堆肥過程的溫度變化間接反映了微生物對有機物的利用情況，同時也是判斷堆肥過程是否達到無害化要求的重要指標(biāo)之一^[14]。由圖 2可知，6個處理條件下，堆體溫度均在第3 d達到最高溫度，隨即進入高溫期，并在高溫范圍內(nèi)(>55℃)維持至少2 d時間，此時大量的病原菌和雜草種子被滅活，從而實現(xiàn)堆肥過程無害化要求。試驗中高溫期維持時間普遍較短，分析其原因可能是由于在試驗室模擬堆肥過程中，由于堆體體積較小，其可供微生物利用的熱量來源物質(zhì)也較少，造成了堆體高溫期相對較短，但是這一現(xiàn)象在實際的工程應(yīng)用中并不是限制因素^[15]。添加不同類型的碳源物質(zhì)對堆體溫度的影響并不顯著。6個處理條件下，均能順利完成堆肥升溫過程，高溫期結(jié)束后，由于大部分可降解有機物已被利用，堆肥系統(tǒng)散失的熱量大于產(chǎn)生的熱量，堆體溫度緩慢下降，并逐漸達到環(huán)境溫度，一次發(fā)酵過程得以完成。

2  堆肥過程中溫度的變化

 

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堆肥物料的pH值直接影響銨態(tài)氮在堆肥物料中的存在狀態(tài), 是影響氮素?fù)p失的主要因素。當(dāng)物料pH值大于8的時候，有機氮降解產(chǎn)生的大量銨態(tài)氮以氨氣的形式存在，因此極易揮發(fā)到大氣中^[16]。同時，pH值也是保證微生物生長繁殖的基本條件，pH值過高或者過低都將影響堆肥過程有機質(zhì)的降解。如圖 3所示，整個堆肥周期內(nèi)pH值的變化趨勢基本相同，即高溫期達到最高值，隨后緩慢下降，一次發(fā)酵周期結(jié)束后，堆體pH值維持在中性范圍。而堆肥初始pH值由于加入的碳源不同，存在一定的差異。在加入葡萄糖與蔗糖的處理中，堆肥初始pH值最低為5.23，低于添加秸稈粉（7.52）與對照試驗（7.63），可能是由于所加入的碳源在微生物的作用下部分分解為有機酸，從而降低了物料初始pH值。在前期試驗中，作者發(fā)現(xiàn)適當(dāng)降低pH值可以顯著減少氨氣的揮發(fā)。但是，隨著堆肥反應(yīng)的進行，有機氮在微生物作用下發(fā)生礦化反應(yīng)從而積累大量的銨態(tài)氮，使堆體pH值在高溫期迅速上升。一次發(fā)酵結(jié)束后，所有處理中，pH值均維持在7.0~7.5范圍內(nèi)。這種中性環(huán)境既是堆肥產(chǎn)品穩(wěn)定化的象征，同時也有利于后續(xù)腐熟過程的順利完成，從而滿足堆肥產(chǎn)品的后續(xù)應(yīng)用要求。

3  堆肥過程pH值變化

 

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堆肥物料有機碳（TOC）的變化直接反映了微生物對有機碳的降解能力，由圖 4可知，與對照試驗相比，各處理條件下，外加碳源的添加均提高了初始物料TOC的含量。在未加入碳源的條件下R6中，TOC的降解主要發(fā)生在堆肥啟動至高溫期階段，但在加入蔗糖以及葡萄糖和秸稈粉的混合物處理條件下，TOC在高溫期后期仍有少量降解反應(yīng)發(fā)生。各處理條件下，有機碳的降解效率分別為26.3 %, 27.9 %, 25 %, 35.1 %, 33.7 %和18.9 %。葡萄糖、蔗糖均可以增加堆肥物料TOC的降解速率，即微生物的活性有所增加。但是，單獨添加秸稈粉對微生物降解TOC的能力并沒有促進作用。同時，根據(jù)堆肥過程二氧化碳釋放結(jié)果（圖 4-2）可得到相類似的結(jié)論，二氧化碳通常是由微生物對有機碳的礦化過程中產(chǎn)生的，Komilis等^[17]指出，二氧化碳的變化可間接反映堆體內(nèi)部微生物活性的變化。添加葡萄糖與秸稈粉堆肥實驗中，微生物的對有機質(zhì)的降解效率最高，其二氧化碳釋放量總量為2.5 g/kg·ds，其次為添加蔗糖與秸稈粉混和堆肥條件下，添加秸稈粉處理條件下，二氧化碳的釋放量為1.93 g/kg·ds，而對照試驗中，二氧化碳的釋放量最少，僅為1.81 g/kg·ds，即在對照組堆肥物料中能夠被微生物利用的碳源也相對較少，因此其微生物活性相對較低。

4-1  堆肥過程TOC的變化

 

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4-2  堆肥過程二氧化碳釋放量

 

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由圖 5-1、5-2可知，添加不同類型的碳源，對堆肥過程氨氣的揮發(fā)具有顯著影響（p < 0.001），尤其是堆肥高溫期。在整個堆肥過程中，隨著堆體溫度的升高，氨氣的揮發(fā)量急劇增加，R6和R3的瞬時氨氣揮發(fā)量在96 h達到峰值，而在R2，R4及R5中，其氨氣揮發(fā)量峰值出現(xiàn)的時間要略晚于其他處理條件，大約在168 h，并且氨氣揮發(fā)量最高值也只有對照試驗的1/3。由圖 5-2可知，R5中累積性氨氣揮發(fā)量由對照試驗的3.05 g/kg·ds，減少至1.92 g/kg·ds，即通過加入蔗糖或者葡萄糖與秸稈粉的混合物質(zhì)，能夠顯著降低高溫期堆肥系統(tǒng)氨氣的揮發(fā)，而單獨添加秸稈粉對氨氣揮發(fā)的控制并沒有顯著效果。由圖 5-1可知，大約79%以上氨氣的揮發(fā)是在堆肥過程的高溫期發(fā)生。因此，降低高溫期氨氣的揮發(fā)能夠顯著減少整個堆肥過程氨氣的揮發(fā)量。

5-1  堆肥過程瞬時氨氣釋放量

 

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5-2  堆肥過程累積氨氣釋放量

 

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如表 2所示，堆肥初始物料中總氮含量基本相同，而在經(jīng)過22 d好氧堆肥后，堆肥物料總氮含量存在顯著的差異，為了避免有機質(zhì)降解對氮素?fù)p失的影響，根據(jù)式（1）計算各條件下總氮的損失情況。其中添加蔗糖與秸稈粉的處理中，氮素?fù)p失最少，為27.7%，而單獨添加秸稈粉處理與對照試驗相比，總氮損失情況基本相同，雖然單獨使用秸稈粉對氮素?fù)p失的控制基本沒有效果，但是當(dāng)其與蔗糖或者葡萄糖聯(lián)用的時候，卻能夠在一定程度上減少氮素的損失。

2  堆肥前后氮素?fù)p失

處理	初始總氮/%	堆肥結(jié)束總氮/%	初始總氮/灰分	堆肥結(jié)束總氮/灰分	總氮損失/%a
R1	2.29	2.39	0.97	0.61	36.4
R2	2.46	2.35	0.92	0.59	35.0
R3	2.39	1.80	0.97	0.46	52.4
R4	2.26	1.91	0.87	0.52	40.3
R5	2.29	2.44	0.90	0.65	27.7
R6	2.46	1.59	0.91	0.43	53.1
a：計算方法依據(jù)1.4中公式（1）

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