pH调节对猪粪短期储存过程中氨排放、温室气体排放及消毒效果的影响研究

推荐：为解决猪粪储存过程中NH3和温室气体(GHG)排放及病原体污染问题，研究人员通过酸化和碱化处理探究pH调节对NH3、CH4、N2O排放及E. coli灭活的影响。结果表明，酸化(pH 5)可减少>85% NH3排放并完全消毒，碱化(pH 9.5)显著降低CH4排放，为粪污管理提供环保新策略。

　　

现代畜牧业面临严峻的环境挑战：全球18%的农业温室气体(GHG)来自畜禽养殖，其中猪粪储存过程会释放大量氨(NH₃)和甲烷(CH₄)。NH₃不仅造成氮肥损失，还会通过大气沉降间接产生强效温室气体氧化亚氮(N₂O)。更棘手的是，未经处理的粪肥可能含有致病菌如大肠杆菌(E. coli)，直接施用可能污染即食果蔬。目前虽有多种粪污处理技术，但存在成本高、操作复杂或二次污染等问题。

针对这些痛点，葡萄牙研究团队在《Biosystems Engineering》发表重要研究，系统评估了pH调节对猪粪短期储存中NH₃、GHG排放和消毒效果的影响。研究创新性地对比了三种策略：矿物酸化(硫酸H₂SO₄)、生物酸化(蔗糖发酵)和碱化(氢氧化钾KOH)，并首次引入造纸工业副产品废酸(Spent.A)作为环保替代品。

研究采用动态密闭箱系统结合光声多气体监测仪(INNOVA 1412i)实时测定NH₃、CO₂、CH₄和N₂O排放。2kg猪粪样本在5L容器中处理25天，设置3个重复。微生物检测依据ISO 6579-1:2017标准，通过正交设计比较不同处理对E. coli的灭活效果。

3.1 消毒效果与理化性质
所有处理均显著降低E. coli数量，但仅H₂SO₄和Spent.A处理达到完全消毒(<10 CFU/g)。蔗糖生物酸化需10天才使pH降至5以下，延迟了消毒进程。废酸处理使干物质含量增加35%，因其含697 g/L硫酸盐形成沉淀。

3.2 氮排放动态
酸化处理NH₃减排>99%，而碱化组与未处理组相当(1.25 g N/kg)。有趣的是，H₂SO₄处理初期N₂O排放激增，可能是高NH₄⁺在微氧条件下发生硝化。蔗糖添加导致表面结壳，使N₂O排放峰值达6.9 mg N/kg。

3.3 碳代谢特征
碱化处理CH₄减排90%，因pH 9.5抑制产甲烷菌。蔗糖生物酸化反而使CH₄排放增加247%，因其提供充足碳源。废酸因含硫化合物抑制甲烷菌，表现优于纯H₂SO₄。

3.4 温室气体综合评估
碱化处理总GHG最低(9.9 g CO₂当量/kg)，但48.9%来自NH₃转化的间接N₂O。蔗糖处理因CH₄暴增使GHG增加305%，揭示碳源添加的潜在风险。

这项研究为粪污管理提供了重要范式转换：传统认为酸化是最佳方案，但研究表明碱化在GHG减排方面更具优势，尤其适合CH₄敏感区域。废酸作为工业副产品实现"以废治废"，为循环农业提供新思路。未来需优化添加剂配比，开发自动投加系统，并在实际养殖场验证长期效果。该成果对实现欧盟"从农场到餐桌"战略中的环境目标具有重要实践意义。