畜禽粪便贮存过程含氮气体排放与微生物影响机制

Waste management process gas emissions are the main greenhouse gas emissions and N deposition source. Applicants have done some preliminary research about greenhouse gases and ammonia emissions during solid manure storage, and these research mainly focus on the emission fluxes from the macro interface. Monitoring the microbial structure in animal manure treatment systems is important for the effective management of solid storage for various animal manure. However, it is lack of nitrogen gases emssions with microbial effects mechanism under micro process for solid manure storage practice, there are no reports on the nitrogen gases emissions with microbial community structure. In this study, we focus on ammonia and nitrous oxide emissions for the solid manure storage practice from different animal type(swine, cow, poultry) with different management method(storage height, storage temperature, cover), when the manure physical and chemical properties and microbial characteristics will been measured. The objectives of this research are as follows: (1) to get the nitrogen gases emissions variation for solid manure storage under different management practice; (2) to find out the main influence factors for nitrogen gases emissions including manure physical chemical properties and microbial characteristics; (3) to comprehensive analysis of proposed reducing solid waste storage of nitrogen gases emissions management practice.

畜禽粪便管理过程气体排放是主要的温室气体和人为氮沉降排放源，申请者等已经对畜禽粪便固体贮存过程中的温室气体和氨气排放状况进行了初步研究，但这些研究只是进行了宏观界面的温室气体和氨气排放通量观测，而对粪便贮存过程中的含氮气体排放的微生物影响机制等微观过程研究欠缺；国内外也未见有固体粪便贮存过程中含氮气体排放与微生物群落结构之间的关系报道。本项目将重点通过对不同畜禽种类（猪、牛、鸡）的固体粪便、在不同管理措施（堆高、贮存温度、添加覆盖物）下的贮存过程中氨气和氧化亚氮2种含氮气体的排放通量进行测定，同时取样分析影响含氮气体排放的粪便理化特性和微生物形态特性，获得固体粪便在贮存过程中含氮气体排放的变化规律，查明其主要微生物影响机制，对综合分析提出减少固体粪便贮存过程中含氮气体排放的管理技术措施具有重要意义。

畜禽粪便管理过程是重要的温室气体和氨气排放源。粪便贮存是我国目前畜禽粪便最主要的管理方式，畜禽粪便贮存过程中的气体排放受畜禽种类、饲料特性等影响较大，本项目同时开展了生猪、奶牛、肉牛、蛋鸡和肉鸡5种主要畜禽粪便在贮存过程中的气体排放特征研究，进行了猪、奶牛、肉牛、蛋鸡和肉鸡5种动物粪便在贮存过程中的氨气、氧化亚氮的排放的日变化规律测定，获得了不同类型的畜禽粪便贮存过程中的排放特征，分析了含氮气体排放通量和畜禽种类、粪便理化特性等因素之间的相互关系，结果表明：蛋鸡粪便存储过程气体排放NH3和N2O排放量都最高；而奶牛和肉牛NH3排放结果与蛋鸡恰好相反，NH3排放量较低，气体排放主要以N2O为主；而猪粪和肉鸡粪存储过程中气体排放整体上较为均衡，粪便中氨气和氧化亚氮排放互为消长关系；基于微生物的高通量测序分析，获得了不同种类的粪便在贮存过程中的各类微生物变化特征，结果表明：不同畜禽粪便固体贮存过程中的气体排放受畜禽粪便特性差异，影响气体排放的微生物菌群存在一定的差异，其中：Nitrospira是蛋鸡粪便产N2O的主要硝化菌群；Nitrobacter和Nitrosomonas是肉牛和奶牛产生N2O的关键硝化菌群。反硝化菌群Thaurea，Castellaniella以及Thermomonas可能对于肉牛、奶牛粪便产N2O具有一定贡献。研究结果直接应用于第三次国家信息通报-中国畜牧业温室气体清单编制，为我国畜禽粪便管理过程中温室气体排放减排措施的筛选提供数据依据。