徐路魏，王旭東，2*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌712100；2.農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌712100）

?

生物質(zhì)炭對(duì)蔬菜廢棄物堆肥化過程氮素轉(zhuǎn)化的影響

徐路魏1，王旭東1，2*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌712100；2.農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌712100）

摘要：為了研究添加生物質(zhì)炭對(duì)蔬菜廢棄物堆肥化處理過程中氮素轉(zhuǎn)化特征的影響，分析堆肥過程中氮素的轉(zhuǎn)化及損失規(guī)律，用西紅柿莖蔓、玉米秸稈和豬糞按一定比例混合后添加不同比例的生物質(zhì)炭，進(jìn)行了為期30 d的堆肥發(fā)酵試驗(yàn)。結(jié)果表明，添加生物質(zhì)炭能夠提高堆體溫度，使堆體快速進(jìn)入高溫期，延長(zhǎng)高溫持續(xù)時(shí)間，可降低揮發(fā)性氨的累積釋放量，減少堆肥過程中的氮素?fù)p失，從而提高堆肥產(chǎn)品全氮的含量，并可促進(jìn)堆肥后期NH+4-N向NO-3-N轉(zhuǎn)化，提高非酸水解態(tài)氮的含量。添加生物質(zhì)炭有利于堆肥的腐熟，在堆肥第18 d添加較高比例的生物質(zhì)炭的處理其NH+4-N/NO-3-N≤0.5，堆肥產(chǎn)品達(dá)到腐熟。綜合保氮和腐熟效果，蔬菜廢棄物在堆肥化過程中以添加10%的生物質(zhì)炭為最佳。

關(guān)鍵詞：蔬菜廢棄物；生物質(zhì)炭；堆腐；氮素轉(zhuǎn)化；有機(jī)態(tài)氮

徐路魏，王旭東.生物質(zhì)炭對(duì)蔬菜廢棄物堆肥化過程氮素轉(zhuǎn)化的影響［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（6）：1160-1166.

XU Lu-wei，WANG Xu-dong. Effect of biochar on nitrogen transformation in vegetab1e wastes during comPosting［J］. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（5）：1160-1166.

隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，蔬菜作物的種植在農(nóng)業(yè)中所占比重越來越大［1］，同時(shí)也產(chǎn)生了大量的蔬菜廢棄物［2］。這些廢棄物隨意堆置于田間地頭、街道和公路兩旁，不僅會(huì)造成資源的巨大浪費(fèi)，而且在其腐爛變質(zhì)過程中會(huì)產(chǎn)生惡臭和大量的蠅、蚊、蟲等，嚴(yán)重污染大氣、水和土壤資源，還直接影響到人類的健康［1，3］。如何處理這些蔬菜廢棄物，已成為制約蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要因素。

高溫好氧堆肥被認(rèn)為是一種固體廢物資源化、無害化、減量化的有效手段，可以促使有機(jī)廢物穩(wěn)定，并在高溫發(fā)酵時(shí)殺死病原菌，堆肥產(chǎn)品無公害，且富含有機(jī)質(zhì)和植物生長(zhǎng)所必需的礦質(zhì)元素，可以用作有機(jī)肥和土壤改良劑，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益［4］。但好氧堆肥氮素?fù)p失量大，可達(dá)50%～80%［5］，不僅會(huì)污染環(huán)境、危害人體健康，還會(huì)降低堆肥產(chǎn)品的氮素營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)［6］。堆肥過程中氮素?fù)p失途徑主要有氨氣揮發(fā)、反硝化以及淋溶損失［7］。生物質(zhì)炭是生物質(zhì)原料經(jīng)高溫裂解而形成的黑色固體，是一種難溶、穩(wěn)定、高度芳香化、富含碳素的黑色蓬松狀固態(tài)物質(zhì)［8］，具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積［9］。添加生物質(zhì)炭，一方面能夠吸附堆肥過程中產(chǎn)生的氨氣和銨態(tài)氮，另一方面生物質(zhì)炭能夠促進(jìn)微生物的活動(dòng)，提高繁殖率以及種群數(shù)量，在堆肥過程中能夠通過生物氧化作用提高表面酸性基團(tuán)，特別是羧基團(tuán)，與銨態(tài)氮結(jié)合從而減少氮素以氨氣的形式揮發(fā)，降低氮素?fù)p失［10］。鑒于通過添加小麥秸稈、玉米秸稈、沸石［4，11-12］等調(diào)理劑減少堆肥氮素?fù)p失的研究較多，本文研究添加不同比例的生物質(zhì)炭對(duì)蔬菜廢棄物堆肥化處理的影響，旨在為蔬菜廢棄物堆肥化處理過程中減少氮素?fù)p失提供技術(shù)支持。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試西紅柿莖蔓取自楊陵區(qū)的蔬菜大棚，玉米秸稈取自西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)場(chǎng)，經(jīng)曬干粉碎。豬糞取自楊凌本香農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司養(yǎng)殖場(chǎng)。生物質(zhì)炭由楊陵億鑫生物能源科技開發(fā)有限公司提供，該生物質(zhì)炭是由蘋果樹枝條在600℃的高溫厭氧下生成。堆肥物料的基本性質(zhì)見表1。

表1　供試原料的基本性質(zhì)（%）Tab1e 1 Basic ProPerties of comPost materia1s（%）

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)處理（表2），每個(gè)處理設(shè)置2個(gè)重復(fù)。將西紅柿莖蔓和玉米秸稈粉碎至長(zhǎng)度小于5 cm，按2∶1（體積比）調(diào)配，加入20%的豬糞（體積比），進(jìn)行混合，在此基礎(chǔ)上添加不同比例的生物質(zhì)炭（體積比）混合均勻，調(diào)節(jié)含水量為65%左右，進(jìn)行自然堆肥，前期每2 d翻拌一次，后期（18 d后）每4 d翻拌一次。在堆肥的第0、3、6、9、12、15、18、21、25、30 d，于表層、中層、底層的3個(gè)點(diǎn)采樣，分別混合均勻，四分法取500 g左右，將剩余樣品放回發(fā)酵桶中（250 L）繼續(xù)發(fā)酵。采集的鮮樣除直接用于揮發(fā)性氨測(cè)定外，一部分保存于4℃冰箱中，用于硝態(tài)氮、銨態(tài)氮測(cè)定，另一部分風(fēng)干后備用。

表2　不同處理的生物質(zhì)炭添加比例Tab1e 2 Biochar addition rates in different treatments

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

每天上午10：00時(shí)和下午16：00時(shí)測(cè)定堆肥中心溫度，重復(fù)3次。全氮采用H2SO4-H2O2消煮，凱式定氮法測(cè)定；灰分采用常壓二步法［13］；揮發(fā)性氨采用擴(kuò)散皿法測(cè)定，即硼酸吸收標(biāo)準(zhǔn)酸滴定［14］；硝銨態(tài)氮采用1 mo1·L-1KC1浸提，流動(dòng)分析儀測(cè)定［15］；有機(jī)氮采用Bremner法，用6 mo1·L-1HC1消解樣品，將有機(jī)氮分為酸水解有機(jī)氮和非酸水解有機(jī)氮，凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定［16］。

1.4氮素?fù)p失率的計(jì)算

根據(jù)腐熟過程灰分無損失原理，氮素?fù)p失率計(jì)算公式為：

NL=（N0-Nn·H0/Hn）/N0

式中：NL表示氮素?fù)p失率；Nn表示不同采樣時(shí)期全氮含量；N0表示腐解開始時(shí)的全氮含量；H0表示腐解開始時(shí)灰分含量；Hn表示不同采樣時(shí)期灰分含量［17］。

1.5數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Exce1 2007進(jìn)行整理，SAS統(tǒng)計(jì)軟件和SigmaP1ot 10.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析作圖。

2　結(jié)果與分析

2.1堆肥過程中溫度變化

溫度是影響堆肥進(jìn)程和堆肥品質(zhì)的重要因素［18］。堆肥過程主要經(jīng)歷升溫期、高溫期、降溫期和腐熟期。

從圖1可以看出，堆體溫度先升高后降低，最后趨于環(huán)境溫度。對(duì)照處理（處理1）在第8 d達(dá)到最高溫度（53.5℃），但沒有達(dá)到高溫階段溫度要求（≥55℃），堆肥結(jié)束時(shí)趨于環(huán)境溫度。與對(duì)照相比，添加不同比例生物質(zhì)炭的處理在堆肥第4～5 d進(jìn)入高溫階段，高溫期歷時(shí)8～9 d，比對(duì)照處理的最高溫度高出8℃左右。生物質(zhì)炭添加比例為10%的處理（處理5）在堆肥第4 d進(jìn)入高溫階段，第6 d達(dá)到最高溫度（71℃）。添加生物質(zhì)炭可以促使堆肥快速進(jìn)入高溫階段，提高高溫階段的堆體溫度，延長(zhǎng)高溫時(shí)間，促進(jìn)堆肥腐熟。

圖1　堆肥過程中溫度變化Figure 1 Changes of temPerature during comPosting

2.2全氮含量的變化

全氮是判斷堆肥品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。圖2反映出，在腐解過程中各處理的全氮含量總體上呈先降低后期略有升高的變化規(guī)律。對(duì)照處理的全氮含量0～15 d快速降低，在15～30 d緩慢降低。與對(duì)照相比，添加生物質(zhì)炭處理的全氮含量在0～15 d快速降低，在15～21 d緩慢降低，21～30 d略有升高。腐解前期，堆肥物料快速分解，有機(jī)氮的礦化和氨氣揮發(fā)損失，導(dǎo)致全氮含量快速降低，后期銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮且腐殖化作用大于礦化作用，氨氣揮發(fā)減少，使得全氮含量趨于穩(wěn)定并略有回升。堆肥結(jié)束時(shí)，各處理的全氮含量分別比堆肥初期降低了28.25%、25.68%、20.46%、19.19%、17.43%、19.63%、22.28%；添加生物質(zhì)炭處理的堆肥產(chǎn)品（處理2～7）的全氮含量分別比對(duì)照處理高3.13%、9.38%、10.63%、12.50%、7.50%、2.50%。在堆肥結(jié)束時(shí)，添加10%的生物質(zhì)炭處理（處理5）的全氮含量降低最少，全氮含量最高。這說明添加10%的生物質(zhì)炭相對(duì)于其他處理更有利于堆肥的保氮，降低氮素?fù)p失。

2.3無機(jī)氮的變化趨勢(shì)

2.3.1銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的變化

從圖3可以看出，NH+4-N含量總體呈先升高后降低的變化規(guī)律。對(duì)照處理的NH+4-N含量在堆肥初期快速升高，在第6 d達(dá)到最大值，隨著堆肥時(shí)間的增加，NH+4-N含量逐漸降低，堆肥后期保持相對(duì)穩(wěn)定。和對(duì)照相比，添加生物質(zhì)炭處理的NH+4-N含量在堆肥初期（第0 d）略有降低，第3 d高于對(duì)照，第6 d達(dá)到峰值，第15 d開始逐漸低于對(duì)照處理，說明添加生物質(zhì)炭能夠促進(jìn)堆肥前期的氨化作用和后期的硝化作用。各處理在堆肥結(jié)束時(shí)比堆肥初期NH+4-N含量分別降低了56.67%、58.00%、64.44%、65.00%、65.79%、65.63%、62.96%；添加生物質(zhì)炭的堆肥產(chǎn)品比對(duì)照處理的NH+4-N含量分別降低了19.23%、38.46%、46.15%、50.00%、57.69%、61.54%。

與NH+4-N相比，各處理的NO-3-N含量在堆肥初期較低，堆肥的第6～15 d快速升高，之后趨于穩(wěn)定（圖4）。這是由于前期堆體溫度較高，以氨化作用為主，有機(jī)氮在微生物的作用下大部分轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，后期堆肥溫度降低，硝化作用加強(qiáng)，銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，硝態(tài)氮含量快速升高［19］。在堆肥結(jié)束時(shí)，各處理的NO-3-N含量比堆肥初期分別增加了318.75%、435.71%、507.69%、583.33%、608.33%、561.54%、709.09%。

2.3.2銨態(tài)氮/硝態(tài)氮的變化

圖2　堆肥過程中全氮含量的變化Figure 2 Changes of TN during comPosting

圖3　堆肥過程中NH+4-N的變化Figure 3 Changes of NH+4-N during comPosting

NH+4-N/NO-3-N值是判斷堆肥腐熟程度的一個(gè)重要指標(biāo)［20］。從圖5可以看出NH+4-N/NO-3-N值呈先升高后降低的變化規(guī)律。對(duì)照處理的NH+4-N/NO-3-N值在堆肥第6d達(dá)到最大，第25d堆肥腐熟（NH+4-N/NO-3-N≤0.5）。添加生物質(zhì)炭處理的NH+4-N/NO-3-N的最大值和腐熟度（NH+4-N/NO-3-N≤0.5）都略有提前，生物質(zhì)炭添加比例為10%、12.5%、15%的處理峰值提前到第3 d，其他處理則與對(duì)照相同；在堆肥第21 d，處理2和處理3達(dá)到腐熟（NH+4-N/NO-3-N≤0.5），而處理4、處理5、處理6和處理7在第18 d達(dá)到腐熟，說明添加生物質(zhì)炭促進(jìn)堆肥腐解和氮素轉(zhuǎn)化，加快堆肥腐熟。

2.4揮發(fā)性氨的變化

從圖6可以看出，堆肥過程中各個(gè)處理的NH3的釋放量均呈先升高后降低的變化規(guī)律。在堆肥第0～3 d施加生物質(zhì)炭的處理比對(duì)照的揮發(fā)性氨釋放量高，隨著堆肥的進(jìn)行對(duì)照處理的揮發(fā)性氨的釋放量逐漸高于其他處理。對(duì)照處理在堆肥的第9 d達(dá)到最大值7.2 mg·kg-1·d-1，隨后逐漸降低。和對(duì)照相比，添加生物質(zhì)炭處理降低了揮發(fā)性氨釋放量的峰值，其中添加生物質(zhì)炭比例為10%處理（處理5）峰值最低，并隨生物質(zhì)炭添加量的增加其峰值也提前到第6 d。這是由于堆肥初期氨化作用較強(qiáng)，有機(jī)氮礦化產(chǎn)生大量銨態(tài)氮，銨態(tài)氮在堿性環(huán)境下轉(zhuǎn)化為氨氣，造成氮素?fù)p失，生物質(zhì)炭具有多空隙結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)的吸附能力，能夠吸附部分氨氣和銨態(tài)氮，減少氨揮發(fā)損失。添加不同比例的生物質(zhì)炭其保氮效果大小不同，從總體上看生物質(zhì)炭添加比例10%的處理揮發(fā)性氨的釋放量較低，說明生物質(zhì)炭添比例10%最有利于降低堆肥的揮發(fā)性氨的釋放。

2.5有機(jī)態(tài)氮的變化

有機(jī)氮是堆肥產(chǎn)品中氮素的主要存在形式［21］，是交換性銨和硝態(tài)氮的源和匯［22］。堆肥過程中有機(jī)氮不斷累積、礦化和固定，其含量能夠反映出微生物對(duì)氮素的轉(zhuǎn)化和利用情況。

圖4　堆肥過程中NO-3-N的變化Figure 4 Changes of NO-3-N during comPosting

圖5　堆肥過程中NH+4-N/NO-3-N比值的變化Figure 5 Changes of NH+4-N /NO-3-N during comPosting

圖6　不同處理揮發(fā)性氨釋放速率的變化Figure 6 Changes of vo1ati1e ammonia in different treatment during comPosting

圖7　腐解過程中酸水解有機(jī)氮的變化Figure 7 Changes of THN during comPosting

從圖7可以看出，酸水解有機(jī)氮總體呈先降低后升高的變化規(guī)律。添加生物質(zhì)炭處理的酸水解有機(jī)氮含量在堆肥前期和中期低于對(duì)照處理，堆肥第18 d逐漸高于對(duì)照，堆肥后期有不同程度的升高。在堆肥結(jié)束時(shí)，各處理的酸水解有機(jī)氮含量比堆肥初期分別降低了45.22%、40.26%、36.24%、28.57%、24.31%、20.00%、13.04%；酸水解有機(jī)氮濃度隨生物質(zhì)炭添加量的增加而增加，添加生物質(zhì)炭處理的酸水解有機(jī)氮比對(duì)照處理分別增加了6.98%、10.47%、22.09%、26.74%、30.23%、39.53%，說明添加生物質(zhì)炭有利于堆肥產(chǎn)品有機(jī)態(tài)氮的保存。

圖8所示，各處理的非水解有機(jī)氮濃度總體上呈逐漸升高的變化規(guī)律。與對(duì)照相比，堆肥初期（第0 d）添加生物質(zhì)炭處理的非水解有機(jī)氮有所降低。堆肥結(jié)束時(shí)，非水解有機(jī)氮濃度比堆肥初期分別增加了31.43%、41.18%、62.50%、90.32%、82.35%、96.88%、93.94%；非水解有機(jī)氮濃度隨生物質(zhì)炭添加量的增加而增加，添加生物質(zhì)炭處理的非水解有機(jī)氮比對(duì)照處理分別增加了4.35%、13.04%、28.26%、34.78%、36.96%、39.13%，說明生物質(zhì)炭促進(jìn)堆肥后期非酸水解有機(jī)氮的形成，有機(jī)氮的穩(wěn)定性提高，減少氮素?fù)p失。

2.6堆肥產(chǎn)物的氮素?fù)p失率

堆肥過程中氮素?fù)p失不僅會(huì)污染環(huán)境，還會(huì)造成資源浪費(fèi)，使堆肥產(chǎn)品的氮素營(yíng)養(yǎng)下降。堆肥過程中的氮素?fù)p失主要有氨氣揮發(fā)、反硝化作用、淋溶損失［2］。圖9表明，堆肥結(jié)束時(shí)，隨著生物質(zhì)炭用量的增加，氮素?fù)p失率呈先降低后增加的變化趨勢(shì)。和對(duì)照處理相比，處理2的氮素?fù)p失率差異不顯著，處理3、處理4、處理5顯著降低，其中以處理5的最低（添加比例為10%），氮素?fù)p失率僅為24.60%，比對(duì)照降低了37.88%。與處理5相比，處理6、7的氮素?fù)p失率略有增加，但差異不顯著。說明當(dāng)生物質(zhì)炭添加比例過高（超過10%）時(shí)保氮效果有所降低。

圖8　腐解過程中非酸水解有機(jī)氮的變化Figure 8 Changes of UTHN during comPosting

圖9　不同處理的氮素?fù)p失率Figure 9 Changes of nitrogen 1osses during comPosting

3　討論

氮素在堆肥過程中的轉(zhuǎn)化主要包括有機(jī)氮的礦化、硝化和反硝化、氨氣吸附和揮發(fā)以及有機(jī)氮的合成。一方面，有機(jī)氮經(jīng)礦化作用轉(zhuǎn)化為無機(jī)氮，部分以氨氣形式揮發(fā)損失，部分與水結(jié)合形成銨態(tài)氮，銨態(tài)氮在硝化細(xì)菌的作用下進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，部分硝態(tài)氮經(jīng)反硝化作用產(chǎn)生氮?dú)?、氧化亞氮等；另一方面通過微生物的代謝合成可將部分氮素轉(zhuǎn)化為腐殖質(zhì)的一部分［23］。在采用密封裝置不存在滲漏的情況下，這個(gè)過程中引起氮素?fù)p失的主要是氨氣揮發(fā)和反硝化作用［24］。增加堆肥介質(zhì)對(duì)氨的吸附，促進(jìn)無機(jī)氮向有機(jī)氮轉(zhuǎn)化，可減少氮素?fù)p失。生物質(zhì)炭是多孔隙結(jié)構(gòu)和較強(qiáng)吸附能力的惰性有機(jī)碳為主構(gòu)成的材料［25-26］，能夠吸附堆肥過程中產(chǎn)生的部分氨氣和銨離子，同時(shí)調(diào)節(jié)微生物的活性，促進(jìn)對(duì)氮素的生物固定，從而達(dá)到保氮效果［12］。劉微等［12］通過研究不同添加劑對(duì)番茄秸稈雞糞好氧堆肥的影響，表明秸稈生物質(zhì)炭相較于泥炭和沸石更有利于提高堆肥全氮含量，減少氮素?fù)p失。

堆肥過程中，氨氣揮發(fā)造成了氮素的大量損失。氨揮發(fā)主要與銨態(tài)氮濃度、溫度、PH值、堆體的孔隙度［27-28］等因素有關(guān)。添加生物質(zhì)炭后，初期堆體溫度升高較快和堆體的堿性環(huán)境，使揮發(fā)性氨釋放量逐漸增加，在堆肥第6 d低于對(duì)照處理的揮發(fā)性氨釋放量，中后期的揮發(fā)性氨釋放量隨生物質(zhì)炭添加比例的增加而降低。在堆肥過程中，揮發(fā)性氨的釋放量先升高后降低，全氮含量先下降后期略有升高，銨態(tài)氮含量先升高后降低，硝態(tài)氮?jiǎng)t逐漸升高。這與王海候等［10］和張廣杰［29］的研究結(jié)果相似。

有機(jī)氮是堆肥產(chǎn)品氮素的主要存在形式，Bremmer法將有機(jī)氮分為酸水解有機(jī)氮和非酸水解有機(jī)氮，酸水解有機(jī)氮包括氨基酸態(tài)氮、酰胺態(tài)氮和非知態(tài)氮，其中氨基酸態(tài)氮和酰胺態(tài)氮可通過微生物作用分解為無機(jī)態(tài)氮，供作物吸收利用。生物質(zhì)炭的高孔隙結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)槲⑸锾峁└街c(diǎn)，有利于微生物的繁殖，促進(jìn)堆肥前期微生物分解有機(jī)碳、氮化合物，使有機(jī)氮含量降低［11-12］，堆肥后期腐殖化作用加強(qiáng)，氮素在微生物作用下形成復(fù)雜的腐殖質(zhì)態(tài)有機(jī)氮，從而促進(jìn)非酸水解有機(jī)氮的形成，提高有機(jī)氮的穩(wěn)定性，也可減少無機(jī)氮的損失。在系列添加生物質(zhì)炭下，當(dāng)比例為5%以上時(shí)就有較明顯的保氮效果，添加到10%的效果最顯著，氮素?fù)p失率最低為24.60%，而過多的添加生物質(zhì)炭則加大了氮素?fù)p失。這可能是由于生物質(zhì)炭自身為偏堿性，若添加量過多，引起氨氣揮發(fā)加?。?0］，造成氮素?fù)p失，其具體原因還有待于進(jìn)一步深入研究。

4　結(jié)論

（1）堆肥過程中，添加不同比例的生物質(zhì)炭可以降低氨氣的釋放量，減少氮素?fù)p失。堆肥結(jié)束時(shí)，添加10%生物質(zhì)炭的處理，全氮濃度最高，氮素?fù)p失率最低為24.60%，保氮效果最好。

（2）添加生物質(zhì)炭減少堆肥過程中氮素?fù)p失的內(nèi)在原因是增加后期堆肥產(chǎn)品中非酸水解有機(jī)氮的含量，減少有機(jī)氮的礦化，有利于銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化，減少氨揮發(fā)損失。

（3）堆肥過程中，添加生物質(zhì)炭有利于銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化，促進(jìn)堆肥的腐熟，并隨生物質(zhì)炭添加量的增加腐熟效果越好。

參考文獻(xiàn)：

［1］黃鼎曦，陸文靜，王洪濤.農(nóng)業(yè)蔬菜廢物處理方法研究進(jìn)展和探討［J］.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2002，3（11）：38-42. HUANG Ding-xi，LU Wen-jing，WANG Hong-tao. Progress on study of agricu1tura1 vegetab1e waste treatment［J］. Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control，2002，3（11）：38-42.

［2］孫振鈞，孫永明.我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化與農(nóng)村生物質(zhì)能源利用的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2006，8（1）：6-13. SUN Zhen-jun，SUN Yong-ming. Situation and deve1oPment of agricu1-ture residues as energy resource uti1ization in rura1 areas in China［J］. Review of ChinaAgricultural Science and Technology，2006，8（1）：6-13.

［3］龔建英，田鎖霞，王智中，等.微生物菌劑和雞糞對(duì)蔬菜廢棄物堆肥化處理的影響［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，6（8）：2813-2817. GONG Jian-ying，TIAN Suo-xia，WANG Zhi-zhong，et a1. Effect of inocu1ation and Pou1try dung on comPosting of vegetab1e residues［J］. Chinese Journal of Environment Engineering，2012，6（8）：2813-2817.

［4］姜繼韶，黃懿梅，黃華，等.豬糞秸稈高溫堆肥過程中碳氮轉(zhuǎn)化特征與堆肥周期探討［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，31（11）：2511-2517. JIANG Ji-shao，HUANG Yi-mei，HUANG Hua，et a1. Carbon and nitrogen dynamics and stabi1ization time of a swine manure-straw comPost［J］. Acta Scientiae Circumstantiae，2011，31（11）：2511-2517.

［5］孫文彬.生物質(zhì)炭對(duì)城市污泥好氧堆肥過程中碳素轉(zhuǎn)化及堆肥品質(zhì)的影響［D］.重慶：西南大學(xué)，2013. SUN Wen-bin. Effect of biochar on transformation of organic matter during sewage s1udge comPosting and qua1ity of comPost［D］. Chongqing：Southwest University，2013.

［6］黃國(guó)鋒，鐘流舉，張振鈿，等.豬糞堆肥化處理過程中的氮素轉(zhuǎn)變及腐熟度研究［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，13（11）：1459-1462. HANG Guo-feng，ZHONG Liu-ju，ZHANG Zhen-tian，et a1. On nitrogen transformations and maturity during comPosting of Pig manure［J］. Chinese Journal of Applied Ecology，2002，13（11）：1459-1462.

［7］熊建軍，劉淑英，鄒元國(guó)，等.高溫堆肥過程中除臭保氮技術(shù)研究進(jìn)展［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，24（1）：444-448. XIONG Jian -jun，LIU Shu -ying，ZOU Yuan -guo，et a1. Research Progress on deodorizing and reducing nitrogen 1oss from high temPerature comPost system［J］. Chinese Agricultural Science Bulletin，2008，24 （1）：444-448.

［8］林雪原，荊延德，鞏晨，等.生物炭吸附重金屬的研究進(jìn)展［J］.環(huán)境污染與防治，2014，36（5）：83-87. LIN Xue-yuan，JING Yan-de，GONG Chen，et a1. Research Progress on the sorPtion of heavy meta1s by biochar［J］. Environmental Pollution & Control，2014，36（5）：83-87.

［9］Yuan J H，Xu R K，Zhang H. The forms of a1ka1is in the biochar Produced from croP residues at different temPeratures［J］. Bioresource Technology，2010，102（3）：3488-3497.

［10］王海候，沈明星，凃榮文，等.生物質(zhì)炭對(duì)伊樂藻堆肥過程氨揮發(fā)的作用效應(yīng)研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33（11）：2266-2272. WANG Hai-hou，SHEN Ming-xing，TU Rong-wen，et a1. Effect of biochar on ammonia vo1ati1ization during e1odea comPosting［J］. Journal of Agro-Environment Science，2014，33（11）：2266-2272.

［11］黃懿梅，茍春林，梁軍峰.兩種添加劑對(duì)牛糞秸稈堆肥化中氮素?fù)p失的控制效果探討［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（3）：1219-1225. HUANG Yi-mei，GOU Chun-1in，LIANG Jun-feng. Effect of two amendments on nitrogen 1oss from comPosting of catt1e manure and corn straw［J］. Journal of Agro-Environment Science，2008，27（3）：1219-1225.

［12］劉微，霍榮，張津，等.生物質(zhì)炭對(duì)番茄秸稈和雞糞好氧堆肥氮磷鉀元素變化的影響及其機(jī)理［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2015，29（3）：289-294. LIU Wei，HUO Rong，ZHANG Jin，et a1. Effect of biochar on N，P and K transformation of tomato straw and chicken manure comPosting and mechanisms［J］. Journal of Soil and Water Conservation，2015，29（3）：289-294.

［13］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.三版.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000. BAO Shi-dan. Soi1 agrochemica1 ana1ysis［M］. Third edition. Beijing：China Agricu1ture Press，2000.

［14］Kei1uweit M，K1eber M，SParrow M A，et a1. So1vent-extractab1e Po1ycyc1ic aromatic hydrocarbons in biochar：Inf1uence of Pyro1ysis tem-Perature and feedstock［J］. Environmental Science & Technology，2012，46（17）：9333-9341.

［15］魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，2000. LU Ru-kun. Soi1 agricu1tura1 chemica1 ana1ysis method［M］. Beijing：China Agricu1ture Science and Technique Press，2000.

［16］Bremmer J M. Organic forms of nitrogen［M］//B1ack C A. Methods of soi1 ana1ysis. Agronomy 9. Madison. Wisconsin：A merican Society of A-gronomy IncorPoration，USA. 1965：1148-1178.

［17］曹喜濤，黃為一，常志州，等.雞糞堆制過程中氮素?fù)p失及減少氮素?fù)p失的機(jī)理［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2004，20（2）：106-110. CAO Xi-tao，HUANG Wei-yi，CHANG Zhi-zhou，et a1. Mechanism of nitrogen 1oss and reduction in nitrogen 1oss during the comPost of chicken manure［J］. Jiangsu Journal of Agriculture Sciences，2004，20 （2）：106-110.

［18］Agnew J M，Leonard J. The Physica1 ProPerties of comPost［J］. Compost Science & Utilization，2003，11（3）：238.

［19］鮑艷宇，周啟星，顏麗，等.雞糞堆肥過程中各種氮化合物的變化及腐熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，26（4）：1532-1537. BAO Yan-yu，ZHOU Qi-xing，YAN Li，et a1，Dynamics of organic carbons during comPosting of chicken manure and eva1uation of maturity Parameters［J］. Journal of Agro-Environment Science，2007，26（4）：1532-1537.

［20］Bernai M P，Paredes C，Sánchez-Monedero M A，et a1. Maturity and stabi1ity Parameters of comPosts PrePared with a wide range of organic wastes［J］. Bioresource Technology，1998，63（1）：91-99.

［21］Tiquia S M，Tam N F Y. Characterization and comPosting of Pou1try 1itter in forced-aeration Pi1es［J］. Process Biochemistry，2002，37（8）：869-880.

［22］張雪辰，王旭東.畜禽糞便快速發(fā)酵過程中的氮素轉(zhuǎn)化及損失［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33（3）：458-464. ZHANG Xue-chen，WANG Xu-dong. Nitrogen transformation and 1oss in 1ivestock and Pou1try manure mixture during raPid comPosting Process［J］. Journal of Agro-Environment Science，2014，33（3）：458-464.

［23］李忠徽，王旭東.不同發(fā)酵輔料下牛糞腐解過程溫度和養(yǎng)分的變化規(guī)律［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，33（3）：471-477. LI Zhong-hui，WANG Xu-dong. Changes of temPerature and nutrients in cow dung with different amendments during comPosting Process［J］. Journal of Agro-Environment Science，2014，33（3）：471-477.

［24］黃向東，韓志英，石德智，等.禽畜糞便堆肥過程中氮素的損失與控制［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，21（1）：247-254. HUANG Xiang-dong，HAN Zhi-ying，SHI De-zhi，et a1. Nitrogen 1oss and contro1 during 1ive stock manure comPosting［J］. Chinese Journal of Applied Ecology，2010，21（1）：247-254.

［25］趙世翔，姬強(qiáng)，李忠徽，等.熱解溫度對(duì)生物質(zhì)炭及其在土壤中礦化作用的影響［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，46（6）：183-200. ZHAO Shi-xiang，JI Qiang，LI Zhong-hui，et a1. Characteristics and minera1ization in soi1 of aPP1e-derived biochar Produced at different temPeratures［J］. Transaction of the Chinese Society for Agriculture Machinery，2015，46（6）：183-200.

［26］Ahmad M，RajaPaksha A U，Lim J E，et a1. Biochar as a sorbent for contaminant management in soi1 and water：A review［J］. Chemosphere，2014，99（6）：19-33.

［27］羅一鳴，魏宗強(qiáng)，孫欽平，等.沸石作為添加劑對(duì)雞糞高溫堆肥氨揮發(fā)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（2）：243-247. LUO Yi-ming，WEI Zong-qiang，SUN Qin-Ping，et a1. Effects of zeo-1ite addition on ammonia vo1ati1ization in chicken manure comPosting ［J］. Transactions of the CSAE，2011，27（2）：243-247.

［28］屠巧平.生物質(zhì)炭添加對(duì)豬糞堆肥腐殖化的影響及機(jī)理研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2014. TU Qiao-Ping. Effects of biochar on humification on Pig manure com-Posting［D］. Hangzhou：Zhejiang University，2014.

［29］張廣杰.添加不同比例橡木炭對(duì)豬糞好氧堆肥的形象研究［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2014. ZHANG Guang-jie. Effect of different ProPortions of oak charcoa1 on comPosting of Pig manure with rice husk under aerobic condition［D］. Yang1ing：North West Agricu1ture and Forestry University，2014.

［30］陶金沙，李正東，劉福理，等.添加小麥秸稈生物質(zhì)炭對(duì)豬糞堆肥腐熟程度及溫室氣體排放的影響［J］.土壤通報(bào)，2014，45（5）：1233-1239. TAO Jin-sha，LI Zheng-dong，LIU Fu-1i，et a1. Effects of wheat straw biochar on maturity extent and greenhouse gases emissions during swine manure comPosting［J］. Chinese Journal of Soil Science，2014，45 （5）：1233-1239.

Effect of biochar on nitrogen transformation in vegetable wastes during composting

XU Lu-wei1，WANG Xu-dong1，2*
（1.Co11ege of Resources and Environment，Northwest A&F University，Yang1ing 712100，China；2.Key Laboratory of P1ant Nutrition and Agri-Environment in Northwest China，Ministry of Agricu1ture，Yang1ing 712100，China）

Abstract：Aerobic comPosting is an effective way to disPose vegetab1e wastes. However，nitrogen 1osses in vegetab1e wastes during comPosting great1y decrease the effectiveness of comPost ferti1izers. Here the effect of biochar on nitrogen transformation in vegetab1e wastes was investigated in a 30 day comPosting exPeriment using tomato P1ants，corn stover and swine manure mixture amended with different rates of biochar. Resu1ts showed that additions of the biochar had the comPost Pi1e enter into the high temPerature Phase ear1ier，extended the hightemPerature duration，and decreased NH3emissions and nitrogen 1osses，thus increasing tota1 nitrogen content in the comPosted Products. Adding biochar a1so Promoted transformation of NH+4-N to NO-3-N（nitrification Process）at the 1ate stage and imProved the content of unhydro1ysab1e nitrogen. In addition，aPP1ying biochar faci1itated comPost maturing and 1owered the ratio of NH+4-N/ NO-3-N to≤0.5 on the 18th day. Based on the Present resu1ts，the oPtimum rate of biochar addition for nitrogen conservation and comPost maturity wou1d be about 10%.

Keywords：vegetab1e waste；biomass charcoa1；comPosting；nitrogen transformation；organic nitrogen formation

中圖分類號(hào)：S141.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-2043（2016）06-1160-07 doi∶10.11654/jaes.2016.06.019

收稿日期：2015-12-04

基金項(xiàng)目：“十二五”國(guó)家科技支撐項(xiàng)目（2012BAD14B11）；楊凌示范區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014SF-02）

作者簡(jiǎn)介：徐路魏（1990—），女，河北邯鄲人，碩士研究生，主要從事有機(jī)肥研究。E-mai1：xu1uwei0@163.com

*通信作者：王旭東E-mai1：wangxudong01@126.com