《表2 堆肥过程含水率变化 (%)》

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《炭基辅料对羊粪好氧堆肥中氮素损失的影响》

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氮素在堆肥过程中的转化主要包括有机氮的矿化、硝化和反硝化、NH3吸附和挥发以及有机氮的合成[25]。一方面有机氮经矿化作用转化为无机氮，部分以NH3形式挥发损失，部分与水结合形成NH4+，NH4+在硝化细菌的作用下进一步转化为NO3-、N2O，部分NO3-经反硝化作用产生N2、N2O等[26]；另一方面通过微生物的代谢合成可将部分氮素转化为腐殖质的一部分[27]。本试验结果表明，添加炭基辅料降低了羊粪堆肥体的NH4+、NO3-含量，且显著减少了NH3挥发累积量，堆肥34 d后CA处理的NH3挥发累积量较CK处理降低了52.32%，与许多已经报道的研究结论相同[2-7]，然而，关于添加生物质炭减少堆肥过程氨挥发的原因分析，观点不一:一是认为生物质炭可以直接物理吸附NH4+、NO3-、NH3等氮素物质，并认为物理吸附为主要吸附方式[5-7，28～29]，从而减少堆肥过程的氮素损失；二是认为生物质炭表面含有丰富的羧基和酚羟基等酸性官能团，这些酸性官能团通过离子键与堆体中的NH4+结合，并在微生物作用下促使NH4+向其他更复杂的腐殖质态氮素形式转变，从而减少堆肥过程的NH3挥发[30-31]，同时，堆肥中NO3-来源于NH4+的硝化作用，在硝化底物降低条件下，NO3-也相应降低[26]；笔者认为生物质炭固定氮素过程中物理、化学吸附方式并存，并且不同形态氮素先通过物理吸附迅速固定，而铵态氮向腐殖态氮转化是一个缓慢的过程；但是，有关堆肥过程中生物质炭的保氮作用方式及机理尚不清晰，有待进一步研究。另外，本试验结果表明，羊粪堆肥过程的N2O排放通量呈先上升后下降的变化趋势，在堆肥第18 d达排放峰值，N2O在堆肥前期（0～7 d）的排放累积量很低，之后逐渐快速上升，这主要是因为堆肥的高温期，硝化细菌的生长繁殖受到抑制，之后堆温逐渐下降，硝化作用增强[32-33]；但是，添加炭基辅料增加了羊粪堆肥过程N2O排放速率与通量，而付祥峰等[16]认为生物质炭应用于猪粪堆肥过程可以显著降低堆肥体的N2O排放；一般认为，生物质炭可通过改变堆肥体温度、含氧量、pH值、含水率、氮素含量等环境因子，影响氮素循环相关的功能微生物，进而影响堆肥体中硝化与反硝化作用[34]；生物质炭具有多孔性和巨大的比表面积，刘宁等[6]认为生物炭能为硝化细菌等微生物群落提供相对适宜的庇护场所，以抵御高温等恶劣的外部环境，利于微生物群落的繁衍和降解活动，促进硝化细菌将NH4+转化成NO3-，通过促进硝化作用来抑制氨挥发；本试验结果表明，粒径为6～7 cm的颗粒状炭基辅料，在堆体内形成孔隙结构，有利于促进堆体含水率的降低（表2），从而有效改善了羊粪堆肥体含氧量等环境因子，与CK相比，CA处理N2O排放增加，可能主要来源于NH4+被物理吸附后的硝化过程。