摘要
好氧堆肥是实现大规模有机固体废弃物资源化利用的有效手段。蓝藻含水率高，同时具有季节性爆发的特点，单独堆肥在生产及产品品质上存在很大限制。此外，蓝藻在资源化利用过程中常被用来制成生物炭，但目前关于蓝藻生物炭的应用主要集中在水处理以及土壤修复领域，在优化畜禽粪便好氧堆肥技术中的应用鲜有报道。 因此，本研究构建了两个堆肥体系，分别通过蓝藻与猪粪协同堆肥，以及蓝藻生物炭作为调理剂与猪粪共同堆肥，首先研究了蓝藻/蓝藻生物炭与猪粪共同堆肥对堆肥基本理化性质变化、气体排放、有机质降解、养分转化以及腐殖质组成等方面的影响；其次，借助数学模型并结合最终堆肥产品参数及气体排放科学评价了协同堆肥以及蓝藻生物炭堆肥的可行性；最后，利用高通量测序技术揭示了生物炭堆肥的微生物学机制。本研究可为蓝藻资源化利用及其产业链延伸提供借鉴思路。主要研究结果如下： （1）蓝藻与猪粪协同好氧堆肥增加了全球增温潜能值，促进了堆肥过程中甲烷（CH4）的排放，但使氨气（NH3）排放减少了1.79%~14.14%，氧化亚氮（N2O）排放减少了5.97%~17.83%。此外，协同堆肥提高了堆肥产品总凯氏氮（TKN）的含量。5%、10%蓝藻堆肥促进了有机质（OM）及富里酸（FA）的降解，当蓝藻混合比例过大时（20%），会对堆肥过程中OM以及FA降解产生明显抑制作用，同时使堆肥产品总养分含量降低。堆肥结束时各个处理组胡富比（HA/FA）具体表现为10%（1.75）＞5%（1.70）＞0%（1.68）＞20%（1.34），这表明适量的蓝藻能够提高堆肥腐熟程度。灰色关联分析显示，只有20%处理组未腐熟，其余各组基本腐熟。10%蓝藻协同猪粪堆肥具有一定的可行性，但从温室气体排放方面来说，蓝藻协同猪粪好氧堆肥方式还需进一步优化。 （2）在猪粪堆肥中添加蓝藻生物炭，能够通过减少N2O（29.38%~39.78%）、CH4（52.76%~69.15%）以及NH3（12.03%~31.81%）的排放减小增温潜能值。添加生物炭有助于快速启动堆肥反应，通过延长高温期天数促进OM及DOC降解，OM降解率依次为2.5%＞5%＞10%＞0%。生物炭在促进OM降解的同时也促进了CO2（9.6%~28.8%）的排放。相较于对照组，生物炭促进了铵态氮（NH4+-N）向硝态氮（NO3--N）的转化，使堆肥产品中NO3--N含量提高了89.28%~185.71%。添加生物炭有利于养分保留，使总养分含量提高了1.86%~8.85%。此外，生物炭处理有利于胡敏酸（HA）的生成。堆肥结束时，10%生物炭HA/FA最高，为2.44，其余依次是5%（2.18）、2.5%（2.01）、0%（1.79）。灰色关联分析显示，0%、2.5%处理组属于较好腐熟，5%及10%属于完全腐熟。生物炭作为猪粪堆肥的添加剂，对温室效应气体减排、提高养分保留以及促进堆体腐熟方面具有均衡调控作用，10%生物炭添加量效果最佳。 （3）生物炭的添加有利于通过优化堆肥过程中细菌以及真菌快速演替的基质条件，富集门（Proteobacteria,Bacteroidetes,Ascomycota,Basidiomycota）和属（Longispora,Coprinopsis）水平上的优势微生物，形成了有助于促腐减排的微生物群落结构，调整了菌群C、N代谢功能，在提高堆肥质量上具有十分重要的意义。
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