摘要
好氧堆肥技术是将畜禽粪便肥料化的主流工程技术。通过添加各类调理剂提高好氧堆肥处置效率、提升堆肥产品品质已成为研究热点。国内外研究表明，在好氧堆肥过程中添加矿物调理剂能够改善堆体物理结构、有效加快堆肥进程、提高腐殖化程度和养分含量等。黄磷渣(YPS)是磷化工企业生产过程中产生的一类含磷废弃物，也是一种潜在的堆肥添加剂。目前利用黄磷渣作为堆肥添加剂实现资源化利用的研究较少，有必要系统开展黄磷渣对畜禽粪便好氧堆肥的影响及产品肥效等相关研究。 本研究通过中试尺度的开放式好氧堆肥实验、覆膜式好氧堆肥实验和温室盆栽实验等，系统研究添加黄磷渣对猪粪堆肥过程中温度、产品理化性质、养分特征和磷赋存形态及转化等的影响，探究基于黄磷渣添加剂的堆肥产品对土壤环境质量和典型蔬菜种植的影响，综合考虑黄磷渣添加效应、堆肥产品变化和施用效果等，优化基于黄磷渣添加剂的猪粪堆肥工艺。全面评估黄磷渣作为堆肥添加剂在实际工程中应用的可行性，构建基于黄磷渣添加剂的猪粪好氧堆肥技术。主要研究结果如下: (1)添加黄磷渣可提高猪粪好氧堆肥的处置效率，在0、5％、10％和15％(w/w)的添加比例中，5％添加量的黄磷渣的作用效果最好。实验结果表明:在开放式堆肥体系中，添加黄磷渣的堆体达到高温期的时间相比对照组可提前1-2天，高温期持续30天，堆肥周期缩短;堆肥产品的种子发芽指数(GI)高于70％，满足无害化标准。三维荧光光谱分析结果表明添加黄磷渣可促进堆肥原料腐殖化，其中5％黄磷渣处理组的腐殖酸类物质荧光峰的强度值最高。添加黄磷渣有利于堆肥过程中有机物质分解，增加堆肥产品氮和磷含量的提升幅度;4个处理组堆肥产品的总养分含量(∑(N+P2O5+K2O))达到15.47％-17.28％，远高于供试的其他5种商品有机肥(3.19％-6.65％)。堆肥产品的速效磷(AP)含量在堆肥初期快速升高后逐渐降低，且速效磷含量随黄磷渣添加量增加而减少。代表植物可利用的枸溶性磷含量(CAP)在堆肥过程中逐渐增加，其中5％黄磷渣处理组和10％黄磷渣处理组的枸溶性磷含量均显著高于对照组。磷形态变化分析结果显示添加5％黄磷渣处理组中堆肥产品的前三级提取态磷(活性磷）比例之和高于初始原料，而其他三组堆肥产品的活性磷比例逐渐降低，稳定性更高的盐酸提取态磷(HCl-Pi)增加，磷元素呈现稳定化趋势。堆肥过程中磷素转化结果表明适量添加黄磷渣可以更好的维持堆肥产品中的磷活性。 (2)添加5％黄磷渣的好氧堆肥技术在中试尺度的覆膜式反应器中的应用实验，结果表明相比常规堆肥系统该工艺缩短了猪粪好氧堆肥周期，堆肥产物符合无害化标准，且有较高的养分含量。实验结果表明:膜覆盖式堆肥的温度快速升高(第2天，60.17℃)，高温期持续12天。堆肥27天后，发酵过程基本完成，堆肥产品的GI达到70％以上，满足无害化要求。三维荧光光谱分析结果表明原料中的有机物质在堆肥过程中逐渐转化为腐殖酸类物质。在堆肥过程中，堆体的pH值增加，EC先下降后升高，C/N、有机质(OM)含量和可溶性有机碳(DOC)浓度逐渐降低;堆肥样品的氮、磷和钾含量升高，最终产品的总养分含量(∑(N+P2O5+K2O))为11.16％，显著高于国家有机肥料标准(NY/T525-2021)限值(≥4.0％)和供试商品有机肥的养分含量。堆肥过程中产品的速效磷含量降低，而枸溶性磷含量从初始的2.41±0.14mg·g-1增加为5.34±0.13mg·g-1。磷形态分级提取结果表明堆肥过程中活性磷比例降低，HCl-Pi比例增加，磷元素的稳定性增强;堆肥产品中HCl-Pi占总磷的71.21％，添加黄磷渣的膜覆盖式堆肥系统生产的肥料产品中磷主要以缓释磷存在。 (3)温室盆栽实验结果表明添加含黄磷渣的堆肥产品后，土壤理化性质改变，有机质和养分含量升高，蔬菜的生物量及养分指标总体呈现增加趋势。开放式堆肥产品处理组中，随着堆肥产品中黄磷渣比例增加，土壤pH增加，但是土壤EC值和有机质含量变化不显著。添加堆肥产品后，土壤氮、磷、钾总量提高，磷和钾的有效性增加。但是添加含黄磷渣的堆肥产品后，土壤铵态氮含量显著降低。添加膜覆盖式堆肥产品后，土壤EC低于开放式堆肥产品处理组，pH值和有机质含量显著增加，但土壤中氮、磷、钾含量和有效性降低。在土壤-植物系统中添加开放式堆肥产品后，植物的株高和生物量与对照组不存在显著差异，但是添加覆膜式堆肥产品后，植物的株高、根长和地上部干重显著增加。植物体的氮和磷含量对堆肥产品施用的响应较弱，但是施用含有黄磷渣的堆肥产品后，植物的钾含量显著增加。添加开放式堆肥产品与膜覆盖堆肥产品对单季种植的蔬菜养分含量没有显著影响。 综上所述，黄磷渣可以作为添加剂用于猪粪好氧堆肥处置，其能够提升猪粪好氧堆肥效率，改变堆肥产品性状，影响堆肥产品对土壤环境和作物生长的调控效果。基于黄磷渣添加剂的猪粪好氧堆肥工艺为有机-无机废弃物协同处理提供新的路径，具有较好的应用前景。
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