《Environmental Research》:Moisture-induced pore restriction reveals a lower initial moisture window for aerobic composting of aquaculture-derived particulates
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•在所测试的堆肥条件下,40%含水率的处理效果最佳。•较高的含水率降低了O2的可用性,并延迟了高温阶段的发展。•较高的含水率增加了NH3、N2O和CH4的排放。•MC-40%促进了腐殖化过程和堆体腐熟。•黏液相关糖蛋白可能参与了含水率的敏感性反应。引言水产养殖已成为全球粮食生
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在所测试的堆肥条件下,40%含水率的处理效果最佳。
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较高的含水率降低了O2的可用性,并延迟了高温阶段的发展。
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较高的含水率增加了NH3、N2O和CH4的排放。
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MC-40%促进了腐殖化过程和堆体腐熟。
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黏液相关糖蛋白可能参与了含水率的敏感性反应。
引言
水产养殖已成为全球粮食生产和粮食安全日益重要的组成部分(ACTION, 2024; Cao et al., 2015; Naylor et al., 2021)。然而,水产养殖的快速集约化也产生了越来越多的颗粒状废物,包括源自未食用饲料、鱼类排泄物及相关代谢物的类淤泥固体(Chun et al., 2024; Dauda et al., 2019)。这些固体通常富含可生物降解有机物和含氮化合物。如果管理不当,它们可能在生产系统内积累或进入受纳水体,从而增加耗氧量、营养负荷和富营养化风险(Lunda et al., 2019)。因此,开发有效的策略以稳定这些废物并回收其中的资源,对于集约化水产养殖的可持续发展具有重要意义。
好氧堆肥是一种环境相容的有机固体废物资源化方法,因为它可以减少废物体积、稳定不稳定有机物、灭活病原菌,并产生具有潜在价值的土壤改良剂(Bi et al., 2025; Xie et al., 2025; Zhang et al., 2026)。然而,堆肥效果对含水率高度敏感(Richard et al., 2002)。含水率不仅决定微生物代谢所需的水分可用性,还影响溶质迁移、颗粒团聚、堆体中气相孔隙以及氧气扩散(Guo et al., 2012)。因此,含水率调控应被视为在微生物水分需求与保持有效通气结构之间的平衡。对于牲畜粪便、作物秸秆和混合生物废弃物等常规原料,实际堆肥操作通常从约50–65%的含水率开始,但最适宜的含水率会随原料密度、粒径、孔隙率以及辅料特性而变化(Ge et al., 2022; Mohajer et al., 2009)。
将这些常规含水率范围直接应用于水产养殖产生的颗粒可能并不合适。与纤维质作物秸秆或相对粗颗粒的畜禽粪便不同,水产养殖产生的固体通常含有相当比例的细颗粒,并且富含来源于饲料和排泄物的有机物,包括蛋白质和脂质组分(Bao et al., 2019; Sele et al., 2024)。在高含水率条件下,这些细颗粒、有机质丰富的基质可能更容易发生颗粒结合与压实,而水分的增加会减少自由空气空间和空气渗透性,从而限制氧气传递(Huet et al., 2012; Iqbal et al., 2010; Richard et al., 2002)。此前的研究已展示了鱼粪及相关渔业废弃物的养分回收潜力,但也强调在土地利用前需要进行适当的稳定化处理(Zhang et al., 2023)。因此,水产养殖颗粒独特的物理结构和组成可能使其对含水率的响应有别于常规陆源堆肥物料。
尽管存在这种潜在差异,水产养殖颗粒堆肥所需的初始含水率仍未得到充分明确。如图1a和表S1所示,明确针对水产养殖来源固体废物进行好氧堆肥的研究有限,且这些研究中所采用的初始含水率大多高于50%。这些数值部分可能是从陆源有机废物操作经验中沿袭而来,而非专门针对细颗粒水产养殖废物所建立的含水率范围。鱼类来源的颗粒还可能含有黏液相关组分。黏液素是高度糖基化、亲水、保水且具有黏弹性的宏分子,构成黏附性黏液凝胶的结构基础(Riera-Ferrer et al., 2024)。其水合网络可保持水分并促进黏附和凝胶状行为(Petrou and Crouzier, 2018)。在细颗粒基质中,这些特性在水分较高的条件下可能会促进颗粒团聚、孔隙堵塞和局部压实,从而加剧氧气传递受限。
本研究的核心问题在于:陆源堆肥系统常用的初始含水率条件是否适用于水产养殖来源的颗粒状废物。我们假设,由于细颗粒、黏附性组分和高保水能力,它们对过高含水率更为敏感,从而降低孔隙空间和氧气可用性,延迟高温阶段发展,改变氮素转化和微生物演替,增加气体排放,并损害堆体腐熟。为验证该假设,本研