《畜禽糞便堆肥中CH4和N2O排放及其微生物學機制研究》是李舒清為項目負責人，南京農業大學為依託單位的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：畜禽糞便堆肥中CH4和N2O排放及其微生物學機制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李舒清
- 依託單位：南京農業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
畜禽糞便等農業廢棄物是大氣溫室氣體甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）的重要排放源，畜禽糞便等農業廢棄物綜合利用對減緩CH4和N2O農業源排放具有較大的潛力。本項目擬以不同有機物料的堆肥為對象，採用靜態箱法與分子手段相結合，研究堆肥過程中溫室氣體CH4和N2O排放及其微生物學機制。項目將完成：（1）不同有機物料（雞糞、豬糞及牛糞）堆肥過程中的溫室氣體（CH4、N2O）排放特徵及其排放強度；（2）碳氮調控（生物質炭及固氮菌劑施用）對畜禽糞便堆肥中溫室氣體排放通量的影響規律及其減排潛力；（3）不同有機物料及碳氮調控措施對堆肥過程中溫室氣體排放影響的微生物群落結構及其基因功能。研究結果將為合理評估畜禽糞便堆肥中CH4和N2O排放量及其減排潛力提供數據支撐，為揭示堆肥過程中溫室氣體排放的微生物學驅動機制提供科學依據。
結題摘要
畜禽糞便好氧堆肥是實現廢棄物穩定化、無害化和資源化的重要途徑，然而在堆肥過程中會產生大量溫室氣體，造成環境污染。目前有關堆肥過程中溫室氣體排放特徵的觀測、減排潛力評估和具體微生物學驅動機制的報導還很少。本項目以工廠化條垛式畜禽糞便堆肥為研究對象，圍繞其溫室氣體排放強度及驅動機制開展研究，獲得了以下主要結果：（1）通過原位工廠化堆肥實驗，利用靜態暗箱-氣相色譜法測定了堆肥全過程的CH4與N2O排放速率，堆肥過程中的CH4與N2O排放趨勢與稻田中類似，呈現出此消彼長（trade-off）的關係。CH4的排放主要集中在堆肥過程的前期，而N2O的排放主要在堆肥成熟期，即堆肥溫度與氧氣含量均出現下降的後熟階段。通過定量PCR微生物功能基因豐度同步檢測技術，揭示了堆體理化特性與微生物功能基因豐度變化相互作用共同調控有機肥堆制過程中CH4與N2O排放的動態變化的微生物學機制。微生物功能基因豐度與CH4和N2O排放通量呈顯著相關關係。逐步回歸擬合結果表明，CH4排放通量動態主要由堆體溫度、mcrA基因豐度以及NH4+變化得以解釋；而N2O排放通量動態主要取決於nirk、nosZ和pmoA基因豐度變化。（2）研究了生物質炭的使用對堆肥過程中N2O的排放趨勢的影響及相關的微生物學機制。實驗結果表明，生物質炭的添加能顯著降低N2O的排放通量主要原因是因為生物質炭對nirK基因（亞硝酸還原酶）豐度的抑制。相關性分析表明，N2O的排放通量與堆肥過程中nirK基因的豐度呈顯著正相關關係，而與nosZ基因呈顯著負相關關係。本實驗結果說明生物質炭的添加可以作為減少溫室氣體N2O排放量的途徑之一。（3）比較了農業廢棄物常規堆置與條垛式堆肥溫室氣體排放差異。與常規堆置相比,農業廢棄物條垛式分別增加了226.2%和374.6%的CO2和CH4排放,但能夠減少72.5%的N2O排放。本項目明確了農業廢棄物條垛式堆肥CH4及N2O的排放係數，並揭示了其排放機制，該研究結果為合理評估畜禽糞便堆肥中CH4和N2O排放量及其減排潛力提供數據支撐，為揭示堆肥過程中溫室氣體排放的微生物學驅動機制提供科學依據。
