近年来我国经济飞速发展，人们生活水平不断提高，人们对肉类食品的需求越来越大。特别是随着强农惠农政策的实施，畜牧业进入了飞速发展的时期，随之而来的是大量的畜禽粪便的产生（陶金沙等，2014）。研究表明，2010年我国养殖业产生的废弃物总量已经高达19亿吨（仇焕广等，2013），然而90%以上养殖场缺乏畜禽粪便资源化处理措施（朱海生等，2004），只有少部分作为畜禽粪便肥料还田，绝大部分被直接弃置堆放，这不仅造成了养分的流失，也对农村土壤、大气、水体、生物等造成了严重的污染（李厌康，2000；朱启红，2007）。
畜禽粪便处理是重要的温室气体排放源，类便的处理方式不同，其温室气体的排放也各不相同。目前主要有蓄粪池储存或地面堆放、直接还田、堆肥和厌氧发酵等方法，但根据国内外发展经验，对畜禽粪便处理的主要技术手段是进行生物堆肥处理，它既能有效的处理畜禽废弃物，又可以转化成有机肥还田，能够充分实现废弃物的减量化、资源化、无害化利用处置。因此堆肥是目前发展比较成熟的畜禽类便处理工艺（冯璐，2014）。堆肥化处理是指依靠自然界中的细菌、真菌、放线菌等微生物，对有机物有控制地进行生物降解，使其形成腐殖质的过程（高凌飞，2014）。
目前国内外已有很多研究者集中研究粪便堆肥过程中温室气体排放。本文通过查阅相关文献，对粪便堆肥过程中温室气体的产生机制、影响因素和减排措施的进展做出了一个简要的汇总和分析，为以后作此方面的工作打下基础。

1. 粪便堆肥过程中温室气体的产生机制

我们经常说的粪便堆肥过程中温室气体指的是N₂O、CH₄和CO₂。
1.1粪便堆肥过程中N₂O的产生机制
畜禽粪便堆肥过程N₂O的产生与畜禽粪便堆肥过程氮素形态的转化密切相关（Wang C et al，2013）。硝化和反硝化是畜禽粪便好氧堆肥过程中N₂O产生的主要途径。硝化作用是堆肥中的铵态氮（或氨气）在好氧微生物作用下氧化生成硝酸盐和亚硝酸盐的过程。反硝化作用是指反硝化细菌在无氧或微量氧存在的条件下，将硝酸盐或亚硝酸盐还原为气态氮和氮氧化物的过程。在氧浓度较高的条件下，堆肥原料中的铵态氮和有机氮转化形成的硝态氮，通过不完全硝化途径产生N₂O；在供氧不足的条件下，堆肥原料中的硝态氮和硝化作用生成的硝态氮，通过不完全反硝化途径产生N₂O。由于好氧堆肥堆体中氧浓度分布不均，畜禽粪便堆肥过程产生的N₂O可同时来源于堆肥堆体表面的硝化途径和堆肥堆体内部的反硝化途径。
畜禽粪便堆肥过程中产生的主要来源于堆体内部的反硝化作用（Maeda K et al，2010）。Maeda等（2010）釆用每两周机械翻堆工艺进行奶牛粪便和干草的混合堆肥研究，发现N₂O排放与堆体内硝态氮浓度和CH₄排放显著相关，表明堆体内部低氧压条件下反硝化作用对N₂O的产生贡献较大；当堆肥进行至55d时，整个堆体的硝化作用开始加剧，N₂O却几乎不排放，进一步证实了堆体内反硝化作用是堆肥过程产生的重要途径。
畜禽粪便堆肥过程中产生N₂O的可部分来源于堆肥表面的硝化作用（Maeda K et al，2010）。堆肥表面氧气充足，温度较低，湿度适宜，有利于硝化微生物的生长，促进硝化作用产生N₂O；反之，堆体内部长期处于低氧、高温和高氨氮的状态，不利于硝化微生物的生长，阻碍堆体内硝化作用产生N₂O。Maeda等（2010）研究了每两周机械翻堆一次的牛粪堆肥，发现的优先点位值在翻堆间隔期呈上升趋势，证明翻堆间隔期硝化作用对堆肥产生N₂O的贡献；得出翻堆间隙期堆肥排放N₂O来源于堆体表面硝化反应，从而证实堆体表面硝化反应是堆肥过程重要的产生途径。
1.2粪便堆肥过程中CH₄和CO₂的产生机制
随着全球逐渐变暖世界各国对减少温室气体排放已愈来愈重视。CH₄和CO₂是重要的农业源温室气体，对全球气候变暖有重要影响。畜禽粪便堆肥是温室气体，特别是CH₄的重要排放源之一。堆肥期间的C素主要以CH₄和CO₂的形式损失（Szanto G L et al，2007）。堆肥的过程就是耗氧的过程，常排放出大量的CO₂这样才利于有机物质分解、腐殖质形成。但是发酵过程中难免会出现部分厌氧的状态，一些温室气体如CH₄和CO₂等就会在这个过程中形成并排放出来。并且在高温堆肥过程中普遍存在氮素损失的现象，降低堆肥品质同时大量氨气挥发，通过干湿沉降等方式进入水体，造成水体富营养化，污染环境。

1. 粪便堆肥过程中温室气体排放的影响因素

2.1粪便堆肥过程中N₂O排放的影响因素
畜禽粪便好氧堆肥过程N₂O排放量受堆肥物料和工艺条件的影响。堆肥物料的氮素形态、碳氮比、水分含量、pH值等初始特性显著影响堆肥过程碳氮代谢，调控堆肥进程氮素形态变化，进而影响堆肥过程的产生和排放。
堆中的各种形态的N直接或间接地参与堆体硝化-反硝化作用。堆体中的硝态氮和铵态氮是微生物硝作用和反硝化作用的反应底物，N₂O的产生及排放在很大程度上受该底物的。堆肥的C/N数值一般在20-30之间比较适宜。N₂O的排放量与可利用碳量成正比。当堆体中存在充足的可利用碳源时，异养型反硝化菌快速生长繁殖，推进反硝化产生N₂O的进程。堆肥的起始含水率一般为50%-60%。含水量主要透过影响通气状况、氧化还原状况、微生物的活性以及堆肥中N₂O向大气的扩散来影响N₂O的产生与排放。堆体水分可通过不同途径影响N₂O的形成和排放。堆体中水分的分布影响溶质的迁移，从而影响NH₄⁺和NO₃^-浓度的分布及其对微生物的有效性（Jia X Y，2015）。一般认为，反硝化作用和硝化作用的自养硝化菌的最适宜的pH值在7.0-8.0之间，但异氧微生物则可在较大pH值范围内活动。反硝化微生物最适宜的pH范围是6-8，pH低将影响各种反硝化产物的比例（Wang C，2013）。
通风方式、堆体孔隙度和堆体大小等堆肥工艺条件能改变堆体内的氧气分布情况，控制堆肥过程微生物活性、物质降解及能量流动，影晌堆肥过程N₂O的排放。氧气的供应和分布是堆肥过程N₂O产生和排放的一个决定因素（Wang C，2013）。一般认为，随着堆体内平均氧浓度的增加，N₂O排放量先增加后减少。因为只有在氧气浓度适中的环境条件下，硝化和反硝化反应才能同时发生（Wang C，2013），促使堆肥中大量N₂O产生和排放。
2.2粪便堆肥过程中CH₄和CO₂排放的影响因素
在堆肥过程中，堆肥内部氧气含量是影响其甲焼产生的主要因子。缺氧状况下，适宜甲烷的产生。适当的氧气控制可调节CH₄和CO₂的产生，而N₂O和CH₄之间又因为水分的关系此消彼长。N₂O排放通常随内部水分含量的增加而增加，一直到变得非常潮湿时排放下降，但CH₄的排放量增加。当干湿交替时，特别是水分很低时，CH₄排放减少，但N₂O的排放量又升高了（颜永毫等，2013）。有统计分析表明，约23.9%-45.6%的有机碳以CO₂的形式损失，0.8%-7.5%的有机碳是以CH₄的形式排放的。
通风率是影响CH₄和CO₂排放的最主要的因素。通风量与CH₄的排放量成反比。CO₂排放量主要集中在堆肥的嗜温阶段，在整个堆肥阶段没有发现CO₂的排放。同时高孔隙度能够阻止厌氧微生物的形成从而减少CH₄和N₂O形成。

1. 粪便堆肥过程中温室气体排放的减排措施

3.1粪便堆肥过程中N₂O排放的减排措施
由于N₂O是属于含氮气体，通常研究氮素转化的途径来优化实现N₂O的减排（Wu W X et al，2012）。氮素保存主要有两种方式：一是优化堆肥工艺参数；二是添加外源物质，使之与堆料反应而将氮素固定，进而达到减排的目的。
优化堆肥工艺参数是氮素转化途径的重要影响因素。优化堆肥工艺参数包括堆肥物料的调节和工艺过程操作参数。一般通过调节堆肥物料的C/N、含水率、pH值等来改变物料的初始特性。C/N是堆肥过程的关键指标，决定堆肥堆体内微生物的生长和代谢（Huang X D et al，2010），影响堆肥的腐熟过程和氮素的转化方式。畜禽粪便的C/N较低，通过添加蘑菇渣、木屑、稻草、米糠、芦苇屑等物质提高堆肥物料的C/N到25-35。在满足堆肥微生物生长的前提下，尽量采用较低的C/N，可在一定程度上控制N₂O的产生和排放。适宜的含水率也能一定程度上控制N₂O的排放。在微生物适宜的湿度条件下，较高的含水率能有效抑制堆肥过程氮素的流失，降低堆肥过程N₂O的排放（El Kader N. A et al，2007）。研究发现，堆肥N₂O的排放与pH值间存在明显的负相关，在整个堆肥过程中pH值在中性或微酸的环境下N₂O的排放量通常最高（Prost K et al，2013）。
工艺过程操作参数也是氮素转化途径的重要影响因素。通风方式直接调控堆肥过程N₂O的排放（赵晨阳等，2014）。在保证供氧的条件下，应适当减少翻堆频率，抑制氧化亚氮的产生和排放。可采用几种供氧方式配合的工艺减少翻堆频率。特别是堆肥后期，堆肥接近腐熟，氧气需求量减小，堆体上部增加，频繁翻堆不仅不能明显加快腐熟进程，反而造成大量N₂O的排放。因此在堆肥高温期后，可以考虑采用强制通风的方式适当补充供氧量。因为在高温期后期，氨气产生量较小，强制通风不会直接导致大量的氮素流失。另外，在保证堆体保温效果的前提下，可适当减少堆体的体积，增大堆体内部的孔隙度。
添加的外源物质包括吸附剂、微生物调理剂、金属盐类。 Yasuyuki在猪粪堆肥中添加鸟粪石和硝化细菌N₂O减少52-80%（Yasuyuki Fukumoto et al，2011）。郑嘉熹等对猪粪堆肥过程中N₂O的减排进行了研究，发现添加改性镁橄榄石能减少N₂O的排放（郑嘉熹等，2011）。罗一鸣等（2012）研究不同比例过磷酸钙添加剂对畜禽粪便高温堆肥氨挥发和温室气体减排的作用，在初始物料中添加干质量3.3%-13.3%的磷酸钙添加剂，发现NH₃、N₂O和CH₄排放量减少了24.1-43.4%,，22.%-27.%和22.4%-62.9%[20]。
3.2粪便堆肥过程中CH₄和CO₂排放的减排措施
从产生机理出发，堆体中缺氧或厌氧条件下会导致的大量CH₄排放。因此，通过翻堆或者强制通风增加堆料的含氧量势必能减少CH₄的排放。Jiang T等（2011）对猪类堆肥进行秸秆覆盖和不覆盖处理，发现覆盖处理的CH₄排放高于无覆盖处理，说明覆盖增加了堆体的厌氧程度。在粪便的堆肥中添加生物炭，不论通风量高低，都能有效减少温室气体的排放量（Bart V et al，2013）。在堆肥中添加3%的竹炭发现，由于竹炭添加有利于通风和碳素代谢，堆体CH₄和CO₂排放率增加（李丽劼，2012）。奶牛粪便堆放的高度也影响CH4的排放，堆体高度越高排放的甲烷越多（Jiang T et al，2011）。在鸭粪中利用堆肥前处理结合蚯蚓处理技术的过程中发现，利用蚯蚓和调理剂对于CH₄具有明显的减缓作用，CO₂的排放受蚯蚓的影响不大且添加了芦苇秆处理反而增加CO₂的排放量，总体来看添加芦苇秆和沸石的堆肥预处理结合蚯蚓处理技术能够有效减少鸭粪中温室气体的排放（Wang Jinzhi et al，2014）。
4.总结
全球变暖已引起人们越来越多的关注，减少温室气体的排放已成为减缓全球气候变暖的重要措施之一。Gengho研究表明，畜禽粪便堆肥过程是温室气体排放的重要源，因此减少粪便堆肥过程中的温室气体排放变得尤为重要。通过了解粪便堆肥过程中温室气体的产生机制、影响因素以及相应的一些减排措施，对提出更好的措施和方法提供了依据。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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