猪粪与玉米秸秆堆肥过程中臭气排放与腐殖化作用：混合比例的关键调控机制

针对畜禽粪便堆肥过程中NH3和H2S臭气排放控制与腐殖化效率提升的难题，中国科研团队通过调控猪粪与玉米秸秆混合比例（3:1-9:1），系统研究了堆肥性能与腐殖酸（HA）/富里酸（FA）的演化规律。研究发现6:1比例可显著提升HA/FA至12.22，而3:1比例能同步减少NH3（64%-71%）和H2S（30%-32%）排放，为有机废弃物资源化提供了优化方案。

　　

论文解读
畜禽粪便处理一直是农业环境领域的重大挑战。随着中国生猪养殖规模扩大，每年产生数亿吨猪粪，传统堆肥过程中产生的恶臭气体（尤其是NH₃和H₂S）不仅造成氮素损失，更引发周边居民投诉。更棘手的是，单独堆肥猪粪常因碳氮比失衡导致腐殖化不完全，产物难以作为优质土壤改良剂。与此同时，中国作为玉米生产大国，秸秆焚烧问题同样严峻。如何通过科学配比实现两类废弃物的协同处理，成为破解环境与资源双重困局的关键。

为此，来自中国的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究，首次系统探究了猪粪与玉米秸秆不同混合比例（3:1、6:1、9:1湿重比）对堆肥过程中臭气排放与腐殖化进程的影响。研究采用红外二维相关光谱（FTIR-2DCOS）和热重-微分热重分析（TGA-DTG）等先进表征技术，结合多元非线性回归模型，揭示了原料配比通过调控堆体孔隙度影响氧扩散，进而左右臭气排放与腐殖化路径的机制。

关键技术方法
研究团队构建了60 L双层不锈钢反应器系统，实时监测温度与氧气含量；采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）结合二维相关分析解析腐殖酸结构演化；通过热重分析评估堆肥产物稳定性；建立Min-Max归一化模型量化参数相关性；所有实验均设置三次生物学重复。

研究结果

1. 温度与氧气动态
   所有处理组均在1天内进入>50℃高温期并维持10天以上，满足卫生学要求。但低秸秆比例（9:1）组因孔隙度不足导致氧含量最低（15.2%），显著加剧NH₃排放。

2. 臭气排放特征
   NH₃排放量随秸秆比例降低呈指数增长，6:1与9:1组差异达2.3倍；H₂S排放则与局部厌氧环境强相关。多元非线性模型（R²>0.9）比线性模型更准确预测排放趋势。

3. 腐殖化进程
   FTIR-2DCOS显示6:1组最早出现木质素降解特征峰（1600 cm^-1），且后期美拉德反应（Maillard reaction）强度最高，HA/FA比值较对照组提升47%。TGA证实该组产物热稳定性最佳，失重峰温度滞后12℃。

4. 综合优化
   3:1比例虽在臭气抑制（NH₃↓71%，H₂S↓32%）方面表现最优，但6:1组在腐殖酸合成效率（HA/FA=12.22）和产物稳定性上更具优势。

结论与意义
该研究首次阐明堆肥原料配比通过"孔隙度-氧传递-微生物代谢"级联效应，同时调控臭气排放与腐殖化进程的机制。实践建议采用（3-6）:1的混合比例，既可满足GB14554恶臭排放标准，又能获得高附加值腐殖酸产品。研究建立的FTIR-2DCOS分析方法为堆肥腐殖化进程监测提供了新工具，而提出的氧含量阈值（>18%）为工业化堆肥参数调控提供了量化依据。这项工作为畜禽粪污与农作物秸秆协同处理提供了兼具环境效益与经济可行性的解决方案，对推动农业循环经济发展具有重要意义。