【導(dǎo)讀】焚燒造成了嚴(yán)重的大氣污染。然而秸稈和畜禽糞便其實(shí)是一種可利用的再生資源。理技術(shù)是能夠使畜禽糞便實(shí)現(xiàn)資源化利用的重要技術(shù)。本課題通過(guò)自制的微生物菌劑，應(yīng)。決農(nóng)業(yè)固體廢棄物的污染。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)模擬堆肥環(huán)境，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室固態(tài)發(fā)酵模擬實(shí)驗(yàn)并自制小型堆肥裝置。標(biāo)，檢測(cè)微生物菌劑的效果。得到的主要實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下：。發(fā)酵試驗(yàn)中應(yīng)用，測(cè)定指標(biāo)，比較效果。結(jié)果表明，微生物種類最多的一組（第4組）作。kg-1，總氮含量提高了g?kg-1等，效果最好。高升至49℃，含水率降低了30%，總有機(jī)碳降低了55g?通過(guò)紅外光譜觀察秸稈在堆肥前后各官能團(tuán)的變化情況，結(jié)果。表明實(shí)驗(yàn)組中秸稈中-OH、C-OH、木質(zhì)素環(huán)狀結(jié)構(gòu)等發(fā)生了較大變化。

　　

【正文】 波長(zhǎng)將會(huì)被吸收，因此會(huì)形成該分子的特定的紅外光譜。由于每種分子都有其特殊的機(jī)構(gòu)，因此可以根據(jù)紅外光譜對(duì)分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。 本實(shí)驗(yàn)就是通過(guò)測(cè)定秸稈在堆肥前后紅外光譜的變化，得出秸稈分子結(jié)構(gòu)的變化。將待測(cè)樣品用水沖洗干凈，置于 60℃干燥箱中烘干，然后磨成粉，過(guò) 100 目篩，然后通過(guò)VERTEX80 紅外光 譜儀進(jìn)行測(cè)定分析。 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 17 3 結(jié)果分析與討論 固態(tài)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與分析 固態(tài)試驗(yàn)含水率變化 分別在第 0、 1 15 天取樣，測(cè)定固態(tài)體系中秸稈粉的含水率，測(cè)定結(jié)果如圖 4。從圖可以看出，在發(fā)酵過(guò)程中，隨著堆料溫度上升，各組含水率因大量蒸發(fā)而快速下降。物料的含水率影響堆肥溫度的變化，在堆肥中起著一種“熱量調(diào)節(jié)劑”作用進(jìn)而影響堆肥微生物的活動(dòng)，所有組合的含水率均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，在第 11 天之后趨于穩(wěn)定，其中組 3 堆體水分下降最快，是因?yàn)榻M 3 所添菌劑作用于物料時(shí)其微生物活動(dòng)比其他處理 劇烈，產(chǎn)生大量熱，蒸發(fā)作用增強(qiáng)，使堆體水分減少。 0 2 4 6 8 10 12 14 160 .3 00 .3 50 .4 00 .4 50 .5 00 .5 50 .6 00 .6 50 .7 00 .7 5固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)含水率變化時(shí)間/d 空白 組1 組2 組3 組4 圖 4 固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)含水率變化 固態(tài)試驗(yàn)總有機(jī)碳的變化 在堆肥過(guò)程中，堆體中的有機(jī)物質(zhì)是微生物賴以生存和繁殖的重要因素，在高溫下，有機(jī)物質(zhì)被好氧微生物不斷分解，因此，堆肥實(shí)際上也是一個(gè)有機(jī)碳含量減少的過(guò)程， 因南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 此總有機(jī)碳的變化能在一定程度上反映出堆肥的進(jìn)程。 分別在第 0、 1 16 天取樣，測(cè)定固態(tài)體系中秸稈粉的總有機(jī)碳含量，測(cè)定結(jié)果如圖 5 所示。從圖中可以看出，所有組合的有機(jī)碳變化均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，表現(xiàn) 為組 4組 3組 2組 1＞空白。表明微生物種類越多，堆體有機(jī)質(zhì)含量降低越快。 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18260270280290300310320330340350360370380390400固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)總有機(jī)碳變化/g/kg時(shí)間/d 空白 組1 組2 組3 組4 圖 5 固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)總有機(jī)碳變化 固態(tài)試驗(yàn)總氮的變化 氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸、酶等細(xì)胞生長(zhǎng)必需物質(zhì)的重要元素。堆肥過(guò)程中通過(guò)微生物作用可導(dǎo)致氮素的轉(zhuǎn)化，并可決定最終堆肥產(chǎn)品的腐熟度。堆肥過(guò)程中氮素的轉(zhuǎn)化與臭氣、肥效和氮營(yíng)養(yǎng)素?fù)p失有關(guān)。通常隨著堆肥時(shí)間的延長(zhǎng)，有機(jī)物質(zhì)的分解，氮素有一定的損失，這主要是由于堆肥過(guò)程中有機(jī)氮的礦化、持續(xù)性氨的揮發(fā)以及硝態(tài)氮的可能反硝化造成。 分 別在第 0、 1 20 天取樣，測(cè)定固態(tài)體系中秸稈粉的總氮含量，測(cè)定結(jié)果如圖 6 所示。從圖中可以看出，總氮的變化呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，所有組合在堆肥后總氮含量增加。說(shuō)明在堆肥過(guò)程中有機(jī)質(zhì)不斷分解成 CO2和 H2O 而散失，總干物質(zhì)的下降幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 NH3揮發(fā)所引起的下降幅度，最終使得干物質(zhì)中的總氮含量相對(duì)增加。通過(guò)顯著性分析可知，組 4 和其他組相比差異顯著或極顯著，且其總氮含量較其他處理高，因此組 4 混合堆肥最佳。 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 19 0 5 10 15 203 .84 .04 .24 .44 .64 .85 .05 .25 .45 .65 .86 .06 .26 .46 .66 .87 .07 .2 固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)總氮變化/g/kg時(shí)間/d 空白 組1 組2 組3 組4 圖 6 固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)總氮變化 固態(tài)試 驗(yàn)總磷的變化 秸稈中的磷主要以有機(jī)態(tài)形式為主，隨著堆肥反應(yīng)的進(jìn)行，一方面有機(jī)物質(zhì)逐漸被分解，使磷的形態(tài)由難溶磷轉(zhuǎn)變?yōu)橹参镙^易吸收的形態(tài)；另一方面，發(fā)酵的實(shí)質(zhì)是腐殖化的過(guò)程，一部分磷也可以轉(zhuǎn)變成為較穩(wěn)定的富里酸態(tài)磷和更加穩(wěn)定的胡敏酸態(tài)磷，從而更利于植物的吸收。 分別在第 0、 1 16 天取樣，測(cè)定固態(tài)體系中秸稈粉的總磷含量變化，測(cè)定結(jié)果如圖 7 所示。從圖中可以看出，總磷的變化呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)。添加不同微生物菌劑與對(duì)照相比，前者的增幅較后者大。 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 20 0 2 4 6 8 10 12 14 16 181 .7 01 .7 51 .8 01 .8 51 .9 0固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)總磷變化/g/kg時(shí)間/d 空白 組1 組2 組3 組4 圖 7 固態(tài)發(fā)酵試 驗(yàn)總磷變化 固態(tài)試驗(yàn) pH值的變化 分別在第 0、 1 1 1 20 天取樣，測(cè)固態(tài)體系的 pH 值，測(cè)定結(jié)果如圖 35 所示。從圖中可以看出，各組 pH 值變化呈先升高后下降的趨勢(shì)。堆制開(kāi)始，微生物迅速分解堆料中蛋白質(zhì)等有機(jī)物產(chǎn)生大量的 NH4+N，導(dǎo)致 pH 升高，組 4 的 pH增幅最大，說(shuō)明其微生物活動(dòng)劇烈且數(shù)量多；堆制中期，組 4 的 pH 值一直下降，是因?yàn)樘幚?4 的微生物活性強(qiáng)，產(chǎn)生大量有機(jī)酸引起 pH 降低，說(shuō)明其發(fā)酵起溫快、腐熟時(shí)間最短，能有效促進(jìn)有機(jī)物料的腐熟；在堆肥后期，隨著蛋白質(zhì)有機(jī) 物的徹底降解， NH4+N 在硝化細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮以及微生物代謝產(chǎn)生酸促使 pH 值的降低， pH 的變化呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 21 0 5 10 15 207 .07 .27 .47 .67 .88 .08 .28 .48 .60 2 4 6 8 10固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn)pH變化空白組1組2組3組4時(shí)間/d 圖 8 固態(tài)發(fā)酵試驗(yàn) pH 變化 小結(jié) 本試驗(yàn)通過(guò)測(cè)定固態(tài)體系的含水率、總有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷和 pH 值的變化反應(yīng)秸稈粉的腐熟程度和秸稈的降解程度。 試驗(yàn)證明，添加微生物菌劑的實(shí)驗(yàn)組相對(duì)空白對(duì)照組來(lái)說(shuō)，各指標(biāo)變化幅度明顯更大。其中四個(gè)組合中，組合 4 的變化最為明顯，這說(shuō)明復(fù)合微生物菌劑中，添加微生物的種類越多，微生物發(fā)揮的作用越大，效果 越明顯。 微生物菌劑應(yīng)用于禽畜糞便堆肥的結(jié)果與分析 堆肥過(guò)程中溫度的變化 堆料溫度是微生物活動(dòng)的標(biāo)志，是堆肥順利進(jìn)行的重要因素，其影響微生物的生長(zhǎng)，溫度的高低反映堆體中微生物的活性變化，堆肥腐熟的快慢，也是堆肥無(wú)害化和腐熟程度的重要條件。 [20] 由圖 9 可知，整個(gè)堆肥腐熟需要的時(shí)間大約為 20 天左右，三組堆體的溫度普遍經(jīng)歷了先上升后下降的趨勢(shì)兩個(gè)階段的變化：高溫快速分解階段和降溫熟化階段，溫度變化范圍在 2350℃之間，在 10 天左右達(dá)到最高溫，可以看出添加自制微生物菌劑的堆體的升溫優(yōu)南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 22 勢(shì)明顯，其 達(dá)到最高溫（ 50℃）所需時(shí)間最短且溫度最高，隨之是添加市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)菌劑的堆體（ 45℃）， 空白對(duì)照堆體的發(fā)酵效果則最差，耗時(shí)最長(zhǎng)且溫度最低只有 40℃。 由此可見(jiàn)，微生物菌劑的添加量對(duì)堆肥升溫的過(guò)程有顯著影響，一定范圍內(nèi)微生物菌劑越多，升溫越快，更易實(shí)現(xiàn)較高溫度，接種的自制微生物菌劑可以有效地增強(qiáng)了微生物好氧代謝的作用效率，促進(jìn)堆體的發(fā)酵腐熟，能夠快速提高堆體的溫度，可以提高堆體的最高溫度，延長(zhǎng)高溫期的持續(xù)時(shí)間。 0 5 10 15 2020253035404550堆肥過(guò)程中溫度的變化/℃時(shí)間/d 空白 市場(chǎng)菌劑 自制菌劑 圖 9 堆肥過(guò)程中溫度的變化 堆肥過(guò)程中含水率 的變化 堆肥發(fā)酵過(guò)程中一方面由于微生物代謝分解作用會(huì)產(chǎn)生水，另一方面發(fā)酵產(chǎn)生的熱量會(huì)蒸發(fā)帶走大量的水分，這兩方面都會(huì)導(dǎo)致堆體含水率的變化。而微生物對(duì)堆料有機(jī)質(zhì)的分解作用離不開(kāi)水分的參與，水分過(guò)少，微生物代謝緩慢甚至停滯，水分過(guò)多，堆體通氣不良，不利于微生物好氧活動(dòng)，同樣不利于堆肥發(fā)酵的進(jìn)行。因此，保持適宜的含水量是堆肥成功的重要條件。 由圖 10 可以看出，水分呈現(xiàn)出不斷降低的趨勢(shì)，這是由于在堆肥開(kāi)始溫度較低，水分散失較慢，但是由于通風(fēng)的原因，部分水分散失；隨著堆肥的進(jìn)行，溫度不升高，水分散失較快，但是由于微生 物新陳代謝會(huì)產(chǎn)生水分，因此水分下降趨勢(shì)平緩，但總體趨于不斷下降的趨勢(shì)。其中，添加自制微生物菌劑的堆體水分降低速率最大，最終含水率降低至南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 35%左右。這說(shuō)明，添加微生物菌劑的堆體中，微生物生長(zhǎng)狀況最好，溫度升高的最高，呼吸作用最好。 0 5 10 15 200 .3 50 .4 00 .4 50 .5 00 .5 50 .6 00 .6 50 .7 00 .7 5堆肥過(guò)程中含水率的變化/%時(shí)間/d 空白 市場(chǎng)菌劑 自制菌劑 圖 10 堆肥過(guò)程中含水率的變化 堆肥過(guò)程中 pH 值的變化 微生物的生長(zhǎng)對(duì) pH 的要求比較高，適合的酸堿環(huán)境有利于微生物的生長(zhǎng)，同時(shí)， pH的變化情況可以有效地反映微生物對(duì)有機(jī)物分解的情況。研究表明，適宜微生物生長(zhǎng)的 pH在 之間。 [21] 由圖 11 可以看出，三組堆體的 pH 變化均呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后下降的趨勢(shì)， pH 都始終維持在 8~9 的微堿性環(huán)境，是微生物代謝活動(dòng)適宜范圍，有益于堆肥發(fā)酵的進(jìn)行。在第 07 天內(nèi)， pH 不斷升高，這是因?yàn)榇穗A段微生物的生命活動(dòng)旺盛，活動(dòng)劇烈，對(duì)有機(jī)氮的礦化分解能力強(qiáng)，產(chǎn)生大量的 NH4+N 而引起的 pH 值的顯著增高，添加自制微生物菌劑的堆體pH 變化幅度最大，最大值可達(dá) 左右。在第 10 天左右，微生物活動(dòng)產(chǎn)生的大量有機(jī)酸及硝化作用產(chǎn)生硝態(tài)氮而導(dǎo)致 pH 值的降低，最小值可達(dá) 左右，這說(shuō)明，此堆體中微生物的活性最 大，產(chǎn)生的氨氣最多，達(dá)到的腐熟程度最大。 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 24 0 5 10 15 208 .38 .48 .58 .68 .78 .88 .99 .09 .19 .29 .3堆肥過(guò)程中pH的變化時(shí)間/d 空白 市場(chǎng)菌劑 自制菌劑 圖 11 堆肥過(guò)程中 pH 的變化 堆肥過(guò)程中總有機(jī)碳的變化 有機(jī)質(zhì)是微生物活動(dòng)和代謝的能量來(lái)源，其一部分別微生物分解成 CO2和 H2O，釋放出能量被微生物所利用，而另外一部分則以穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)形式存在于物料中， [22]因此可以通過(guò)堆體中總有機(jī)碳的變化來(lái)反應(yīng)堆體的進(jìn)程，同時(shí)，也可以通過(guò)堆肥過(guò)程中有機(jī)碳的降解率來(lái)判斷堆肥的腐熟程度。 由圖 12 可以看出，在堆肥過(guò)程中總有機(jī)碳的含量呈現(xiàn)總體下降變化趨勢(shì)。且在堆肥初期，總有機(jī)碳含量下 降幅度最大，之后隨著堆肥的進(jìn)行，堆體中的有機(jī)質(zhì)不斷被微生物分解利用，總有機(jī)碳含量緩慢下降。在 510 天內(nèi)，總碳下降最快，堆肥后期相對(duì)較慢。這是由于前期堆體溫度逐步攀升，在此過(guò)程中微生物大量繁殖，并通過(guò)產(chǎn)生胞外酶作用于大分子有機(jī)物質(zhì)，使其降解為小分子物質(zhì)，進(jìn)而被微生物吸收利用，有效提高了有機(jī)質(zhì)的降解效率。 通過(guò)比較 3 個(gè)處理可以看出，添加自制菌劑的堆體的有機(jī)質(zhì)降解率最高，主要原因是其中初始有機(jī)質(zhì)含量高，堆體質(zhì)地疏松，通透性良好，微生物好氧降解效率高，所以腐熟程度最大。 南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 25 0 5 10 15 20350360370380390400410420堆肥過(guò)程中總有機(jī)碳的變化/gkg1時(shí)間/d 空白 市場(chǎng)菌劑 自制菌劑 圖 12 堆肥過(guò)程中總有機(jī)碳的變化 堆肥過(guò)程中總氮的變化 堆肥過(guò)程中總氮的變化如圖 13 所示，三個(gè)堆體的總氮含量都呈現(xiàn)總體下降的趨勢(shì)。從圖中可以看出，在堆肥前期氮素大量損失，總氮含量下降迅速，這是因?yàn)橐环矫嫖⑸锝到庥袡C(jī)質(zhì)生成了 C02和 H2O 散失掉，另一方面有機(jī)氮大量分解產(chǎn)生 NH3在堿性堆體環(huán)境中揮發(fā)損失。氮的損失量對(duì)堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響，在堆肥進(jìn)程中應(yīng)盡可能地減少氮素的損失，提高產(chǎn)品的氮營(yíng)養(yǎng)含量。 圖 13 堆肥過(guò)程中總氮的變化 0 5 10 15 201314151617181920212223242526堆肥過(guò)程中總氮的變化/gkg1時(shí)間/d 空白 市場(chǎng)菌劑 自制菌劑南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 堆肥過(guò)程中 總磷的變化 在堆肥過(guò)程中， P 為比較穩(wěn)定的營(yíng)養(yǎng)成分，其絕對(duì)含量在發(fā)酵過(guò)程中通常不會(huì)隨著發(fā)酵的進(jìn)行出現(xiàn)明顯的變化，因此總磷的含量增加是指相對(duì)含量的增加磷元素，也是堆肥產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)。堆肥過(guò)程中，堆體中解磷菌等微生物的新陳代謝作用，將難溶性的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可溶性的磷鹽，使得堆體中磷元素量增加。 由圖 14 可以看出，三組堆體磷元素的含量均呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。添加不同微生物菌劑與對(duì)照相比，前者的增幅較后者大其中且總磷含量