶性组分,不断生长和繁殖,继续放出大量的热量,因而高温阶段会持续一段较长的时间.随着堆肥的进行,堆料越来越稳定,有机质的分解接近完全,温度呈下降趋势,本研究的各种畜禽粪便样品在堆肥28d 后温度基本稳定在28℃左右,接近环境温度,堆肥达到稳定腐熟.图1 几种畜禽粪便堆肥过程中温度的变化F i g .1 C h a n g e s o f t e m p e r a t u r e o f d i f f e r e n t m a n u r e s d u r i n g c o m p o s t i n g3.2 酸水解态氮(T H N )及非酸解性氮(U N )堆肥过程中的有机氮处在不断累积、矿化和再固定过程中,而微生物细胞富集矿质态氮,并转化为微生物量氮同时合成腐殖质氮,因此,堆肥过程中有机氮主要分布在不同的微生物群落和腐殖质库中.如图2所示,不同畜禽粪便堆料中T H N /T N 不同,家禽粪便(鸡粪和猪粪)在81.94%～83.38%之间,而家畜粪便(牛粪)为75.42%,可以看到家禽粪便的T H N /T N 高于家畜粪便(牛粪),这与已有的报道相一致(沈其荣等,1992).不同畜禽粪便的T H N /T N 在0～14d 的堆肥过程中轻微降低,这是由于此阶段在矿质化作用下,微生物将有机氮化合物分解为无机养分(主要为氨气),为微生物提供了氮源的同时,过量的氨气在高温、高p H 值条件下迅速流失导致有机氮绝对含量的下降,同时,T N 在此阶段也迅速下降,但是T H N 降低的幅度稍大于T N ,进而使0～14d 内T H N /T N 轻微下降;在14～70d 的堆肥过程中T H N /T N 值均呈现增加趋势,这是由于高温期已过,堆体温度下降,此阶段以腐殖化作用为主,矿质化作用为辅,大部分铵态氮被微生物吸收利用转化为腐殖酸氮,据报道微生物细胞富集矿质态氮,并转化为微生物量,同时合成腐殖质物质(李国学等,2000),使T H N 含量增加,而堆肥后期T N 相对稳定,进而使T H N /T N 增加.虽然不同畜禽粪便的T H N /T N 值变化趋势相同,但是至堆肥结束时与堆肥开始时相比,T H N /T N 增加的比例不同,肉鸡粪、蛋鸡粪、肉猪粪、母猪粪、仔猪粪和奶牛粪分别增加了6.64%、2.41%、6.20%、7.24%、2.94%和0.99%,由图2可以看出,家禽粪便T H N /T N 增加的百分比显著高于家畜粪便,即以家禽粪便为原料的堆肥有利于有机态氮的形成,而以家畜粪便为原料的变化不大.这种规律与堆肥原料及其氮素形态有直接关系,鸡粪和猪粪中的铵态氮占全氮的范围在9.22%～15.66%之间,这种条件有利于矿质态氮的活化,从而促进有机态氮的形成,而牛粪中全氮含量与家禽粪便相比较低,而且铵态氮仅占全氮的3.46%,矿质态氮含9325期鲍艳宇等:不同畜禽粪便堆肥过程中有机氮形态的动态变化图2 几种畜禽粪便堆肥过程中T HN /T N 及U N/T N 的变化F i g .2 T H N /T N a n d U N /T N o fd i f f e r e n tm a n u r e s d u r i n gc o m p o s t i n g 量低,未酸解态氮素含量高,氮素形态相对复杂,因此,堆肥前后有机态氮含量变幅不大.至堆肥结束时肉鸡粪、蛋鸡粪、肉猪粪、母猪粪、仔猪粪和奶牛粪的T H N /T N 分别为:89.38%、84.75%、89.58%、89.18%、85.95%和76.41%.结果表明,堆肥处理后氮素主要由有机态氮组成,以含较多矿质态氮的猪粪、鸡粪等家禽粪便进行高温堆腐时氮素同化固定作用明显,有利于蓄氮保肥作用,利用牛粪等家畜粪便进行堆肥时这种作用则不明显.一般认为,非酸解性氮(U n h y d r o l s a b l e n i t r o g e n ,U N )以杂环态存在,和杂环或芳香环键结合在一起,现已肯定这部分氮主要存在于缩合程度较高的腐殖质结构成分中(彭令发等,2003a 和2003b ).由图2可知,U N /T N 的变化趋势正好与T H N /T N 的变化趋势相反,至堆肥结束时肉鸡粪、蛋鸡粪、肉猪粪、母猪粪、仔猪粪和奶牛粪的U N /T N 分别为:10.62%、15.25%、10.42%、10.82%、14.05%和23.59%,与开始时的17.26%、17.67%、16.62%、18.06%、16.99%和24.58%相比有所降低,表明堆肥使得U N 转化为形态相对简单的氮素物质.3.3 酸解铵态氮(A N )酸解铵态氮(A m m o n i a -N ,A N )是指畜禽粪便酸水解液中铵态氮总量,主要来自以下几部分:一部分是无机态氮,主要是被堆料吸附的N H +4及在溶液中的N H +4和N H 3;一部分是在酸水解过程中,某些氨基酸,特别是天门冬氨酸、谷氨酸、含硫氨基酸及氨基糖的脱氨基作用;另一部分来自酰胺类化合物(彭令发等,2003a 和2003b ),其它来源尚不清楚.这与土壤中1/4～1/3的A N 来自于固定态铵(沈其荣等,1990)截然不同,在畜禽粪便中并不存在被固定于粘土矿物晶格之间的固定态铵.如表2所示,本研究中肉鸡粪、蛋鸡粪、肉猪粪、母猪粪和仔猪粪原料中无机铵态氮占A N 的百分比分别为:58.44%、90.70%、76.22%、58.28%和59.03%,这表明,此时A N 主要来源于无机铵态氮;但是随着堆肥的进行无机铵态氮占A N 的百分比在逐渐降低,堆肥结束时几种家禽粪便中无机铵态氮占A N 的百分比分别为:10.19%、21.36%、7.12%、7.23%和18.88%,此时,无机铵态氮已经不再是A N 的主要来源,可能氨基酸、酰胺类化合物以及其它未知来源成为A N 的主要来源.而家畜粪便(奶牛粪)由堆肥初始时无机铵态氮占A N 的百分比的27.61%降至堆肥结束时的19.69%,自始至终无机铵态氮都不是A N 的主要来源.上述分析结果表明,家禽粪便(鸡粪和猪粪)原料中大于50%的A N 来源于无机铵态氮,甚至可高达90%以上,而家畜粪便(奶牛粪)中仅有27.61%的A N 来源于无机铵态氮;无论是家禽粪便还是家畜粪便经过堆肥处理后无机铵态氮占A N 的比例降低,至堆肥结束时无机铵态氮已不是A N 的主要来源.表2 几种畜禽粪便堆肥过程中无机铵态氮占酸解铵态氮比例的变化T a b l e 2 I n o r g a n i cN H +4/ANo f d i f f e r e n t m a n u r e s d u r i n gc o m p o s t i n g 堆肥时间/d肉鸡粪含量蛋鸡粪含量肉猪粪含量母猪粪含量仔猪粪含量奶牛粪含量058.44%90.75%76.22%58.28%59.03%27.61%1472.19%65.66%61.36%67.22%52.76%30.20%2823.95%38.71%15.24%18.66%41.36%15.31%4222.11%40.95%14.12%15.99%35.94%22.78%5611.95%20.64%5.48%7.12%17.75%19.50%933环 境 科 学 学 报28卷 通常将各形态酸解有机氮化合物的含量占全氮总量的百分数作为分配系数用以表征有机氮的形态分布(徐阳春等,2002).如图3所示,不同畜禽粪便的A N /T N 在0～14d 堆肥过程中呈现增加趋势,这主要是由于畜禽粪便中富含蛋白质,在0～14d 堆肥过程中,蛋白质在微生物的作用下分解生成氨基酸或酰胺类化合物或最后形成无机的铵盐,因此,造成A N /T N 增加;在随后14～70d 的堆肥过程中呈下降趋势,这是由于一方面,随着腐殖化作用的增强,相对简单的酸解铵态氮向相对复杂的其它酸解态氮及非酸解氮转化造成其数量的减少,另一方面,在腐殖化过程中腐殖质对N H +4的固持增加也是A N /T N 减少的原因之一(文启孝,1992).图3 几种畜禽粪便堆肥过程中A N /T N 的变化F i g .3 A m m o n i a -N /T No f d i f f e r e n t m a n u r e s d u r i n g c o m p o s t i n g虽然不同畜禽粪便的A N /T N 都呈现先升后降趋势,但是至堆肥结束时与堆肥开始时相比,A N /T N 变化的比例不同,肉鸡粪、蛋鸡粪、肉猪粪、母猪粪和仔猪粪分别增加了8.18%、7.44%、8.34%、6.62%和4.13%,而奶牛粪则降低了3.16%,可以看出,家禽粪便的A N /T N 呈增加趋势,而家畜粪便的A N /T N 呈下降趋势,这可能是一方面家禽粪便中蛋白质含量比家畜粪便高,分解产生的A N 比较高,另一方面可能是由于奶牛粪中腐殖质含量较高,在堆肥过程中对N H +4的固持作用较强有关,造成了奶牛粪堆肥后A N /T N 不增反降.3.4 氨基酸态氮(A A N )氨基酸态氮(A m i n o a c i d -N ,A A N )是矿质氮和有效氮的重要给源之一,作为主要可鉴别的含氮有机化合物之一,大部分存在于有机物质中的蛋白质和多肽中(彭令发等,2003a ,2003b ).家禽粪便中尤其是鸡粪中富含氨基酸态氮,据报道每100g 干燥鸡粪经过消化后大约可提纯约10g 混合氨基酸(沈宗瀛等,1995),由此可知鸡粪酸水解液中A A N 含量比较高.如图4所示,几种畜禽粪便原料中A A N /T N 的大小顺序为,鸡粪>猪粪>牛粪,这可能是由于家禽粪便含氮化合物中蛋白质和多肽含量比家畜粪便高,从而造成其A A N /T N 比例较高.堆肥过程中A A N /T N 的变化趋势基本与A N /T N 相同,在0～14d 堆肥过程中呈增加趋势,这是由于畜禽粪便中富含蛋白质,并且氮素主要以蛋白态氮形式存在,堆肥过程中随着温度的上升,蛋白态氮在微生物作用下水解成各种氨基酸态氮,使A A N 增多,从而导致A A N /T N 的增加;在14～70d 的堆肥过程中随着温度的降低、腐殖化作用的增强,相对简单的氨基酸氮向相对复杂结构形态氮的转化,使A A N /T N 呈下降趋势.图4 几种畜禽粪便堆肥过程中A A N/T N 的变化F i g .4 A m i n o a c i d -N/T No f d i f f e r e n t m a n u r e s d u r i n gc o m p o s t i n g3.5 氨基糖态氮(A S N )氨基糖很少在高等植物组织中发现,主要存在于真菌和昆虫的几丁质结构中,无论是在土壤中还是在有机固体废弃物中昆虫壳很少见,因此,微生物细胞物质是氨基糖的主要来源.绝大多数氨基糖以复合物状态存在,它们是不均值的多分散的大分子化合物(彭令发等,2003a ;2003b ).真菌作为分解纤维素和半纤维素的重要微生物广泛存在于畜禽粪便堆肥过程中,但是不同畜禽粪便中氨基糖态氮(A m i n o s u g a r -N ,A S N )含量较少,仅占T N 的1.88%～3.18%.如图5所示,在0～14d 的堆肥过程中不同畜禽粪便的A S N /T N 都呈现迅速增加趋势,这是由于A S N 主要来自于微生物的生物合成,与微生物量的关系密切(徐阳春等,2002).据S o w d e n (1977)研究,在热带、亚热带地区,由于气温高、微生物活性大,9345期鲍艳宇等:不同畜禽粪便堆肥过程中有机氮形态的动态变化土壤中A S N 含量较高,而本研究中的高温期发生在0～14d 堆肥过程中,此阶段微生物活动旺盛,微生物量迅速增加,造成A S N /T N 量升高.在14～70d 的堆肥过程中呈现逐渐下降趋势.结果表明,该形态氮素在有机氮的转化过程中可能发挥着“蓄水池”的作用(徐阳春等,2002),即当氮素供应充足时,多余的氮被转化为A S N ;当氮素供应不足时,该形态氮又可以很快释放出来.图5 几种畜禽粪便堆肥过程中A S N /T N 的变化F i g .5 A m i n o s u g a r -N /T N i n d i f f e r e n t m a n u r e s d u r i n gc o m p o s t i n g 图6 几种畜禽粪便堆肥过程中的H U N /T N 的变化F i g .6 H U N /T Ni n d i f f e r e n t m a n u r e s d u r i n g c o m p o s t i n g3.6 未鉴别态氮(H U N )未鉴别态氮(H y d r o l y s a b l e u n i d e n t i f i e d N ,H U N )的结构组成相对较为复杂,主要由非α-氨基酸、N -苯氧基氨基酸态氮和嘧啶、嘌呤等杂环氮组成.从图6几种畜禽粪便堆肥过程中H U N /T N 的变化可见,在整个堆肥过程中H U N /T N 的变化趋势与上述3种可鉴别的酸解态氮的变化趋势相反,在0～14d 的堆肥过程中呈现下降趋势,这主要是由于在此堆肥阶段温度高、微生物活跃,以矿质化作用为主,畜禽粪便中H U N 的矿化分解,从而造成H U N /T N 的下降;在14～70d 的堆肥过程中不同畜禽粪便的H U N /T N 均呈现增加趋势,纤维素和木质素降解产物及腐殖化和氨基酸化合物之间的缩聚产物,其稳定性增强,这可能是导致H U N /T N 增高的重要因素,使有机氮化合物向复杂化方向发展.3.7 各种有机氮化合物含量变化的相关因素分析畜禽粪便堆肥过程中基本性质(温度和p H 值)的变化反映了整个堆肥的进程,随着堆肥的进行,温度和p H 值都呈现先上升后下降的变化趋势.有关温度的变化情况在3.1中有详细的阐述;p H 值在堆肥的前14d 基本上呈现升高的趋势,而后有所下降,在堆肥的42d 大部分畜禽粪便的p H 值趋于稳定.通过线性相关性分析可知,几种畜禽粪便堆肥过程中T H N /T N 、U N /T N 、A N /T N 、A A N /T N 、A S N /T N 、H U N /T N 与温度的相关系数分别为:-0.075、0.075、0.388＊、0.255、0.515＊＊、-0.444＊＊(r =0.325(p <0.05),r =0.418p <0.01,n =36);而T H N /T N 、U N /T N 、A N /T N 、A A N /T N 、A S N /T N 、H U N /T N 与p H 值的相关系数分别为:-0.339＊、0.339＊、0.151、0.106、0.593＊＊、-0.311(r =0.325(p <0.05),r =0.418(p <0.01),n =36).研究结果表明,温度与酸解铵态氮(A N /T N )、未鉴别态氮(H U N /T N )变化的趋势相同,可能是影响它们变化的主要因素,p H 值与酸水解态氮(T H N /T N )、非酸解性氮(U N /T N )变化趋势相同,可能是影响它们变化的主要因素;温度、p H 值与氨基糖态氮(A S N /T N )变化趋势相同,可能氨基糖态氮(A S N /T N )的变化受到温度和p H 值两方面的共同影响.4 结论(C o n c l u s i o n s )1)经过堆肥处理后,酸水解态氮占全氮比例增加,尤其是在家禽粪便中更为明显,表明畜禽粪便堆肥有利于氮素的保蓄;非酸解性氮占全氮比例的变化趋势与酸水解态氮的变化趋势相反.2)酸解铵态氮、氨基酸态氮和氨基糖态氮占全氮的比值在堆肥过程中均呈现先增加后降低的变化趋势;未鉴别态氮占全氮比例在整个堆肥过程中的变化趋势与上述3种可鉴别的酸解态氮的变化趋势相反.3)线性相关性分析可知,温度和p H 值可能是影响氨基糖态氮变化的主要因素,而温度可能是影响酸解铵态氮(A N /T N )、未鉴别态氮(H U N /T N )变化的主要因素,p H 值可能是影响酸水解态氮(T H N /T N )、非酸解性氮(U N /T N )变化的主要因素.935环 境 科 学 学 报28卷责任作者简介:关连珠(1960—),男,教授.主要从事土壤环境化学、土壤肥力及有机固体废弃物处理等领域的教学和科研工作.邮编:110161,电话:+86-024-********,E-m a i l: g l z19602006@163.c o m.R e f e r e n c e s:A z a mF,M u l v a n e y RL,S t e v e n s o n FJ.1989.C h e m i c a l d i s t r i b u t i o n a n dt r a n s f o r m a t i o n s o f n o n-s y m b i o t i c a l l yf i x e d15N i nt h r e es o i l s[J].S o i l B i o l o g y a n d B i o c h e m i s t r y,21(6):849—855B r e m n e r J M.1965.O r g a n i c f o r m s o f n i t r o g e n[A].B l a c k CA(e d s.).M e t h o d s o f s o i l a n a l y s i s A g r o n o m y[C].U S A:M a d i s o n,A m e r i c a n S o c i e t y o f A g r o n o m y,1148—1178L i GX,Z h a n g FS.2000.C o m p o s t i n g o f S o l i dWa s t e a n dp r o d u c t i o n o f O r g a n i cC o m p o u n dF e r t i l i z e r s[M].B e i j i n g:C h e m i c a l I n d u s t r y P u b l i s h i n g C 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