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花生壳作为填充剂在堆肥过程中影响腐殖化特性并改善堆肥质量

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环境卫生工程 2025年第1期33卷 67-77页

作者：陆晓林张起强谭正准曾令湖潘玉红李治培李群良覃广胜中国农业科学院广西壮族自治区水牛研究所、广西水牛遗传繁育重点实验室广西南宁530001 广西大学化学化工学院广西南宁530004

畜禽养殖固体粪污引起的环境污染和资源浪费是规模化养殖场面临的现实难题,堆肥是畜禽粪便资源化利用的有效途径。以牛粪和木糠为研究对象,设置了未添加花生壳(CS)和添加花生壳(CSP)两个处理组,探究花生壳填充剂的添加对牛粪堆肥质量性... 详细信息

畜禽养殖固体粪污引起的环境污染和资源浪费是规模化养殖场面临的现实难题,堆肥是畜禽粪便资源化利用的有效途径。以牛粪和木糠为研究对象,设置了未添加花生壳(CS)和添加花生壳(CSP)两个处理组,探究花生壳填充剂的添加对牛粪堆肥质量性能的影响。结果表明:CS与CSP处理组的最高温度分别为67.1℃和69.5℃,高温期分别持续26 d和15 d,CSP处理组更能促进堆温上升和堆体腐熟稳定。堆肥结束时,CS和CSP处理组的发芽指数分别为80.10%和103.56%,有机质的降解率分别为11.35%和13.25%,E_(465)/E_(665)较堆肥前分别提高了30.68%和94.74%,腐殖质含量分别提高了21.06%和31.53%,胡敏酸含量分别提高了57.48%和71.15%,聚合度分别提升97.96%和189.29%,CSP处理组的腐殖化状况和芳香度更好。斯皮尔曼相关性和结构方程模型分析显示:可溶性有机碳和碳氮比是牛粪堆肥腐殖化过程中的关键影响因素;花生壳的添加增强了腐殖质组分与光谱学参数的相关性,同时还增多了显著影响胡敏酸形成的路径,提高碳氮养分向胡敏酸转化的活跃度,从而提高堆肥产物的芳香性和腐殖化程度。研究结果可为牛粪废弃物商业化堆肥过程中的腐殖化高效定向调控提供科学依据。

关键词：堆肥牛粪花生壳填充剂腐殖化芳香性

不同浓度氧气对氧化铁促进的非生物腐殖化产物光谱特性的影响

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1620-1626页

作者：张颖超毕志涛田雯鑫徐锐唐首锋石洪影张鸿琼燕山大学环境与化学工程学院环境工程系河北秦皇岛066004 云南省农村能源工程重点实验室云南昆明650500 河北省水体重金属深度修复与资源利用重点实验室河北秦皇岛066004 黑龙江博能绿色能源科技股份有限公司黑龙江哈尔滨150030 东北农业大学工程学院新能源科学与工程系黑龙江哈尔滨150030

腐殖化是有机残体经微生物转化或化学氧化聚合形成腐殖质的固碳过程,产物腐植酸(HA)所具有的活性基团对污染物的环境化学行为有重要影响。天然矿物如含Mn/Fe/Al/Si的氧化物可以促进有机单体小分子物质(如多酚、还原性糖、氨基酸等)氧化... 详细信息

腐殖化是有机残体经微生物转化或化学氧化聚合形成腐殖质的固碳过程,产物腐植酸(HA)所具有的活性基团对污染物的环境化学行为有重要影响。天然矿物如含Mn/Fe/Al/Si的氧化物可以促进有机单体小分子物质(如多酚、还原性糖、氨基酸等)氧化聚合成HA。作为天然氧化剂,氧气可与金属氧化物协同促进非生物腐殖化,并提高产物HA质量。不同氧气浓度对金属氧化物促进的非生物腐殖化及有机质基团演化的影响尚不清楚。该研究选择儿茶酚和甘氨酸作为腐殖化前体物,分别代表多酚和蛋白质类物质降解的小分子。采用氧化铁作为腐殖化强化剂。对反应过程中的溶液及提取的HA进行紫外可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)分析。结果表明,在不同氧气浓度气氛下,有机质芳构化程度(UV_(254))依次表现为:21%氧气浓度>40%氧气浓度>0%氧气浓度。HA产量变化趋势与UV 254结果一致,且在21%氧气浓度下,HA产量较40%与0%氧气浓度提升了25%。XPS光谱分析表明:21%氧气促进了HA中胺基N向吡咯N的转化,而40%氧气浓度则促进了胺基N向酰胺N的转化,0%氧气浓度下HA仍有胺基N。FTIR分析结果表明:·OH促进芳香类物质环裂形成了HA中的含氧官能团(C O,COOH)。FTIR与UV-Vis的异质二维谱图分析结果表明,氧气促进了氨基酸转化成HA的C O基团及酰胺转化成HA的芳基与脂肪族基团。结构方程模型(SEM)分析结果表明:铁离子溶出量是影响HA产率的关键因素,21%浓度的氧气通过促进铁离子的溶出加速了有机质的聚合。此外,Fe^(2+)/Fe^(3+)与HA产率呈负相关,说明氧气通过促进铁离子的转化间接影响了腐殖化反应。氧气浓度影响了腐殖化产物的转化,进而影响了HA的产量和官能团组成。研究揭示了氧气浓度对腐殖化产物的影响,为腐殖化理论的完善提供参考。

关键词：腐殖化氧化铁氧气浓度 X射线光电子能谱二维相关光谱

不同覆盖对圣女果秸秆简化静态堆肥与腐殖化进程的影响

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农业工程学报 2024年第4期40卷 273-283页

作者：林嘉聪韩卓雅王定美麦力文李勤奋袁京余小兰李光义中国热带农业科学院环境与植物保护研究所农业农村部热区高效农业绿色低碳重点实验室海南省热带生态循环农业重点实验室海口570010 华中农业大学资源与环境学院武汉430070 中国农业大学资源与环境学院北京100193 海南儋州热带农业生态系统国家野外科学观测研究站国家农业环境儋州观测实验站国家农业绿色发展长期固定观测儋州试验站儋州571737

热带圣女果种植分布广,产生的秸秆废弃物难收储。在热带高温多雨气候条件下,如何高效、简单、低成本实现圣女果秸秆的就地无害化与腐殖化还田,是热带圣女果秸秆废弃物处置利用面临的重要难题之一。该研究以构建秸秆简化、就地的静态堆... 详细信息

热带圣女果种植分布广,产生的秸秆废弃物难收储。在热带高温多雨气候条件下,如何高效、简单、低成本实现圣女果秸秆的就地无害化与腐殖化还田,是热带圣女果秸秆废弃物处置利用面临的重要难题之一。该研究以构建秸秆简化、就地的静态堆肥工艺为目标,模拟了polytetrafluoroethylene(PTFE)分子膜、polyvinyl-chloride(PVC)塑料膜、无覆盖(即干秸秆原料)3种不同覆盖所形成的静态环境对堆肥理化性质与腐殖化进程的影响,结合冗余-相关性分析与二维相关傅立叶红外光谱阐明腐殖化的影响规律及其关键组分的分子结构演化机制。结果表明:3种覆盖下≥50℃高温期持续时间均超过5 d;促进产热-蓄热-保温能力上,由高到低顺序依次为:分子膜、无覆盖、塑料膜。秸秆堆肥过程中酸碱度、电导率、氮磷钾、容重升高,大颗粒破碎,小颗粒占比提高。覆盖塑料膜堆肥有效积温相对较低,有机碳损失相对较低,堆肥后有机碳降幅分别为20.12%(分子膜)、4.63%(塑料膜)与16.13%(无覆盖)。相比于无覆盖,分子膜覆盖可以显著加快堆肥腐殖化进程;塑料膜覆盖堆肥虽能实现一定程度腐殖化,但腐殖化率最低。3种处理下腐殖化指数分别为15.61%(分子膜)、9.95%(无覆盖)、6.17%(塑料膜)。二维相关光谱表明木质纤维素分解产生的醌、醛、酮、多酚类化合物与氨基聚合,多酚缩合可能是秸秆腐殖酸合成的主要途径。分子膜与塑料膜覆盖下,重点调控物料结构与养分,并提高温度,是提高腐殖化效果的关键。

关键词：堆肥腐殖化圣女果秸秆分子膜覆盖

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生物质湿解腐殖化和液化产物特性分析

太阳能学报 2015年第12期36卷 3083-3089页

作者：郭淑青董向元刘开拓中原工学院能源与环境学院郑州450007

在小型湿解实验装置中，对草坪草和梧桐树叶进行不同温度下的湿解实验，考察两种生物质样品湿解固体、液体产物特性及形成机理。研究发现：停留时间为60min时，在160～240℃的温度区间，随温度的升高，两种生物质样品固体产物含碳量增... 详细信息

在小型湿解实验装置中，对草坪草和梧桐树叶进行不同温度下的湿解实验，考察两种生物质样品湿解固体、液体产物特性及形成机理。研究发现：停留时间为60min时，在160～240℃的温度区间，随温度的升高，两种生物质样品固体产物含碳量增加，但碳固存率下降，200℃时，梧桐树叶较草坪草芳香化和炭化程度高；液体产物产率增多，进入液体产物中的碳份额增多，梧桐树叶较草坪草的液体产物产率和碳份额低；液体产物中还原糖、糠醛、5-羟甲基糠醛、5-甲基糠醛的浓度随温度的升高均呈先升后降的变化趋势，乙酸浓度逐渐增加；生物质湿解产物的形成过程，主要是其化学组分通过一系列的水解、缩聚和芳香化等共同作用的结果。

关键词：湿解腐殖化生物质温度草坪草梧桐树叶

盐含量对餐厨垃圾好氧堆肥腐殖化过程及微生物演变的影响

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农业工程学报 2022年第19期38卷 190-201页

作者：刘娟沈玉君罗文海丁京涛孟海波周海宾张曦程红胜王健徐鹏翔农业农村部规划设计研究院农村能源与环保研究所北京100125 中国农业大学资源与环境学院北京100193 新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所石河子832000 农业农村部资源循环利用技术与模式重点实验室北京100125

含盐量过高会对堆肥有机质腐殖化过程产生抑制作用,但作用规律仍不清楚。该研究以餐厨垃圾为研究对象,以不添加盐分的处理为对照,设置添加食用盐的处理作为试验组(添加质量分数分别为0.5%、1%和1.5%),进行好氧堆肥,研究不同盐分含量对... 详细信息

含盐量过高会对堆肥有机质腐殖化过程产生抑制作用,但作用规律仍不清楚。该研究以餐厨垃圾为研究对象,以不添加盐分的处理为对照,设置添加食用盐的处理作为试验组(添加质量分数分别为0.5%、1%和1.5%),进行好氧堆肥,研究不同盐分含量对基本腐熟度指标、有机质组成、腐殖质(Humus,HS)的影响,并结合微生物群落结构和相关性统计分析阐明其作用规律。结果表明,4个处理温度、碳氮比(C/N)、有机质组成等达到腐熟要求,但盐分添加提高了堆体电导率(Electrical Conductivity,EC),添加比例达到1.5%时,高温期缩短至13 d,种子发芽指数(seed Germination Index,GI)降低至65.5%,总有机物降解率降低6.5%,有机质腐殖化过程受到限制。高通量测序和相关性分析的结果表明,添加1.5%盐分主要通过抑制高温双岐菌(Thermobifida)、糖单孢菌(Saccharomonospora)和曲霉(Aspergillus)、毛孢子菌(Trichosporon)的活性,降低总糖、木质纤维素等有机物质的降解和后续HS形成,从而限制餐厨垃圾堆肥过程中腐殖化效果的提升。该研究将为餐厨垃圾等农村有机废弃物处理技术应用提供理论指导。

关键词：微生物好氧堆肥腐殖化餐厨垃圾盐分

沼渣与餐厨废弃物、牛粪联合堆肥的腐殖化进程研究

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农业机械学报 2019年第8期50卷 331-338页

作者：白玲李倩邓芸黄振兴谢利娟阮文权江南大学环境与土木工程学院无锡214122 江苏省厌氧生物技术重点实验室无锡214122

为探究不同沼渣联合堆肥的腐殖化进程,以污泥沼渣、秸秆沼渣和醋糟为主要原料分别与餐厨废弃物、牛粪联合堆肥,进行堆肥过程中酶活性变化及堆肥前后腐殖化特征变化的表征。研究结果表明:秸秆沼渣堆肥过程中脱氢酶和脲酶活性随着堆肥进... 详细信息

为探究不同沼渣联合堆肥的腐殖化进程,以污泥沼渣、秸秆沼渣和醋糟为主要原料分别与餐厨废弃物、牛粪联合堆肥,进行堆肥过程中酶活性变化及堆肥前后腐殖化特征变化的表征。研究结果表明:秸秆沼渣堆肥过程中脱氢酶和脲酶活性随着堆肥进行呈先增加后降低的趋势,且保持较高的多酚氧化酶、纤维素酶活性,加速了有机物的分解和腐殖化;相比秸秆沼渣和醋糟,污泥沼渣在堆肥结束时脱氢酶和脲酶活性依然较高,分别为19.25μg/(g·h)、6.22 mg/(g·d),表明还存在部分不稳定有机物。经过30 d堆肥后,沼渣逐渐腐殖化,腐殖酸的分子量分别由堆肥前的2 024、3 284、2 090 Da变为堆肥后的2 061、3 929、3 990 Da。综上,基于多元参数表征能够为沼渣的高效资源化及其产品应用提供理论依据。

关键词：沼渣联合堆肥酶活性腐殖化腐殖酸分子量

农林废弃物对厨余垃圾堆肥腐殖化的影响与微生物驱动机制

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农业工程学报 2023年第13期39卷 191-201页

作者：施童陈杰亓传仁李国学罗文海徐志程中国农业大学资源环境学院农田土壤污染防控与修复北京市重点实验室北京100193 农业农村部资源循环利用技术与模式重点实验室北京100125

高碳源农林辅料复配是实现厨余垃圾好氧堆肥促腐提质的关键技术,但不同辅料对厨余垃圾堆肥过程腐殖化的影响及其相应的微生物驱动机制仍不清楚,从而限制了对辅料的有效筛选与利用。为此,该研究选用园林废弃物、玉米秸秆和西瓜秧3种典型... 详细信息

高碳源农林辅料复配是实现厨余垃圾好氧堆肥促腐提质的关键技术,但不同辅料对厨余垃圾堆肥过程腐殖化的影响及其相应的微生物驱动机制仍不清楚,从而限制了对辅料的有效筛选与利用。为此,该研究选用园林废弃物、玉米秸秆和西瓜秧3种典型高碳源农林废弃物为辅料,探究其对厨余垃圾堆肥过程有机质腐殖化的调控效果与机制。研究结果表明:相较于园林废弃物和西瓜秧,添加15%玉米秸秆(湿质量)作为辅料,能够有效调节堆体物料结构,富集功能微生物,促进厨余垃圾堆肥产物腐熟度提升,种子发芽指数可达139%。具体而言,西瓜秧蛋白质含量较高,作为辅料能够在堆肥初期促进堆体快速升温,但不利于高温期延续,且产物腐殖化程度较低。相比之下,园林废弃物和玉米秸秆添加可以在高温期和降温腐熟期富集更多Ureibacillus、Bacillus Oceanobacillus和Flavobacterium等具有木聚糖降解和纤维素降解功能的细菌,促进有机质转化为多酚、氨基酸等腐殖质前驱物,进而推动稳定的腐殖酸生成。特别是玉米秸秆作为辅料时有效增加了具有木质纤维素降解功能的细菌,从而能够加速有机质的降解,促进腐殖化提升75%,研究结果为选取适宜的辅料强化厨余垃圾堆肥产品品质提供参考。

关键词：堆肥微生物厨余垃圾高碳源农林废弃物细菌群落结构与功能腐殖化

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麦秆湿解固体产物腐殖化与炭化特性分析

农业机械学报 2015年第1期46卷 180-184,199页

作者：郭淑青董向元刘开拓中原工学院能源与环境学院郑州450007

为了研究生物质湿解过程中固体产物的腐殖化和炭化特性,以麦秆为原料,在高温高压反应釜中,进行反应温度为220℃、停留时间30-180 min条件下的湿解实验研究,结合X射线衍射（XRD）和傅里叶红外光谱（FTIR）检测分析结果对麦秆湿解固体产... 详细信息

为了研究生物质湿解过程中固体产物的腐殖化和炭化特性,以麦秆为原料,在高温高压反应釜中,进行反应温度为220℃、停留时间30-180 min条件下的湿解实验研究,结合X射线衍射（XRD）和傅里叶红外光谱（FTIR）检测分析结果对麦秆湿解固体产物的微观结构和化学组成进行了深入分析。研究发现,麦秆经过湿解处理,固体产物中C元素质量分数从停留时间30 min时的45.86%逐渐增加至180 min时的49.06%;在停留时间为60 min时,XRD谱图上在衍射角2θ约为26°附近就已经出现强峰,微晶结构接近于石墨,并随停留时间的增加,芳香化和炭化程度逐渐提高;固体产物中含有丰富的腐殖质,具有大量的芳香结构和含氧官能团。

关键词：湿解麦秆炭化腐殖化停留时间

川西高寒生态系统不同海拔土壤动物对冬季凋落叶腐殖化过程的影响

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生态学报 2017年第5期37卷 1595-1602页

作者：谭羽杨万勤廖姝彭艳李俊吴福忠四川农业大学林业生态研究所成都611130 林业生态工程重点实验室成都611130

凋落叶在冬季的腐殖化过程是高寒生态系统土壤有机质形成和碳固定的重要阶段,并可能受到严酷冻结环境下仍具有一定活性的土壤动物的影响,但缺乏必要的关注。因此,以川西高山峡谷区海拔3000、3600、4000m的高寒森林和草甸典型凋落叶为研... 详细信息

凋落叶在冬季的腐殖化过程是高寒生态系统土壤有机质形成和碳固定的重要阶段,并可能受到严酷冻结环境下仍具有一定活性的土壤动物的影响,但缺乏必要的关注。因此,以川西高山峡谷区海拔3000、3600、4000m的高寒森林和草甸典型凋落叶为研究对象,采用不同孔径大小的凋落物网袋去除土壤动物的方法,根据凋落叶的自然腐解过程,于2013年11月—2014年4月研究了不同冻融时期(冻结前期、深冻期、融化期)土壤动物对凋落叶腐殖化过程的作用。结果表明:通过对色调系数(Δlog K)和光密度值(E_4/E_6)值的分析,在高寒生态系统中,冬季随着温度的降低土壤动物促进了凋落叶的腐殖化,而随着温度的升高土壤动物抑制了凋落叶的腐殖化。深冻期土壤动物对海拔3000m的森林凋落叶腐殖化过程具有显著促进作用;在冻结前期土壤动物对海拔3600m森林凋落叶腐殖化过程具有显著促进作用;而融化期土壤动物对海拔4000m的草甸凋落叶腐殖化过程具有显著的抑制作用;其他海拔和时期没有显著影响。冻结初期土壤动物对凋落叶的腐殖化速率的作用高于深冻期和融化期,腐殖化度在深冻期达到最大值。这些结果表明气候变化情景下冬季变暖可能导致土壤动物抑制凋落物腐殖化,减少凋落物向土壤有机质的转化。

关键词：腐殖化土壤动物凋落叶色调系数光密度值