唐 璐，曹曉曉，和苗苗

(1.杭州師范大學(xué)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與恢復(fù)杭州市重點(diǎn)實驗室，浙江 杭州310036;2.杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州310036)

好氧堆肥是目前國內(nèi)外一種經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的固體有機(jī)廢物資源化技術(shù)，通過堆肥處理能夠?qū)⒐腆w廢棄物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、無害的有機(jī)質(zhì)，進(jìn)而增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善土壤的理化性質(zhì)、提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì).現(xiàn)有的堆肥技術(shù)雖然能夠有效解決大量廢棄物減量化、資源化問題，并在快速發(fā)酵、參數(shù)優(yōu)化、保氮以及重金屬鈍化等方面有了長足的進(jìn)步［1-2］，但是同樣會衍生一些環(huán)境問題.研究數(shù)據(jù)表明，經(jīng)過好氧堆肥充分腐熟的廢棄物，一般有10% -40%的碳被降解［3］，其中以CO2形式排放的碳約占70% -80%［2］.說明堆肥過程中碳素物質(zhì)大部分以CO2的形式損失掉，大量無意識的CO2排放，使堆肥成為除燃料燃燒之外的又一CO2排放源，對環(huán)境造成二次污染.

好氧堆肥是一個微生物集中降解有機(jī)物質(zhì)的過程.該過程中有機(jī)物種類繁多，其中易分解有機(jī)質(zhì)僅占總量的10% -20%左右.其他則是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等難降解物質(zhì)，特別在一些農(nóng)作物秸稈和植物殘體中其含量可達(dá)90%左右［4-5］，它們在微生物的代謝作用下分解生成CO2和腐殖質(zhì).腐殖質(zhì)的形成有利于廢棄物的穩(wěn)定與腐熟，增加腐殖質(zhì)穩(wěn)定性已成為堆肥過程碳素減排的關(guān)鍵，同時穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)施用到土壤后對溫室氣體的減排起到促進(jìn)作用.本文通過對含碳有機(jī)物含量和結(jié)構(gòu)變化特征進(jìn)行綜述，討論其演化特征，總結(jié)利于腐殖質(zhì)形成和穩(wěn)定的有效方法，為今后堆肥過程碳素減排工作奠定理論基礎(chǔ).

1 不同形態(tài)含碳有機(jī)物含量的變化

1.1 總有機(jī)碳(TOC)含量的變化

好氧堆肥是指在高溫下通過微生物的生命活動使有機(jī)物質(zhì)分解的過程.因此，固體廢物堆肥處理實際上是一個有機(jī)碳含量減少的過程.魏自民等［6］指出在堆肥前期微生物利用易降解有機(jī)物作為碳源，有機(jī)碳分解速率較快;在堆肥后期將較難降解有機(jī)物作為碳源，有機(jī)碳降解速率相對緩慢并趨于平穩(wěn).其他相關(guān)研究進(jìn)一步證明該觀點(diǎn).鮑艷宇［7］等和?？×岬龋?］研究均表明TOC 含量呈不斷下降趨勢，高溫期下降幅度較大，后期較為平緩. Huang 等［9］以豬糞為原料堆肥發(fā)現(xiàn)在前14 d TOC 含量從45%迅速下降到36%，隨后進(jìn)入比較平穩(wěn)的運(yùn)行階段，直至49 d 后才下降為35%以下，期間有機(jī)碳損失超過10%.鄭國砥等［5］發(fā)現(xiàn)在污泥堆肥的升溫期和高溫期微生物活動旺盛，有機(jī)質(zhì)大量分解，占整個堆肥過程降解量96%;在降溫期有機(jī)質(zhì)降解速度變慢并趨于穩(wěn)定，該時期降解量僅占4%.

1.2 纖維素及木質(zhì)素含量的變化

堆肥過程中，易降解有機(jī)物可能被微生物用作能源而最終消失，而不易降解物質(zhì)因堆肥過程中含量變化具有規(guī)律性，被作為堆肥腐熟度評價的指標(biāo)［10］.其中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種研究最為深入，它們是農(nóng)作物秸稈及植物殘體等一些有機(jī)固體廢物的重要組成成分，在堆肥過程中降解緩慢，且有相當(dāng)大的數(shù)量最終成為腐殖質(zhì)，成為堆肥過程中碳素循環(huán)和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化的影響因素之一.

李艷霞［11］對污水污泥堆肥中纖維素的變化進(jìn)行了試驗研究，認(rèn)為中、高溫有利于纖維素類物質(zhì)的降解.而早在1939年Waksman［12］就通過一系列堆肥試驗發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素能在一定溫度的高溫堆肥下被降解;Tomati 等［13］的研究進(jìn)一步證明當(dāng)堆肥溫度保持50 ℃時，35 d 的堆制可使木質(zhì)素降解70%.張所明和陳世和［14］在城市生活垃圾堆肥發(fā)酵的腐熟度研究中發(fā)現(xiàn)整個堆肥過程，纖維素的總降解率為34. 7% -68.2%，其中高溫階段纖維素的降解占總降解率的63.3% -88.5%.俞志敏等［15］在用生物垃圾堆肥過程中發(fā)現(xiàn)纖維素等物質(zhì)的降解是逐步完成的，在該實驗中纖維素的含量由20.90%減少到15.48%，半纖維素的含量由7.20%減少到1.36%，纖維素、半纖維素在二次發(fā)酵中降解率比一次發(fā)酵的小;木質(zhì)素在一次發(fā)酵中基本沒有降解，但在二次發(fā)酵中得到有效降解，含量由8.30%減少到5.38%.Chen 等［16］采用CSM進(jìn)行堆肥試驗，發(fā)現(xiàn)纖維素和半纖維素在堆肥結(jié)束后分別減少了三分之一和50%，木質(zhì)素成分隨時間增加，但在末期有所減少.

1.3 腐殖質(zhì)含量的變化

堆肥過程就是一個在碳氮循環(huán)中形成腐殖質(zhì)的過程，腐殖質(zhì)是高分子有機(jī)膠體，其結(jié)構(gòu)中含有各種活性基團(tuán)，該基團(tuán)可以改善土壤的理化性質(zhì)［17］.胡敏酸和富里酸是腐殖質(zhì)的重要組成部分，在很大程度上對腐殖質(zhì)的質(zhì)量起決定作用.

相關(guān)研究表明，在不同堆肥物料的堆肥中，腐殖質(zhì)及其各組分含量變化趨勢不盡相同.Chefetz 等［18］和Jimenez 等［19］研究認(rèn)為，廢棄物經(jīng)過堆肥處理后腐殖質(zhì)含量會顯著增加;而Castaldi 等［20］和廖新俤等［21］發(fā)現(xiàn)，城市垃圾等固體廢棄物經(jīng)過堆肥處理后，其腐殖質(zhì)增加的很少或沒有變化;李吉進(jìn)等［22］的研究卻發(fā)現(xiàn)，在雞糞和牛糞混合堆肥過程腐殖質(zhì)呈下降趨勢.主要原因是在堆肥前期糖類等易降解物質(zhì)被微生物利用分解，腐殖質(zhì)的結(jié)構(gòu)較為簡單，并且隨著堆肥的進(jìn)行，腐殖質(zhì)存在一定程度的礦化，導(dǎo)致腐殖質(zhì)含量減少;而在堆肥的腐熟時期，微生物主要利用較難降解的纖維素、木質(zhì)素等物質(zhì)為碳源，在這類物質(zhì)降解的同時，逐漸形成了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的腐殖質(zhì)類物質(zhì)，使腐殖質(zhì)的含量有增加的趨勢［6］.

其他文獻(xiàn)進(jìn)一步研究了胡敏酸和富里酸的變化趨勢.鄭國砥等［5］利用污泥堆肥的實驗結(jié)果表明腐殖質(zhì)含量上升，腐殖化程度不斷提高外，其中胡敏酸含量增加，從堆肥前的19.0 g/kg 增加到58.4 g/kg;富里酸含量降低，從堆肥前的49.5 g/kg 降低到25.4 g/kg.Huang 等［9］利用豬糞為原料堆肥發(fā)現(xiàn)胡敏酸含量從2.05% 增加至3.79%，富里酸的增幅較細(xì)微，從0.49% 增加到0.62%.Inbar 等［23］在研究牛糞堆肥時發(fā)現(xiàn)，隨著堆肥的進(jìn)行，富里酸含量保持不變或稍有減少，胡敏酸大量產(chǎn)生.總體來說，在不成熟堆肥中富里酸含量高而胡敏酸含量低.隨著堆制過程的推進(jìn)，富里酸含量下降或保持不變，而胡敏酸含量增加［24］.

1.4 有機(jī)物降解與微生物群落的關(guān)系

好氧堆肥是微生物作用于有機(jī)廢物的生化降解過程，因此研究微生物群落的動態(tài)變化對揭示整個堆肥過程的調(diào)控及腐熟具有重要意義［25］.

受堆肥環(huán)境的影響，整個堆肥過程中微生物群落結(jié)構(gòu)演替非常迅速.在曾光明等［26］研究中發(fā)現(xiàn)堆肥升溫階段，細(xì)菌、真菌明顯減少.真菌減少幅度更明顯.到腐熟期細(xì)菌、真菌的數(shù)量趨于平穩(wěn).Strom［27］研究表明在堆肥高溫期，主要微生物是鏈霉菌和微單胞桿菌，其中87%的高溫菌屬于桿菌屬.在堆肥過程的后期，由于易降解有機(jī)物逐漸消耗，僅剩下木質(zhì)素等極難分解的物質(zhì)，因此能在一定程度上分解木質(zhì)素，并產(chǎn)生抗生素的放線菌逐漸占優(yōu)勢［28］.

現(xiàn)階段關(guān)于堆肥過程微生物的研究主要集中于難分解有機(jī)物降解階段.席北斗等［29］指出按照微生物分類方法可將能夠降解纖維素類的微生物劃分為碳素生理類群，其活動將影響到堆肥中有機(jī)碳水溶性有機(jī)碳和腐殖質(zhì)等的含量，從而影響堆肥化的進(jìn)程和質(zhì)量.在陳芙蓉等［30］研究中認(rèn)為木質(zhì)素完全降解是真菌、細(xì)菌及相應(yīng)微生物群落共同作用的結(jié)果，其中真菌起著主要作用.而席北斗等［28］研究發(fā)現(xiàn)，在好氧堆肥過程中，對纖維素和木質(zhì)素具有降解能力的微生物主要是高溫放線菌和高溫真菌.楊戀等［31］研究進(jìn)一步提出，高溫期真菌總數(shù)隨溫度變化呈現(xiàn)“降低-升高”趨勢，放線菌總數(shù)呈“升高-降低-升高”趨勢，隨著真菌、放線菌總數(shù)的變化，堆體中有機(jī)質(zhì)降解率也發(fā)生著顯著的變化. 隨溫度升高，有機(jī)質(zhì)降解率呈現(xiàn)“降低-升高-降低-升高”的變化趨勢.引起該變化趨勢的原因可能是溫度變化使得堆體中嗜溫菌類死亡，嗜熱菌類繁殖，高溫的滅活導(dǎo)致堆體中微生物發(fā)生變化，從而使得堆體中有機(jī)質(zhì)降解率相應(yīng)發(fā)生變化.

2 含碳有機(jī)物結(jié)構(gòu)演化

2.1 腐殖質(zhì)的結(jié)構(gòu)演化特征

達(dá)到腐熟程度的腐殖質(zhì)類物質(zhì)對土壤的理化性質(zhì)及生物學(xué)特性具有十分重要的影響，并且對作物的生長發(fā)育產(chǎn)生積極的作用.現(xiàn)有研究中常將腐殖質(zhì)類物質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度作為堆肥質(zhì)量及腐熟度判定指標(biāo)之一.近年來對不同物料堆肥過程中腐殖質(zhì)物質(zhì)光譜學(xué)特性的研究報道明顯增多［6］，對堆肥過程中腐殖質(zhì)類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性認(rèn)識逐漸深刻，研究發(fā)現(xiàn)不同來源腐殖質(zhì)的結(jié)構(gòu)存在一定的差異.

目前對腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究主要集中于胡敏酸和富里酸，經(jīng)檢測可知腐殖質(zhì)中存在羧基、酚羥基、醇羥基、甲氧基、羰基和醌基等含氧官能團(tuán).Huang 等人［9］研究發(fā)現(xiàn)堆肥過程中腐殖質(zhì)中官能團(tuán)發(fā)生了改變，脂肪鏈在形成芳香族基團(tuán)過程中被取代或融合，而醛基(C =O)和氫氧基(OH)等含O 基團(tuán)增加，導(dǎo)致易降解有機(jī)物如短脂肪鏈、多糖和醇類物質(zhì)發(fā)生化學(xué)或生物氧化，芳香結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高.同時堆肥結(jié)束后胡敏酸和富里酸的總酸度增加，說明在堆體的腐熟階段產(chǎn)生了更多的羧酸和酚類物質(zhì).張雪英等人［32］在污泥堆肥中發(fā)現(xiàn)隨著堆肥進(jìn)程的推進(jìn)，堆體中多糖、脂類和酰胺等成分的減少，芳香族則增加.具體表現(xiàn)為胡敏酸中有機(jī)物不飽和結(jié)構(gòu)的多聚化或聯(lián)合程度增大，芳香結(jié)構(gòu)物質(zhì)含量增加;富里酸中具有更多結(jié)構(gòu)簡單的低分子量物質(zhì)(如羥基、甲基、氨基)和較低的芳構(gòu)化水平.魏自民等人［33］研究同樣表明隨著堆肥的進(jìn)行，多糖類脂類等小分子化合物減少，芳族類化合物呈增加趨勢.

2.2 水溶性有機(jī)物(DOM)的結(jié)構(gòu)演化特征

堆肥過程中會產(chǎn)生一定量的水溶性有機(jī)物(DOM)，相關(guān)文獻(xiàn)中提出在該堆肥期間微生物只在氣體與固體交界面的液膜中具有活性，Chanyasak［34］認(rèn)為，DOM 活性官能團(tuán)的變化更能說明堆肥的腐熟度，而DOM 結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究對了解堆肥過程中碳氮循環(huán)具有十分重要的意義［35］.堆肥產(chǎn)物作為土壤改良劑施入土壤后，水溶性有機(jī)物經(jīng)過較短時間就可以轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥栏乘?，可作為碳氮循環(huán)的紐帶［36］，因此，了解DOM 結(jié)構(gòu)變化對堆肥過程中碳素?fù)p失控制有重要意義.

DOM 中存在芳香羧酸和酚結(jié)構(gòu)單元等熒光物質(zhì)，使熒光分析技術(shù)能夠應(yīng)用于該領(lǐng)域.魏自民等人［33］通過生活垃圾堆肥發(fā)現(xiàn)DOM 中多糖類等小分子化合物逐漸減少，有形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的芳香族物質(zhì)的趨勢，說明隨著堆肥的進(jìn)行，DOM 分子縮合度增加，芳構(gòu)化程度明顯.而熒光結(jié)果顯示堆肥結(jié)束后，水溶性有機(jī)物中主要是類富里酸類物質(zhì)，相對于胡敏酸來說，富里酸的分子量較小，分子結(jié)構(gòu)相對簡單，芳構(gòu)化程度小.李鳴曉等［37］研究表明隨著堆肥的進(jìn)行，非腐殖質(zhì)物質(zhì)向腐殖質(zhì)類物質(zhì)轉(zhuǎn)化，并且腐殖質(zhì)的芳香度和不飽和度增加，分子量增大，穩(wěn)定度增強(qiáng);同時有機(jī)質(zhì)苯環(huán)上的脂肪鏈不斷轉(zhuǎn)化為羰基、羧基等官能團(tuán).席北斗等［38］研究發(fā)現(xiàn)填埋場中簡單的類蛋白物質(zhì)轉(zhuǎn)化為類富里酸類物質(zhì).而后隨著填埋年限的延長，DOM 成分相對穩(wěn)定，以富里酸類物質(zhì)為主，但其數(shù)量及復(fù)雜化程度隨著時間推移而呈增加的趨勢.

2.3 纖維素及木質(zhì)素的降解與腐殖化的關(guān)系

腐殖化過程是指有機(jī)質(zhì)被分解后再合成新的較穩(wěn)定的復(fù)雜的有機(jī)化合物，并使有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分保蓄起來的過程.因此，腐殖質(zhì)的形成已成為判斷腐殖化進(jìn)程的指標(biāo).眾多研究認(rèn)為微生物的分解代謝過程是好氧堆肥過程中腐殖質(zhì)形成的關(guān)鍵，特別與半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的降解有密切聯(lián)系［28，39］.微生物在分解中等及較難降解有機(jī)組分過程中會形成大量酚型化合物、醌型化合物以及脂肪族化合物，這些恰恰是腐殖質(zhì)形成的最主要前體物質(zhì)［40］.微生物再通過對上述有機(jī)化合物的合成、與氮化合物的結(jié)合、以及酶作用或自身作用的氧化促進(jìn)腐殖質(zhì)的形成［41］.有實驗進(jìn)一步證實堆肥過程中酚型化合物含量與腐殖化程度顯著相關(guān).Sánchez-Monedero 等［42］研究了堆肥中腐殖化指數(shù)與水溶性碳水化合物、酚型結(jié)構(gòu)的關(guān)系，實驗表明在堆肥過程中酚型化合物含量與腐殖化參數(shù)成相反關(guān)系，充分證明了酚型化合物是腐殖質(zhì)的前體物質(zhì).Tuomela 等［43］采用14C 標(biāo)示木質(zhì)素也得出了相似結(jié)論.

2.4 碳素變化與CO2 排放之間的關(guān)系

近年來，堆肥過程中的溫室氣體排放問題引起了越來越高的關(guān)注，關(guān)于此類研究報道日漸增多.其中CO2排放更是引起研究者們廣泛關(guān)注和重視.

堆肥過程是在微生物(細(xì)菌、放線菌和真菌)的協(xié)同作用下將復(fù)雜的有機(jī)物降解為細(xì)胞可以吸收利用的小分子物質(zhì)及腐殖質(zhì)、并釋放CO2、H2O 和熱能的過程［28］.根據(jù)Hellmann 等［44］研究，在有機(jī)物降解過程中，有60% -70%的碳水化合物被微生物以CO2的形式分解掉.秦莉等［45］也提出堆肥過程中一部分碳素會降解成CO2、CH4等溫室氣體排放，其中碳素?fù)p失高達(dá)66.7%.說明堆肥過程中碳素?fù)p失與CO2排放有著密切關(guān)系.李國學(xué)等［3］和謝軍飛等［46］提出堆肥過程中的碳素?fù)p失主要發(fā)生在升溫期和高溫期，原因在于該階段的微生物數(shù)量和活性均較高，是有機(jī)質(zhì)降解程度最大時期.這與樸哲和崔宗均［47］研究結(jié)果相符合，在文獻(xiàn)中指出易降解有機(jī)物被微生物分解利用時會產(chǎn)生大量CO2，總干物重迅速下降;在持續(xù)高溫期CO2排放量達(dá)到最高值，隨后進(jìn)入緩慢下降階段并最終處于穩(wěn)定狀態(tài)，而此時堆體中大量的易降解含碳化合物基本被降解完.陳昕等［48］進(jìn)一步說明了易降解物質(zhì)最終形成CO2的過程.單糖類物質(zhì)在氧氣充足環(huán)境下，作為速效碳源迅速分解，得到最終產(chǎn)物CO2和H2O.脂肪最初被微生物迅速水解為甘油和脂肪酸，甘油很快被好氧微生物分解為CO2和H2O;在通氣良好的情況下，脂肪酸先緩慢地分解成醋酸，再氧化為CO2和H2O.黃紅麗［39］發(fā)現(xiàn)難降解有機(jī)物同樣會生成CO2.在次級代謝階段，真菌通過氧化反應(yīng)降解木質(zhì)素，使木質(zhì)素徹底降解成CO2.主要過程表現(xiàn)為由于過氧化物酶、錳過氧化物酶、漆酶和過氧化氫酶產(chǎn)生系統(tǒng)的催化作用，促使木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的苯環(huán)發(fā)生單電子氧化反應(yīng)形成氧自由基，隨后發(fā)生一系列非酶催化的自由基反應(yīng)而降解，其降解產(chǎn)物再經(jīng)不同的代謝途徑代謝形成CO2.

相關(guān)文獻(xiàn)指出在水環(huán)境中腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性決定了腐殖質(zhì)的光化學(xué)反應(yīng)機(jī)理非常復(fù)雜［49］.根據(jù)研究，腐殖質(zhì)在光照過程中會發(fā)生不同程度的降解，原來組成中有機(jī)碳會被礦化為無機(jī)碳，也可稱為無機(jī)化作用，是有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單礦物質(zhì)成分的過程，最終形成簡單的無機(jī)化合物，如CO2、碳酸鹽等［50］.楊洪生等［51］發(fā)現(xiàn)光催化降解腐殖質(zhì)過程中腐殖酸的濃度和TOC 均隨著時間的推移而逐漸下降，表明二者之間存在良好的相關(guān)性，其他研究［52-53］均發(fā)現(xiàn)腐殖質(zhì)溶液中TOC(或DOC)值隨光照時間不斷下降，這說明腐殖質(zhì)溶液中不斷形成各種小分子，同時不斷被礦化.在Chin 等［54］研究中得出光解腐殖質(zhì)的產(chǎn)物主要為苯、一元至六元的羧酸及C16 的脂肪酸;隨后分裂產(chǎn)生CO、CO2、醛、酮等小分子物質(zhì).說明在水環(huán)境中腐殖質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度與有機(jī)物質(zhì)礦化、降解有著密切聯(lián)系，對CO2產(chǎn)生起著重要影響.但該研究結(jié)論在土壤及堆肥化過程中鮮有提及.

3 堆肥參數(shù)對碳素演化的影響

堆肥過程的參數(shù)條件直接影響碳素的分解與轉(zhuǎn)化的效率.

3.1 對CO2、CH4 排放量的影響

影響堆肥溫室氣體排放的因素很多，包括堆料原料、C/N、通風(fēng)、含水率、溫度等.其中，堆料種類及其屬性對于溫室氣體的產(chǎn)生有很大的影響，物料中可溶性有機(jī)碳含量越高，溫室氣體排放量越大［55］.秦莉等研究發(fā)現(xiàn)C/N 為25 時CO2濃度和排放量均最大，CH4也有同樣的結(jié)果.而任順榮等［56］發(fā)現(xiàn)在C/N 低的豬、雞排泄物堆腐過程中有CH4產(chǎn)生.謝軍飛和李玉娥［40］研究了豬糞堆肥的溫室氣體排放，結(jié)果表明，在相同條件下，CO2的排放與豬糞內(nèi)部的氧氣狀況密切相關(guān)，通風(fēng)良好，排放量大，而CH4恰好相反. Hao等［57］的研究結(jié)果與此相近，堆體翻堆12 h 后，含氧量下降到3%，導(dǎo)致大量的碳以CH4形式排放.含水率同樣影響CH4排放，在Sommer 等［58］的研究結(jié)果中，含水率從76%下降至35%，增加了堆料自由空域，CH4排放量顯著減少.Yang 等［59］更具體指出CH4在厭氧條件下生成，排放主要集中在高溫期.每次翻堆后CH4排放量減小，主要原因為翻堆破壞堆料顆粒，減少含水率，導(dǎo)致破壞厭氧環(huán)境，同時易降解含碳有機(jī)質(zhì)減少，微生物轉(zhuǎn)為分解難降解有機(jī)物質(zhì).

研究表明CO2的排放與溫度變化趨勢一致，溫度越高，CO2排放量越大，濃度也越高，CH4排放量較少且主要集中在高溫前期，高溫期越長，溫室氣體排放量越大.Bach 等［60］指出，從CO2釋放來看，適合污水污泥堆肥的最佳溫度是60℃左右.同樣，Nakasaki 等［61］的結(jié)論是，根據(jù)CO2總釋放量和揮發(fā)性物質(zhì)的最終轉(zhuǎn)化情況來看，60℃為最佳，而從CO2釋放速率來看，70℃時最高.

3.2 對腐殖化程度的影響

堆肥腐殖化進(jìn)程和原料配方及堆肥過程控制有關(guān).

堆肥進(jìn)程和堆肥添加劑的種類密切相關(guān)［62］，選取富含碳的惰性材料作為添加劑能夠加快腐殖化進(jìn)程并改善最終畜禽糞便堆肥品質(zhì)［63］.吳東等［64］研究發(fā)現(xiàn)合適的C/N 能夠使堆體迅速升溫并延長堆肥過程中的高溫期，加快堆肥的發(fā)酵速度.由于有機(jī)物質(zhì)的降解與轉(zhuǎn)化效率能客觀地反映堆肥腐熟度、穩(wěn)定度及堆肥品質(zhì)，在該研究中以油菜秸稈為添加劑調(diào)節(jié)C/N 為22.72 時，有機(jī)質(zhì)變化較為明顯，最先達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，促進(jìn)腐殖化進(jìn)程.溫度同樣是重要影響因素.在?？×岬龋?］研究中25 ℃和35 ℃條件下，TOC 含量明顯比15 ℃條件下下降幅度大，堆肥物料中的糖類物質(zhì)很容易被微生物分解，經(jīng)過10 d 95%以上的糖類物質(zhì)就被分解，粗纖維降解率均達(dá)到60%以上，而在15 ℃條件下到堆肥結(jié)束時，仍有30%多的糖類沒有被分解，粗纖維也只分解了27.57%.李吉進(jìn)等［22］研究中高溫有利于胡敏酸形成，腐殖質(zhì)品質(zhì)變好.

腐殖化程度(DH)作為腐殖化程度的一個指標(biāo)在研究中相繼被提出使用［65-66］，是指腐殖酸占水溶態(tài)有機(jī)碳的比例.李艷霞等［67］研究中發(fā)現(xiàn)冬夏樣品的DH 值存在差異，可能因為堆肥濕度的影響，冬季的堆肥含水量在大約一周內(nèi)穩(wěn)定降低到50%，而在夏季，含水量迅速降低，一周后大約只有30%.在有機(jī)質(zhì)的降解過程中，需保持適當(dāng)?shù)臐穸人?，才能保持堆體內(nèi)微生物的活性.

3.3 對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響

研究表明，堆肥過程中的一切變化如有機(jī)物、溫度、pH 值等都與微生物的活動密切相關(guān)［68］.

其中溫度變化對微生物的群落演替起到了重要的決定性作用［29］.在堆肥中存在著各種各樣的微生物群落，其中細(xì)菌占主導(dǎo)地位，真菌、放線菌也有較多的數(shù)量.微生物的群落結(jié)構(gòu)會隨著堆肥不同時期溫度的變化而相應(yīng)變化.一般情況下嗜溫菌最適宜溫度是30 -40℃，嗜熱菌發(fā)酵最適宜溫度是50 -60℃，過高的溫度將會抑制對纖維素等分解能力很強(qiáng)的嗜溫菌的活動［69］. 可以將55℃作為堆肥微生物群落結(jié)構(gòu)躍遷的一個標(biāo)志性溫度［29］，一般認(rèn)為高溫菌對有機(jī)物的降解效率高于中溫菌［70］.

朱能武［71］研究表明，在城市污泥堆肥過程的初始階段，嗜溫細(xì)菌最為活躍，隨著溫度達(dá)到最大值，其種群數(shù)量達(dá)到最低;在降溫階段，嗜溫細(xì)菌的數(shù)量又有所回升. Beffa 等［72］曾經(jīng)在堆肥過程中的高溫期篩選出嗜熱菌屬，這些細(xì)菌能夠在65℃以上，甚至高達(dá)82℃的垛溫下生長.真菌變化略有不同，隨著溫度的升高，真菌的菌落數(shù)開始減少，在64℃時，所有的嗜熱性真菌幾乎全部消失.當(dāng)溫度下降到60℃以下時，嗜溫性真菌和嗜熱性真菌又都會重新出現(xiàn)在堆肥中［73］.

4 展 望

雖然國內(nèi)外已在有機(jī)固體廢物堆肥過程中碳素?fù)p失過程和影響因素方面進(jìn)行了諸多研究，并取得了很多成果，但在以下方面還有待深入研究:

1)堆肥過程中含碳有機(jī)物結(jié)構(gòu)變化是堆肥技術(shù)改進(jìn)關(guān)鍵因素之一，然而現(xiàn)有的研究主要集中于腐殖質(zhì)類物質(zhì)，并對其中含有不同官能團(tuán)物質(zhì)變化沒有進(jìn)行完整總結(jié)，沒有深入研究其變化機(jī)理.揭示堆肥過程中碳素轉(zhuǎn)化微生物學(xué)機(jī)理和有機(jī)物結(jié)構(gòu)變化機(jī)理對開發(fā)低碳型高效堆肥技術(shù)具有重要的指導(dǎo)作用.

2)堆肥的初始性質(zhì)與過程參數(shù)是能否減少碳素?fù)p失、提高穩(wěn)定有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率的重要影響因子，然而，已有好氧堆肥的研究對固體廢棄物腐殖化過程的影響因子討論較少，對腐殖質(zhì)形成的影響機(jī)理鮮有報道.闡明堆肥初始性質(zhì)與工藝參數(shù)對固體廢棄物碳素減排的影響機(jī)理，明確如何通過控制影響因子來提高腐殖化進(jìn)程減少，從而提高廢棄物堆肥的腐殖化進(jìn)程、減少碳素?fù)p失，這是固體廢棄物堆肥過程碳素減排機(jī)理研究的關(guān)鍵.

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