厕所粪污好氧堆肥特性及肥料化应用研究

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好氧发酵是解决厕所粪污腐熟与无害化问题的主要方式之一,与其他技术相比,好氧发酵具有工艺操作简单易行和无需二次处理等优势。目前,厕所粪污好氧发酵仍存在无害化腐熟特性不清楚,肥料化应用效果不明确等问题。因此,开展厕所粪污好氧堆肥特性及肥料化应用研究迫在眉睫。本研究对厕所粪污好氧发酵特性以及农田施用效果展开研究。首先采用三因素三水平正交试验对好氧发酵参数进行优化,试验周期30天,因素和水平选择含水率(55%、60%、65%)、C/N(22、25、28)和通风量(0.5、0.7、0.9L·min-1·kg-1鲜重)。通过试验数据来分析因素与指标间的相关性,筛选本试验的最佳工艺参数和最优组合,之后进行堆肥产品的农田施用效果验证,通过45天的盆栽试验,与不施肥、不施氮肥、单施化肥、减量70%粪肥、减量70%化肥、粪肥与化肥按照2:3配施进行对比,明确最佳施肥模式和施用量。主要研究结果如下:(1)在30天的堆肥试验中,9个处理的高温期(>50℃)维持了 3~11天,最终堆肥产品的含水率约为45.96%,pH约为8.01,电导率(EC)基本稳定在4mS/cm以下,个别处理略高于4mS/cm,对作物的影响需要进一步验证。粪大肠菌群达标率为66.67%,种子发芽指数(GI)在堆肥后期略降低,约为84.99%,铵态氮(NH4+-N)约为0.54g/kg,堆肥后期微生物消耗养分速度减缓,使总碳(TC)、总氮(TN)、总钾(TK)、总磷(TP)分别在 350.76、29.02、40.18、5.18g/kg 上下波动。(2)三个因素对好氧发酵的影响程度为含水率>C/N>通风量。初始含水率决定着堆体的温度、含水率、pH、GI、粪大肠菌群、TN、NH4+-N、TK;C/N决定着TC和TP;通风量属于次要因素;三因素共同作用于EC。pH与初始含水率显著负相关,TK与初始含水率极显著负相关,TP与C/N极显著负相关。(3)粪肥与化肥配施可提高肥料利用率。从农学效应上看,粪肥与化肥配施获得的产量为7.90g/盆,小白菜叶绿素为46.17SPAD。不施氮肥的产量和叶绿素仅高于不施肥处理,化肥产量高出粪肥0.03g,叶绿素水平低于粪肥2.27SPAD,减量施肥与全量施肥无显著性差异。从肥料化应用效果上看,配施处理的有机质、TN、有机氮较高,分别为23.20、0.50、0.45g/kg,不施氮肥的TN低于其他处理,为0.43g/kg。单施化肥使土壤的速效养分含量较高,速效磷和硝态氮(NO3--N)分别为1.19、0.03g/kg,硝化作用强导致氮素利用率低,其EC为426.17μS/cm,存在土壤盐渍化的风险。减量处理的TN、有机氮分别高出全量处理0.04、0.06g/kg,证明了减量施肥可行性。由此可见,粪肥与化肥配施可以将有机、无机营养元素互补,提供充足的养分。综上所述,本试验中得到的厕所粪污好氧发酵的最佳工艺参数为,含水率55%,C/N=22,通风量0.5L·min-1·kg-1鲜重。在本试验中建议肥料最佳的施用模式为,粪肥与化肥以2:3的比例,N、P、K各施180、86.25、265.50kg/hm2,可提高小白菜产量和叶绿素水平,增加土壤的有机质、TN、有机氮含量。
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