【導(dǎo)讀】焚燒造成了嚴重的大氣污染。然而秸稈和畜禽糞便其實是一種可利用的再生資源。理技術(shù)是能夠使畜禽糞便實現(xiàn)資源化利用的重要技術(shù)。本課題通過自制的微生物菌劑，應(yīng)。決農(nóng)業(yè)固體廢棄物的污染。本實驗通過模擬堆肥環(huán)境，進行實驗室固態(tài)發(fā)酵模擬實驗并自制小型堆肥裝置。標，檢測微生物菌劑的效果。得到的主要實驗結(jié)論如下：。發(fā)酵試驗中應(yīng)用，測定指標，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%，總有機碳降低了55g?通過紅外光譜觀察秸稈在堆肥前后各官能團的變化情況，結(jié)果。表明實驗組中秸稈中-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】 波長將會被吸收，因此會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構(gòu)，因此可以根據(jù)紅外光譜對分子的結(jié)構(gòu)進行分析。 本實驗就是通過測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。將待測樣品用水沖洗干凈，置于 60℃干燥箱中烘干，然后磨成粉，過 100 目篩，然后通過VERTEX80 紅外光 譜儀進行測定分析。 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)酵實驗的結(jié)果與分析 固態(tài)試驗含水率變化 分別在第 0、 1 15 天取樣，測定固態(tài)體系中秸稈粉的含水率，測定結(jié)果如圖 4。從圖可以看出，在發(fā)酵過程中，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”作用進而影響堆肥微生物的活動，所有組合的含水率均呈現(xiàn)下降的趨勢，在第 11 天之后趨于穩(wěn)定，其中組 3 堆體水分下降最快，是因為組 3 所添菌劑作用于物料時其微生物活動比其他處理 劇烈，產(chǎn)生大量熱，蒸發(fā)作用增強，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)酵試驗含水率變化時間/d 空白 組1 組2 組3 組4 圖 4 固態(tài)發(fā)酵試驗含水率變化 固態(tài)試驗總有機碳的變化 在堆肥過程中，堆體中的有機物質(zhì)是微生物賴以生存和繁殖的重要因素，在高溫下，有機物質(zhì)被好氧微生物不斷分解，因此，堆肥實際上也是一個有機碳含量減少的過程， 因南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 此總有機碳的變化能在一定程度上反映出堆肥的進程。 分別在第 0、 1 16 天取樣，測定固態(tài)體系中秸稈粉的總有機碳含量，測定結(jié)果如圖 5 所示。從圖中可以看出，所有組合的有機碳變化均呈現(xiàn)下降的趨勢，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)酵試驗總有機碳變化/g/kg時間/d 空白 組1 組2 組3 組4 圖 5 固態(tài)發(fā)酵試驗總有機碳變化 固態(tài)試驗總氮的變化 氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸、酶等細胞生長必需物質(zhì)的重要元素。堆肥過程中通過微生物作用可導(dǎo)致氮素的轉(zhuǎn)化，并可決定最終堆肥產(chǎn)品的腐熟度。堆肥過程中氮素的轉(zhuǎn)化與臭氣、肥效和氮營養(yǎng)素損失有關(guān)。通常隨著堆肥時間的延長，有機物質(zhì)的分解，氮素有一定的損失，這主要是由于堆肥過程中有機氮的礦化、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，測定固態(tài)體系中秸稈粉的總氮含量，測定結(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，所有組合在堆肥后總氮含量增加。說明在堆肥過程中有機質(zhì)不斷分解成 CO2和 H2O 而散失，總干物質(zhì)的下降幅度遠遠大于 NH3揮發(fā)所引起的下降幅度，最終使得干物質(zhì)中的總氮含量相對增加。通過顯著性分析可知，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)酵試驗總氮變化/g/kg時間/d 空白 組1 組2 組3 組4 圖 6 固態(tài)發(fā)酵試驗總氮變化 固態(tài)試 驗總磷的變化 秸稈中的磷主要以有機態(tài)形式為主，隨著堆肥反應(yīng)的進行，一方面有機物質(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)酵的實質(zhì)是腐殖化的過程，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，測定固態(tài)體系中秸稈粉的總磷含量變化，測定結(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。添加不同微生物菌劑與對照相比，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)酵試驗總磷變化/g/kg時間/d 空白 組1 組2 組3 組4 圖 7 固態(tài)發(fā)酵試 驗總磷變化 固態(tài)試驗 pH值的變化 分別在第 0、 1 1 1 20 天取樣，測固態(tài)體系的 pH 值，測定結(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。堆制開始，微生物迅速分解堆料中蛋白質(zhì)等有機物產(chǎn)生大量的 NH4+N，導(dǎo)致 pH 升高，組 4 的 pH增幅最大，說明其微生物活動劇烈且數(shù)量多；堆制中期，組 4 的 pH 值一直下降，是因為處理 4 的微生物活性強，產(chǎn)生大量有機酸引起 pH 降低，說明其發(fā)酵起溫快、腐熟時間最短，能有效促進有機物料的腐熟；在堆肥后期，隨著蛋白質(zhì)有機 物的徹底降解， NH4+N 在硝化細菌的作用下轉(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。 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pH變化空白組1組2組3組4時間/d 圖 8 固態(tài)發(fā)酵試驗 pH 變化 小結(jié) 本試驗通過測定固態(tài)體系的含水率、總有機質(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。 試驗證明，添加微生物菌劑的實驗組相對空白對照組來說，各指標變化幅度明顯更大。其中四個組合中，組合 4 的變化最為明顯，這說明復(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 堆肥過程中溫度的變化 堆料溫度是微生物活動的標志，是堆肥順利進行的重要因素，其影響微生物的生長，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，也是堆肥無害化和腐熟程度的重要條件。 [20] 由圖 9 可知，整個堆肥腐熟需要的時間大約為 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兩個階段的變化：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 勢明顯，其 達到最高溫（ 50℃）所需時間最短且溫度最高，隨之是添加市場購買菌劑的堆體（ 45℃）， 空白對照堆體的發(fā)酵效果則最差，耗時最長且溫度最低只有 40℃。 由此可見，微生物菌劑的添加量對堆肥升溫的過程有顯著影響，一定范圍內(nèi)微生物菌劑越多，升溫越快，更易實現(xiàn)較高溫度，接種的自制微生物菌劑可以有效地增強了微生物好氧代謝的作用效率，促進堆體的發(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，延長高溫期的持續(xù)時間。 0 5 10 15 2020253035404550堆肥過程中溫度的變化/℃時間/d 空白 市場菌劑 自制菌劑 圖 9 堆肥過程中溫度的變化 堆肥過程中含水率 的變化 堆肥發(fā)酵過程中一方面由于微生物代謝分解作用會產(chǎn)生水，另一方面發(fā)酵產(chǎn)生的熱量會蒸發(fā)帶走大量的水分，這兩方面都會導(dǎo)致堆體含水率的變化。而微生物對堆料有機質(zhì)的分解作用離不開水分的參與，水分過少，微生物代謝緩慢甚至停滯，水分過多，堆體通氣不良，不利于微生物好氧活動，同樣不利于堆肥發(fā)酵的進行。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，這是由于在堆肥開始溫度較低，水分散失較慢，但是由于通風(fēng)的原因，部分水分散失；隨著堆肥的進行，溫度不升高，水分散失較快，但是由于微生 物新陳代謝會產(chǎn)生水分，因此水分下降趨勢平緩，但總體趨于不斷下降的趨勢。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。這說明，添加微生物菌劑的堆體中，微生物生長狀況最好，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堆肥過程中含水率的變化/%時間/d 空白 市場菌劑 自制菌劑 圖 10 堆肥過程中含水率的變化 堆肥過程中 pH 值的變化 微生物的生長對 pH 的要求比較高，適合的酸堿環(huán)境有利于微生物的生長，同時， pH的變化情況可以有效地反映微生物對有機物分解的情況。研究表明，適宜微生物生長的 pH在 之間。 [21] 由圖 11 可以看出，三組堆體的 pH 變化均呈現(xiàn)先增長后下降的趨勢， pH 都始終維持在 8~9 的微堿性環(huán)境，是微生物代謝活動適宜范圍，有益于堆肥發(fā)酵的進行。在第 07 天內(nèi)， pH 不斷升高，這是因為此階段微生物的生命活動旺盛，活動劇烈，對有機氮的礦化分解能力強，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 左右。在第 10 天左右，微生物活動產(chǎn)生的大量有機酸及硝化作用產(chǎn)生硝態(tài)氮而導(dǎo)致 pH 值的降低，最小值可達 左右，這說明，此堆體中微生物的活性最 大，產(chǎn)生的氨氣最多，達到的腐熟程度最大。 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堆肥過程中pH的變化時間/d 空白 市場菌劑 自制菌劑 圖 11 堆肥過程中 pH 的變化 堆肥過程中總有機碳的變化 有機質(zhì)是微生物活動和代謝的能量來源，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)定的有機質(zhì)形式存在于物料中， [22]因此可以通過堆體中總有機碳的變化來反應(yīng)堆體的進程，同時，也可以通過堆肥過程中有機碳的降解率來判斷堆肥的腐熟程度。 由圖 12 可以看出，在堆肥過程中總有機碳的含量呈現(xiàn)總體下降變化趨勢。且在堆肥初期，總有機碳含量下 降幅度最大，之后隨著堆肥的進行，堆體中的有機質(zhì)不斷被微生物分解利用，總有機碳含量緩慢下降。在 510 天內(nèi)，總碳下降最快，堆肥后期相對較慢。這是由于前期堆體溫度逐步攀升，在此過程中微生物大量繁殖，并通過產(chǎn)生胞外酶作用于大分子有機物質(zhì)，使其降解為小分子物質(zhì)，進而被微生物吸收利用，有效提高了有機質(zhì)的降解效率。 通過比較 3 個處理可以看出，添加自制菌劑的堆體的有機質(zhì)降解率最高，主要原因是其中初始有機質(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堆肥過程中總有機碳的變化/gkg1時間/d 空白 市場菌劑 自制菌劑 圖 12 堆肥過程中總有機碳的變化 堆肥過程中總氮的變化 堆肥過程中總氮的變化如圖 13 所示，三個堆體的總氮含量都呈現(xiàn)總體下降的趨勢。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，這是因為一方面微生物降解有機質(zhì)生成了 C02和 H2O 散失掉，另一方面有機氮大量分解產(chǎn)生 NH3在堿性堆體環(huán)境中揮發(fā)損失。氮的損失量對堆肥產(chǎn)品的品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響，在堆肥進程中應(yīng)盡可能地減少氮素的損失，提高產(chǎn)品的氮營養(yǎng)含量。 圖 13 堆肥過程中總氮的變化 0 5 10 15 201314151617181920212223242526堆肥過程中總氮的變化/gkg1時間/d 空白 市場菌劑 自制菌劑南京林業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 堆肥過程中 總磷的變化 在堆肥過程中， P 為比較穩(wěn)定的營養(yǎng)成分，其絕對含量在發(fā)酵過程中通常不會隨著發(fā)酵的進行出現(xiàn)明顯的變化，因此總磷的含量增加是指相對含量的增加磷元素，也是堆肥產(chǎn)品營養(yǎng)價值的重要指標。堆肥過程中，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)增長的趨勢。添加不同微生物菌劑與對照相比，前者的增幅較后者大其中且總磷含量