粪污厌氧残余物化学性质及其施用土壤N₂O排放特征

【作者】 杨厚花； 张克强； 闫雷； 王风；

【机构】 东北农业大学资源与环境学院； 农业部环境保护科研监测所； 农业部大理农业环境科学观测实验站；

【摘要】 干燥作为粪污最为简单和普遍的资源化处理方式,可显著影响粪污的化学性质,进而影响其施用对土壤N₂O的排放特征。为揭示不同干燥方式对粪污厌氧残余物化学性质作用特征,并探究粪污厌氧残余物施用后土壤N₂O排放特征及影响机制。设置了两个试验:（1）比较了真空冷冻干燥（VFD）、风干干燥（AD）和热风干燥（HAD）对粪污厌氧残余物铵态氮（NH₄⁺-N）、总氮（TN）、总有机碳（TOC）和溶解性有机碳（DOC）含量的影响;（2）设置3种粪污厌氧残余物含量水平（0、10、25g/kg干土壤）和3个含水量梯度（50%、75%、100%WFPS）,连续培养并监测28天土壤N₂O排放通量及土壤化学性质变化特征。研究结果表明VFD处理各化学指标相比于AD和HAD处理数值较大,其中TN含量分别比AD和HAD处理高出27%和69%,且与HAD处理差异极显著;VFD的NH₄⁺-N含量分别是AD和HAD的1.5倍和4倍,差异均达到显著水平;3个处理的TOC含量虽然无显著性差异,但HAD处理的DOC含量较鲜样7.43g·kg^-1的含量降低了50%,与VFD和AD处理相比也显著降低。表明VFD处理能维持粪污厌氧残余物本身的化学形态和含量特性。进一步比较发现不同预冻时长（预冻3小时和6小时）对各化学指标含量的影响差异不显著。粪污厌氧残余物土壤施用的试验结果表明培养周期内土壤N₂O排放通量总体呈现先升高后降低的趋势,28天时各处理N₂O排放通量基本降低到相同的水平;随厌氧残余物含量的增加N₂O排放通量增大,不添加厌氧残余物处理N₂O排放通量维持较低的水平;不同含水量条件下土壤N₂O排放通量总体呈现75%WFPS>50%WFPS>100%WFPS,各处理N₂O排放通量峰值分别出现在培养第5天、第3天和第9天,与土壤CO₂排放通量变化特征趋势相同,总体体现了微生物活性特征。相关性分析表明N₂O排放通量与土壤NH₄⁺-N、CO₂-C、DOC极显著正相关。粪污厌氧残余物的施用土壤NH₄⁺-N含量和NO₃^--N含量最大值分别可达170.41μg·g-1、234.83μg·g^-1,分别是未添加处理的4.7和4.1倍。粪污厌氧残余物的施用显著提高了土壤中DOC含量,不同处理土壤DOC含量变化特征呈现25g·kg^-1>10g·kg^-1>0g·kg^-1的趋势。研究建议真空冷冻干燥并且预定时长为3小时作为粪污厌氧残余物适宜的干燥方式,不仅能够较少地破坏粪污化学性质,同时具有操作简便、节省时间等优点。粪污厌氧残余物的施用显著影响土壤N₂O的排放特征,排放通量随添加量的增加而增大。在不同含水量条件下土壤N₂O排放通量差异显著。根据相关性分析及土壤NH₄⁺-N含量与NO₃^--N含量变化规律可推测出土壤N₂O的排放过程中硝化作用处于主导地位。更多还原