鸡粪堆肥过程中氮素损失研究综述

好氧堆肥是实现鸡粪资源化处理最主要的技术手段之一。然而在鸡粪堆肥过程中氮素损失较为严重,在降低肥效的同时,还引起严重的面源污染。本文总结影响鸡粪堆肥过程氮素损失的主要原因,并综述初始C/N、初始含水率、翻堆频率、添加剂种类对鸡粪堆肥过程氮素损失的影响,得出减少鸡粪堆肥氮素损失的最适初始C/N为20~25、初始含水率为60%~65%、翻堆频率为7天1次。复合添加剂较单一添加剂更能降低堆肥过程中的氮素损失。最后提出鸡粪堆肥未来方向的研究展望,为今后进行鸡粪堆肥过程中氮素损失的研究提供理论依据。

黏土矿物与酸性化学物质复配添加剂对牛粪堆肥氮素损失的影响

为有效控制畜禽粪便堆肥过程中的氮素损失,采用反应器进行模拟堆肥试验方法,以鲜牛粪为原料、玉米秸秆为辅料,研究不同黏土矿物与化学物质复配添加剂对牛粪堆肥过程中氮素损失、氮素形态转化规律以及理化性质的影响。结果表明,添加剂未对物料的腐熟过程造成显著影响,堆肥结束后有机肥种子发芽率和pH值均达到《有机肥料》(NY525-2021)的要求。添加黏土矿物蛭石和膨润土后,牛粪堆肥过程中氨气总排放量均较对照显著下降,分别为21.83%和14.22%;而黏土矿物与化学物质复配可进一步降低堆肥氨排放,以蛭石+过磷酸钙组合的氨减排效果最佳,其次是蛭石+磷酸二氢钙组合,氨气排放总量均较单一蛭石处理显著下降,分别为28.47%和21.18%。相关分析表明,在物料pH值7.0~8.0,堆体氨排放总量与物料pH值呈线性相关关系(y=52.97 x-351.77,r=0.83),物料pH值每降低0.1个单位,氨排放总量可降低5.30 g/kg。堆肥结束后各处理全氮含量较对照处理增加6~14百分点。可见,黏土矿物与磷酸二氢钙、木醋液、过磷酸钙等化学物质复配,可有效降低堆体pH值,减少堆肥过程中的氨排放总量,增加堆肥中氮含量,进而实现牛粪堆肥过程中的保氮增肥功效,以蛭石和过磷酸钙复配的效果最佳。

稻田氮素损失途径及影响因素研究进展

为了满足我国不断增长的粮食需求量,未来一段时间内稻田氮肥消耗量仍会持续增加,但现阶段我国氮肥回收利用率仅为30%左右,针对我国稻田氮素损失量大的现状,概述了稻田氮素三大损失途径,即氨挥发损失、硝化反硝化损失和氮素淋溶、径流损失的现状及其环境效应,分析了农作措施、降雨、土壤类型及水稻基因型对稻田氮素损失的影响,结合近年来国内外学者的研究结果,提出了当前减少稻田氮素损失的对策,并对今后减少稻田氮素损失措施的研究提出展望。

包膜氮肥、保水剂和生物炭在控制农田土壤氮素损失方面的应用综述

氮肥中的氮素损失是限制农业生产中肥料利用率的最主要因素,损失的氮素威胁着大气、水、土壤环境安全和人体健康。选取包膜氮肥、保水剂和生物炭3种用于控制土壤氮素损失的材料,分析了各自的作用机理、应用情况和存在的问题。结果表明:包膜氮肥利用膜材料阻隔肥料与土壤接触,从而控制养分释放,被应用到包膜上的材料有无机材料、有机聚合物和易降解的生物质材料;保水剂是一种吸水力极强的树脂,通过吸附土壤水分和养分、改变土壤理化性质影响氮的迁移转化,在与肥料结合制成凝胶、混合聚合物和包膜氮肥后能有效减少氮素损失;生物炭富含独特的微孔结构和多种养分,能有效吸附氮素并影响微生物对氮素的转化,其作用机理和效果目前还存在争议。由于这3种材料在控制氮素损失方面潜力巨大,文章最后给出了未来发展需要注意的问题。

高温堆肥过程中的氮素损失及其变化规律

利用鸡粪和粉碎小麦秸秆为原料进行了C/N比分别为12.4、17.4、31.2、35.2的自然通风静态堆肥对比试验,定量化研究了堆肥过程中不同阶段各种形态氮素转化和氮素损失途径。结果表明,TOC随着堆肥的进行逐渐降低,C/N比越低堆肥TOC的降解越少;低C/N比堆肥的全氮含量呈下降趋势,高C/N比堆肥处理的含氮量呈上升趋势。堆肥过程中的C/N比均呈下降趋势,其中31.2C/N和35.2C/N2个处理的C/N比下降明显,12.4C/N和17.4C/N堆肥处理的C/N比变化不大。12.4C/N、17.4C/N、31.2C/N、35.2C/N4个堆肥处理的氮素损失率分别为58.7%、60.2%、37.7%、23.3%。氮素损失的主要途径为铵态氮以氨气的形式挥发,堆肥的3～7d是氮素损失的主要时期。堆肥过程中氨态氮和有机氮的变化最大,硝态氮变化较小,主要在堆肥后期略有形成,堆肥28d时,所有堆肥处理硝态氮含量占总氮含量变化为0.58%～0.25%。堆肥C/N比越低,有机氮损失越多,氨态氮损失越小。高C/N比堆肥氨态氮不仅损失少,而且向有机氮转化。

不同化学添加剂对猪粪堆肥中氮素损失的控制

以氢氧化镁＋磷酸、磷酸、磷酸二氢钾＋氯化镁和磷酸二氢钙＋氯化镁为固氮添加剂,以猪粪和玉米秸秆为原料,采用强制通风静态垛堆肥装置进行高温好氧堆肥试验,研究了不同化学添加剂对猪粪堆肥过程中的保氮效果。结果表明,化学添加剂可以显著降低堆肥化过程中氨气的排放率。氢氧化镁＋磷酸、磷酸、磷酸二氢钾＋氯化镁和磷酸二氢钙＋氯化镁的氮素损失分别占初始氮的13.15%、11.50%、10.69%和7.59%,与对照相比,各添加剂处理的固氮率为58.27%~75.90%。磷酸二氢钙＋氯化镁处理的氮素损失最少,但堆肥过程中有机物降解受到明显的抑制作用。在堆肥结束时,各添加剂处理的有机物降解率仅为对照处理的58.48%~98.70%。最终堆肥产品的种子发芽指数为69.87%~118.24%,表明所有处理在堆置39 d后均达到腐熟。根据模糊评价的结果,该试验中的磷酸二氢钾和氯化镁是堆肥过程中最佳的固氮材料。

生物质炭添加量对伊乐藻堆肥过程氮素损失的影响

为探讨高温堆肥中氮素损失的有效控制技术,研究以生物质炭为添加剂对伊乐藻与稻草混合堆肥过程中氮素损失的影响,通过静态高温好氧堆肥试验,设置了6个处理,即：CK（不添加生物质炭）、5个生物质炭不同添加量处理（以CK为基础,生物质炭添加量分别为CK堆体干基质量的6%、18%、30%、42%、54%）,监测了伊乐藻与稻草混合堆肥过程中堆温、氨挥发速率等相关指标的变化。结果表明,与CK相比,添加生物质炭可以提高堆温、延长高温期天数、缩短堆肥周期,堆肥周期减少天数与生物质炭添加量呈极显著的对数曲线相关（P〈0.01）;添加生物质炭可以显著降低堆肥过程中的氨累积挥发量（P〈0.05）,但与CK相比,生物质炭添加量为6%、18%处理的氨累积挥发量分别增加了26.58%、6.34%,同时,氮素损失率亦高于CK处理;堆肥过程中氮素损失率与生物质炭添加量关系密切,呈显著的一元三次曲线相关（P〈0.05）,生物质炭的适宜添加量为27.11%-45%;根据不同影响因子的标准偏回归系数,对堆肥体氮素损失率的影响,由大到小依次为全氮、铵态氮、有机碳。

淹水稻田中氮素损失及其对水环境影响的试验研究

采用野外田间试验方法，研究了淹水稻田施用碳铵后，氮素的转化、运移和损失的作用过程。结果表明，田间水中氮素以氨氮为主，淹水稻田剖面土壤溶液中氨氮和硝态氮的含量随深度增加而降低。土壤 0.5 m深度以下，淋溶液中硝态氮和氨氮水平较低，在 0.6— 4.8μ g· mL－ 1之间，对地下水环境有一定影响。模拟暴雨径流试验表明，田间氮素径流损失负荷随施肥与降雨间隔时间延长而明显降低，施肥后短时间内暴雨径流导致的氮肥损失较大，对地表水环境污染严重， 必须加强科学合理的田间水肥管理。

农田土壤氮素损失与环境污染

氮素是化肥中施用量最大的营养元素,其循环途径对环境有着重大而深刻的影响。因此,氮素损失对环境的影响成为各国科学家研究的重点方向之一。根据近年来国内外在该领域的研究成果,对氮损失的研究进展、损失途径以及氮损失对环境的影响进行综述。

炭基辅料对羊粪好氧堆肥中氮素损失的影响

养殖废弃物(羊粪)的堆肥化处置是现代"草-羊-田"农牧循环生产的重要环节,为探讨羊粪高温好氧堆肥中氮素损失的有效控制技术,研制了一种炭基辅料,与羊粪和稻草混合后进行了34 d的堆肥试验。试验设置2个处理:羊粪与稻草高温好氧堆肥(CK)、CK基础上添加质量比15%的炭基辅料(CA)。监测了堆肥体的温度、NH_3挥发速率、N_2O排放通量、各形态氮素含量等参数变化情况,分析了炭基辅料对羊粪堆肥过程中氮素转化及损失的影响。结果表明,与CK处理相比,添加炭基辅料促进了堆肥后第1～7 d堆肥温度快速上升,对堆肥后第8～34 d的堆温影响较小;堆肥34 d后,CK、CA处理的NH_3挥发累积量分别为368.38、175.63 mg·kg-1,N_2O排放累积量分别为50.38、88.94 mg·kg-1,CA处理的NH_3挥发累积量显著小于CK处理(P<0.05),而2个处理之间的N_2O排放累积量差异性不显著(P>0.05),羊粪堆肥过程中NH_3挥发是氮素损失的主要途径;CK、CA处理的氮素损失率分别为50.49%、32.63%,添加炭基辅料显著降低了羊粪堆肥体的氮素损失率(P<0.05),炭基辅料应用于羊粪有机肥生产,氮素损失率可减少35.37%。

鸡粪堆制过程中氮素损失及减少氮素损失的机理

以鸡粪为试验材料进行为期70d室外好氧堆制,观测鸡粪、鸡粪添加1%稻草和鸡粪添加3%稻草3种不同处理的pH值、温度、铵态氮、硝态氮、氨挥发潜力和全氮等变化,并以鸡粪在堆制腐熟过程中灰分绝对量不变为前提计算了氮素的损失量。结果表明:氨挥发是鸡粪堆制腐熟过程中氮素损失的重要途径,氮素损失高峰期出现在鸡粪堆制后21d内;3个处理经过70d的堆制腐熟过程,氮素损失率均达15%以上;与鸡粪处理相比,在鸡粪中添加1%稻草能减少氮素损失2 52个百分点。

氯化铁和过磷酸钙控制堆肥氮素损失的效果研究

堆肥过程中的氮素损失及其控制正引起国内外越来越多学者的关注。本文利用氯化铁、过磷酸钙及其混合物按不同比例添加到堆肥原始物料中,进行高温好氧堆肥化控制氮素损失研究。结果表明,添加固定剂的堆肥处理,其铵态氮、硝态氮含量都有不同程度的增加,堆肥产品总氮含量也显著提高,氮素固定效果较好,并且随着固定剂添加量的增加,氮素固定率升高,最高达85%,降低了堆肥化过程中的氮素损失,说明这3种固定剂适合作为堆肥过程中的氮素损失固定剂;通过对比混合添加和单独添加的固氮效果,结果发现在本试验条件下,氯化铁和过磷酸钙混合添加的固氮效果与单独添加的相比要略差。

露地种植大白菜的氮肥效应与氮素损失研究

采用田间小区和微区试验，研究了施用化学氮肥在露地大白菜上的氮肥效应和氮素损失。氮素总损失用^15N示踪法测定，氨挥发用通气密闭室法测定，反硝化损失用乙炔抑制-原状土柱培养法测定，不加乙炔测定N2O排放。结果表明，施用化学氮肥增产显著，用差值法计算得到的氮肥利用率在25．3％～47．2％之间，相应的示踪法氮肥利用率为18．1％～24．6％。化学氮肥显著增加了氨挥发、反硝化和N2O排放等气态氮损失；其中氨挥发占施氮量的0．97％～17．1％，反硝化占4．33％～8．55％，N2O排放在1．09％～1．63％之间变化。大白菜收获时9．2％～10．9％的标记尿素被淋洗到40cm以下土层。试验期间尿素的氮素总损失达41．1％～48．1％，以表观淋洗损失最为严重，其次是氨挥发，而反硝化损失最低。与普通尿素相比，包衣尿素明显降低了氨挥发。

太湖地区稻田氮素损失特征及环境效应分析

通过氮肥减量小区试验,研究了太湖地区稻田氮素径流损失、渗漏损失、氨挥发损失以及氨挥发通量的动态变化特征,阐述了氮素损失量、水稻产量与施氮量之间的关系。结果表明:稻季氮素径流损失和氨挥发损失均随施氮量的增加不断增加,而渗漏损失与施氮量没有显著相关性。综合整个稻季,氨挥发损失以分蘖肥期最高,基肥期次之,穗肥期最低。稻季氮素总损失为13.7～59.8 kg·hm-2,占总施氮量的16.5%～22.2%,且随施氮量的增加而不断增加,其中氨挥发损失占42.2%～72.0%,径流损失占22.2%～38.4%,渗漏损失占5.8%～22.7%。稻季181 kg·hm-2的氮肥用量,较常规施氮量减少了33%的氮肥,增加了10.3%的产量,降低了48.5%的氮素损失,较好地兼顾了粮食产量和环境效应;而对于重要环境区域或高污染区域,还可以尝试更低的氮肥投入,以达到更好的环境效益。

秸秆全量还田与氮肥用量对水稻产量、氮肥利用率及氮素损失的影响

【目的】在我国水稻生产中探讨秸秆全量还田与氮肥配施的理论与技术,阐明秸秆还田对水稻产量、氮素利用率及氮素损失的影响,对于提高水稻产量和氮素利用效率、减少氮污染具有重要意义。【方法】2009 2011年,以水稻南粳46为材料,在江苏常熟农业生态实验站进行原状土柱模拟试验。试验采用裂区设计,主区为秸秆全量还田(S)和无秸秆还田(S0);副区为氮肥用量(N),设置N 120、180、240和300 kg/hm^24个氮水平,以不施氮肥(N0)为对照。分析了水稻基肥期、分蘖期、穗肥期的氨挥发量和土壤80 cm处渗漏水全氮含量,土壤0—15 cm全氮含量,水稻产量,以及水稻籽粒和秸秆氮含量,计算水稻生育期氮肥的氨挥发损失率、淋溶损失率、土壤残留率以及水稻的氮肥利用效率。【结果】水稻产量随氮肥适宜用量增加而增加,与单施氮肥相比,秸秆还田下水稻平均增产6.3%,其中N 240 kg/hm^2处理产量最高;水稻的氮肥利用率随施氮量的增加呈下降趋势,秸秆还田能够提高水稻的氮肥利用率,氮肥农学效率和氮肥表观利用率较单施氮肥分别提高1.4 3.4 kg/kg和1.8%4.2%;水稻田氨挥发损失量、氮肥淋溶损失量和土壤残留氮量均随施氮量的增加而增加,在N 240 kg/hm^2水平下,秸秆还田氨挥发损失量增加18.2%、土壤残留氮量增加10.1 kg/hm^2,减少氮素淋溶损失量30.9%,氮肥总损失率降低6.0%。【结论】在秸秆全量还田下,配施适量的氮肥,可以提高水稻对氮肥的利用率,增加产量,同时减少氮肥损失。本试验中,以麦秸全量还田配施N 240 kg/hm^2为最优组合。

不同热解温度生物质炭对羊粪堆肥过程氮素损失的减控效果

为探讨高温堆肥中氮素损失的有效控制技术,以2种不同热解温度制备的稻壳生物质炭为堆肥添加剂,与羊粪、食用菌渣混合,进行了43 d的堆肥试验。设置了3个处理,羊粪与食用菌渣质量比9:1混合体作为预备物料,在预备物料上分别添加450、650℃热解的生物质炭(占预备物料质量百分比15%)为B1、B2处理,在预备物料上添加未热解的稻壳(与生物质炭等体积)为CK处理。监测了堆肥体的温度、NH3挥发、N2O排放、pH值等参数变化动态,分析了不同热解温度生物质炭在堆肥中的保氮效果。结果表明,与对照组相比B1、B2处理促进了堆肥初期的温度快速上升,堆肥体初次升温至55℃所需时间分别较CK缩短了2、6 d,B2处理的促升温、增温效应优于B1处理;堆肥43 d后,CK、B1与B2处理的NH3挥发累积量分别为378.12、117.22、94.16 mg/kg,N2O排放累积量分别为13.9、26.3、23.6 mg/kg,氮素损失率分别为47.8%、34.1%,30.5%;与对照组相比B1、B2处理增加了堆肥体N2O排放,降低了堆肥体NH3挥发,整个堆肥过程中N2O排放累积量远小于NH3挥发累积量,添加生物质炭对堆肥过程氮素损失表现为正向的减控作用,B1、B2处理的氮素损失率分别较CK处理降低了28.66%、36.19%,B1、B2处理之间差异不显著(P>0.05)。综合堆温快速上升、氮素损失控制等指标,B2处理对羊粪堆肥过程保氮效果优于B1处理;堆肥工程中应用生物质炭减控氮素损失及提高堆肥质量,优选热解温度650℃制备的生物质炭。

水葫芦高温堆肥过程中氮素损失及控制技术研究

为减少水葫芦高温堆肥过程中氮素损失,采用静态高温好氧堆肥的方法,分析了水葫芦堆肥过程中氮素转化规律,研究了添加化学保氮剂对减少堆肥中氮素损失的效果。结果表明,水葫芦堆肥过程中总氮及有机氮含量均呈上升趋势,铵态氮与硝态氮含量均呈先上升后下降的趋势,总氮损失率为12.84%;水葫芦堆肥过程中氮素损失途径主要为以NH3、N2O等气态形式逸出,其中,堆肥前10d是NH3挥发的高峰期,堆制后第5~9d的N2O排放速率最大;添加化学保氮剂对水葫芦堆肥过程第4~10d的氨挥发具有显著的抑制作用,NH3挥发量可减少23.82%,另外,化学保氮剂处理降低了堆制后第0~5d的N2O排放速率,增加了第9d以后的N2O排放速率;使用化学保氮剂原位控制水葫芦堆肥过程的氮素损失具有较好的效果,与常规对照相比,化学保氮剂对水葫芦堆体的保氮效率为32.70%。

低量施氮对小青菜生长和氮素损失的影响

采用田间试验和微区试验相结合,研究了低量施氮对小青菜(Brassicachinensis)产量、氮肥利用率和氮素损失的影响,其中氮素总损失用15N示踪法测定,氨挥发用通气密闭室法测定,反硝化损失用乙炔抑制-原状土柱培养法测定,不加乙炔测定N2O排放。结果表明,施用氮肥显著增加了小青菜的产量和吸氮量,在75和150kg/hm2氮肥水平下,氮肥利用率分别为46.8%和39.4%。由于试验地土壤pH低(5.38),各处理的氨挥发均很低且差异不大,施用氮肥没有增加氨挥发。试验地土壤反硝化损失和N2O排放量较高,分别为N4.34kg/hm2和N2.65kg/hm2,施用氮肥没有增加反硝化损失和N2O排放,表明氮源不是反硝化作用的限制因子。在N75和150kg/hm2两个施氮水平下,氮素回收率分别为103%和91.3%,并且土壤残留氮主要累积在0—20cm土层,表明肥料氮损失很少,这与氨挥发、反硝化损失较低的结果相吻合。

植物地上部氮素损失及其机理研究现状与展望

植物地上部气态氮化合物挥发是氮素损失的重要途径,同时也是大气NH3和N2O的重要来源,因此,研究植物氮素挥发损失对于大气环境保护和提高氮肥利用率具有重要意义。该文综述了各种气态氮化物(NH3、NO、NO2、N2O和N2)损失及其机理,结果表明,活性氮源积累和同化的不平衡,是植物氮素挥发损失的主要因素;环境条件(光、温、水、肥、气)和植物生理病害、衰老等因素,均可引起植物活性氮源积累和同化的不平衡,导致植物地上部氮素的挥发损失,但各种气体氮化物能否从叶面挥发,还要取决于气体氮化物的补偿点;NH3和N2O是主要的植物氮素损失形态,主要氮素挥发损失发生在生育后期,但不同氮素损失形态对植物生育期的响应并未完全相同。该文较完整地归纳总结了植物氮素挥发损失的作用机理,指出了目前研究尚需要解决的重要问题:1)氮素损失形态间的内在关系并不清楚,尚不能完整地解释植物氮素挥发损失机制,尤其是酶催化协同机制;2)植物叶际气态氮化物交换(包括吸收和释放)作用及其机理也未完全清楚,因而难以正确评估植物氮素的挥发损失;3)植物衰老对增强氮素挥发损失有明显促进效果,但有关其生理机制尚不完全清楚;4)缺乏可行的抑制植物氮素挥发技术方法,故还难以有效缓解肥料氮的挥发损失,提高氮肥利用率。

传统和优化水氮管理对蔬菜地土壤氮素损失与利用效率的影响

通过3年田间定位试验利用氮素平衡方程模拟了传统水氮管理和优化水氮管理下连作蔬菜地土壤无机态氮含量的变化,分析了两种水氮管理对土壤氮素损失量及氮素利用效率的影响。结果表明:优化水氮管理下花椰菜、苋菜和菠菜生长期内土壤平均(2年或3年)氮素损失量(氨挥发、反硝化和硝态氮淋洗的总和)只有传统水氮管理下花椰菜、苋菜和菠菜生长期内土壤平均氮素损失量的9%、8%和18%;氮素利用效率是传统水氮管理下各蔬菜氮素利用效率的2.3倍、3.2倍、1.7倍,而两处理间蔬菜平均产量并无显著差异。