不同通风策略下大规模鸭粪堆肥的腐熟和光谱特征

[目的]鉴于鸭粪处理的固有挑战,有效的通风措施是鸭粪工业堆肥过程成功的关键。这项开创性的研究旨在评估来自鸭粪和蘑菇废弃物堆肥的腐熟度和稳定性。本研究进一步探讨了各种通风策略在促进堆肥过程中有机物分解和转化方面的有效性和效率。[方法]将鸭肥和蘑菇废弃物按干重比为2∶1(C/N约为21.15)混合进行堆肥试验。堆肥采用梯形桩,每桩体积5.6 m^(3),采用管道通风。堆肥试验包括4个通气时间处理,分别为10、20、30、60 min/d(分别记作C1、C2、C3和C4处理)。主要研究了堆肥过程中物理化学特性、紫外-可见光谱、X射线衍射(XRD)和红外光谱(IR)的变化特征。[结果]在堆肥第5天和第6天,堆肥进入嗜热期,持续17天,第15天达到50℃。在堆肥前5天,堆肥pH从8.5迅速上升到12.3,可能是由于鸭粪蛋白质的分解,然后在接下来的20天里逐渐下降,在28~30天急剧下降,之后逐渐下降。在高温期(第17天)后,堆肥C1、C2、C3和C4处理的含水量较堆肥初期分别减少了45.9%、46%、44.7%和43%。C3和C4处理的TC值远低于C1和C2。所有堆肥处理的紫外吸收均随波长的增加而降低。在X射线衍射图中存在部分纤维素特征峰(2θ=26.56°)。这些样品含有更多的结晶和“无定形”纤维素、木聚糖和其他多糖。在200~220 nm光谱范围内,硝酸盐和羧基类化学物质的吸收速度比芳香族或不饱和分子快。堆肥的吸收率随初始碳氮比和堆肥过程的持续时间而变化。相反,在460~480 nm处的吸光度表明有机材料的腐殖质化。Q2/6或Q4/6值越低,表明有机物腐殖化程度越高和越多的有机物缩合成芳香族化合物。在红外光谱中,整个堆肥过程中与有机或无机官能团相关的所有条带的强度都有明显的变化。红外光谱显示出一个宽峰,中心波数为3400 cm^(-1),表明存在与羟基(OH)基团和水分子相关的拉伸振动。在3000~2800 cm^(-1)的光谱范围内,可以观察到一个与有机化合物所表现出的疏水特性相关的现象。在2900~2850 cm^(-1)处存在的条带可以归因于C-H脂肪族基团和醛基基团(CHO)的伸缩振动。初始堆肥样品和C1、C2、C3、C4的红外光谱在堆肥过程中发生了显著变化。由于这些变化,红外光谱吸收带发生了显著的变化,表明相关的物质结构发生了变化。因此,C3和C4在堆肥过程中表现出较高程度的稳定性。[结论]65天的堆肥试验显示,在整个堆肥过程中,温度发生变化,通风60 min/d的堆肥最高温度高于通风10 min/d的堆肥。在堆肥过程中,随着通气量的增加,pH呈下降趋势,因此,日通风30~60 min的堆肥pH较低。堆肥过程中,堆料C/N逐渐降低,表明纤维素活性增加。XRD光谱显示峰值强度降低,反映了纤维素的分解。日通风30~60 min堆肥表现出较高的成熟度,突出了通风对成功堆肥的重要性。

长期施用堆肥处理下潮土剖面水溶性有机物的三维荧光光谱研究

为了研究长期施用堆肥对潮土剖面土壤水溶性有机物(DOM)的来源和组分特征的影响,研究以河北省曲周实验站长期施用堆肥的试验田为研究对象,利用三维荧光光谱技术研究了在长期施用高量生物堆肥(EMI)、常量生物堆肥(EMII)、高量传统堆肥(TCI)、常量传统堆肥(TCII)和化肥(CF)下不同深度土壤水溶性有机物在来源和组成的差异。研究结果表明,不同施肥处理的土壤水溶性有机碳(DOC)含量在土壤剖面的分布规律有较大差异,堆肥使0~20和60~80 cm土层的DOC分别显著提高了81.94%~171.33%和61.18%~152.18%。荧光光谱指数表明,DOM来源为微生物和植物混合源,堆肥施用量的增加使DOM腐殖化程度加强,造成表层土壤中DOM由陆源向生物源迁移,随着土壤深度的增加,DOM由陆源向生物源迁移。三维荧光光谱和荧光区域积分表明,生物堆肥和传统堆肥增加了类腐殖酸物质的含量,且随着施用量的增加而增加;高量生物堆肥和传统堆肥增加了类富里酸物质和类溶解性微生物代谢产物的含量;施用化肥和堆肥均降低了类色氨酸的含量。类腐殖酸含量、类富里酸含量和类溶解性微生物代谢产物数量随着土壤深度的增加整体呈降低趋势;类酪氨酸随着土壤深度的增加呈增加趋势;类色氨酸随着土壤深度增加整体呈先增加后降低趋势,且在20~40 cm含量最高。相关性分析表明,全磷(TP)、全氮(TN)、阳离子交换量(CEC)、速效钾(AK)、有机碳(SOC)和DOC等土壤理化指标与类酪氨酸物质呈显著负相关,与类富里酸、类溶解性微生物产物和类腐殖酸含量呈显著正相关,硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、TN、pH、SOC与类色氨酸物质呈显著正相关。总之,长期施用堆肥增加了潮土表层DOM的含量,显著改变了土壤中DOM的组成和剖面上的分布特征。

不同比例有机无机肥配施土壤腐殖质组分的光谱学特征

以16年长期定位试验为基础,探讨不同比例有机无机肥配施对土壤腐殖质特征的影响。通过分离纯化腐殖质中的胡敏酸(HA)和富里酸(FA)组分,并利用元素分析、红外光谱和核磁共振研究分析了F1(70%化肥+30%有机肥)、F2(50%有机肥+50%化肥)和F3(100%有机肥)三种施肥方式下的HA和FA含量及结构变化。结果表明,F3对于提升HA和FA含量的效果优于F1和F2处理,说明有机肥的施用量越高,土壤腐殖质组分的含量就越高。元素分析表明,不同配比的有机无机肥对HA和FA各元素含量及原子比影响不同。F2和F3都提高了HA的缩合度,降低了氧化度和极性,其中F3的效果更加明显;有机肥的施用还能促进HA中含氮化合物的形成,并且在F2中的效果最好;有机肥的施用同样提高了FA的缩合度而降低了氧化度和极性并促进了含氮化合物的形成,尤其在F2处理中尤为明显。腐殖质红外光谱分析表明,与F1相比,F2和F3提高了HA中脂肪族化合物、碳水化合物物质的含量,FA的羧基基团、脂肪基团含量也增加,且在F3处理中表现最为显著;F2处理则降低了HA中脂肪烃物质的含量,FA中的碳水化合物则达到最高。13 C核磁共振波谱分析显示,在三种处理中,有机肥的施用提高了HA和FA的脂化度而降低其芳化度,其中F2处理中HA官能团变化更加显著,FA在F3处理中则变化更加明显。综上所述,有机肥显著提高了土壤腐殖质组分含量,并且提高了HA和FA的脂化度降低其芳化度,但是不同用量有机肥下HA和FA的形成机制不同。

有机种植对温室土壤有机碳库和酶活性的影响

研究不同种植方式下温室土壤有机碳库和酶活性变化特征,可为探明不同种植模式温室土壤有机碳周转机制、提高土壤肥力、增加土壤碳库储量提供科学依据。以华北地区曲周16年长期定位试验为基础,研究了有机(OP)、绿色(GP)和常规(CP)3种种植方式下温室土壤有机碳库和酶活性的变化特征,并对土壤质量进行定量化评价。结果表明,OP显著提高了蔬菜产量和土壤有机碳库容量,改善了土壤结构,提高了含水量及养分含量且增强了土壤保肥及缓冲性能。与CP相比,OP使春季和秋季蔬菜产量分别提高了62.28%和22.02%,土壤有机碳提高了105.53%,活性有机碳组分提高了109.30%~230.27%,腐殖质碳组分提高了91.61%~128.37%,土壤碳储量提高了51.14%,GP次之。过氧化氢酶、脲酶和纤维素酶活性均在OP中显著增加,分别提高了48.51%、68.39%和109.72%,但蔗糖酶活性并无明显变化。通过主成分分析方法,由综合得分可知OP>GP>CP,由此可见,有机种植在改善土壤结构、提高土壤养分含量及转化效率、增加土壤固碳量等方面优于绿色和常规种植。说明有机种植对于提高华北地区设施大棚内有机碳组分、碳储量和土壤酶活性的效果显著,是提高土壤肥力、改善土壤结构、增加土壤有机碳固定量的有效措施。

褐煤、粘土和有机肥对内蒙古风沙土腐殖质有机无机复合体的影响

为了研究不同改良剂对风沙土腐殖质和有机无机复合体形成的影响,在内蒙古通辽市科左后旗的沙地进行土壤定位试验,向该地沙土中施用了褐煤、粘土和有机肥3种土壤改良剂,以研究土壤有机无机复合体的形成和结构发育。试验结果如下:(1)土壤有机质在褐煤、粘土和有机肥施用量分别为11.25 t/hm^2、150.00 t/hm^2和30.00 t/hm^2的改良剂配施(H3C2O2)下改良效果最佳,含量为10.38 g/kg;土壤胡敏酸在褐煤、粘土和有机肥施用量分别为7.50 t/hm^2、300.00 t/hm^2和30.00 t/hm^2的改良剂配施(H2C3O2)下改良效果最佳,含量为1.68 g/kg;土壤富里酸在褐煤、粘土和有机肥施用量分别为0 t/hm^2、150.00 t/hm^2和30.00 t/hm^2的改良剂配施(H0C2O2)下改良效果最佳,含量为1.66 g/kg。褐煤对土壤有机质、胡敏酸的影响效果显著。(2)添加改良剂后,土壤有机无机复合量增加了5.26%～61.84%,土壤有机无机复合量和有机无机复合度最高的处理均为H2C3O2,其褐煤、粘土和有机肥3种改良剂最佳配施量分别为7.50 t/hm^2、300.00 t/hm^2和30.00 t/hm^2。所有处理有机无机复合体各组大小为钠质研磨分散组(G2)>钠分散组(G1)>水分散组(G0)。(3)土壤有机质、胡敏酸和土壤有机无机复合量随褐煤施用量增加而呈现增加的趋势,说明向沙土中施用褐煤对土壤肥力和土壤结构有一定的改善作用。

四种有机活性物质对黄瓜种子萌发的影响

为了探讨有机活性物质对蔬菜种子的促生效应,以黄瓜("京研夏美2号")为试材,分别采用不同浓度的水溶性有机物质(DOM)、吲哚乙酸(IAA)、黄腐酸、壳聚糖等4种有机活性物质进行浸种处理,比较4种有机活性物质对黄瓜种子发芽相关生理指标的影响。结果表明:DOM3(10%)的发芽势高于对照及其他处理,黄腐酸2、3、4(1.0、10、100 mg/L)浓度下的发芽势高于对照,壳聚糖1、2、3(1000、2000、3000 mg/L)浓度下发芽势高于对照,综合发芽势和发芽率指标可看出,高浓度的IAA抑制种子的发芽,低浓度的IAA促进种子发芽,验证了一定浓度的DOM、IAA、黄腐酸和壳聚糖能促进种子的萌发;DOM4(20%)黄瓜种子活性最高,远超过CK;IAA和壳聚糖的种子活性均低于CK,且随浓度的升高而降低;浓度为1.0 mg/L的黄腐酸处理下种子活力指数达到最高。DOM4浓度下根长比对照增长35.9%,DOM3浓度下根毛数最多;低浓度的IAA(0.1 mg/L)促进黄瓜早期根毛的生长,高浓度时抑制根系生长;黄腐酸3(10 mg/L)在第8天时根毛数最多,整个生长期间的根毛数增长率为768.2%,根系生长最旺盛;壳聚糖在高浓度和低浓度时的根长及根毛数均低于CK。一定浓度的DOM、IAA、黄腐酸能促进黄瓜根系生长。