適量通風(fēng)顯著降低雞糞好氧堆肥過(guò)程中氮素?fù)p失

聶二旗，鄭國(guó)砥*，高 定，劉曉燕

（1 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所環(huán)境修復(fù)中心，北京 100101；2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100049；3 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

雞糞中有機(jī)氮含量較高，存儲(chǔ)過(guò)程中易降解為氨氮，如果不能進(jìn)行合理的處理處置，將會(huì)造成一系列的環(huán)境問(wèn)題[1]，將雞糞進(jìn)行無(wú)害化處理，則可以實(shí)現(xiàn)資源的回收[2]。高溫好氧堆肥是目前被廣泛應(yīng)用于畜禽糞便無(wú)害化資源化處理的方式之一，雞糞經(jīng)過(guò)好氧堆肥可以轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥料，用于提高土壤肥力和改良土壤[3]。

雞糞在進(jìn)行好氧堆肥時(shí)一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題就是氨排放造成的氮素?fù)p失，氨排放不僅會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染，還會(huì)降低堆肥成品有機(jī)肥的品質(zhì)[4]。多數(shù)研究表明，好氧堆肥過(guò)程中氮素?fù)p失占全氮的16%～74%[5-6]。因此，控制雞糞好氧堆肥中的氮素?fù)p失一直是近幾年環(huán)境領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。

影響堆肥過(guò)程中氮素?fù)p失的因素有很多，目前的研究包括C/N[7-8]、含水率[7]、添加劑[7,9]、調(diào)理劑[10-11]、溫度[5]、通風(fēng)量[4,12]等，而在所有的影響因素中通風(fēng)是較為關(guān)鍵的影響因素[13]。通風(fēng)作為好氧堆肥的關(guān)鍵工藝參數(shù)在堆肥過(guò)程中主要起著供氧、調(diào)節(jié)溫度和脫水的作用[14]。通風(fēng)不足會(huì)導(dǎo)致堆體產(chǎn)生厭氧環(huán)境，影響微生物的活性，進(jìn)而影響堆體的升溫。而通風(fēng)量過(guò)大會(huì)增加能耗，造成熱量逸散和氮素的大量損失，這不但會(huì)影響堆體的升溫，還會(huì)降低堆肥成品的品質(zhì)[8]。最佳的通風(fēng)量取決于堆肥過(guò)程中物料的組成和微生物對(duì)氧氣的需求量[15]。

目前關(guān)于通風(fēng)量對(duì)好氧堆肥過(guò)程中氮素?fù)p失影響的相關(guān)研究多集中于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模[12]，而對(duì)于在工廠(chǎng)化好氧堆肥過(guò)程中通風(fēng)量對(duì)氮素?fù)p失影響的相關(guān)研究較少。由于實(shí)際工廠(chǎng)化好氧堆肥過(guò)程中發(fā)酵槽體積較大，翻拋機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和閥門(mén)等設(shè)備與實(shí)驗(yàn)室存在差異，這就造成實(shí)驗(yàn)室中得出的有關(guān)通風(fēng)量的工藝參數(shù)在實(shí)際工廠(chǎng)化應(yīng)用過(guò)程中并不能達(dá)到理想效果。研究通風(fēng)量對(duì)工廠(chǎng)化雞糞好氧堆肥過(guò)程和氮素轉(zhuǎn)化的影響有助于優(yōu)化工廠(chǎng)化好氧堆肥過(guò)程中的通風(fēng)工藝參數(shù)，進(jìn)一步減少雞糞好氧堆肥過(guò)程中的能耗損失和氮素?fù)p失，提高雞糞堆肥成品中的養(yǎng)分含量。

1 材料與方法

1.1 堆肥材料

試驗(yàn)于2018年3月在山東某有機(jī)肥廠(chǎng)的好氧堆肥車(chē)間進(jìn)行。供試原料主要是雞糞和稻殼，均取自山東某養(yǎng)雞場(chǎng)，供試材料的具體特性見(jiàn)表1。

1.2 堆肥方法

將雞糞和稻殼以濕基質(zhì)量比1∶1 經(jīng)混料機(jī)混合均勻后，堆置在發(fā)酵槽中進(jìn)行高溫好氧堆肥。好氧堆肥堆體結(jié)構(gòu)如圖1，為了保證堆體正常升溫，第一階段 (0～2 d) 設(shè)定每1 m3物料的通風(fēng)量均為0.1 m3/min，第二階段 (3～28 d) 設(shè)定每1 m3物料的通風(fēng)量分別為 0.1 m3/min、0.2 m3/min、0.3 m3/min(分別記為低、中、高通風(fēng)量)。三個(gè)處理均采用間歇性強(qiáng)制通風(fēng)好氧發(fā)酵技術(shù)，設(shè)定好氧堆肥周期為28 天。采用PT100探頭連續(xù)監(jiān)測(cè)記錄好氧堆肥過(guò)程中的溫度變化，堆肥的第14 天進(jìn)行翻拋，在發(fā)酵的第0、2、3、6、9、12、15、19、25、28 天進(jìn)行多點(diǎn)混合取樣，樣品經(jīng)過(guò)充分混合后帶回實(shí)驗(yàn)室，4℃冰箱冷藏保存，用于相關(guān)理化指標(biāo)的測(cè)定。

表1 試驗(yàn)材料及其混合物基本性質(zhì) (平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差，以干基計(jì))Table 1 Basic properties of composting raw materials and their mixture (means ± SD, in dry base)

圖1 好氧發(fā)酵堆體結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Schematic diagram of aerobic fermentation structure

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 測(cè)定指標(biāo) 堆肥物料含水率采用烘干法測(cè)定， (105℃、24 h) 烘至恒重，灰分的測(cè)定采用馬弗爐灼燒 (550℃、6 h)。pH值 (固液比為1∶10)，浸提過(guò)濾后，用S-3C型pH計(jì)測(cè)定；總碳 (TC) 和總氮(TN) 采用Flash2000元素分析儀測(cè)定[16]。采用2 mol/L KCl 溶液 (m∶V=1∶10) 浸提，振蕩30 min后過(guò)濾，濾液采用連續(xù)流動(dòng)分析儀 (Auto Analyzer-III, 德國(guó) BranLuebbe 公司) 測(cè)定[17]。種子發(fā)芽指數(shù) (GI) 的測(cè)定方法為，首先用去離子水浸提液5 mL于墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，并以添加等量去離子水的培養(yǎng)皿作對(duì)照，然后各加入10粒小油菜種子，每個(gè)處理重復(fù)3次，放置在 (20 ± 1)℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h 后測(cè)定發(fā)芽率和根長(zhǎng)，并根據(jù)以下公式計(jì)算GI值[18]。

1.3.2 氮素?fù)p失的計(jì)算方法 氮素?fù)p失計(jì)算方法參照Paredes 等[19]的方法，根據(jù)好氧堆肥過(guò)程中物質(zhì)守恒和氮素平衡原理，假定在堆肥全過(guò)程中灰分總量無(wú)損失，因此可得出堆肥過(guò)程中氮素?fù)p失率的計(jì)算公式：

式中，Nloss表示氮損失率 (%)；A0表示初始的灰分含量 (%)；Ai表示第i天的灰分含量 (%)；N0表示初始的全氮含量 (%)；Ni表示第i天的全氮含量 (%)。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行整理，采用SPSS 19.0進(jìn)行單因素方差分析 (One-Way ANOVA)，并對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平P ＜ 0.05，Sigma Plot 10.0制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 通風(fēng)對(duì)堆肥過(guò)程的影響

2.1.1 溫度的變化 從圖2可以看出低通風(fēng)量、中通風(fēng)量和高通風(fēng)量的最高溫度分別達(dá)到68.3℃、71.8℃和68.6℃，且各處理的堆肥高溫期 (≥ 50℃)持續(xù)時(shí)間均超過(guò)12 天，達(dá)到糞便無(wú)害化衛(wèi)生要求(GB 7959-2012) 的人工堆肥溫度大于50℃至少持續(xù)10 天的標(biāo)準(zhǔn)。其中在第14 天三個(gè)處理的溫度均明顯下降，這是由于第14 天進(jìn)行翻拋所致。翻拋在好氧堆肥過(guò)程中有利于打破堆體的層次效應(yīng)，增加堆體物料的均一性，同時(shí)翻拋過(guò)程中也會(huì)帶走大量的熱量，降低堆體的溫度。14 天之后的溫度又逐漸上升然后逐漸下降，至堆肥結(jié)束，堆體的溫度逐漸接近環(huán)境溫度。

圖2 不同通風(fēng)量條件下堆體溫度變化Fig. 2 Temperature during chicken manure composting process under different ventilation intensities

2.1.2 pH值和含水率的變化 各處理的初始pH均為8.3左右，且各處理的pH變化趨勢(shì)基本保持一致，均呈現(xiàn)出先下降后上升再下降的趨勢(shì)，三個(gè)處理的pH在3 天之內(nèi)均降到了7.2～8.1，而后低通風(fēng)量和中通風(fēng)量的pH都呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，高通風(fēng)量的pH較低通風(fēng)量和中通風(fēng)量的pH呈現(xiàn)出較長(zhǎng)時(shí)間的降低趨勢(shì) (圖3)。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，至堆肥結(jié)束三種處理堆肥成品的pH無(wú)顯著差異 (P = 0.432)，在7.8～8.0之間，符合《有機(jī)肥料》(NY525-2012) 中要求的堆肥成品pH為5.5～8.5的要求。

三個(gè)處理初始混合后的物料含水量在63%～65%之間，好氧堆肥過(guò)程中整體都呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。其中，前3 天各處理的含水率呈現(xiàn)少量增加的趨勢(shì)。各處理的堆體含水率至堆肥結(jié)束分別降到32.3%、30.6%、29.3% (圖 4)。

圖3 不同通風(fēng)量條件下堆體pH變化Fig. 3 The pH of the chicken manure during composting process under different ventilation intensities

圖4 不同通風(fēng)量條件下堆料含水率的變化Fig. 4 Moisture content during chicken manure composting process under different ventilation intensities

2.1.3 種子發(fā)芽指數(shù) (GI) 的變化 各堆肥處理初始物料的GI為30%左右。在堆肥初期各處理的GI稍微降低，隨著好氧堆肥過(guò)程的進(jìn)行，各處理的GI逐漸增加，到發(fā)酵第24 天各處理的GI均達(dá)到了80%以上，堆肥結(jié)束后三個(gè)處理的GI分別達(dá)到了83.1%、96.7%和85.8% (圖5)。

圖5 不同通風(fēng)量下的雞糞堆肥產(chǎn)品對(duì)種子發(fā)芽指數(shù)的影響Fig. 5 Germination index of rape seeds affected by produced chicken manure under different ventilation intensities

2.2 通風(fēng)對(duì)堆肥過(guò)程中氮素變化的影響

2.2.1 堆肥過(guò)程中NH4+-N含量的變化 各處理的初始NH4+-N含量均為14 g/kg以下，在升溫期 (前3 d) 各處理的NH4+-N含量均呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，中通風(fēng)量處理和高通風(fēng)量處理的NH4+-N含量在3 天之后開(kāi)始出現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)，而低通風(fēng)量處理的NH4+-N含量則呈現(xiàn)出緩慢遞增甚至保持平穩(wěn)的趨勢(shì)；此外，低通風(fēng)量處理的pH在第3 天也呈現(xiàn)出明顯降低的趨勢(shì) (圖3)，說(shuō)明有機(jī)質(zhì)分解過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸釋放出的H+和堆體內(nèi)部的部分NH3結(jié)合，以此維持NH4+含量的穩(wěn)定。到高溫后期和腐熟期 (15 天之后)(圖2)，各處理的NH4+-N含量均呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，至堆肥結(jié)束低通風(fēng)量、中通風(fēng)量和高通風(fēng)量處理的NH4+-N 含量分別為 (6.63 ± 0.03)、(8.23 ± 0.15)和 (7.33 ± 0.64) g/kg (圖 6)。

圖6 不同通風(fēng)量條件下雞糞堆肥過(guò)程中銨態(tài)氮的變化Fig. 6 NH4+-N content during chicken manure composting process under different ventilation intensities

2.2.2 堆肥過(guò)程中NO3--N含量的變化 各處理的初始NO3--N含量均在0.26 g/kg以下，且NO3--N含量在整個(gè)堆肥周期內(nèi)呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)。在堆肥的前10天NO3--N含量增長(zhǎng)趨勢(shì)不明顯，而10 天之后NO3--N含量呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì) (圖7)，至堆肥結(jié)束三個(gè)處理的NO3--N含量分別為 (0.42 ±0.08)、(0.36 ± 0.01) 和 (0.32 ± 0.02) g/kg，表明較低的通風(fēng)量更有助于NH4+-N的轉(zhuǎn)化和NO3--N的積累。

2.2.3 堆肥過(guò)程中總氮含量的變化 如圖8所示，三個(gè)處理的初始全氮 (TN) 含量均為34 g/kg，在整個(gè)堆肥周期內(nèi)呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)。3 天之后低通風(fēng)量處理的TN含量則開(kāi)始出現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì)，而中通風(fēng)量處理和高通風(fēng)量處理的TN含量仍然呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)，至堆肥28 天結(jié)束時(shí)各處理的TN含量分別為 (38.33 ± 0.54)、(37.82 ± 0.50) 和 (36.41 ± 0.09)g/kg。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，低通風(fēng)量與中通風(fēng)量處理間的TN含量無(wú)顯著差異 (P = 0.074)，而低通風(fēng)量、中通風(fēng)量與高通風(fēng)量處理間的TN含量有明顯差異 (P =0.024，P = 0.038)，說(shuō)明在雞糞好氧堆肥過(guò)程中，在一定范圍內(nèi)較高的通風(fēng)量伴隨著較高的氮素?fù)p失。

圖7 不同通風(fēng)量條件下雞糞堆肥過(guò)程中硝態(tài)氮的變化Fig. 7 NO3--N content during chicken manure composting process under different ventilation intensities

圖8 不同通風(fēng)量條件下雞糞堆肥過(guò)程中全氮的變化Fig. 8 Total nitrogen content during chicken manure composting process under different ventilation intensities

2.3 不同通風(fēng)量條件下氮素?fù)p失率

由好氧堆肥處理的起始和結(jié)束 (28 d) 時(shí)的全氮和灰分?jǐn)?shù)據(jù) (表2) 計(jì)算可知，不同處理在好氧堆肥結(jié)束時(shí)，氮素?fù)p失率分別為19.8%、20.2%和29.6%，說(shuō)明隨著通風(fēng)量的增加氮素?fù)p失率增加，這與其他研究結(jié)果[4]基本一致。因?yàn)樵诙逊噬郎仄诟咄L(fēng)量伴隨著NH3的大量釋放。至堆肥結(jié)束，低通風(fēng)量處理與中通風(fēng)量處理之間氮損失的差異不顯著 (P =0.476)，而低通風(fēng)量處理、中通風(fēng)量處理與高通風(fēng)量處理之間的氮損失差異均較為顯著 (P = 0.018，P =0.024) ，說(shuō)明在好氧堆肥過(guò)程中選擇合適的通風(fēng)量能夠有效減小氮素的損失。

3 討論

3.1 通風(fēng)量對(duì)堆肥過(guò)程中溫度、pH、含水率和發(fā)芽指數(shù)的影響

在好氧堆肥過(guò)程中溫度是反映堆體中有機(jī)物降解狀況和微生物活性變化的重要指標(biāo)[20]，它起著決定堆肥過(guò)程能否順利進(jìn)行、堆肥物料是否完全腐熟的重要作用[21]。通風(fēng)是影響堆肥過(guò)程中溫度變化的主要因素[22]。低通風(fēng)量在14 天之前的溫度均低于中通風(fēng)量和高通風(fēng)量 (圖2)，這可能是因?yàn)檩^低的通風(fēng)量不能滿(mǎn)足微生物代謝活動(dòng)所需要的氧氣，導(dǎo)致微生物的代謝活性較弱。而在堆肥的第14 天各處理的溫度均明顯降低，原因是翻拋導(dǎo)致堆體熱量散失。翻拋有助于低通風(fēng)量處理中處于厭氧狀態(tài)的物料充分接觸氧氣，進(jìn)而能夠增加微生物的代謝活動(dòng)，使得14天之后堆體的溫度升高。到了堆肥后期由于堆體中易降解有機(jī)物質(zhì)基本已降解完全，微生物代謝活動(dòng)減弱，所以各處理堆體溫度持續(xù)降低，直至堆肥結(jié)束堆體溫度接近環(huán)境溫度 (圖2)。

表2 堆肥初始和結(jié)束時(shí)全氮及灰分含量 (%, 以干基計(jì))Table 2 Total N and ash contents in the compost at the beginning and end of composting (%, dry matter)

pH 值在堆肥過(guò)程中不僅會(huì)影響微生物的活性，而且與NH3的釋放量也存在顯著的正相關(guān)。NH3在堿性條件下釋放量較大，所以pH 值過(guò)高會(huì)造成氮素?fù)p失[23]。本研究中各處理的初始pH均為8.3左右，且各處理的pH變化趨勢(shì)基本一致，都呈現(xiàn)出先下降后上升再下降的趨勢(shì) (圖3)，三個(gè)處理的pH值在3天之內(nèi)均降至7.2～8.1，這是因?yàn)槎逊食跗谖⑸锢锰穷?lèi)、淀粉等物質(zhì)分解生成了小分子的揮發(fā)性有機(jī)酸如丁酸、乙酸等，致使各堆體在堆肥早期均有明顯的酸化過(guò)程等[24]。3 天之后低通風(fēng)量和中通風(fēng)量的pH均呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，這主要是因?yàn)槲⑸锏幕钚栽鰪?qiáng)，導(dǎo)致堆體內(nèi)溫度升高，而堆體中的氨化作用又隨著溫度的升高而增強(qiáng)，氨化作用增強(qiáng)使有機(jī)氮向NH4+-N的轉(zhuǎn)化量增加，進(jìn)而導(dǎo)致堆體的pH值上升[4]。高通風(fēng)量導(dǎo)致堆體內(nèi)礦化作用產(chǎn)生的NH4+-N多以NH3的形式揮發(fā)，使得堆體內(nèi)由礦化作用產(chǎn)生積累的NH4+-N含量低于微生物分解過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸量，所以pH值呈現(xiàn)出較長(zhǎng)時(shí)間的降低趨勢(shì)。高通風(fēng)量的pH較低通風(fēng)量、中通風(fēng)量呈現(xiàn)出較長(zhǎng)時(shí)間的降低趨勢(shì)。到了發(fā)酵的第18 天之后堆體內(nèi)有機(jī)物料降解已基本完成，微生物代謝活性逐漸減弱，堆體的溫度也逐漸接近環(huán)境溫度 (圖2)，此時(shí)NH4+-N逐漸快速向NOx--N轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致堆體的pH進(jìn)一步降低[25]。

好氧堆肥過(guò)程中水分脫除的主要機(jī)理是通過(guò)鼓風(fēng)曝氣增加對(duì)流蒸發(fā)和利用微生物分解有機(jī)物產(chǎn)生的熱量帶走水分[26]。好氧堆肥過(guò)程中堆體的含水率與通風(fēng)量和翻拋頻率呈顯著的相關(guān)性 (P ＜ 0.00001)[27]，含水率是好氧堆肥過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)，它影響著與有機(jī)物生物降解相關(guān)的復(fù)雜生化反應(yīng)[28]。堆肥過(guò)程中初始物料含水率應(yīng)保持在60%～70%之間，以此滿(mǎn)足微生物代謝過(guò)程對(duì)水分的需求，保證堆肥過(guò)程中微生物較高的代謝活性[29]。當(dāng)含水率過(guò)高時(shí)，導(dǎo)致堆體內(nèi)的孔隙結(jié)構(gòu)不良，影響堆體內(nèi)部氧氣的傳導(dǎo)擴(kuò)散，微生物因缺氧活性降低，不能完成正常的升溫過(guò)程[30]。本研究中三個(gè)處理的初始物料含水量均在63%～65%之間，在堆肥過(guò)程中整體均呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。其中，前3 天各處理的含水率均稍微增加，這主要因?yàn)樵诙逊食跗谖⑸锏拇x產(chǎn)水速率大于堆體的蒸騰作用[31]，3 天之后各處理含水率呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，中通風(fēng)量和高通風(fēng)量的降低趨勢(shì)要明顯高于低通風(fēng)量，這主要是因?yàn)樵? 天之后，各處理的鼓風(fēng)策略進(jìn)入第二階段，此時(shí)中通風(fēng)量和高通風(fēng)量?jī)商幚磔^第一階段的風(fēng)量均增加，而低通風(fēng)量仍維持第一階段每立方米0.1 m3/min的風(fēng)量所致。

種子發(fā)芽指數(shù)是評(píng)價(jià)堆肥成品腐熟度的有效指標(biāo)，它可以反映堆肥成品的植物毒性[32]。研究中初始堆肥物料的種子發(fā)芽指數(shù)為30%左右，在堆肥初期各處理的GI稍微降低，這主要與堆肥初期低分子短鏈揮發(fā)性脂肪酸和毒性物質(zhì)的釋放有關(guān)[33]。第10 天以后各處理的GI呈現(xiàn)明顯增加，但統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示差異不顯著 (P = 0.328)。這和Guo等[32]以豬糞和玉米秸稈為原料堆肥的研究結(jié)果一致，該結(jié)果也表明通風(fēng)對(duì)堆肥過(guò)程中的GI影響不顯著。一般認(rèn)為如果GI ＞80%，堆肥成品對(duì)植物基本無(wú)毒性[34]。本研究中三個(gè)處理的GI均大于80%，這說(shuō)明至堆肥結(jié)束各處理的成品均滿(mǎn)足腐熟度要求。

3.2 通風(fēng)量對(duì)堆肥過(guò)程中氮素轉(zhuǎn)化的影響

在升溫期 (前3 天) 各處理的NH4+-N含量均呈現(xiàn)少量增長(zhǎng)趨勢(shì)，這與微生物進(jìn)行氨化作用將有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為NH4+-N有關(guān)[4]。中通風(fēng)量處理和高通風(fēng)量處理的NH4+-N含量在3 天之后開(kāi)始出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，這是由于3 天之后中通風(fēng)量和高通風(fēng)量處理的通風(fēng)策略開(kāi)始進(jìn)入第二階段，通風(fēng)量由初始的0.1 m3/(m3·min) 分別增加至 0.2 和 0.3 m3/(m3·min)，導(dǎo)致NH4+-N以NH3的形式釋放。而低通風(fēng)量處理的NH4+-N含量則呈現(xiàn)出緩慢遞增趨勢(shì)，這是因?yàn)? 天之后低通風(fēng)量處理的風(fēng)量保持不變，而此時(shí)微生物的活動(dòng)明顯增加，使有機(jī)氮的分解速率增加所致 (硝化速率比有機(jī)氮的分解速率慢)[12]。到高溫后期和腐熟期 (15 天之后)(圖2)，各處理的NH4+-N含量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這主要因?yàn)樵谠撾A段堆體內(nèi)的有機(jī)質(zhì)分解已基本完全，氨化作用逐漸減弱，而此時(shí)硝化速率增加，致使NH4+-N向NO3--N和NO2--N的轉(zhuǎn)化增強(qiáng) (圖7)。至堆肥結(jié)束低通風(fēng)量處理的NH4+-N含量較中通風(fēng)量和高通風(fēng)量處理低的原因可能是低通風(fēng)量處理的NH4+-N含量在堆肥后期硝化作用增強(qiáng)，導(dǎo)致NH4+-N向NO3--N的轉(zhuǎn)化量增加 (圖7)。

各處理的NO3--N含量在整個(gè)堆肥周期內(nèi)呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，且前10 天增長(zhǎng)趨勢(shì)不明顯，而10天之后NO3--N的含量呈現(xiàn)明顯增加趨勢(shì) (圖7)，這是因?yàn)樵诙逊实某跗谟捎贜H3的積累和溫度的升高抑制了硝化細(xì)菌和亞硝酸鹽細(xì)菌的活性[32]。至堆肥結(jié)束三個(gè)處理NO3--N的含量呈現(xiàn)出低通風(fēng)量 ＞ 中通風(fēng)量 ＞ 高通風(fēng)量，表明較低的通風(fēng)量更有助于NH4+-N的轉(zhuǎn)化和NO3--N的積累。NH4+-N/NOx--N值小于0.16被認(rèn)為是堆肥腐熟度的判斷指標(biāo)[35]，而研究中至堆肥結(jié)束，三個(gè)處理的NH4+-N/NO3--N值分別為15.7、22.8和22.9，均遠(yuǎn)大于0.16，這可能是因?yàn)槎逊仕x用的物料和堆肥周期的長(zhǎng)短不同所致。也有研究表明NH4+-N/NOx--N值可能的變化范圍為5.47～48.33[36]，考慮到堆肥結(jié)束時(shí)的NH4+-N/NO3--N值和堆肥未結(jié)束的NH4+-N/NO3--N值均在5.47～48.33范圍內(nèi) (例如在堆肥第9 天 三個(gè)處理的NH4+-N/NO3--N比值分別為47.8、42.8和48.2)，而在該時(shí)間點(diǎn)的GI卻低于50%(圖5)，未滿(mǎn)足腐熟度要求，說(shuō)明NH4+-N/NOx--N值并不能作為堆肥腐熟度的判斷指標(biāo)，或者其應(yīng)用范圍有待進(jìn)一步探究。

在整個(gè)堆肥周期內(nèi)全氮含量在升溫期 (前3 天)均明顯降低，而后逐漸增加，這與升溫期NH3的大量釋放有關(guān)[32]。3 天之后低通風(fēng)量處理的全氮含量則開(kāi)始出現(xiàn)緩慢增加趨勢(shì)，這是因?yàn)樵? 天之后堆體的溫度均達(dá)到50℃以上 (圖2)，此時(shí)微生物代謝較為活躍，大量易降解的有機(jī)物質(zhì)開(kāi)始礦化分解為CO2和水，堆肥物料質(zhì)量下降迅速，導(dǎo)致全氮含量增加。而中通風(fēng)量處理和高通風(fēng)量處理的全氮含量仍然呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，這是因?yàn)樵? 天之后鼓風(fēng)策略開(kāi)始進(jìn)入第二階段，此時(shí)中通風(fēng)量和高通風(fēng)量處理的風(fēng)量均由初始的0.1 m3/(m3·min) 分別增加到0.2和0.3 m3/(m3·min)，加劇了堆體內(nèi) NH3的釋放。

4 結(jié)論

1) 雞糞工廠(chǎng)化好氧堆肥過(guò)程中，分別設(shè)置通風(fēng)量1 m3物料為0.1、0.2和0.3 m3/min時(shí)，三個(gè)處理的堆體高溫 (＞ 50℃) 持續(xù)時(shí)間均超過(guò)12 天、好氧堆肥結(jié)束pH為7.8～8.0、含水率29%～32%、種子發(fā)芽指數(shù) (GI) 均大于80 %，至堆肥結(jié)束時(shí)所有處理均已腐熟并且達(dá)到無(wú)害化要求。

2) 不同通風(fēng)量條件下NH4+-N含量均呈現(xiàn)先緩慢增長(zhǎng)后逐漸降低的趨勢(shì)；NO3--N含量前期增加平緩，后期明顯增加；全氮含量先降低后增加；堆肥結(jié)束三個(gè)處理的氮素?fù)p失率分別為19.8%、20.2%和29.6%，低通風(fēng)量與中通風(fēng)量處理之間差異不顯著 (P ≥0.05)，低通風(fēng)量、中通風(fēng)量較高通風(fēng)量處理均有明顯差異 (P ≤ 0.05)。在一定的通風(fēng)量范圍內(nèi)，雞糞堆肥過(guò)程中較高的通風(fēng)量伴隨著較高的氮素?fù)p失，采用中通風(fēng)量即0.2 m3/(m3·min) 時(shí)保氮效果較好。