薛文濤，孫昊，孫欽平，張玲，吳榮，田野，陳益山，鄒國元，劉善江

（北京市農(nóng)林科學院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，北京 100097）

我國每年產(chǎn)生大量的農(nóng)業(yè)廢棄物，其中畜禽糞便約38億t，秸稈約9億t，堆肥技術具有成熟度高、處理量大、產(chǎn)品經(jīng)濟效益較好的優(yōu)點，因此已經(jīng)成為目前農(nóng)業(yè)廢棄物的主要處理利用方式。但是堆肥過程溫度較高、微生物活性較強、需要翻堆等原因?qū)е麓罅亢獨怏w揮發(fā)損失，其中氨揮發(fā)是氮素損失的主要途徑。大量的氮素損失不僅會導致堆肥產(chǎn)品肥效下降，還會造成溫室效應和大氣污染、危害人畜健康、腐蝕設備以及帶來酸雨危害和水體富營養(yǎng)化。隨著農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥化處理進程的加快，堆肥處理過程中氮素損失及其控制措施愈發(fā)受到國內(nèi)外研究者的關注。

國內(nèi)外針對農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥氮素損失途徑、機理以及氮素保留技術已經(jīng)開展了大量的研究，主要的氮素損失控制技術包括調(diào)節(jié)原料C/N、通風與控制氧氣供應、接種微生物菌劑、添加物理吸附劑和化學添加劑。在原料及其配比確定的情況下，通過添加化學添加劑降低物料pH、增強銨態(tài)氮的化學固定，是目前固氮效果最好、適用性最強的方式。目前，常用的化學添加劑包括磷鎂鹽、過磷酸鈣、磷石膏、磷酸、硫酸等，但是其中過磷酸鈣、氫氧化鎂等物質(zhì)成本較高，硫酸、磷酸等物質(zhì)使用具有一定的安全風險，不易購買，后續(xù)還田利用可能造成農(nóng)田土壤鹽漬化風險。

有機酸具有一定的酸性，而且來源廣泛，使用安全性較高，所以近些年已開展堆肥過程添加有機酸氮素保全效果研究。NIE 等研究了乳酸對畜禽糞便與屠宰污泥共堆肥的影響，結果表明乳酸的加入降低了NH的排放，促進了堆肥產(chǎn)品的腐熟，0.4%、0.7%和1%的乳酸處理中NH排放形式的氮損失分別較空白處理降低3.36%、8.29%和14.65%。潘君廷在堆肥中添加檸檬酸，結果可降低51%的氨揮發(fā)。

雖然目前有機酸添加對堆肥氨減排具有一定的效果，但是主要側重與常規(guī)添加劑對比，而缺少不同有機酸氨減排效果的研究，而且大多研究通過初始物料調(diào)整使其在達到適宜C/N（20～30）條件下開展研究，但是在雞糞等低碳氮物料發(fā)酵過程中為了減少成本、提升處理能力、提高有機肥產(chǎn)品氮養(yǎng)分含量，往往存在著相對較少秸稈等輔料添加，從而使堆體維持相對較低的C/N（15 左右）的情況。大量研究表明隨著堆體初始C/N 降低氨揮發(fā)量將顯著提高，從而降低氨減排效果。目前低C/N 條件下堆肥有機酸添加對氨減排與氮素保全效果研究缺乏，鑒于此，本研究以草酸和檸檬酸為有機酸添加劑，通過開展雞糞、秸稈和菌渣在低C/N（15左右）條件下堆肥，對堆肥過程中氨氣揮發(fā)以及堆肥物料理化指標進行監(jiān)測，從而為低C/N 堆肥情況下氨氣高效減排和氮素保留提供可選方案。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在北京市農(nóng)林科學院溫室進行。以雞糞、秸稈、菌渣為主要發(fā)酵原料，雞糞選擇北京平谷某養(yǎng)殖場新鮮雞糞，秸稈為玉米秸稈，堆肥前進行粉碎，粒徑為10～20 mm，菌渣為北京大興區(qū)某平菇生產(chǎn)廠產(chǎn)生的菌棒廢棄物，各原料初始理化指標見表1。草酸為市場購買的工業(yè)級原料，檸檬酸為市售食品級純度。

表1 堆肥原料理化指標Table 1 Basic physical and chemical characters of raw materials

1.2 試驗方法與設計

通過原料調(diào)節(jié)，控制初始C/N 在15 左右，含水率60%左右（雞糞10 kg、秸稈5 kg、菌渣1 kg），檸檬酸和草酸添加比例為堆肥物料鮮質(zhì)量的5%，即0.8 kg。為了確保有機酸添加的均勻性，堆肥物料均分為4 等份，每份雞糞2.5 kg、秸稈1.25 kg、菌渣0.25 kg，在攪拌過程中均勻添加0.2 kg 的有機酸，最后4 份物料再進行混勻攪拌。

堆肥設備為密閉式反應倉，體積為60 L。試驗設置CK、檸檬酸、草酸3個處理，每個處理設置3個重復，共計9組。試驗采用間歇式供氣，由氣泵進行供氣，流量計進行流量控制與監(jiān)測，通氣量設置為6 L·min，通氣頻率為30 min·h。堆肥過程采用精創(chuàng)RE-4 型溫度記錄儀對堆體的溫度進行連續(xù)監(jiān)測，探頭監(jiān)測深度為堆體內(nèi)30 cm，監(jiān)測間隔為5 min，取24 h監(jiān)測均值作為當日平均溫度。試驗裝置示意圖見圖1。

圖1 試驗裝置示意圖Figure 1 Experimental devices schematic diagram

1.3 樣品采集與分析

1.3.1 樣品采集

在堆肥第3、11、25、41 d翻堆，堆肥初始及每次翻堆完成后采樣，共計5 次。采樣方式為五點采樣法，即中心和四角部位采集樣品共約1 kg，然后混合均勻，通過四分法取250 g 左右樣品帶回實驗室進行檢測，其他樣品放回堆體。采集的新鮮樣品部分用于測定含水量、糞大腸菌群數(shù)、蛔蟲卵死亡率、有機態(tài)氮組分；部分放于室內(nèi)風干粉碎過1 mm 篩，測定全氮、全磷、全鉀、有機質(zhì)、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、pH、電導率。

試驗采用多通道氣體采集器和GSM500 在線氣體檢測器進行氣體采集和在線檢測，氣體采集器選擇10路通道，依次為空氣通道（1路）、CK 通道（3路）、檸檬酸通道（3 路）、草酸通道（3 路）。多通道氣體采集器單通道采集時間設置為6 min，GSM500在線氣體檢測器檢測頻率為2 min，即每個通道檢測3 個數(shù)值，選擇中間數(shù)值作為實測值。

1.3.2 分析方法

含水率：新鮮樣品稱質(zhì)量后，在溫度為105 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量，則含水率=（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/鮮質(zhì)量×100%

全氮（TN）含量采用HSO-HO消煮-凱氏定氮法測定；全磷（TP）含量采用鉬銻抗比色法測定，全鉀（TK）含量采用火焰原子吸收光度計（英國Sherwood公司生產(chǎn)，型號：M410）測定；有機質(zhì)（OM）含量采用重鉻酸鉀法測定，有機碳（TOC）按照有機質(zhì)/1.724 計算；C/N 為有機碳/全氮；pH 采用pH 計（上海雷磁PHS-3C，中國）測定；電導率（EC）用電導率儀（DDS-307，雷磁）測定；銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量用A3連續(xù)流動分析儀測定；糞大腸菌群數(shù)按照《肥料中糞大腸菌群的測定》（GB/T 19524.1—2004）的方法測定，蛔蟲卵死亡率按照《肥料中蛔蟲卵死亡率的測定》（GB/T 19524.2—2004）的方法測定。有機氮及其組分含量測定參照BREMNER酸解法。

種子發(fā)芽指數(shù)：稱取堆肥41 d時的新鮮樣品30 g于250 mL 三角瓶，再加90 mL 去離子水，振蕩2 h，單層濾紙過濾，吸取5 mL 濾液至墊有雙層濾紙的9 mm培養(yǎng)皿中，然后放入20 粒小白菜籽粒，蓋上培養(yǎng)皿上蓋，放入培養(yǎng)箱中，25 ℃培養(yǎng)48 h。每個樣品4 個平行，測定小白菜種子的根長和發(fā)芽率，同時用去離子水作空白對照。

1.3.3 計算方法

（1）氨氣揮發(fā)速率

式中：為氨氣揮發(fā)速率，g·d；C為第次測得的氣體含量，mg·L；C為第次測得的空氣含量，mg·L；為每日通風時間，本研究為12 h；為通氣流量，本研究為0.36 m·h；為每日氣體檢測次數(shù)，本研究為24次。

（2）氮素損失

式中：為氮素損失率，%；為初始TN含量，%；為初始物料干質(zhì)量，kg；為結束時TN 含量，%；為結束時物料干質(zhì)量，kg；為氨揮發(fā)氮素損失率，%；為氨揮發(fā)累積氮素損失量，g；為氨揮發(fā)氮素損失占比，%。

（3）種子發(fā)芽指數(shù)

種子發(fā)芽指數(shù)=（浸提液處理的種子發(fā)芽率×根長）/（對照的種子發(fā)芽率×根長）×100%

1.3.4 試驗數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)通過Excel 2007、SPSS 19.0 軟件進行分析，應用Duncan 方法分析各處理間數(shù)據(jù)在0.05 水平的差異顯著性。

2 結果與討論

2.1 堆肥過程中堆體溫度變化

堆肥過程中堆體溫度變化如圖2 所示，各處理溫度變化趨勢基本相同，均經(jīng)歷了4 個階段，即升溫階段、高溫階段、降溫階段以及腐熟階段，符合堆肥過程溫度變化規(guī)律。第1、2 次翻堆后（3、11 d）溫度出現(xiàn)快速上升，主要是翻堆后堆體保持較好的孔隙結構，有利于微生物繁殖和活動。CK、檸檬酸、草酸處理第1 次溫度峰值分別出現(xiàn)在堆肥第5、6、7 天，第2次溫度峰值分別在堆肥第13、12、12天。

圖2 堆肥過程中溫度變化Figure 2 Changes of the temperature during composting

檸檬酸、草酸處理初始溫度上升慢于CK，CK 在堆肥第3 天即達到50 ℃以上，第4 天達到60 ℃以上；檸檬酸處理在第4天達到50 ℃以上，第5天達到60 ℃以上；草酸處理在第4 天達到50 ℃以上，第7 天達到60 ℃以上。有機酸添加可降低堆肥物料pH，抑制初始堆體微生物活性。CK 在堆肥8 d 后溫度開始下降，而檸檬酸、草酸處理仍維持較高的溫度。整個堆肥周期，CK、檸檬酸、草酸處理50 ℃以上維持天數(shù)分別為7、12、9 d，60 ℃以上維持天數(shù)分別為4、3、2 d。添加有機酸能夠增加堆肥高溫時間，特別是能提高連續(xù)高溫時間，這與潘君廷通過添加檸檬酸延長高溫時間的結論一致。雖然加入有機酸抑制了堆肥初期微生物活性，但是隨著有機酸消耗和pH 上升（圖3），微生物的抑制作用降低，此外，相對充足的有機原料延長了微生物分解時間，分解產(chǎn)生的熱量使得堆體溫度相對穩(wěn)定。從高溫時間看，各處理均達到《畜禽糞便無害化處理技術規(guī)范》（GB/T 36195—2018）中好氧堆肥技術50 ℃以上7 d 的規(guī)定。

2.2 堆肥過程中堆體的pH變化

堆肥物料的pH是堆體中微生物活性和氨氣排放量的重要影響因素。堆肥過程中堆體pH 變化如圖3 所示，CK、檸檬酸、草酸處理初始pH 分別為6.23、4.53、4.35。與CK相比，檸檬酸、草酸處理顯著降低了物料初始pH（＜0.05），草酸對pH 的降低效果優(yōu)于檸檬酸，主要是因為草酸酸性強于檸檬酸，且其具有較小的分子量。堆肥前11 d，堆體物料中的有機質(zhì)在高溫環(huán)境下被微生物快速分解，產(chǎn)生了大量的銨態(tài)氮，導致pH 上升，隨著氨氣的揮發(fā)以及有機酸的產(chǎn)生，CK 的pH 在第11 天開始逐漸下降，堆肥后期在有機物降解形成的碳酸鹽緩沖液作用下pH最后趨于穩(wěn)定，結束時為7.39；檸檬酸、草酸處理初始較低的pH 抑制了微生物活性，初期pH 上升較慢，隨著pH 逐漸上升，微生物抑制效果減弱，微生物逐漸開始分解利用有機酸并產(chǎn)生大量的銨態(tài)氮，酸抑制效果減弱。3～28 d 檸檬酸、草酸處理pH 分別上升了2.04、1.47 個單位?？傮w看，CK、檸檬酸、草酸處理堆肥結束后pH均高于初始值。

圖3 堆肥過程中堆體pH的變化Figure 3 Changes of the pH value during composting

2.3 堆肥過程中堆體的EC變化

堆肥過程中堆體的EC 變化如圖4 所示。由圖4可以看出CK 和檸檬酸處理EC 全程變幅相對較小，在600～1 200 μS·cm之間，草酸處理EC 變幅較大且明顯高于其他兩組處理。堆肥初期在微生物作用下堆體有機物質(zhì)被分解成簡單化合物以及水溶性礦物離子而被釋放，從而可提高堆肥EC。隨著堆體氨揮發(fā)造成的銨態(tài)氮損失及各種礦物鹽離子沉淀，EC 開始下降。草酸由于堆肥前期和中期氨揮發(fā)較低，銨態(tài)氮等離子損失少及高溫造成水分的持續(xù)減少，導致EC持續(xù)升高，隨后由于氨揮發(fā)提高造成的銨態(tài)氮減少、濃縮效應減弱及反硝化作用等，導致了EC 下降。CK、檸檬酸、草酸處理初始EC 分別為824、804、1 002 μS·cm，結束時分別為862、855、1 930μS·cm，分別提高了4.61%、1.79%、92.60%，添加草酸顯著提升了堆體EC。EC 反映堆體離子總含量的大小，是判斷堆肥是否腐熟的必要條件，一般認為腐熟堆肥EC 小于4.00 mS·cm時可以安全施用，本試驗3組處理均可達到施用標準。

圖4 堆肥過程中堆體EC的變化Figure 4 Changes of the EC during composting

2.4 堆肥過程中堆體銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量變化

堆肥過程中堆體銨態(tài)氮含量變化如圖5a 所示，堆肥初始微生物利用有機氮并礦化生成銨態(tài)氮，提高了堆體銨態(tài)氮含量，CK 在第3 天達到最高值5 040 mg·kg，檸檬酸、草酸處理在第11 天達到最高值，分別為6 020 mg·kg和7 585 mg·kg。檸檬酸和草酸雖然由于較低的pH 抑制了微生物活性，但是其氨揮發(fā)較少，而CK初期溫度較高及氨化細菌的活性增強，大量氨揮發(fā)造成的銨態(tài)氮損失，使其堆體銨態(tài)氮含量低于檸檬酸和草酸處理。從第11 天開始檸檬酸處理銨態(tài)氮含量迅速下降，這是由pH 迅速上升導致氨揮發(fā)損失，以及溫度下降導致微生物硝化作用加強和生物固定化作用等多方面綜合作用引起。草酸同樣呈現(xiàn)出銨態(tài)氮含量迅速下降的趨勢，但是氨揮發(fā)速率并未出現(xiàn)明顯的升高，主要是由于其溫度下降較快引起更強的微生物硝化作用和生物固定化作用，以及較低的pH 導致部分銨態(tài)氮以氧化亞氮的形態(tài)損失。試驗結束時CK、檸檬酸、草酸處理銨態(tài)氮含量分別為466、783.5、2 369.5 mg·kg，草酸處理銨態(tài)氮含量顯著高于CK、檸檬酸處理（＜0.001）。與初始值相比，3 組處理降幅分別達到88.60%、83.33%和44.57%。本試驗得出的添加有機酸提高堆肥銨態(tài)氮含量的結論與MCRORY 等通過研究證實酸或酸性鹽等化學添加劑通過化學固定作用，促進氮素更多地以銨態(tài)氮（氨或銨）形式貯存在物料中的結論一致。

圖5 堆肥過程中堆體銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的變化Figure 5 Changes of the during composting

好氧堆肥中的硝化作用與氮元素從還原態(tài)轉(zhuǎn)化為氧化態(tài)的轉(zhuǎn)化過程密切相關。堆肥過程中堆體硝態(tài)氮含量變化如圖5b 所示，堆肥初期溫度較低，對硝化細菌的活性抑制有限，前3 d 各處理硝態(tài)氮均呈現(xiàn)上升趨勢，CK、檸檬酸、草酸處理分別達到了63.8、50.5、76.0 mg·kg，隨后各處理溫度快速上升，抑制了硝化細菌的活性。隨著堆肥溫度降低，硝化細菌活性增強，各處理硝態(tài)氮含量快速上升，CK、檸檬酸處理在第41 天達到最高值，分別為82.1、96.83 mg·kg，草酸處理在第28 天達到最高值125.55 mg·L，隨后下降到119.66 mg·kg，試驗結束時3組處理間均達到顯著差異（＜0.05）。本試驗中硝化作用主要發(fā)生在堆肥腐熟期，與其他研究結論一致。與初始相比，各處理硝態(tài)氮含量分別增加了61.30%、125.70%、133.26%。本試驗有機酸添加增加了堆肥硝態(tài)氮含量，這與吳夢婷等通過堆肥添加硫酸亞鐵顯著提高了有機肥中硝態(tài)氮含量的結論一致。但從整體看，所有處理硝態(tài)氮含量都低于0.15 g·kg，說明堆肥過程中各處理的硝化作用都比較弱。

堆肥中的無機氮以銨態(tài)氮為主，堆肥結束后CK、檸檬酸、草酸處理銨態(tài)氮/硝態(tài)氮比值分別為5.68、8.09、19.80，添加有機酸顯著提高了堆肥銨態(tài)氮/硝態(tài)氮比值（＜0.05）。

2.5 堆肥過程中堆體全氮含量變化

堆肥過程中堆體全氮含量變化如圖6 所示，3 組處理全氮變化趨勢差異較大，CK、檸檬酸、草酸處理初始全氮含量分別為32.87、32.53、32.17 g·kg。前3 d 3 組處理全氮含量均上升，隨后CK 全氮開始下降，到第11 d 達到最低點30.95 g·kg，而后開始上升并趨于穩(wěn)定。檸檬酸處理全氮在堆肥開始的11 d 內(nèi)持續(xù)上升，最高達到39.50 g·kg，隨后開始下降，后期出現(xiàn)小幅上升。草酸處理在堆肥前28 d 全氮持續(xù)上升，最高達到42.55 g·kg，隨后小幅下降。CK、檸檬酸、草酸處理堆肥結束后全氮含量分別為33.90、37.83、41.67 g·kg，檸檬酸、草酸處理分別比CK 全氮含量提高了11.59%、22.92%。

圖6 堆肥過程中堆體全氮含量變化Figure 6 Changes of the total nitrogen during composting

已有研究表明，堆肥過程中全氮含量增加的主要原因是濃縮效應，即堆肥質(zhì)量減少的速度比氮素減少的速度更快，導致堆肥過程中氮相對富集。3 組處理全氮初始均上升主要是初始氨揮發(fā)損失相對較低，CK 全氮出現(xiàn)下降的主要原因是堆肥高溫期氨揮發(fā)造成的氮素損失高于干物質(zhì)質(zhì)量損失。11～28 d pH 快速上升導致的氨揮發(fā)量增加，使檸檬酸處理全氮含量快速下降，而草酸前期氨揮發(fā)始終穩(wěn)定在較低的水平，其全氮含量在堆肥前28 d 始終維持上升趨勢，隨后由于硝化反硝化作用，其氮素損失增加，導致后期出現(xiàn)小幅下降。堆肥結束后3 組處理間全氮含量達到顯著差異（＜0.05），說明有機酸添加對堆肥氮素保留有明顯效果，且草酸效果優(yōu)于檸檬酸。

2.6 堆肥氨氣揮發(fā)速率及累積排放量變化

堆肥過程中氨氣揮發(fā)速率變化如圖7a所示，3組試驗氨氣揮發(fā)均呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢，堆肥初期微生物將含氮有機物質(zhì)分解為銨態(tài)氮等無機氮，在高溫條件下氨氣揮發(fā)速率逐漸升高。CK 在第7 天達到第一個揮發(fā)峰值3.45 g·d，此后由于堆體溫度的下降，氨氣揮發(fā)速率逐漸下降。第二次翻堆后隨著堆體溫度的升高，氨氣揮發(fā)速率快速上升，于第13 天達到第二個揮發(fā)峰值3.06 g·d，此后隨著溫度的下降及銨態(tài)氮含量的降低，氨氣揮發(fā)速率逐漸減小，21 d后降到1.0 g·d以下。

在初始的10 d 內(nèi)，檸檬酸、草酸處理均表現(xiàn)出較好的氨氣減排效果，減排率在70%以上，最高達到了93.39%和94.59%。第11 天開始檸檬酸處理由于pH的升高及持續(xù)堆體高溫，引發(fā)堆體大量的銨態(tài)氮以氨氣的形態(tài)揮發(fā)，在第16天達到峰值2.49 g·d，隨后開始波動下降。草酸在整個堆肥過程中均維持較低的揮發(fā)速率，均未超過1.0 g·d。堆肥結束時3 組處理氨氣揮發(fā)速率均降到0.05 g·d以下。

第1、2次翻堆后3組處理氨氣揮發(fā)速率均有明顯上升，這主要是由于翻堆增加了物料與空氣的接觸，提高了堆體含氧量和孔隙度，增強了微生物活性，從而提高堆體溫度、降低含水率。CK 氨氣揮發(fā)主要出現(xiàn)在堆肥前3 周，高溫期是其重要的揮發(fā)時期，這與吳娟等得出堆肥氨揮發(fā)主要集中在前3 周的結果一致，而部分學者研究認為氨氣揮發(fā)主要出現(xiàn)在堆肥前2 周，隨后快速下降到較低的水平。主要原因是本試驗堆肥物料初始C/N 相對較低（15），堆體含氮量較高，導致了氨氣揮發(fā)時間的延長。

3組處理氨氣累積揮發(fā)量如圖7b所示，均表現(xiàn)為初始緩慢增加，隨后開始快速上升，最后緩慢增加到穩(wěn)定的過程。CK、檸檬酸、草酸處理整個堆肥周期累積揮發(fā)量分別為41.38、23.11、12.59 g，3 組處理間達到顯著差異（＜0.05），與CK 相比，檸檬酸、草酸處理氨氣累積揮發(fā)量減少了44.15%和69.57%。

圖7 堆肥過程中氨氣揮發(fā)速率和累積揮發(fā)量的變化Figure 7 Changes of the NH3 volatilization rate and cumulative volatilization during composting

2.7 堆肥過程中氮素損失

堆肥過程中氮素損失如表2 所示，各處理氮素損失分別占初始全氮的24.64%、18.44%、12.68%，添加有機酸有效降低了堆肥氮素損失，檸檬酸和草酸處理氮素損失分別降低了25.16%和48.54%。CK氨揮發(fā)損失占全氮損失的68.85%，是最主要的氮素損失途徑，這與王友玲等、郜斌斌等的研究結論一致。添加有機酸后，氨揮發(fā)氮素占比下降，可能是因為提高了堆體氧化亞氮的揮發(fā)量，許多研究表明，堆肥過程中pH 與氧化亞氮排放之間存在顯著的負相關關系。

表2 堆肥過程中氮素損失（%）Table 2 The total nitrogen loss during composting（%）

2.8 不同處理堆肥結束后有機氮及其組分含量

堆肥過程中氮素損失如表3 所示，有機氮是堆肥原料中氮的主要形式，可以在蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、核酸、氨基糖等多種分子形式中存在。本研究表明堆肥結束后氮大部分是以有機氮形態(tài)存在，這與前人的研究結論一致。檸檬酸和草酸處理有機氮含量分別比CK 提高了9.44%和23.13%，草酸處理顯著高于CK 和檸檬酸處理（＜0.05）。檸檬酸、草酸處理氨基酸態(tài)氮和酰胺態(tài)氮含量顯著高于CK（＜0.05），分別提高了11.23%、15.53%和18.43%、39.99%。酰胺態(tài)氮是有機氮的主要組成，CK、檸檬酸、草酸處理的酰胺態(tài)氮占比分別為51.40%、55.62%、58.44%。

表3 堆肥結束后有機氮及其組分含量（mg·kg-1）Table 3 The content of organic nitrogen components after composting（mg·kg-1）

在堆肥過程中較低pH抑制微生物對有機氮的分解是檸檬酸處理有機氮含量顯著高于其他處理的主要原因。本研究得出的酰胺態(tài)氮占比高于以往研究，主要是因為本試驗發(fā)酵原料為雞糞，其蛋白質(zhì)和氨基酸含量較高，堆肥期間物料中由脫氨基或水解產(chǎn)生的氨基糖和氨基酸合成了大量酰胺態(tài)氮。氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮及酰胺態(tài)氮在土壤中通過礦化形成的無機態(tài)氮，在植物營養(yǎng)上具有相當高的有效性，添加草酸和檸檬酸顯著提高了堆肥產(chǎn)品的氮素有效性，且草酸的效果優(yōu)于檸檬酸。

2.9 堆肥過程中堆體有機碳和C/N變化

堆肥過程中堆體有機碳變化趨勢如圖8a 所示，在堆肥過程中有機碳被微生物分解利用后轉(zhuǎn)化為CO和腐殖質(zhì)物質(zhì)，因此整個堆肥周期內(nèi)有機碳呈現(xiàn)下降趨勢，這與前人的研究結論一致，高溫階段（3～11 d）是有機質(zhì)重要的分解時期。檸檬酸處理由于11 d后pH快速上升，減少了對微生物的抑制作用，同時較高的溫度加速了有機質(zhì)的分解，所以后期相比CK 和草酸處理仍呈現(xiàn)較快的下降趨勢。結束時CK、檸檬酸、草酸處理有機碳含量達到了356.73、397.33、420.53 g·kg，較初始值分別下降了31.44%、22.16%、15.70%。檸檬酸、草酸處理降幅顯著低于CK，主要是由于微生物首先分解更容易利用的小分子有機酸，從而減少了對物料有機碳的分解，而且整個過程檸檬酸、草酸處理較低的pH 限制了微生物對有機碳的分解，這與潘君廷通過添加元素硫降低初始pH抑制了有機質(zhì)下降的結果一致。程豐的研究結果也表明，添加5%氨三乙酸降低堆體pH 后，堆肥有機碳降幅低于CK。但胡雨彤等的研究表明添加硫酸加快了有機物的降解，主要是由于硫酸的強氧化性對有機碳的礦化有促進作用，而本試驗采用的有機酸未有此特性。

圖8 堆肥過程中堆體的有機碳和C/N的變化Figure 8 Changes of organic carbon and C/N ratio during composting

堆肥過程中堆體C/N 變化趨勢如圖8b 所示，堆肥過程中由于有機碳的消耗高于氮素，所以堆肥過程中C/N 一般為下降趨勢，這與本試驗得出的3 組處理在整個堆肥周期內(nèi)C/N 呈現(xiàn)逐漸下降趨勢一致。CK、檸檬酸、草酸處理初始C/N 分別為15.83、15.69、15.51，結束時分別為10.52、10.50、10.09，降幅分別為33.53%、33.06%、34.92%，3組處理間無顯著差異。

2.10 堆肥結束后物料理化性質(zhì)

堆肥結束后物料理化性質(zhì)如表4 所示，3 組處理糞大腸菌群數(shù)、蛔蟲卵死亡率等均達到了《畜禽糞便無害化處理技術規(guī)范》（GB/T 36195—2018）的要求。通常種子發(fā)芽指數(shù)大于50%的堆肥產(chǎn)品被認為基本已無毒害，種子發(fā)芽指數(shù)大于80%的堆肥產(chǎn)品達到完全腐熟，由此可以看出只有CK達到完全腐熟標準，草酸處理種子發(fā)芽指數(shù)未達到無毒害標準。研究表明銨態(tài)氮含量過高會抑制植物生長，本試驗中檸檬酸和草酸處理堆肥結束后銨態(tài)氮濃度顯著高于CK，且草酸和檸檬酸處理間差異顯著。與CK相比，檸檬酸、草酸處理總養(yǎng)分達到了顯著差異（＜0.05），說明添加有機酸能夠提高有機肥總養(yǎng)分。

表4 堆肥結束后物料理化指標Table 4 Basic physical and chemical characters of raw materials after composting

3 結論

（1）添加檸檬酸和草酸在堆肥初期會抑制溫度上升，但是全過程增加了50 ℃以上高溫天數(shù)和連續(xù)高溫天數(shù)。各處理溫度、糞大腸菌群數(shù)、蛔蟲卵死亡率均達到《畜禽糞便無害化處理技術規(guī)范》（GB/T 36195—2018）要求，草酸處理種子發(fā)芽指數(shù)未達到無毒害標準。

（2）與CK 相比，檸檬酸、草酸提高了堆肥全氮含量，3 組處理堆肥結束后銨態(tài)氮含量均出現(xiàn)了下降，硝態(tài)氮含量均上升。有機酸處理后，較高的無機氮含量有利于后續(xù)堆肥還田對作物速效氮素的快速供應。

（3）草酸對堆肥全過程均有較好的減排效果，檸檬酸處理在初始10 d 內(nèi)氨氣減排率維持在70%以上，隨后由于pH 快速升高氨氣揮發(fā)速率開始快速上升。CK、檸檬酸、草酸處理整個堆肥周期氨氣累積揮發(fā)量分別為41.38、23.11、12.59 g，與CK 相比，檸檬酸、草酸處理氮素損失量分別降低了25.16% 和48.54%。

（4）有機氮是堆肥原料中氮的主要形式，堆肥結束后CK、檸檬酸、草酸處理有機氮占全氮含量分別為70.34%、68.98%、70.46%，酰胺態(tài)氮是有機氮的主要組成，CK、檸檬酸、草酸處理占比分別為51.40%、55.62%、58.44%。與CK 相比，添加草酸顯著提高了堆肥有機氮、氨基酸態(tài)氮和酰胺態(tài)氮含量；添加檸檬酸顯著提高了堆肥氨基酸態(tài)氮和酰胺態(tài)氮含量。

（5）添加檸檬酸、草酸提高了堆肥產(chǎn)品有機碳含量，但是對C/N影響較小。

（6）對于堆肥氮素保留效果和氨減排效果，添加草酸優(yōu)于檸檬酸，但是從堆肥產(chǎn)品無害化角度考慮，草酸添加量和添加方式還有待進一步研究。