利用沼气生产中的消化物修正土壤中种植小麦的温室气体排放和生长外文翻译资料

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佩多菲尔德27(2)：318—327，2017

利用沼气生产中的消化物修正土壤中种植小麦的温室气体排放和生长

Liliana PAMPILLON—GONZALEZ，MarcoLUNA—GUIDO，Victor Manuel RUiZ—VALDIVIEZO，Olivia FRANCO—HERNANDEZ，Fabian FERNANDEZ—LUQUENO，Octavio PAREDES-LOPEZ，

Gerardo HERNANDEZ and Luc DENDOOVEN，

科学、技术和社会博士项目，墨西哥高等研究中心，IPN 2508，墨西哥DF 07360（墨西哥）

土壤生态学实验室，材料与应用实验室和计算机实验室，墨西哥州墨西哥高等研究中心（ABACUS），

墨西哥高等研究中心，IPN 2508，墨西哥DF 07360（墨西哥）

化学系，工发组织专业跨学科生物技术研究所政治学（UPLBI LPN）墨西哥DF 07340（墨西哥）

自然资源和能源可持续发展计划，墨西哥高等研究中心萨尔蒂约1062，科阿韦拉州25900（墨西哥）

生物技术和生物化学部墨西哥高等研究中心伊拉普阿托36821（墨西哥）

（2016年6月16日收到；2017年1月18日修订）

摘要

消化液是有机废物厌氧消化后产生的产物，富含植物营养素和可以被用来给作物施肥。小麦（小麦属）被消化物、尿素施肥，或不被施肥于温室种植120天。监测温室气体（二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和一氧化二氮（N₂O））的排放。同时在收获期测定了植物生长特性，在好氧培养试验中测定了消化液中重金属、病原菌和C、N矿化电位，未发现沙门氏菌、志贺氏菌或蠕虫活卵。在消化后的猪粪浆中检测到，但粪便大肠菌群数量高达3.6times;10 4个成色单位（CFU）g-1。重金属浓度没有超过美国环境保护局（EPA）规定的上限。28天后，17%的有机碳（436 g kg-1干消化物）和8%的有机氮（6.92g kg-1干消化物）矿化完成。施肥对小麦栽培土壤中二氧化碳和甲烷排放的影响不显著，但对土壤的消化作用显著。与尿素改良土壤相比，累积N₂O排放量增加了5倍，与未耕作土壤相比，累积N₂O排放量增加了63倍，可以得出如下结论：消化物营养丰富，重金属和病原体含量低，施用于小麦栽培土壤时不影响CH₄和CO₂的排放，但对土壤中的重金属和病原体的排放量影响不大。N₂O排放增加。

关键词：生物消化器；C、N矿化潜能；粪大肠杆菌；重金属；病原体；猪粪浆

引文：Pampillon-Gonzalez L，Luna-Guido M ，Rufz—Valdiviezo V M ，Franco—Hernandez O，Fernandez—Luqueno F，Paredes—Lopez

O，Hernandez G，Dendooven L．2017．Greenhouse gas emissionsand growth of wheat cultivated in soil amended with digestate from

Biogas production．Pedosphere．27(2)：318—327．

介绍

牲畜生产是全球最紧迫的环境问题的主要原因之一，包括全球变暖、土地退化、空气和水污染以及生物多样性丧失（粮农组织，2006年）。牲畜排放的温室气体（GHG）是全球变暖的最重要因素之一（粮农组织，2006年；美国环保署，2006年；IPCC，2007年）。农业和畜牧业生产过程中排放的主要气体是二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）和一氧化二氮（N₂O），全球变暖潜能（GWP）分别为1、25和298（IPCC，2007年）。氮氧化物和CH₄占农业生产总温室气体排放量的近70%（美国EPA，2006年；政府间气候变化专门委员会，2007年）。

如果CH₄排放量的增加与牲畜数量的增加成正比，那么2030年全球牲畜相关的CH₄生产量预计将增加60%（粮农组织，2003年），而农业N₂O排放量预计将增加35%—60%，这是由于氮肥使用和动物生产的增加（粮农组织，2003年）。世界。农业废物厌氧消化生产生物能源已成为一项成熟、强大的技术，预计未来高达25%的生物能源将是沼气（霍姆力尼尔森和奥克洛维奇波皮耶，2007年；Hu等人，2012年）。中国和印度是目前安装消化器最多的国家（DING等人，2012年）。厌氧消化产生富含CH₄的沼气，

联系作者．电子邮件：dendooven@me．com

用消化液修正土壤的温室气体排放量

由于其高热值，适合能源生产。这种沼气可以用作炉床或炉子、内燃机、照明、加热器或家用燃料，或谷物烘干机（Murphy等人，2004年）。除了产生CH₄和减少农场有机废物外，是在厌氧消化后留一种有机物，它富含营养，通常被称为消化物（Moller和Muller，2012年；国际社会责任认证组织，2013年）。大量的肥料被用于提高作物产量。沼气生产后留下的有机残留物很容易被用作有机肥料（Odare等人，2011年）。将消化液应用于作物将减少无机肥料的使用和生产过程中的温室气体排放。消化液的应用还将碳（C）隔离在土壤中（Moller等人，2009年）。此外，有机废物的厌氧消化减少了病原体的数量（Franco Hernandez等人，2003年）。因此，消化物可安全地应用于土壤（Holm Nielsen等人，2009年；Masse等人，2011年；Abbasi等人，2012年）。

本研究将墨西哥普埃布拉州胡伊乔津戈一养猪场沼气产生的残余有机废物应用于温室内种植的小麦（小麦属小麦，变种临时小麦M87），对其消化液中重金属和病原菌进行了表征，并在好氧培养条件下测定了氮、碳矿化潜力。对作物生长过程中温室气体的排放进行了监测，同时测定了作物的生长发育和收获时的产量。本研究旨在探讨生物消化器残留物的应用对小麦生长和温室气体排放的影响。假设沼气残留物在减少温室气体排放的同时，促进小麦生长。与尿素改性土壤相比，寻找一种可持续、经济、安全的再利用和处置这些特殊产品的策略具有重要的环境意义。 319

材料与方法

沼气生产的残渣

沼气生产过程中剩余的有机物来源于墨西哥普埃布拉（Puebla）的花岗岩，猪群7000头，生物反应器（泻湖型）位于农场马厩旁，消化物由固体物质和水组成，厌氧消化过程具有水力停留时间。这在45到55天之间变化。沼气反应器的操作温度为中温高温（35-55.C）。在连续三周内，通过生物消化器的排气管采集消化液样品并对其进行表征（图1）。因此，本研究中对三个消化液样品进行了表征和使用。消化物特征的详细信息可在Franco Hernandez等人（2003）中找到。

土壤取样

在墨西哥普埃布拉的韦霍钦戈（海拔2230米，北纬19°07西经98°22西），距墨西哥城东南85公里的农场附近采样土壤。气候温和，冬季干燥（Peel等人，2007年），年平均温度10°C，降水量600 mm。土壤所在地收集的主要是玉米（玉米）。

采用7-cm螺旋钻（Eijkelkamp，荷兰）对三个地块（约0.5ha）的0~15am顶层进行采样。在每个地块中，取90个土芯（约100kg土壤）。将每个地块中采集的土壤进行汇集，以获得三个土壤样本，风干，通过一个5-mm的筛子，并对其进行表征。壤土d土壤的ph值为6.7。电导率（EC）为1.34 ds m-l，总C含量为3.51 g c kg-土壤，总N含量为0.33 g n kg-土壤和311g kg-l干土的持水能力（WHC）。

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培养试验

在28d的好氧培养过程中，测定了将消化液施加于土壤时释放的潜在CO₂、排放量和矿质N（C和N矿化潜能）。选择28天的培养期，因为在此期间大多数易分解的有机物被矿化，C矿化率可以测定。简单地说，用或不使用1g消化液对每个地块的土壤子样本进行修改，分别在22士2°C的温度下，在1-L的玻璃容器中培养28天，玻璃容器中装有蒸馏水，以避免土壤干燥，并使用一个装有20 ml 0.5 mol L-1naoh的小瓶来捕获CO₂。每次处理都是在一式三份。1、3、7、14和28d后，打开玻璃罐，取出装有NAOH的小瓶，分析吸收的CO₂，并用200 ml K₂SO₄提取土壤，以进行矿物N（NH₄ 、N0₂-和NO₃-）测量。打开剩余的玻璃罐，晾干10分钟，以避免厌氧条件，密封，以及进一步培养。

温室试验

在墨西哥高等研究中心（墨西哥城）进行了一次温室试验，试验布局是一个完全随机的1times;4因子设计，从每个采样点复制三个样本。对土壤进行了四种不同的处理：未耕作的未受精土壤（对照）、用小麦种植但未施肥的土壤（小麦）。，用小麦种植的土壤，在150 kg N ha-1（小麦 尿素）下用尿素施肥；用小麦种植的土壤，在150 kg N ha-1（小麦 消化物）浓度下用厌氧消化的猪浆施肥，考虑到废物中的矿物质氮，并考虑到40%的有机氮在土壤中矿化。试验期（2013年6月中旬至2013年9月为120天）（Parnaudeau等人，2004年）。2013年6月13日开始的温室小麦种植详情见Aguilar Chavez等人（2012年）。

在谷物成熟时，即120d，将整个土柱从pvc管中取出，注意不要损坏根系结构。将根与嫩枝分开，并将土壤从根中冲洗出来。测量嫩枝和根的新鲜重量和长度。然后，在45°C下将嫩枝和根干燥并称重。测定了在室温下干燥的谷物的重量和每株谷物的数量。

L．PAMPILLON-GONZALEZ 等人

C0₂，CH₄, N₂0 排放测量

在温室试验的前53天，采用密闭室技术测定土壤表面向大气的温室气体排放量（Dane和Hopman，2002年：Cardenas等人，2010年）。密闭室技术和温室气体测量的详情见Aguilar Chgvez等人（2012年）。设置详情在Rufz.Valdiviezo等人（2010）中可以找到气相色谱仪和用于计算每个采样日GHG流量的标准。

全球变暖潜力

使用GwP:298（N2O）和25（CH4）将累积温室气体排放量评估为二氧化碳当量排放量（IPCC，2007年）。通过对每个连续采样事件之间的数据点进行线性插值和数值积分，计算温室实验53 d种植期内累积的N₂O和CH₄排放量。使用梯形规则的下垫面积（Ussiri等人，2009年）。

统计分析

通过方差分析（ANOVA）和使用一般线性模型程序（PROC GLM）（SAS研究所，1989年）基于最小显著差异来确定不同处理导致的植物特征和温室气体排放的显著差异。分别用主要比较研究植物生长特征。使用过程因子的一元分析（PCA）（SAS研究所，1989年）。

结果

消化特性

消化液的含水量为902 g kg-1，pH8.0，酶代码EC15.5DS M-1，总C含量为436 g kg-1，总N含量为6.92 g kg-1，NH4 浓度为1065 m g N kg-1,NO₃-18 m g N kg-1，NO₂-.3.4 m g N kg-1，均以干物质为基础表达。

消化液中总大肠菌群为240times;10⁴菌落形成单位（CFU）g，粪便大肠菌群为3.6times;10⁴ CFU g～干消化单位（表一），消化后的猪浆中未检出沙门氏菌、志贺菌或蠕虫活蛋，消化液中金属含量lt;50mg kg-1。钙（Ca）、镁（Mg）、铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）和锌在（表二）