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碳氮平衡

碳氮平衡

堆肥过程中的有机质经历了如下不同的代谢过程:无机化作用、腐殖化作用和部分降解作用(通过有氧呼吸、无氧呼吸和发酵实现)。

在一个处理良好的降解过程中,大约50%的生物有机质降解转化为CO2、H2O、无机盐和能量。在剩余的有机质中,20%的有机质经历了复杂的代谢转换后转化为类似腐殖质的物质;另外30%经过有氧呼吸和无氧呼吸作用后最终转化为不太复杂的有机分子。堆肥过程中生物有机质的损失大概为30%~60%。影响这个数值的因素包括:堆肥系统、堆肥过程的时间、供氧系统、有机质的性质(物理和化学)、粒子尺寸、碳氮比例和温度、湿度。

即使意义会有不同,但是所有发生在自然界中的氮的微生物转化都会在堆肥化过程中发生。在堆肥化过程中,最重要的作用是无机化作用硝化作用、和同化作用。在微生物细胞中发生的硝酸盐的还原同化和有机氮化合物的合成是堆肥中的重要步骤,从而减少堆肥和土壤中的氮损失。

作为厌氧活动,固氮作用脱氮作用都可以在堆肥中发生,但反应速率都很慢。在堆肥中,氮含量的下降基本都是以氨气的形式挥发造成的。但是,堆肥过程中碳氮比下降的主要因素则是过程中碳元素的大量损失(主要以CO2形式)。初始原料的总含氮量也会影响其挥发速度。

如果不及时利用硝化细菌氧化这些含氮有机物产生的自由氨,氮元素就会挥发到环境中而造成氮损失。此外,堆肥中的厌氧微生物也会通过反硝化作用把硝酸盐转化为氨气而造成氮损失。这个过程只能发生在无氧环境中,但在供氧良好的堆肥化过程中也会存在。一些脱氮细菌在65ºC的高温条件下仍能存活,其他的一般存活在中温范围(假单胞菌属、副球菌属)。堆肥中厌氧氨氧化的重要性现在还未知,但是在评价堆肥中潜存温室气体的问题时就变得很重要了。

虽然会有元素的损失,但在堆肥后期,固氮细菌的活动会回收部分氮元素。目前已经在堆肥中分离了很多菌属,主要都存在于中温阶段,如固氮螺菌属、克雷伯菌属、肠杆菌属、芽孢杆菌和梭状芽孢杆菌。氨水和高温的存在则会抑制固氮作用。因此,固氮酶的活性在分解后期更高一些。

在堆肥第一阶段,高温、PH值、氨水严重的抑制了自养硝化作用。大部分氨基氧化细菌(硝化杆菌)受到抑制。由细菌(节杆菌属、放线菌属)和真菌(黄霉菌、绿霉菌)进行的异养硝化作用似乎很少受到上述因素的限制。事实上,堆肥的最初阶段里,硝酸盐分解产物几乎都是由异养硝化微生物作用产生的。这些异养硝化微生物和那些直接同化氨作为自身组成的微生物是减少氨挥发的负面影响的主要因素。该作用的重要性是双重的:减少氨对空气的污染、减少堆肥中氮元素的损失。

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碳氮平衡.txt · 最后更改: 2021/09/19 20:24 由 admin

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