[发明专利]金属材料作为保氮剂在堆肥处理中减少氮元素损失中的应用及其方法

说明书

技术领域

本发明属于堆肥处理领域，涉及金属材料作为保氮剂在堆肥处理中减少氮元素损失中的应用，还涉及减少氮元素损失的堆肥处理方法。

背景技术

随着养殖业的快速发展，规模化、集约化和现代化的养殖区不断增加，大量堆积的畜禽粪便不仅会对空气、水体、土壤等环境造成严重的污染，而且未能及时处理的粪便还会占用大量土地，已经成为不可忽视的生态和环境保护的重要问题，直接影响到社会和经济的发展。而畜禽粪便中N、P、K元素含量丰富，通过堆肥处理能将其资源化利用，实现向有机肥的转换，同时能有效减轻环境污染，促进农业可持续发展。畜禽粪便堆肥过程中会挥发掉大量臭气，而臭气的主要成分是氨气，大量氨气挥发造成氮素损失。有研究表明堆肥中氮素损失量平均为40％，最高可达74％。氮是植物营养所需的最大量元素，由于含氮物质的挥发，一方面降低了成品堆肥中的氮素含量，同时降低了成品肥料的农学价值，减少肥效；另一方面，不仅使工作人员难以忍受和附近居民感到不满，而且造成了环境污染，主要包括臭气污染、酸雨和光化学烟雾。因此在堆肥过程中，需采取减少氮损失和提高堆肥品质的措施，减少环境污染，提高其农业利用价值。

堆体物料的C/N比、pH、温度、水分、通风供氧情况都会不同程度影响堆肥过程中氮素的损失。高温、高pH会造成氨气逸出，供氧不足造成局部厌氧条件时硝态氮反硝化引起NO_X挥发，以及渗滤液或雨水造成的氮素淋溶损失。目前国内外学者主要是从物理法、化学法、生物法三个切入点对堆肥中氮素的固定作出了相应的研究。

目前，堆肥过程中氮损失控制主要方式如下：

(1)物理法：物理法主要是指改变堆肥原料性质和相关的一些环境因素。如通过添加可调节原料C/N值的调理剂(秸秆、菌糠、锯末、药渣、稻壳、树叶等)，人为增加碳源以达到保氮的目的；或通过翻堆、鼓气、变化孔隙度等手段去改变通风供氧情况，以减少氨气的挥发；或调节堆体的温度、含水率等以减少水分流失带走含氮营养物。这些因素的改变都会对堆肥产生不同的影响。有研究表明，堆体中添加富碳物质如秸秆、泥炭等，氮素损失比未添加的堆体氮素损失量少；但是粪便中的氮多为微生物的快速利用态，而碳素则不能很快降解，导致堆肥初期氮素过剩，在一定条件下氨气容易挥发。堆肥中温度、水分、通风情况等因素受环境的影响较大，氮的流失也随之影响。故物理方法还是有较大的局限性。

(2)生物法：在堆肥过程中，添加外源微生物辅以堆体内原生微生物菌群共同调控堆体中有机质和腐殖质的分解，是国内外常用的固氮方法。添加微生物制剂可使碳类物质降解为芳香小分子有机物、调控堆肥过程的碳氮代谢、减少含氮类物质分解为铵态氮后以气态氨挥发的机会。如猪粪中添加一株对高浓度铵态氮及高温有耐受性的嗜热白色杆菌可显著减少高温期氨挥发损失；鸡粪中添加RM和EM菌剂可明显促进铵态氮的转化和有机氮的形成。石春芝等研究发现堆肥中加入固氮菌和纤维素分解菌，堆肥的含氮量有一定提高，纤维素分解菌对固氮菌的生长有一定协同效应。但微生物法多需要专门培养微生物，添加过程中又还需控制适当的温度、碳氮比等外界条件，其操作程序比较繁琐。所以添加微生物培养剂的方法也有一定的局限性。

(3)化学法：许多化学物质的添加可以改变堆肥中氮素存在的形式，从而有效减少氮素以氨挥发形式损失。化学物质对畜禽粪的保氮除臭原理主要有两大类：一是靠氧化剂的氧化，这类化学物质有高锰酸钾、次氯酸盐等；二是靠添加的化学物质(如竹醋液、磷酸、明矾、过磷酸钙、磷酸二氢钾、硫酸铝、MgCl₂、MnSO₄等)溶解或电离产生H⁺和金属阳离子，打破NH₃和NH₄⁺之间的平衡，使氮素更多地以铵盐状态存在而非以易挥发损失的NH₃形态存在，从而减少了氮素的损失。虽然化学方法前期后期的操作相对简单，化学添加剂添加量一般较少，效果明显，但有些化学添加剂的成本较高，且过量使用可能影响堆肥进程或施入土壤带来有害物质污染农田土壤环境，造成二次污染。如林小凤等人在堆肥基料中添加过磷酸钙添加8.3％，氯化铁比例高达12.1％，虽然有较好的固氮效果，但化学试剂添加量多，成本过高，基料堆肥中较难升温和腐熟且施用过程中易造成土壤板结。故需要找到一种成本较低，副作用小，堆肥结束后最好能将其分离出来，减少用量，且效果好的化学保氮剂来降低堆肥中氮素的损失。

发明内容