袁京，劉燕，唐若蘭，馬若男，李國學(xué)

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院農(nóng)田土壤污染防控與修復(fù)北京市重點實驗室，北京 100193）

固體廢物的可持續(xù)利用已成為當(dāng)今社會面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。據(jù)估計，到2025 年，全球固體廢物產(chǎn)生量將超過600 萬t·d-1[1]，其中，有將近一半（46%）的固體垃圾為有機固體垃圾，包括畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈、農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品和食物垃圾等[2]。大量有機垃圾的產(chǎn)生可主要歸因于全球糧食需求的不斷增長，以及隨之而來的養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)和食品加工產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；图s化發(fā)展[3]。好氧堆肥技術(shù)是對有機垃圾進行有效處理和利用的重要方式，是符合可持續(xù)循環(huán)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的要求，也是將營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)回土壤的重要措施[2-3]。尤其對于集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)而言，堆肥技術(shù)不僅可以減少畜禽糞便量，避免糞便堆積對環(huán)境造成直接污染，同時還可形成利于土壤質(zhì)量提升和作物生長的土壤改良劑或有機肥料，通過有機碳和養(yǎng)分的回收實現(xiàn)資源再利用[1-4]。目前，糞便好氧堆肥技術(shù)已成為備受關(guān)注的糞便管理形式，但堆肥過程中有機質(zhì)降解會伴隨著碳素（C）和氮素（N）的損失。微生物快速降解有機質(zhì)會釋放大量CO2，這使得CO2氣體排放成為C 損失的主要途徑，研究證實，堆肥期間因CO2釋放造成的C 損失約占原料總碳（TC）的31.4%～57.9%[5-8]。CH4排放是造成C 損失的另一重要途徑，盡管堆肥過程中以CH4排放損失的C 一般低于原料TC 的10%，但其全球增溫潛勢卻是CO2的25～28倍[9-11]。堆肥過程中的N 損失與礦化、氨化、硝化和反硝化等生化轉(zhuǎn)化過程相關(guān)[1]。N 轉(zhuǎn)化過程中NH3的排放難以避免，研究證實，堆肥過程中大部分的N 損失皆由NH3排放所致[12-15]。與NH3相比，N2O 產(chǎn)生量較低，占原料總氮（TN）的1%～6%，但其全球增溫潛勢卻是CO2的265～298 倍[4-5，9，11]。糞便在堆肥過程中會向大氣排放NH3、CH4和N2O 氣體，這不僅造成養(yǎng)分流失，降低有機肥農(nóng)用價值，還可能導(dǎo)致全球變暖、土壤酸化以及霧霾等一系列二次污染問題[1-4]。

因此，堆肥過程中NH3、CH4和N2O 的產(chǎn)生和排放一直是研究者們關(guān)注的熱點。多項研究已證實，堆肥過程中的氣體排放與堆肥原料性質(zhì)以及工藝條件相關(guān)，堆肥物料的組成（原料和輔料）、性質(zhì)（C/N、含水率）以及堆肥通風(fēng)條件是影響氣體排放的重要因素[7，9，13，16-20]。然而，目前關(guān)于堆肥過程溫室氣體排放的綜述大多僅圍繞某種單一畜禽糞便（如牛糞或豬糞）進行，研究對象以NH3居多，且主要關(guān)注減排效果[1-4]。本研究中的堆肥原料涵蓋了主要的畜禽糞便（豬糞、雞糞、牛糞和羊糞）和輔料，以溫室氣體（NH3、CH4和N2O）為研究對象，分析堆肥過程中不同工藝參數(shù)對溫室氣體排放的影響。本研究共檢索到有關(guān)畜禽糞便堆肥的中外文文獻69 篇、試驗結(jié)果293 項，旨在量化畜禽糞便堆肥過程TC和TN 損失；量化堆肥過程溫室氣體（NH3、CH4和N2O）損失；分析初始物料組成、性質(zhì)（C/N 和含水率）和過程控制（通風(fēng)速率）對溫室氣體排放的影響。研究結(jié)果可為有效降低溫室氣體排放技術(shù)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)來源與分析

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究利用Web of Science 和中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫，搜索發(fā)表時間在2000—2021 年間有關(guān)畜禽糞便堆肥過程中NH3、CH4和N2O 氣體排放的研究成果。文獻檢索的關(guān)鍵詞包括堆肥、好氧堆肥、好氧發(fā)酵、好氧消化、溫室氣體、甲烷、一氧化二氮、氨。為了確保檢索出版物的可靠性，本研究進一步為文章的選擇設(shè)定了系列標(biāo)準(zhǔn)，首先根據(jù)標(biāo)題和摘要選擇潛在的論文，然后對全文進行檢查，最后，根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)選擇相關(guān)論文：（1）研究的對象應(yīng)是好氧堆肥；（2）堆肥原料應(yīng)至少含有畜禽糞便中的一種；（3）研究的結(jié)果中應(yīng)至少包含堆肥過程中NH3-N 損失、CH4-C 損失和N2O-N 損失中的一項指標(biāo)，C、N 損失指研究過程中的累積損失，用堆肥初始C、N 總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）表示；（4）研究的材料與方法中應(yīng)簡要描述堆肥的原料特性、過程控制和測定方法等內(nèi)容；（5）多篇文獻中的相同結(jié)果，只進行一次篩選；（6）數(shù)據(jù)獲取不是基于模型。

本研究通過以上標(biāo)準(zhǔn)共篩選出69 篇文獻293 組數(shù)據(jù)，其中關(guān)于CH4-C 損失的有34 篇文獻146 組數(shù)據(jù)，關(guān)于NH3-N 損失的有61 篇文獻263 組數(shù)據(jù)，關(guān)于N2O-N 損失的有57 篇文獻237 組數(shù)據(jù)。基于氣體排放的研究中，含有TC損失的有30篇文獻138組數(shù)據(jù)，含有TN損失的有60篇文獻258組數(shù)據(jù)。本研究將每篇文獻中的詳細(xì)數(shù)據(jù)按照堆肥數(shù)據(jù)庫不同板塊的內(nèi)容要求進行提取錄入，對于研究結(jié)果在圖上不能直接獲取的數(shù)據(jù)，本研究通過Origin 2019軟件進行挖掘錄入。堆肥數(shù)據(jù)庫包括原料組成（原料和輔料）、物料特性（初始C/N 和含水率）、過程控制（通風(fēng)速率）、C 素排放（CH4-C 和TC 損失）和N 素排放（NH3-N 損失、N2O-N損失和TN損失）5個板塊。

為分析堆肥過程中物料組成、物料特性和過程控制參數(shù)對C 素和N 素?fù)p失的影響，本研究選擇了5 個影響變量：原料種類、輔料種類、初始C/N、初始含水率和通風(fēng)速率。其中原料種類分為4 種：豬糞、雞糞、牛糞和羊糞；輔料種類分為8種：玉米秸稈、小麥秸稈、鋸末、菌糠、煙末、稻草、其他和無輔料；初始C/N分為6個范圍：＜10、10～15、15～20、20～25、25～30 和＞30；含水率分為6 個范圍：＜50%、50%～55%、55%～60%、60%～65%、65%～70%和＞70%；通風(fēng)速率（以堆肥干基計）分為6 個范圍：0～0.1、0.1～0.2、0.2～0.3、0.3～0.4、0.4～0.6 L·kg-1·min-1和＞0.6 L·kg-1·min-1，其中間歇式強制通風(fēng)速率一律折算為連續(xù)式強制通風(fēng)下的通風(fēng)速率。

1.2 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019 軟件進行數(shù)據(jù)整理和分類，Ori?gin 2019軟件對分析結(jié)果制圖。

2 物料組成對碳氮損失的影響

2.1 TC和CH4-C損失

畜禽糞便好氧堆肥過程中平均有近一半（48.7%）的初始TC 會損失（圖1a）。不同堆肥原料間的TC 損失差異較大，其中，豬糞堆肥的TC 損失（54.3%）最高，雞糞堆肥的TC 損失（45.6%）次之，兩者均顯著高于牛糞（36.4%）和羊糞（36.7%）。以豬糞為原料的TC 損失率（54.3%）與ZHANG 等[3]的Meta 分析結(jié)果（48.7%）有一定差異，但差別較小，可能與研究的樣本量或過程控制的不同有關(guān)。CHEN 等[21]針對豬糞、雞糞和羊糞堆肥之間的差異進行了試驗研究，認(rèn)為可能是豬糞相對較高的堆積密度促進了有機質(zhì)的降解，因此豬糞堆肥的TC 損失率較高。畜禽糞便通常與輔料聯(lián)合進行堆肥，以將原料初始C/N、含水率和堆積密度調(diào)整到適宜范圍。從圖1a 可知，不添加輔料的TC損失最低（28.6%），這與其較低的有機質(zhì)降解有關(guān)，一般此種堆肥溫度較低，堆肥也較難達到腐熟。輔料的添加會增加TC 損失，這主要是由于輔料均富含C，但不同種類輔料之間的TC 損失具有明顯差異。以玉米秸稈為輔料時TC 損失最高（超過50%），添加稻草時TC 損失（33.4%）最低，小麥秸稈、煙末和其他輔料（番茄秧、木本泥炭等）之間則差別較小（42.6%～45.3%）。由于樣本量較少，鋸末、菌糠對TC 損失的影響尚不清楚。ZHANG 等[3]和BAR?RINGTON 等[22]認(rèn)為不同輔料之間的TC 損失差異主要是由C 源、顆粒大小和混合比引起的。ZHANG等[23]則認(rèn)為，玉米秸稈中含有的纖維素比木本泥炭中的木質(zhì)素更易降解，因而添加玉米秸稈時TC 損失更高。MICHEL 等[24]和HAO 等[25]的研究也顯示，與使用木質(zhì)素含量較低的秸稈堆肥相比，使用富含木質(zhì)素（木屑和鋸末）的輔料時，堆肥基質(zhì)的生物降解性明顯降低。NOLAN 等[26]認(rèn)為這主要是由于木質(zhì)素含量高時，秸稈堆肥會對化學(xué)和酶促降解作用產(chǎn)生極強的抵抗力。因此，不同輔料之間的TC 損失差異可能還與纖維素和木質(zhì)素的含量密切相關(guān)。

在所有研究中，畜禽糞便好氧堆肥過程通過CH4損失的C 占初始TC 的0.5%，占堆肥過程TC 損失的1.0%。不同堆肥原料之間的CH4-C 損失存在差異（圖1c），具體為豬糞（0.7%）＞雞糞（0.3%）＞牛糞（0.2%）＞羊糞（0.1%）。堆肥過程中CH4主要由產(chǎn)甲烷菌在局部厭氧環(huán)境中產(chǎn)生，因此，CH4-C損失與堆肥原料的堆積密度密切相關(guān)。CHEN 等[21]還認(rèn)為，豬糞和雞糞中的N 含量高于羊糞，高N 含量可以提高產(chǎn)甲烷菌的C 底物利用率，因此也可增加CH4排放。從輔料來看，添加玉米秸稈的CH4-C損失（0.5%）與其他輔料（番茄秧、木本泥炭等，0.5%）相近，均略高于小麥秸稈（0.4%），而以鋸末為輔料時CH4-C 損失（0.3%）最低。由于樣本量較少，菌糠、煙末、稻草和無輔料時的CH4排放情況尚未可知。SUN等[27]研究了堆肥過程中添加玉米秸稈和鋸末的差異，認(rèn)為導(dǎo)致鋸末CH4-C損失較低的原因有3 點：一是鋸末較高的木質(zhì)素含量降低了堆肥物料的生物降解性；二是鋸末具有較大的比表面積和吸附性；三是與鋸末較小的填充顆粒有關(guān)，其可在物料內(nèi)部形成均勻的多孔結(jié)構(gòu)而成為真正有效的氧氣擴散器。

2.2 TN、NH3-N和N2O-N損失

如圖1b 所示，好氧堆肥過程中的TN 損失平均為27.7%。不同堆肥原料之間的TN 損失存在差異，其中，雞糞堆肥的TN 損失（31.8%）最高，這與PARDO等[28]的Meta 分析結(jié)果（35.8%）相差較小，主要是由于雞糞原料中較高的N含量所致。豬糞堆肥的TN 損失（28.6%）次之，在ZHANG 等[3]的Meta 分析中也得到了非常相近的結(jié)果（27.5%）。牛糞和羊糞的TN 損失相對較低且差異較?。?2.4%～22.6%），但與PARDO等[28]的研究中牛糞堆肥的TN 損失（27.4%）有一定差別，這可能與研究的樣本量或過程控制的不同有關(guān)。從輔料來看，煙末（32.2%）、小麥秸稈（31.5%）和玉米秸稈（28.7%）的TN 損失相對較高，無輔料（16.8%）和稻草（14.5%）的TN 損失最低，而菌糠（23.2%）、鋸末（22.8%）和其他輔料（番茄秧、木本泥炭等，24.4%）的TN 損失沒有顯著差別。輔料中可利用性C 的差異會影響N的固定和轉(zhuǎn)化，成為影響N損失的原因之一[3]。

如圖1d 所示，好氧堆肥過程中的NH3-N 損失平均為18.9%，占TN損失的68.2%，NH3排放是N損失的主要途徑。從原料來看，與TN損失相似，雞糞堆肥的NH3-N 損失（24.2%）最高，牛糞堆肥的NH3-N 損失（15.7%）最低，而羊糞（18.6%）和豬糞（18.2%）堆肥沒有顯著差異。在堆肥初期，微生物降解大量易降解有機化合物引發(fā)NH3的釋放，因此，NH3-N 損失與原料本身的有機氮含量以及有機質(zhì)的降解密切相關(guān)[27]。雞糞的有機氮含量和有機質(zhì)降解率（圖1a）均顯著高于牛糞，因此，雞糞堆肥過程NH3-N 損失和TN 損失更高[29]。從輔料來看，NH3-N 損失同樣與TN 損失相似，煙末（22.9%）、玉米秸稈（21.1%）和小麥秸稈（17.3%）的NH3-N損失相對較高，稻草為輔料時NH3-N損失（11.1%）最低，而無輔料（15.3%）、其他輔料（番茄秧、木本泥炭等，14.7%）和鋸末（13.7%）的NH3-N損失差異較小。以菌糠為輔料的TN 損失平均為23.2%，而NH3-N 損失卻高達22.5%，這主要是由于樣本數(shù)量較少（n=12）所致。根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加不同輔料造成的NH3-N 損失和TN 損失差異與輔料的顆粒大小、酸堿性、吸附性、C 物質(zhì)含量以及纖維素和木質(zhì)素等的含量有關(guān)[8，17，27]。

本研究中，好氧堆肥過程中的N2O-N 損失平均為1.1%，占TN損失的4.0%。好氧堆肥的N2O-N損失占比雖小，但確是重要的溫室氣體排放源。如圖1e所示，不同堆肥原料的N2O-N 損失有一定差異，具體為豬糞（1.3%）＞雞糞（1.0%）＞羊糞（0.7%）＞牛糞（0.6%）。羊糞和牛糞堆肥的N2O-N 損失顯著低于豬糞和雞糞，如上所述，這與豬糞和雞糞較高的堆積密度和N含量有關(guān)[21]。本研究中以豬糞為原料的N2O-N損失平均為1.3%，略低于WANG 等[30]的Meta 分析結(jié)果（1.7%），遠(yuǎn)低于PARDO 等[28]的Meta 分析結(jié)果（2.7%）。這主要是由于研究樣本差異造成的，PARDO等[28]的研究樣本不僅包含好氧堆肥，還包括了傳統(tǒng)堆漚等其他堆肥方式。從輔料來看，添加玉米秸稈（1.2%）和小麥秸稈（1.1%）的N2O-N 損失沒有顯著差異，均顯著低于鋸末（2.5%），但鋸末的N2O-N 損失樣本間差異較大（0.02%～11.2%）。煙末（0.21%）和稻草（0.21%）為輔料的N2O-N 損失率最低。其他輔料（番茄秧、木本泥炭等，0.7%）、菌糠（0.6%）和無輔料（0.4%）的N2O-N損失差異較小。

3 初始C/N對碳氮損失的影響

3.1 TC和CH4-C損失

初始C/N 分為6 個范圍：＜10、10～15、15～20、20～25、25～30[1，3]，不同范圍下的TC 損失具有明顯差異（圖2a）。其中，由于樣本數(shù)量較少（n=6），C/N＜10 的TC 損失尚無法確定，但C/N 過低勢必會影響有機物的降解。當(dāng)C/N 介于10～15 或20～25 時，TC 損失相對較低（39.1%～41.7%）。而當(dāng)C/N介于15～20或C/N＞25時，TC 損失較高（52.0%～53.3%），其中C/N 為15～20時的TC 損失最高。馬若男等[31]針對C/N 影響的研究顯示，C/N 為14 和22 時的TC 損失率明顯低于C/N 為18 時的，主要是由于C/N 為18 時具有更高的有效累積積溫，這預(yù)示著有機物降解率最高，因此TC損失率最高，同時C/N 為14 的有機碳含量過低，會影響有機質(zhì)降解和堆肥腐熟，這在JIANG 等[7]的研究中也得到了證實。但也有研究顯示，最有利于有機物降解的初始C/N 應(yīng)為25 甚至在30 左右[19，32]。更普遍的觀點認(rèn)為，C/N 對有機物降解的影響受含水率、通風(fēng)速率以及外源添加劑等其他因素的影響[7，33]。

不同C/N 條件下的CH4-C 損失平均為0.48%（n=129）。如圖2c 所示，當(dāng)C/N 介于10～30 時，CH4-C 損失隨C/N比值的增加呈先上升后下降的趨勢。即C/N為15～20 時的CH4-C 損失（0.76%）最高，C/N 為20～25時（0.42%）次之，C/N 為10～15 或25～30 時相對較低（0.34%～0.35%）。相關(guān)研究顯示，CH4的產(chǎn)生與高溫期持續(xù)時間一致，即高溫期越長，產(chǎn)生的CH4量越多[19]。而高溫期通常伴隨著有機物的快速降解，如上所述，C/N 為15～20 時的TC 損失最高，與在此條件下CH4-C損失最高一致。由于C/N為10～15時可能會影響堆肥腐熟進程[31]，因此從CH4的產(chǎn)生情況來看，以C/N為20～30較為適宜。

3.2 TN、NH3-N和N2O-N損失

不同C/N時的TN損失平均為28.3%（n=234）。如圖2b 所示，當(dāng)C/N＞10 時，TN 損失率介于22.1%～33.3%，且TN 損失整體隨C/N 比值的增加而呈遞減趨勢。即10＜C/N＜20 時，TN 損失率較高（30.6%～33.3%），這主要是由于此時的N含量相對于微生物的需要而言供過于求[1]。C/N＞30（22.1%）和C/N 介于20～25（25.9%）時的TN 損失相對較低。但C/N 過高時易造成C 供過于求，因此C/N 比值為20～25 時最適合保留TN，這與ZHOU等[34]和ZHAO等[1]推薦的初始C/N一致。如圖2d 所示，不同初始C/N 時的NH3-N 損失平均為18.1%（n=222）。NH3-N 損失與TN 損失變化趨勢相似又略有不同。當(dāng)C/N＜15 時，NH3-N 損失介于18.7%～23.0%，且隨C/N 比值的增加而遞增，這主要是由于C源的補充提高了微生物的活性，促進了有機物的降解。而當(dāng)C/N＞15 時，NH3-N 損失則隨C/N比值的增加而遞減，這與以往的研究結(jié)果相似[1，7，31]。因此，當(dāng)C/N 為15～20 時，NH3-N 損失率較高（23.0%），此范圍在TN 損失率較高的C/N 范圍（10～20）之內(nèi)。C/N＞30 時的NH3-N 損失最低（8.2%），C/N為20～25 時（16.1%）次之。但C/N 過高時易造成C 供過于求，因此20～25的C/N范圍最適合保留NH3-N。

如圖2e 所示，不同初始C/N 時的N2O-N 損失平均為1.0%（n=209）。N2O-N 損失與TN 損失的變化趨勢相似，整體隨C/N 的增加呈下降趨勢，當(dāng)C/N＜10時N2O-N 損失率較高（1.8%），C/N 為15～20時（1.2%）次之。C/N 為10～15 時的N2O-N 損失（0.6%）明顯低于其他值，這與ZHAO 等[1]的研究結(jié)果一致，可能是由于相對較高的NH3含量抑制了硝化作用造成的。綜合來看，C/N 比值的增加可以減少含N 氣體排放以及TN 損失，其中，C/N 為20～25 時最適宜N 素的保留。

4 初始含水率對碳氮損失的影響

4.1 TC和CH4-C損失

畜禽糞便好氧堆肥在不同初始含水率條件下的TC 損失平均為45.8%（n=138），與不同C/N 條件下統(tǒng)計的TC 損失結(jié)果一致。將初始含水率分為6 個范圍[1，3]，不同初始含水率對TC 損失的影響顯著。如圖3a 所示，當(dāng)含水率小于70%時，TC 損失介于35.2%～53.6%，且隨著含水率的增加呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。這主要是因為水分含量的上升增加了可溶性營養(yǎng)物質(zhì)的分布且提高了微生物的活性[3]。而當(dāng)含水率超過70%時，TC 損失（36.7%）呈快速下降趨勢，這主要是因為含水率過高時會影響堆體O2的擴散，從而抑制有機物的降解。含水率對TC 損失的影響規(guī)律與ZHANG 等[3]Meta 分析中的結(jié)果一致，其研究顯示，初始含水率與TC損失之間存在顯著二次關(guān)系。李丹陽等[20]的研究也得到了相似的結(jié)論。

不同初始含水率條件下的CH4-C 損失（圖3c）平均為0.51%（n=146）。當(dāng)初始含水率大于50%時，初始含水率對CH4-C 損失的影響顯著，這與吳娟等[33]的研究結(jié)果一致。CH4-C 損失介于0.1%～3.0%之間，且隨著含水率的增加呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，這與ZHANG 等[3]Meta 分析中的結(jié)果一致。CH4是由CO2/H和乙酸在厭氧條件下通過產(chǎn)甲烷菌脫氧形成的，產(chǎn)甲烷菌的CH4產(chǎn)生條件僅限于嚴(yán)格的厭氧環(huán)境中，而水分含量的增加會導(dǎo)致缺氧并形成更多的厭氧區(qū)，從而導(dǎo)致大量CH4的排放[7，15]。因此，CH4-C損失與含水率呈顯著正相關(guān)關(guān)系?？紤]到有機物的降解和CH4的排放，初始含水率應(yīng)控制在70%以內(nèi)。

4.2 TN、NH3-N和N2O-N損失

如圖3b 所示，不同初始含水率條件下的TN 損失介于25.1%～30.9%之間（n=258），各范圍間差異較小。隨著含水率的增加TN 損失呈波動變化，初始含水率對TN 損失沒有顯著影響。其中，含水率小于50%和含水率為65%～70%時TN 損失相對較低（25.1%～25.6%）。而初始含水率介于60%～65%時，TN 損失（30.9%）相對較高?？紤]含水率＜50%或＞70%時，可能會影響微生物的生長代謝活動及堆體腐熟[20]，因此含水率應(yīng)控制在50%～70%之間。不同初始含水率條件下的NH3-N 損失平均為18.6%（n=256）。與TN 損失稍有不同，當(dāng)含水率小于50%時，NH3-N 損失（11.4%）明顯降低（圖3d），這可能是因為較低的含水率影響了微生物的活性，從而減緩了有機物的降解率。而當(dāng)含水率大于50%時，NH3-N 損失（16.1%～20.5%）變幅較小，但隨含水率升高而略有下降，這可能是因為水分的增加溶解了更多的NH3[3]，也可能與pH值、溫度或者曝氣率等其他因素的影響有關(guān)[7]?？傊?，含水率為50%～55%時NH3-N 損失最高（20.5%），含水率為60%～65%時NH3-N損失較低（17.3%）。

如圖3e 所示，不同初始含水率條件下的N2O-N損失平均為1.0%（n=234）。由于堆肥過程中銨態(tài)氮硝化與硝態(tài)氮反硝化作用均會導(dǎo)致N2O 的產(chǎn)生[35]，因此有研究認(rèn)為，初始含水率不會對N2O-N 損失產(chǎn)生顯著影響[3，7]。但本研究中，N2O-N損失的變化規(guī)律卻與CH4-C損失相似，也與含水率之間具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，且當(dāng)含水率＞65%時，N2O-N 損失迅速增加，這與ZHAO 等[1]和DANNENMANN 等[36]的分析結(jié)果一致。N2O-N 損失整體介于0.4%～2.2%之間，而當(dāng)初始含水率介于50%～65%時，N2O-N 損失相對較低且沒有顯著差異（0.79%～0.84%）。因此，為了控制N2O 排放，堆肥過程中的初始含水率應(yīng)介于50%～65%。綜合來看，初始含水率為60%～65%可降低堆肥過程TN、NH3和N2O損失[36]。

5 通風(fēng)速率對碳氮損失的影響

5.1 TC和CH4-C損失

不同通風(fēng)速率（以堆肥干基計）下的TC損失介于48.1%～53.1%，差異較小，且呈波動變化（圖4a）。其中，通風(fēng)速率為0.2～0.3 L·kg-1·min-1時，TC 損失相對較高（53.1%）；通風(fēng)速率為0.3～0.4 L·kg-1·min-1時，TC損失較低（48.1%）。不同通風(fēng)速率條件下的CH4-C損失平均為0.53%（n=115），通風(fēng)速率對CH4-C 排放影響顯著（圖4c）。由于樣本數(shù)量較少（n=5），通風(fēng)速率為0.4～0.6 L·kg-1·min-1時的CH4-C 損失尚不清楚。其他通風(fēng)速率下的CH4-C損失具體為0.2～0.3 L·kg-1·min-1（0.78%）＞超過0.6 L·kg-1·min-1（0.55%）＞0.3～0.4 L·kg-1·min-1（0.37%）＞0～0.1 L·kg-1·min-1（0.35%）＞0.1～0.2 L·kg-1·min-1（0.09%）。綜合來看，通風(fēng)速率為0.2～0.3 L·kg-1·min-1時，會造成較高的CH4-C 損失和TC損失。

5.2 TN、NH3-N和N2O-N損失

好氧堆肥在不同通風(fēng)速率條件下的TN損失平均為27.4%（n=198）。如圖4b 所示，當(dāng)通風(fēng)速率＜0.3 L·kg-1·min-1時，TN 損失為23.9%～28.3%，且隨通風(fēng)速率的增加呈下降趨勢。這主要是因為與中通風(fēng)速率相比，低通風(fēng)速率具有更高的排放率和更長的排放周期[7]。當(dāng)通風(fēng)速率介于0.3～0.6 L·kg-1·min-1時，TN 損失介于29.4%～32.6%，且隨通風(fēng)速率的增加呈上升趨勢。這與以往的研究結(jié)果相一致，是由于高通風(fēng)速率導(dǎo)致充足的O2供應(yīng)，從而加速了有機物降解過程并導(dǎo)致N-N 含量增加，同時高通風(fēng)速率也能夠及時帶走產(chǎn)生的含N 氣體，降低堆體吸收量[7，37-38]。而當(dāng)通風(fēng)速率＞0.6 L·kg-1·min-1時，過高的通風(fēng)速率會降低堆體溫度，影響堆肥高溫期，降低有機物的降解率，使TN 損失再次降低?？傮w而言，較低通風(fēng)和較高通風(fēng)條件下，TN 損失都較低，中等通風(fēng)條件更有利于有機質(zhì)降解和TN 損失。如圖4d 所示，不同通風(fēng)速率條件下NH3-N 損失平均為19.0%（n=205）。NH3-N 損失與TN 損失變化趨勢相似，其中，通風(fēng)速率＞0.6 L·kg-1·min-1時的NH3-N 損失最低（15.1%）。當(dāng)通風(fēng)速率＜0.6 L·kg-1·min-1時，TN 損失介于16.1%～26.6%，且隨通風(fēng)速率增強而呈先下降后上升的趨勢。通風(fēng)速率為0.4～0.6 L·kg-1·min-1時的NH3-N 損失最高，通風(fēng)速率為0.2～0.3 L·kg-1·min-1時的NH3-N損失最低。

不同通風(fēng)速率條件下的N2O-N 損失平均為1.2%（n=182）。如圖4e所示，不同通風(fēng)速率條件下的N2O-N損失介于0.5%～2.8%，隨著通風(fēng)速率的增加，N2O-N損失整體呈先下降后上升的趨勢。但與TN 損失或NH3-N 損失的變化趨勢不同的是，當(dāng)通風(fēng)速率＞0.1 L·kg-1·min-1時，N2O-N 損失即不斷上升。且當(dāng)通風(fēng)速率超過0.6 L·kg-1·min-1時，N2O-N 損失達到最大值，這是因為較高的通風(fēng)速率會促進硝化反應(yīng)，從而導(dǎo)致較多的N2O-N 產(chǎn)生。通風(fēng)速率對N2O-N 損失的影響遠(yuǎn)高于對NH3-N 損失和TN 損失的影響。N2O-N損失的最低值出現(xiàn)在通風(fēng)速率為0.1～0.2 L·kg-1·min-1的條件下。綜合來看，通風(fēng)速率介于0.1～0.3 L·kg-1·min-1可降低TN和NH3、N2O等含N氣體的損失。

6 結(jié)論

（1）豬糞和雞糞堆肥的溫室氣體排放量高于牛糞和羊糞。選擇富含C的輔料與畜禽糞便聯(lián)合堆肥，均可促進有機物降解，稻草或鋸末作為輔料添加有利于減少溫室氣體排放。

（2）C/N 對CH4的排放沒有顯著影響。隨著C/N的增加，NH3和N2O的排放以及TN損失整體呈下降趨勢。整體來看，以C/N為20～25時最適宜N素的保留。

（3）初始含水率顯著影響CH4和N2O 的排放。隨著含水率的增加，CH4和N2O 的排放量呈明顯的上升趨勢。整體來看，以含水率為60%～65%最為適宜。

（4）通風(fēng)速率（以堆肥干基計）為0.1～0.2 L·kg-1·min-1時，CH4排放和TC 損失相對較低；通風(fēng)速率為0.1～0.3 L·kg-1·min-1時，N2O、NH3和TN損失較低。