江 振，王巨媛，于學茹，張 瑞，倪維銘，翟 勝*

(1.聊城大學 環(huán)境與規(guī)劃學院，山東 聊城 252059； 2.聊城大學 農(nóng)學院，山東 聊城 252059)

牛糞不同堆肥模式對溫室氣體排放的影響

江 振1，王巨媛2，于學茹1，張 瑞1，倪維銘1，翟 勝1*

(1.聊城大學 環(huán)境與規(guī)劃學院，山東 聊城 252059； 2.聊城大學 農(nóng)學院，山東 聊城 252059)

采用靜態(tài)箱-氣相色譜法研究了自然狀態(tài)下牛糞(C)、牛糞+秸稈(CSt)、牛糞+土(CSo)、牛糞+秸稈+土(CStSo)4種堆肥模式對溫室氣體排放的影響，以期為溫室氣體減排和堆肥模式優(yōu)化提供參考。結果表明：堆肥期間堆溫和溫室內氣溫隨時間推進均呈升—降—升的趨勢，同一觀測時間點氣溫高于堆溫，總體上CSt、CStSo處理的堆溫略高于C、CSo處理，表明加入秸稈具有提高堆溫的效果。隨時間推進，C處理的CO2、CH4和N2O排放通量總體均呈增加的趨勢，第6～7周排放通量較大；CSt、CSo、CStSo處理的3種溫室氣體排放通量總體均呈先升后降的趨勢，CO2和CH4排放通量最大值總體出現(xiàn)在第2周，N2O排放通量在第5～6周時較大。CO2平均排放通量表現(xiàn)為CSt>CStSo>CSo>C，除C處理與CSo處理無顯著差異外，其他處理間差異顯著；CH4平均排放通量表現(xiàn)為C>CSt>CStSo>CSo，C處理與CSt、CSo、CStSo處理之間及CSt、CSo處理之間差異顯著；N2O平均排放通量表現(xiàn)為CSo>CSt>CStSo>C，CSo處理與C處理差異顯著。CSt、CSo、CStSo處理的全球增溫潛勢(GWP)分別是C處理的3.25、2.61、2.59倍，主要是由于CSt、CSo、CStSo處理的CO2和N2O排放總量顯著高于C處理，其對GWP的貢獻率均高達97%以上。綜合考慮廣大農(nóng)村堆料實際組分及溫室氣體減排，建議采用CStSo堆肥模式，但應適當增加牛糞和土的用量。

牛糞； 堆肥模式； 溫室氣體排放通量； 全球增溫潛勢

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次評估報告指出：過去130 a，全球升溫0.85 ℃[1]。全球變暖已成為各國政府和科學界廣泛關注的焦點[2-4]。CO2、CH4、N2O 3種主要溫室氣體對全球變暖的貢獻率高達80%[5]。2013年，中華人民共和國氣候變化第二次國家信息通報指出，我國農(nóng)業(yè)活動溫室氣體排放量為8.20×108t，占溫室氣體排放總量的10.97%，農(nóng)業(yè)活動是溫室氣體的主要排放源之一[6]。其中，動物糞便CH4排放量為2.86×106t；動物糞便N2O排放量為2.66×105t，占農(nóng)業(yè)活動N2O排放總量的28.35%，堆肥排放的N2O量占動物糞便N2O排放量的5.2%[7]。隨著我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展和畜禽廢棄物的日益增多[8]，研究畜禽糞便堆肥過程中溫室氣體排放情況對減緩全球變暖具有重要的參考價值。

目前，國內外關于畜禽糞便堆肥對溫室氣體排放的影響研究較多[9-21]。陸日東等[12]借助實驗室自動控溫設備測定不同溫度下牛糞溫室氣體排放速率發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，溫室氣體尤其是CO2排放速率變大，但同時微生物活性增強，氧氣消耗量增多，導致局部厭氧，CH4排放量增多。秦莉等[13]在控制60%含水率和強制通風條件下，利用豬糞和玉米秸稈研究不同C/N對堆肥中CH4排放的影響發(fā)現(xiàn)，C/N在15～25時,CH4排放量隨著C/N變大而增加。謝軍飛等[14-15]研究豬糞和雞糞堆肥過程中溫室氣體的排放量發(fā)現(xiàn)，通風良好有利于CO2排放，缺氧和較高的濕度有利于CH4排放，干濕交替會增加N2O排放量。陸日東等[16]研究發(fā)現(xiàn)，提高牛糞堆積高度有利于CH4的排放，減少CO2和N2O的排放量。鋸末覆蓋顯著增加N2O排放量[17]，玉米秸稈覆蓋則減少N2O排放量[18]，覆蓋塑料薄膜可以降低CO2和N2O排放量和堆肥初期CH4排放量[19]。翻堆可調節(jié)堆體溫度、含水率、含氧量，加速微生物反應，進而增加溫室氣體排放量[20-21]。綜上所述，已有研究主要集中在堆體物料的性質、通風狀況、堆積高度、覆蓋物、翻堆頻率等對溫室氣體排放的影響方面。有關自然狀態(tài)即無人為擾動條件下，堆肥對溫室氣體排放的影響研究尚未見報道。而無人為擾動堆肥是當前農(nóng)牧民普遍采取的模式。因此，研究自然狀態(tài)下畜禽糞便堆肥對溫室氣體排放的影響更具有參考價值和現(xiàn)實指導意義，更能反映實際溫室氣體排放規(guī)律和增溫潛勢。我國農(nóng)作物秸稈每年產(chǎn)生7×108t[22]，大部分秸稈直接焚燒或堆放，造成資源浪費且加劇了環(huán)境污染。純糞堆肥存在著發(fā)酵周期長、氮素損失嚴重、容易產(chǎn)生惡臭氣體等諸多問題[23]。利用畜禽糞便和作物秸稈混合堆肥，可以改善畜禽糞便單獨堆肥時的弊端，實現(xiàn)糞便和秸稈的資源化利用。為此，用牛糞、小麥秸稈、土為原料，在無人為擾動條件下研究牛糞、牛糞+秸稈、牛糞+土、牛糞+秸稈+土4種堆肥模式對溫室氣體排放的影響，以期為溫室氣體減排和堆肥模式優(yōu)化提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗設計

試驗在山東省聊城市東昌府區(qū)聊城大學土壤生態(tài)環(huán)境教學科研基地日光溫室(36°26′N、115°57′E)進行，該溫室東西走向，長30 m、寬12 m。試驗共設4個堆肥處理：牛糞(C)；牛糞+秸稈(CSt)，2種物料體積比為1∶1；牛糞+土(CSo)，2種物料體積比為1∶1；牛糞+秸稈+土(CStSo)，3種物料體積比為1∶1∶1，各處理牛糞體積相同。試驗所用秸稈為小麥秸稈，其C/N=(65～85)∶1，牛糞C/N=(21～32)∶1。將堆料充分混勻后，裝入無底無蓋的長方體木制箱中，其長×寬×高為40 cm×40 cm×35 cm，并在堆體表面均勻覆蓋2～3 cm厚的干土，整個堆肥過程不擾動堆體。

1.2 氣樣采集與分析

2016年1月11日開始堆肥，3月1日結束，共計50 d，1月18日即堆肥后第1周開始采氣，以后每周采一次氣，采氣時間為09:00—11:00。采氣用靜態(tài)密閉箱法進行，底座用不銹鋼材料制成，長×寬×高為50 cm×50 cm×20 cm，采氣前將底座套在堆體外側，在確保底座基本水平的前提下沿底座四周用土埋嚴實，采氣時將透明有機玻璃材質的采氣箱罩在該底座上并注水密封，采氣箱長×寬×高為49 cm×49 cm×90 cm。在蓋箱后0、10、20、30 min用100 mL注射器從箱中抽取氣體注入200 mL采氣袋中，在采集氣樣的同時記錄采氣箱內溫度、溫室內氣溫及堆體中心的溫度。氣樣用Agilent 7890A氣相色譜儀分析，柱箱溫度為60 ℃，CH4用FID檢測器測定，CO2經(jīng)鎳觸媒轉化器轉化成CH4后用FID檢測器測定，檢測溫度為250 ℃；N2O用μECD檢測器測定，檢測溫度為300 ℃。溫室氣體排放通量計算公式[24]如式(1)。

F=M/V0×P/P0×T0/T×H×dC/dt

(1)

其中，F(xiàn)為被測氣體排放通量[mg/(m2·h)]，M為氣體的摩爾質量(g/mol)，V0為標準狀態(tài)下氣體的摩爾體積(22.4 L/mol)，P為采氣箱內實際大氣壓(Pa)，P0和T0為標準狀態(tài)下氣體的壓強(1.01×105Pa)和溫度(273.15 K)，T為箱內實際溫度(K)，H為箱體高度(m)，dC/dt為氣體濃度變化率[μL/(L·h)]。

全球增溫潛勢(GWP)的計算公式[25]如式(2)。

GWP=fCO2+25×fCH4+298×fN2O

(2)

式中，f為整個堆肥過程不同溫室氣體的排放總量(kg/hm2)，其計算方法為累加法[26]，計算公式如式(3)。

(3)

式中，F(xiàn)i、Fi+1為第i次和第i+1次采樣的土壤溫室氣體排放通量[mg/(m2·h)]，D為連續(xù)2次采樣間隔天數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

圖表制作及數(shù)據(jù)處理用Excel 2007和SPSS 17.0軟件進行，采用Duncan氏新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 牛糞不同堆肥模式對堆溫的影響

由圖1可見，在同一觀測時間，溫室內氣溫高于各處理的堆溫。溫室內氣溫隨時間推進呈升—降—升的趨勢，變幅為14.33～23.50 ℃，最低和最高氣溫分別出現(xiàn)在第4周和第7周，這是氣溫季節(jié)變化和天氣陰晴變化共同作用的結果。4種堆肥處理的堆溫隨時間推進也呈升—降—升的趨勢，與溫室內氣溫的變化趨勢基本一致，表明堆溫直接受氣溫影響。但不同堆肥處理間堆溫存在較大差異，C、CSt、CSo和CStSo處理的堆溫變幅分別為7.90～14.80 ℃、8.80～14.48 ℃、7.20～13.50 ℃和6.95～14.50 ℃，堆溫變幅明顯小于氣溫變幅。CSt和CStSo處理在第2周首次出現(xiàn)波峰，而C和CSo處理在第3周才出現(xiàn)第1個波峰，第4周之后，4種處理的堆溫均呈平穩(wěn)上升趨勢，CSt、CStSo處理的堆溫略高于C、CSo處理，表明加入秸稈可有效增加堆體溫度，這與盧秉林等[27]的研究結果一致。可見，溫室內氣溫和堆溫變化均呈升—降—升的趨勢，同一觀測時間點氣溫高于堆溫，CSt、CStSo處理的堆溫高于C、CSo處理。

Ts、Ta分別代表堆溫、溫室內氣溫圖1 牛糞不同堆肥處理的堆溫及溫室內氣溫變化

2.2 牛糞不同堆肥模式對CO2排放通量的影響

由圖2可以看出，C處理的CO2排放通量在波動中總體呈上升趨勢，變幅為708.18～1 768.56 mg/(m2·h)，最小值出現(xiàn)在第1周，最大值出現(xiàn)在第7周。CSt、CSo和CStSo處理的CO2排放通量總體上均呈先升后降的變化趨勢，變幅分別為3 390.91～5 445.80 mg/(m2·h)、1 409.91～2 619.42 mg/(m2·h)和2 368.12～4 622.80 mg/(m2·h)。第1周，CSt、CSo和CStSo處理的CO2排放通量均較低，可能與開始時堆溫較低，微生物活性較低有關；隨著堆肥的進行，堆溫逐漸上升，微生物活性增強，CO2排放通量增多，第2周達到最大值；之后受氣溫的影響，堆溫呈先陡降后緩升的趨勢，受堆溫快速降低的影響，微生物活性受到明顯抑制，致使CO2排放通量總體呈降低趨勢。CO2平均排放通量表現(xiàn)為CSt>CStSo>CSo>C，除C處理與CSo處理間無顯著差異外(P>0.05)，其他處理間均差異顯著(P<0.05)。CSt、CStSo處理的CO2排放通量較大，一方面是因為加入秸稈使堆料的通氣性變好，為好氧生物分解有機質提供了充足的氧氣，CO2排放量較多[15]；另一方面，加入秸稈提高了堆體溫度，增強了微生物活性，也促進CO2產(chǎn)生[28-29]。

圖2 牛糞不同堆肥處理的CO2排放通量

2.3 牛糞不同堆肥模式對CH4排放通量的影響

由圖3可知，C處理的CH4排放通量在波動中總體呈上升趨勢，最大值出現(xiàn)在第6周，最小值出現(xiàn)在第2周，變幅為9.00～28.33 mg/(m2·h) 。而CSt、CSo和CStSo處理CH4排放通量總體呈先升后降的趨勢，變幅分別為2.48～10.97 mg/(m2·h)、0.44～2.60 mg/(m2·h)和1.42～5.74 mg/(m2·h)。第1周，CSt、CSo和CStSo處理的CH4排放通量均較低，第2或3周達到最大值，之后逐漸減少，這與堆溫變化趨勢基本一致，表明CSt、CStSo、CSo處理的CH4排放通量受堆溫影響較大。這是因為CSt、CStSo、CSo處理在堆肥初期混合堆料過程摻入較多氧氣，抑制CH4產(chǎn)生菌的活性[30]，導致第1周的CH4排放通量均較低；隨著微生物的代謝，堆內氧氣含量總體在第2周快速降低，堆內CH4產(chǎn)生菌的活性明顯增強，從而CH4排放通量總體達到最大；之后隨著堆料水分含量的降低，通氣性增強，堆內氧氣含量增加，再次抑制CH4產(chǎn)生菌的活性[31-32]。CH4平均排放通量表現(xiàn)為C>CSt>CStSo>CSo，其中C處理顯著高于其他處理(P<0.05)，一方面是因為純牛糞含水量較高，堆體透氣性差，為CH4產(chǎn)生菌提供了厭氧環(huán)境；另一方面，純牛糞的C/N=(21～32)∶1，接近微生物生長繁殖的適宜C/N(25)[13]，微生物活性強，促進CH4排放。CSt處理的CH4平均排放通量顯著高于CSo處理(P<0.05)，主要是因為加秸稈致使堆溫較高，CH4產(chǎn)生菌活性強，促進CH4產(chǎn)生[13,33]。但CSt處理與CStSo處理之間以及CStSo處理與CSo處理之間差異均不顯著(P>0.05)。

圖3 牛糞不同堆肥處理的CH4排放通量

2.4 牛糞不同堆肥模式對N2O排放通量的影響

由圖4可見，C處理的N2O排放通量總體呈上升趨勢，最大值出現(xiàn)在第7周，變幅為0.83～4.67 mg/(m2·h)。這主要是由于C處理是含水量較高的純牛糞，堆肥初期嚴格的厭氧環(huán)境有利于反硝化終產(chǎn)物N2的形成，不利于N2O產(chǎn)生，隨著堆肥時間的延長，堆體含水量降低，透氣性有所改善，N2O排放通量逐漸增加[15]。CSt、CSo、CStSo處理的N2O排放通量呈先升后降的趨勢，其中，CSt、CSo的N2O最大排放通量均出現(xiàn)在第5周，CStSo出現(xiàn)在第6周，3種處理的N2O排放通量變幅分別為0.13～19.40 mg/(m2·h)、2.33～29.29 mg/(m2·h)和0.33～18.08 mg/(m2·h)。N2O平均排放通量表現(xiàn)為CSo>CSt>CStSo>C，除CSo處理與C處理之間差異顯著(P<0.05)外，其他處理間差異不顯著(P>0.05)。這是由于CSt和CStSo處理明顯改善了堆體的通氣性，不利于N2O的生成，CSo處理的透氣性較CSt和CStSo處理差而比C處理好，更有利于N2O的產(chǎn)生[15]。

圖4 牛糞不同堆肥處理的N2O排放通量

2.5 牛糞不同堆肥模式對溫室氣體排放總量及GWP的影響

由表1可以看出，CO2排放總量表現(xiàn)為CSt>CStSo>CSo>C，其中CSt、CStSo、CSo處理的CO2排放總量分別是C處理的3.76、2.97、1.60倍，主要是由于加秸稈提高了堆溫，改善了堆體的透氣性，微生物活性增強，促進CO2排放。CH4排放總量表現(xiàn)為C>CSt>CStSo>CSo，C處理的CH4排放總量分別是CSt、CStSo、CSo處理的2.41、4.22、11.98倍，主要是由于C處理堆體含水量較高，嚴格的厭氧環(huán)境有利于CH4產(chǎn)生。N2O排放總量表現(xiàn)為CSo>CSt>CStSo>C，其中CSo處理的N2O排放總量分別是CSt、CStSo、C處理的1.51、1.84、6.16倍，表明嚴格厭氧條件和好氧條件均不利于N2O產(chǎn)生[15]。GWP表現(xiàn)為CSt>CSo>CStSo>C，其中CSt、CSo、CStSo處理的GWP分別是C處理的3.25、2.61、2.59倍，主要是由于CSt、CSo、CStSo處理的CO2和N2O排放總量(以CO2當量計)顯著高于C處理，其對GWP的貢獻率均高達97%以上，C處理CO2和N2O排放總量盡管顯著低于其他處理，但其對GWP的貢獻率也高達82%，由此可見，堆肥過程中CO2和N2O的排放是導致GWP增加的主要原因。表明C處理即純牛糞堆肥可減少溫室氣體排放，綜合考慮廣大農(nóng)村現(xiàn)實堆肥物料組合，建議采取CStSo堆肥模式，但要適當減少秸稈用量，增加牛糞和土的用量，CStSo堆肥模式優(yōu)化還有待進一步研究。

表1 不同堆肥處理溫室氣體排放總量及其GWP

注：①②代表整個堆肥過程氣體排放的CO2當量；同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

3 結論與討論

關于不同堆肥模式對堆溫的影響，普遍認為堆料中添加秸稈可以提高堆溫，且縮短進入高溫腐熟的時間[34]。本研究結果表明，添加秸稈的CSt、CStSo處理的堆溫高于不添加秸稈的C、CSo處理，且堆溫達到最大值的時間提前，與前人研究[34]結論一致。趙建榮等[35]研究發(fā)現(xiàn)，雞糞中添加麥稈進行堆肥的堆溫隨時間推進呈先升后降趨勢，且堆溫高于氣溫。本研究結果表明，溫室內氣溫和堆溫隨隨時間推進均呈升—降—升的趨勢，且同一觀測時間點氣溫高于堆溫。C、CSt、CSo和CStSo處理的堆溫變幅分別為7.90～14.80 ℃、8.80～14.48 ℃、7.20～13.50 ℃和6.95～14.50 ℃，堆溫變幅明顯小于氣溫變幅(14.33～23.50 ℃)。本研究結果與趙建榮等[35]的研究結論不一致的原因可能是堆肥條件不一樣，本研究中堆肥是在日光溫室中進行，溫室內氣溫明顯高于外界氣溫；也可能是因為添加秸稈的量不同，因為各堆體不同的C/N顯著影響堆肥進程[36]。

堆肥過程中排放的CO2主要是由微生物分解有機物產(chǎn)生的。本研究中C處理CO2排放通量總體呈上升趨勢，變幅為708.18～1 768.56 mg/(m2·h)，最大排放通量出現(xiàn)在第7周；CSt、CSo、CStSo處理CO2排放通量總體上均呈先升后降的趨勢，變幅分別為3 390.91～5 445.80、1 409.91～2 619.42、2 368.12～4 622.80 mg/(m2·h)，最大排放通量總體均出現(xiàn)在第2周。CO2平均排放通量表現(xiàn)為CSt>CStSo>CSo>C，除了C與CSo無顯著差異外(P>0.05)，其他處理間差異顯著(P<0.05)，添加秸稈的CSt、CStSo處理CO2平均排放通量較高，原因可能是加入秸稈提高了堆溫，改善了堆體的透氣性，微生物活性增強，促進CO2排放[15,28-29]。缺氧和厭氧條件下有利于堆肥過程中CH4的排放，陶金沙等[37]研究表明，CH4的排放峰出現(xiàn)在堆肥初期，原因是有機物在堆肥初期大量分解，造成堆體供氧不足，氧化還原電位下降，產(chǎn)生CH4；堆肥后期，可降解碳源減少造成CH4排放量減少。本研究結果與其相似，CSt、CSo、CStSo處理的CH4排放通量總體均呈先升后降的趨勢，在第2或3周達到最大值，之后逐漸減少，變幅分別為2.48～10.97、0.44～2.60、1.42～5.74 mg/(m2·h)。同時，C處理的CH4排放通量動態(tài)變化趨勢與其他處理不一致，總體上呈上升趨勢，最大值出現(xiàn)在第6周，變幅為9.00～28.33 mg/(m2·h)。CH4平均排放通量表現(xiàn)為C>CSt>CStSo>CSo，C處理顯著高于CSt、CSo、CStSo處理(P<0.05)，主要是由于C處理堆體含水量較高，嚴格的厭氧環(huán)境有利于CH4產(chǎn)生。

堆肥中N2O的產(chǎn)生來自銨態(tài)氮的硝化與硝態(tài)氮的反硝化過程，堆肥初始物料中的硝態(tài)氮濃度低，反硝化作用弱，因此，堆肥初期的N2O排放量少。He等[38]研究認為，堆肥后期的反硝化作用對堆肥中N2O總排放量的貢獻最大。這與本研究中N2O排放通量隨時間變化的規(guī)律一致，CSt、CSo、CStSo 處理的N2O排放通量呈先升后降的趨勢，最大值出現(xiàn)在后期(第5～6周)，變幅分別為0.13～19.40、2.33～29.29、0.33～18.08 mg/(m2·h)；C處理的N2O排放通量總體呈上升趨勢，最大值出現(xiàn)在第7周，變幅為0.83～4.67 mg/(m2·h)。N2O平均排放通量表現(xiàn)為CSo>CSt>CStSo>C，CSo處理與C處理差異顯著(P<0.05)，其他處理間差異不顯著(P>0.05)，CSo處理的透氣性較CSt和CStSo處理差而較C處理好，更有利于N2O的產(chǎn)生，因為嚴格厭氧條件和好氧條件均不利于N2O產(chǎn)生[15]。

本研究結果顯示，各堆肥處理的CO2和N2O排放總量占GWP比例較大，CH4排放總量所占比例最小，這與楊巖等[39]的研究結論一致。GWP表現(xiàn)為CSt>CSo>CStSo>C，CSt、CSo、CStSo 處理的GWP分別是C處理的3.25、2.61、2.59倍，主要是由于CSt、CSo、CStSo處理的CO2和N2O排放量較大所致。綜合考慮實際堆肥物料組分及溫室氣體減排，建議采取CStSo堆肥模式，但應適當增加牛糞和土的比例，具體的堆料配比還有待進一步研究。

[1] Intergovernmental Panel on Climate Change.Climate change 2013—The physical science basis：Working group Ⅰ contribution to the fifth assessment report of the IPCC[M].Cambridge,UK:Cambridge University Press,2013.

[2] 葛全勝,王芳,王紹武,等.對全球變暖認識的七個問題的確定與不確定性[J].中國人口資源與環(huán)境,2014,24(1):1-5.

[3] 姜大膀,福元海.2℃全球變暖背景下中國未來氣候變化預估[J].大氣科學,2012,36(2):234-244.

[4] 秦大河.氣候變化科學與人類可持續(xù)發(fā)展[J].地理科學進展,2014,33(7):874-883.

[5] Intergovernmental Panel on Climate Change.Climate change 2007—Impacts,adaptation and vulnerability：Working group Ⅱ contribution to the fourth assessment report of the IPCC [M].Cambridge,UK and New York:Cambridge University Press,2007:750-752.

[6] Thompson A G,Wagner-riddle C,Fleming R.Emissions of N2O and CH4during the composting of liquid swine manure [J].Environmental Monitoring and Assessment,2004,91(1/2/3):87-104.

[7] 國家發(fā)展和改革委員會應對氣候變化司.中華人民共和國氣候變化第二次國家信息通報[M].北京:中國經(jīng)濟出版社,2013:15-20.

[8] 仇煥廣,廖紹攀,井月,等.我國畜禽糞便污染的區(qū)域差異與發(fā)展趨勢分析[J].環(huán)境科學,2013,34(7):2766-2774.

[9] Beck-friis B,Smars S,Joknsson H,etal.Gaseous emissions of carbon dioxide,ammonia and nitrous oxide from organic household waste in a compost reactor under different temperature regimes [J].Journal of Agricultural Engineering Research,2001,78(4):423-430.

[10] Fukumoto Y,Osada T,Hanajima D,etal.Patterns and quantities of NH3,N2O and CH4emissions during swine manure composting without forced aeration—Effect of compost pile scale [J].Bioresource Technology,2003,89(2):109-114.

[11] Yamulki S.Effect of straw addition on nitrous oxide and methane emissions from stored farmyard manures [J].Agriculture Ecosystems and Environment,2006,112(2/3):140-145.

[12] 陸日東,李玉娥,萬運帆,等.溫度對奶牛糞便溫室氣體排放的影響[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報,2008,24(1):29-31.

[13] 秦莉,沈玉君,李國學,等.不同C/N比堆肥碳素物質變化規(guī)律研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2010,29(7):1388-1393.

[14] 謝軍飛,李玉娥,董紅敏,等.堆肥處理蛋雞糞時溫室氣體排放與影響因子關系[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2003,19(1):192-195.

[15] 謝軍飛,李玉娥.不同堆肥處理豬糞溫室氣體排放與影響因子初步研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2003,22(1):56-59.

[16] 陸日東,李玉娥,石鋒,等.不同堆放方式對牛糞溫室氣體排放的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2008,27(3):1235-1241.

[17] 朱海生,董紅敏,左福元,等.覆蓋及堆積高度對肉牛糞便溫室氣體排放的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2014,30(24):225-231.

[18] 陸日東,李玉娥,萬運帆,等.堆放奶牛糞便溫室氣體排放及影響因子研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2007,23(8):198-204.

[19] 孫凱佳,戚鑫,付彤,等.塑料薄膜覆蓋對牛糞便溫室氣體排放的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2015,31(3):262-267.

[20] 趙晨陽,李洪枚,魏源送,等.翻堆頻率對豬糞條垛堆肥過程溫室氣體和氨氣排放的影響[J].環(huán)境科學,2014,35(2):533-540.

[21] 化黨領,劉方,李國學,等.翻堆與覆蓋工藝對豬糞秸稈堆肥性質的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2011,27(12):210-217.

[22] 張雪松,朱建良.秸稈的利用與深加工[J].化工時刊,2004(5):1-5.

[23] 蔡海森.雞糞與稻殼堆肥影響因素的研究[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學,2015:10-11.

[24] 胡保安,賈宏濤,朱新萍,等.不同水分條件下巴音布魯克天鵝湖高寒濕地夏季N2O日排放特征[J].生態(tài)環(huán)境學報,2015,24(5):811-817.

[25] 劉紅紅,郭智,鄭建初,等.不同栽培技術對稻季CH4和N2O排放的影響[J].生態(tài)環(huán)境學報,2015,24(6):1022-1027.

[26] 史書,木志堅,吳波,等.長期不同施肥處理對稻—麥輪作紫色土稻季CO2排放的影響[J].西南大學學報(自然科學版),2015,37(7):16-22.

[27] 盧秉林,王文麗,李娟,等.牛糞與小麥秸稈混合高溫堆肥的腐熟進程研究[J].環(huán)境污染與防治,2010,32(1):30-34.

[28] Bavin T K,Griffis T J,Baker J M,etal.Impact of reduced tillage and cover cropping on the greenhouse gas budget of a maize/soybean rotation ecosystem [J].Agriculture,Ecosystems and Environment,2009,134(3/4):234-242.

[29] Oorts K,Merckx R,Grehan E,etal.Determinants of annual fluxes of CO2and N2O in long-term no-tillage and conventional tillage systems in northern France [J].Soil and Tillage Research,2007,95(1/2):133-148.

[30] 翟勝,高寶玉,王巨媛,等.農(nóng)田土壤溫室氣體產(chǎn)生機制及影響因素研究進展[J].生態(tài)環(huán)境,2008,17(6):2488-2493.

[31] Blanes-vidal V,Hansen M N,Pedersen S,etal.Emissions of ammonia,methane and nitrous oxide from pig houses and slurry:Effect of rooting material,animal activity and ventilation flow [J].Agriculture Ecosystems and Environment,2008,124(3/4):237-244.

[32] Peterson S O,Lind A M,Sommer S G.Nitrogen and organic matter losses during storage of cattle and pig manure [J].Journal of Agricultural Science,1998,130(1):69-79.

[33] 盧秉林,王文麗,李娟,等.添加小麥秸稈對豬糞高溫堆肥腐熟進程的影響[J].環(huán)境工程學報,2010,4(4):926-930.

[34] 張鳴,高天鵬,劉玲玲,等.麥稈和羊糞混合高溫堆肥腐熟進程研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報,2010,18(3):566-569.

[35] 趙建榮,高德才,汪建飛,等.不同C/N下雞糞麥秸高溫堆肥腐熟進程研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2011,30(5):1014-1020.

[36] 欒冬梅,關靜姝,徐瑨,等.碳氮比對牛糞好氧堆肥過程的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報,2008,39(8):77-81.

[37] 陶金沙,李正東,劉福理,等.添加小麥秸稈生物質炭對豬糞堆肥腐熟程度及溫室氣體排放的影響[J].土壤通報,2014,45(5):1233-1240.

[38] He Y W,Inamori Y,Mizuochi M,etal.Nitrous oxide emissions from aerated composting of organic waste[J].Environmental Science and Technology,2001,35(11):2347-2351.

[39] 楊巖,孫欽平,李妮,等.添加過磷酸鈣對蔬菜廢棄物堆肥中氨氣及溫室氣體排放的影響[J].應用生態(tài)學報,2015,26(1):161-167.

Effect of Different Composting Models of Cattle Manure on Greenhouse Gases Emission

JIANG Zhen1,WANG Juyuan2,YU Xueru1,ZHANG Rui1,NI Weiming1,ZHAI Sheng1*

(1.School of Environment and Planning,Liaocheng University,Liaocheng 252059,China;2.Agronomy School,Liaocheng University,Liaocheng 252059,China)

The effect of four composting treatments,such as cattle manure(C),cattle manure and straw(CSt),cattle manure and soil(CSo),cattle manure,straw and soil(CStSo) on greenhouse gases(GHGs) emission were studied by using the static chamber-gas chromatograph techniques,so as to provide a reference for GHGs emission reduction and composting model optimization.The results showed compost temperature and air temperature in greenhouse both took on rising-descending-rising trend during composting period.But the air temperature was higher than compost temperature at the same observation time.Overall,the compost temperature of CSt，CStSo treatments were higher than those of C,CSo treatments,indicating that adding wheat straw could increase the compost temperature.The emission flux of carbon dioxide(CO2),methane(CH4),and nitrous oxide(N2O) under C treatment increased with the time going on,and the maximum value appeared between the sixth and seventh week.The trend of GHGs emission flux of CSt,CSo,and CStSo treatments first increased and then declined,the maximum emission flux of CO2and CH4appeared on the second week,the maximum emission flux of N2O was observed during the fifth and sixth week.The order of average CO2emission flux was CSt>CStSo>CSo>C,among which all treatments were significantly different except C and CSo treatments.The order of average CH4emission flux was C>CSt>CStSo>CSo,among which CSt,CSo,CStSo treatments were significantly different with C treatment,and CSt treatment was also significantly different with CSo treatment.The order of average N2O emission flux was CSo>CSt>CStSo>C,among which C and CSo treatments were significantly different.The global warming potential(GWP) of CSt,CSo,and CStSo treatments were 3.25,2.61,and 2.59 times of C treatment respectively,which showed that cattle manure compost gave out the lowest amount of GHGs.Based on the GHGs emission amount and realistic compost constituent,CStSo treatment was recommended to apply after increasing the ratio of cattle manure and soil.

cattle manure; composting model; greenhouse gases emission flux; global warming potential

2016-11-15

國家自然科學基金項目(31272383)；山東省自然科學基金項目(ZR2013DM012，ZR2013DL005)；山東省政府公派出國留學項目；國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(201410447044)；聊城大學大學生科技文化創(chuàng)新項目(26312161010,SF2013138)

江 振(1989-)，男，山東泰安人，在讀碩士研究生，研究方向：水土資源開發(fā)與保護。 E-mail：1262301644@qq.com

*通訊作者：翟 勝(1974-)，男，內蒙古烏蘭察布人，副教授，博士，主要從事土壤環(huán)境、水環(huán)境管理方面的教學與科研工作。E-mail：shengzhai1974@163.com

S141.4;X511

A

1004-3268(2017)04-0061-07