为研究过磷酸钙添加对畜禽粪便好氧堆肥氧化亚氮排放的影响，本文设置了条垛式好氧堆肥试验。试验以猪粪和秸秆为堆肥初始物料，以过磷酸钙为固体添加剂进行为期60天的好氧堆肥。通过静态暗箱-气相色谱法测定堆肥N2O排放通量及排放强度。利用Real-time q-PCR研究了与N2O排放相关的功能基因丰度。结果表明N2O排放主要在堆肥后期，过磷酸钙添加使N2O累积排放量降低了49.78%。定量PCR结果显示过磷酸钙的添加显著降低了N2O产生相关功能基因nirK的丰度，而显著增加了N2O消耗相关功能基因nosZ的丰度。综合以上结果表明过磷酸钙的添加能显著减少好氧堆肥试验中N2O排放。该研究为优化畜禽养殖粪便、秸秆等农业废弃物处理途径及堆肥过程N2O减排措施提供技术理论依据。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1 材料与方法2
1.1 供试材料及来源3
1.2 试验设计与样品采集3
1.2.1 试验设计3
1.2.2 堆肥固体样品采集与保存3
1.3 堆肥相关指标及测定方法3
1.3.1 温度3
1.3.2 含水率3
1.3.3 pH4
1.3.4 铵态氮（NH4+N）与硝态氮（NO3N）含量测定4
1.4 气体N2O的采集与测定4
1.5 堆肥样品N2O产生相关功能基因丰度的测定 4
1.6 数据处理及统计分析5
2 结果与分析5
2.1 不同处理好氧堆肥过程中理化指标的动态变化 5
2.1.1 温度及含水率的变化5
2.1.2 pH的变化6
2.1.3 铵态氮（NH4+N）与硝态氮（NO3N）的变化7
2.2 不同处理好氧堆肥过程中N2O的排放8
2.3 不同处理好氧堆肥过程中N2O排放相关功能基因丰度变化10
2.3.1 amoA的定量分析 10
2.3.2 nirK、nirS定量分析11
2.3.3 nosZ定量分析12
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4 好氧堆肥N2O排放的微生物驱动机制分析 13
2.4.1 N2O排放与理化指标的相关性分析13
2.4.2 功能基因与理化指标的相关性分析14
2.4.3 N2O排放与功能基因的相关性分析15
3 讨论15
致谢17
参考文献17
过磷酸钙添加对好氧堆肥N2O排放的影响
引言
引言
近几十年来，我国人民高生活水平需求带动禽畜养殖业迅猛发展，但大量的畜禽粪便（以猪粪为代表我国每年有超过2亿吨的产生量[1]）处理问题也随之而来。粪便与农作物秸秆等固体农业废弃物处理不当会造成严重的环境污染，有研究发现畜禽粪便产生的N2O排放量占全球总排放量的30%50%[2]，且畜禽粪便流失会造成的农业面源污染问题[3]。猪粪本身含有的有机质、N、K、P以及微量元素使之能够被资源化利用，粪便资源化利用途径主要有自然堆放还田、厌氧发酵产沼气和高温好氧堆肥[4]。与自然堆放还田、厌氧发酵相比，好氧堆肥以其无害化、低成本、易操作、可控性强等明显优势成为应用最广的有机固体废弃物处理技术，在环境和经济效益两方面都是最有效的管理措施[5]。腐熟的堆肥产品即有机肥料，不仅能够改善土壤理化 性质增加土肥力，还能够促进植物对土壤养分的吸收。但是在畜禽粪便 好氧堆肥进程中无法避免氮素损失及温室气体排放，尤其是在以碳氮比较低的猪粪为底物时，NH3、N2O气体产生量大因而情况更为严重。氧化亚氮(N2O)的排放是氮素损失的一条重要途径，且温室气体N2O不容小觑，其增温潜势为CO2的296倍[6]，因而在有关堆肥进程中N2O减排的研究广泛受到学者们的关注。近年来，越来越多的研究者致力于评估全球堆肥过程N2O的排放量的变化[79]，并且探究堆肥过程中N2O的减排措施的合理性和有效性，如有通过改进堆肥工艺如进行间歇式通风[10]，改变堆体环境以减少N2O的产生，也有研究者在堆肥原料中添加生物炭[11]、膨松剂[12]以及固氮添加剂过磷酸钙[13]等物质减少温室气体N2O的排放。
过磷酸钙（SSP）是农业生产上应用广泛的化学磷肥[14]，其主要成分有CaSO4、Ca(H2PO4）、游离磷酸和硫酸以及微量Fe、Mn、Zn、Cu等元素。由于过磷酸钙这种添加剂具有成本低且易获取等优势，在前人研究中过磷酸钙常被作为固氮添加剂来研究影响堆肥过程的氨气挥发等氮素损失情况。林小凤等[15]研究指出添加物料干重10.0%～15.7%的过磷酸钙能减少60%～85%的氮素损失；李丹阳等[16]在猪粪和玉米秸秆物料中添加过磷酸钙+氢氧化镁处理，发现累积NH3损失量以及总氮损失分别降低了41.78%和13.27%；李冰等[17]试验结果显示物料鲜重2%过磷酸钙的添加能使堆肥进程氨的累积挥发量减少39.4%；吴银宝等[18]研究表明添加物料鲜重1.5%的过磷酸钙能够降低氨气的挥发浓度，且并不会影响到堆肥的腐熟化和稳定化。而国内外学者相对而言在好氧堆肥过程温室气体减排方向上少有关注，尤其是关于过磷酸钙添加对堆肥进程中温室气体N2O排放的研究相对较少。有研究发现牛粪、鸡粪和小麦秸秆混合物中添加物料干重7.5%的过磷酸钙，温室气体N2O排放量比对照略有上升[19]。但罗一鸣等[13]研究表明在猪粪秸秆堆肥中添加干重3.3%～6.6%的过磷酸钙时，N2O排放量能够减少22.2%～27.7%。从过往不同学者的研究发现，过磷酸钙确有在固氮减氨上发挥作用，但目前尚不统一明确其对好氧堆肥过程中N2O排放的影响。因此，为了能够进一步探究过磷酸钙的添加对堆肥进程温室气体N2O排放特征和排放强度的影响，本研究通过静态 暗箱气相 色谱法，将过磷酸钙固体添加剂添加到猪粪秸秆物料中进行好氧堆肥试验，为优化畜禽养殖粪便、秸秆等固体农业废弃物处理途径及堆肥过程N2O减排措施提供技术理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料及来源
猪粪、秸秆来源：江苏省南京市六合区竹镇镇 金磁村 农科院肥料厂
1.2 试验设计与样品采集
1.2.1 试验设计

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