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李國學教授:園林廢棄物不同處理方式的環境影響

放大字體??縮小字體 發布日期:2020-02-24 09:03:50 ??瀏覽次數:23
核心提示:2020年02月24日關于李國學教授:園林廢棄物不同處理方式的環境影響的最新消息:固廢網訊:引言園林綠化面積的持續擴大也使得樹枝修剪物、草坪修剪物、枯枝落葉、雜草和殘花等園林廢棄物產量劇增,傳統的城市園林廢棄物處置方式一般是將其隨城市生活垃圾一起進行焚燒或填埋,
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固廢網訊:引言

園林綠化面積的持續擴大也使得樹枝修剪物、草坪修剪物、枯枝落葉、雜草和殘花等園林廢棄物產量劇增,傳統的城市園林廢棄物處置方式一般是將其隨城市生活垃圾一起進行焚燒或填埋,不僅造成資源浪費,也帶來環境污染,處理利用水平明顯落后于發達國家。近年來,針對園林廢棄物資源化利用途徑的研究和應用不斷增多,其中通過好氧發酵生產堆肥是主要趨勢。

材料和方法

1.1 試驗材料

隨機從堆放場的3個不同位置各收集5kg廢棄物進行混合,進行組分構成和元素含量考察。園林綠化廢棄物主要成分包括枯枝、枯草和落葉,將3種廢棄物混合物人工剪為1~2cm,置于55°C的烘箱內烘干8h后分類稱質量,測得其干質量比例為2∶2∶1,廢棄物混合物的主要元素含量及碳氮比如表1所示。

微信圖片_20200223111500.png

1.2 試驗設計

園林綠化廢棄物設置直接焚燒、好氧堆肥和熱解碳化3種處理方式。

1.3 試驗項目與方法

包括養分元素及碳含量測試、土壤物理性狀測試、溫室氣體測試等。

1.4 數據處理與統計分析

所有試驗數據和圖表采用Microsoft Excel2010處理。利用SPSS19.0軟件進行單因素方差分析,多重比較采用Duncan法。

結果與分析

2.1 不同處理方式的碳素及養分變化情況

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從表2中可以發現,園林廢棄物經3種處理后,有機碳和氮磷鉀養分均存在不同程度的損失。與處理前相比,焚燒的有機碳和全氮損失均最多,總損失率分別為98.62%和95.51%;這主要是因為焚燒將園林廢棄物中的碳和氮元素直接轉化為一氧化碳、二氧化碳及氮氧化物等氣體形式損失。相比之下,熱解和好氧堆肥過程中有機碳的損失率相差不大,均在70%左右,焚燒處理的有機碳損失比好氧堆肥、碳化處理高39.77%和41.64%; 而好氧堆肥過程中的總氮損失量(22.72%)顯著低于而熱解制備生物炭過程中總氮損失(36.65%),保氮效果好。

2.2 不同處理方式溫室氣體排放比較

焚燒過程產生大量高濃度CO2,但CH4、N2O排放量很小;本研究根據焚燒煙氣收集及氣譜測試分析的結果,結合焚燒時間和室內體積計算的CO2排放量為1271.62g/kg(表3)。好氧堆肥過程也有大量的CO2排放,但CH4、N2O排放量相對較低;熱解制備生物炭過程中產生的氣體主要包括CO2、CO、CH4及C2H4、C2H6、NH3、HCN等,這些氣體在生產過程中回收循環利用,可以忽略其溫室氣體排放。綜合比較看,熱解制備生物炭過程沒有溫室氣體排放,好氧堆肥CO2、CH4、N2O的排放量均明顯少于焚燒,兩者溫室氣體排放量均以CO2最高,CH4、N2O排放量很小。

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2.3 不同處理產物還田對土壤碳、團聚體及理化性狀的影響

2.3.1 對土壤有機碳和活性有機碳的影響比較

土壤有機碳是土壤肥力的重要指標,其含量越高,土壤越肥沃,耕性越好,豐產性能越持久。而活性有機碳是土壤有機碳的活性部分,是指土壤中有效性較高、易被土壤微生物分解礦化、對植物養分供應有最直接作用的一部分有機碳。園林綠化廢棄物經不同處理得到的產品(有機肥、生物炭及灰分)還田后對土壤有機碳和活性有機碳含量的影響如圖1所示。

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從圖1中可以看出,施加生物炭的處理顯著增加了土壤中有機碳含量(P<0.05),相比對照組提高了32.82%;與對照相比,施加堆肥及灰分的處理土壤中有機碳含量及活性有機碳的含量并無顯著提高。其主要原因是生物炭的含碳量高,且以惰性的芳香環結構存在,進而能長期存儲于土壤中,施入土壤后增加了土壤有機碳含量; 堆肥還田后有機碳增加過程較為緩慢,本次試驗周期內土壤有機碳及活性炭增加不顯著;而灰分中有機碳含量很少,其還田對土壤有機碳和活性有機碳含量影響不大。

2.3.2 對土壤物理性狀的影響

1)土壤容重和孔隙狀況變化

土壤容重說明土壤的松緊程度及孔隙狀況,能夠反映土壤的透水性、通氣性和根系生長的阻力狀況,是土壤物理性質的一個重要指標。不同產品還田對土壤容重和孔隙狀況有不同程度的影響(表4)。盡管大量研究表明施用生物炭及堆肥可以有效降低土壤容重。但在本次試驗中,堆肥、生物炭及灰分還田后對土壤容重的影響相較于對照處理均無顯著性差異。這可能是因為本次試驗持續時間較短,而土壤容重的降低是個緩慢的過程。此外,本次施用的堆肥產品為園林廢棄物堆肥,其有機質含量遠低于傳統畜禽糞便堆肥,這也可能是導致土壤容重無顯著變化的原因之一。土壤孔隙度表明土壤中空隙的體積,其大小直接影響土壤中空氣含量和透水性,并對作物的生長及土壤環境和微生物活性等發揮著不同的調節功能。堆肥還田后土壤毛管孔隙度增加了12.55%,這主要是因為堆肥提供了較多穩定的腐殖質和未腐熟的生物質,促進了土壤團粒結構的形成,使土壤孔隙增加。在本次試驗中,生物炭及灰分還田后毛管孔隙度及總孔隙度相較對照處理并無顯著性差異。

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2)土壤飽和導水率變化

土壤飽和導水率是土壤被水飽和時,單位水勢梯度和單位時間內通過單位面積的水量,是反映土壤管理措施對土壤滲透性能影響的指標。不同物料還田對土壤飽和導水率的影響如圖2所示。堆肥和生物炭還田后顯著提高了土壤飽和導水率(P<0.05),而灰分還田對土壤飽和導水率的影響不顯著。堆肥還田后的土壤飽和導水率顯著高于生物炭還田(P<0.05),這主要是由于堆肥產物富含有機質和腐殖質,有機質中含有脂、樹脂、蠟等,能浸潤土壤顆粒,使其具有疏水性,減弱毛管水移動速度,使土壤水分的蒸發量減少,從而增強了土壤的保水能力,土壤飽和導水率隨之增加。生物炭具有較大比表面積,能夠增強土壤持水性能,本次試驗由于生物炭還田數量相對較少,對土壤容重及孔隙度改善效果未達到顯著水平,但仍然明顯提高了土壤飽和導水率。

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3)土壤團聚體變化

土壤團聚體是土壤養分的“儲藏庫”,其粒級分布對作物發芽和根系發展有很重要的作用,是土壤肥力的基礎和評價土壤健康的重要物理指標。根據粒徑劃分為2~0.25、<0.25~0.053和<0.053mm的不同粒徑團聚體。

從不同物料還田對土壤團聚體的影響看(表5),堆肥及生物炭還田后對2~2.25mm大粒徑團聚體比例影響不顯著,而灰分還田后顯著提高了2~0.25mm大粒徑團聚體比例,但對<0.25~0.053mm及<0.053mm粒徑的團聚體比例影響不顯著。堆肥和生物炭還田后均顯著提高了<0.25~0.053mm粒徑團聚體比例(P<0.05),顯著降低土壤中微團聚體(<0.053mm)比例。這可能是因為生物炭本身具有較大的比表面積,且含有有機大分子等結構,具有膠結和團聚作用,能促進微團聚體(<0.053mm)向<0.25~0.053mm團聚體轉化;而堆肥可以增加土壤中微生物活性,提供大量膠結物質,使土壤黏粒進一步膠結,促進微團聚體(<0.053mm)向更大粒徑的<0.25~0.053mm團聚體轉化,其分別提高23.87%、67.41%、20.69%。這主要是由于生物炭有很強的吸附能力,可吸附銨、硝酸鹽、磷和其他水溶性鹽離子,具有保肥性能,此外生物質炭含有大量的P、K等礦質元素,施入土壤后能顯著提高土壤速效鉀和速效磷含量;灰分還田后分別提高49.70%、15.50%的全磷、全鉀含量。園林綠化廢棄物經堆肥處理后還田后土壤的pH值為7.20,相比對照顯著降低(P<0.05),這可能是由于堆肥中有機物質被微生物分解后產生酸類物質(包括有機酸及腐殖酸等),進而降低土壤pH值;生物炭和灰分還田土壤pH值影響不顯著。

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結論

1)好氧堆肥處理對園林廢棄物保氮效果好,其產品氮素含量顯著高于熱解制備生物炭;而焚燒處理后炭氮損失均為最高。

2)園林廢棄物經堆肥及熱解制備生物炭處理后還田均可促進土壤中的微團聚體(<0.053mm)向<0.25~0.053mm團聚體轉化,并顯著提高土壤中的N、P、K含量;兩者均能提高土壤飽和導水率,堆肥產品對土壤飽和導水率提高效果優于生物炭還田。




原標題:李國學教授:園林廢棄物不同處理方式的環境影響

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關鍵詞: 土壤 堆肥 生物質



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