《基於氮素損失原位控制的堆肥中GHG形成機理及減排研究》是依託中國農業大學，由李國學擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於氮素損失原位控制的堆肥中GHG形成機理及減排研究
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：李國學
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
畜禽糞便在全球溫室氣體（GHG）排放中占有重要地位，減少畜禽糞便在貯存和使用過程中GHG的排放，成為應對全球溫室效應的重要新途徑。項目以自然科學基金堆肥化過程氮素損失原位控制及機理研究為基礎，研究堆肥化過程中GHG產生的機理、途徑和主要影響因素，明確氮素損失原位控制技術對GHG排放的影響。採用δ13C同位素比值法研究不同條件下（好氧、缺氧）甲烷（CH4）的形成途徑。採用15N標記技術，研究在好氧和缺氧條件下氧化亞氮（N2O）形成機理和主要途徑。綜合運行條件控制、添加抑制劑和外源微生物等方法對堆肥化過程中GHG排放進行控制，確定最優減排方法，計算最大減排量，並進一步最佳化氮素損失原位控制技術。最後，檢驗在最優減排條件下生產的堆肥產品品質。通過項目的研究可以指導現有堆肥企業最佳化堆肥技術，減少堆肥化過程中的氮素損失和GHG排放，這對減輕溫室效應，應對全球氣候變化有著重要意義。
結題摘要
項目通過正交試驗研究了強制通風系統中通風率、C/N、含水率對溫室氣體排放的影響，並在此基礎上進行了中試驗證；研究了條垛翻堆系統中翻堆頻率、覆蓋條件以及季節對溫室氣體、氨氣排放規律的影響，並通過一系列試驗明確了N2O產生的主要途徑和主要氮源；項目還對溫室氣體及氨氣的減排展開了廣泛研究，篩選了一批具有較強經濟性能的溫室氣體減排材料。主要結果如下： 在強制通風系統中通風率對溫室氣體和氨氣排放有顯著影響。通風率越高則氨氣排放率越高、N2O排放率越高、甲烷排放率越高。C/N越低則氨氣和甲烷排放率越高，C/N對N2O排放率無顯著影響。初始含水率對溫室氣體和氨氣的排放無顯著影響，主要是在堆肥初期由於高溫和強制通風，水分散失過大，初始含水率並不能保持在設定水平。 中試條件下，強制通風不能有效提高堆肥降解率和堆肥產品品質卻顯著增加N2O和甲烷的排放率和堆肥成本。因此不建議在畜禽糞便的堆肥化過程中使用強制通風。 條垛翻堆系統中，翻堆頻率、覆蓋和季節會對溫室氣體的排放產生影響。不翻堆處理的總溫室氣體排放率遠高於翻堆處理。覆蓋會降低氨氣的排放率，但增加甲烷排放，進而導致總溫室氣體排放率升高。冬季溫室氣體排放率更高。 強制通風系統中，早期的N2O排放主要來源於原料中硝酸鹽的反硝化；中後期的N2O主要來源於硝化反應產生的硝酸鹽翻堆後轉移至厭氧區域而被反硝化。豬糞原料中含有的大顆粒是溫室氣體尤其是甲烷產生的重要原因。條垛翻堆體系中，高溫期的N2O排放同甲烷和氨氣排放同步，由甲烷氧化菌對氨氣的不完全氧化作用產生。腐熟期N2O產生機理同強制通風系統一致。NO3-和NO2-是N2O產生的重要氮源。 以初始總氮20%等摩爾添加的條件下，相對於H3PO4+Mg(OH)2處理，KH2PO4+MgCl2和Ca(H2PO4)2+MgCl2兩處理也能取得良好的氮素控制效果，且不對堆肥反應產生抑制。過磷酸鈣處理能取得良好的氮素控制效果，但對堆肥產生顯著抑制作用。 堆肥初期使用腐熟堆肥覆蓋，能有效降低堆肥溫室氣體和氨氣排放。充分混勻到堆肥後，腐熟堆肥中含有的大量亞硝酸鹽氧化菌能抑制翻堆後的反硝化，從而減少堆肥後期N2O排放。 添加量為總氮質量的5%以上時，DCD能夠顯著抑制堆肥中N2O的產生。DCD（7.5%）+HQ（0.75%）+MAP（15%）能夠分別降低甲烷、N2O和氨氣排放61.1%、73.2%、65.2%。
