全 文 ：第 32 卷 第 19 期 农 业 工 程 学 报 Vol.32 No.19
234 2016年 10月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Oct. 2016

生物质炭添加量对伊乐藻堆肥过程氮素损失的影响
王海候，金梅娟，徐 军，严慧霞，陆长婴，施林林，周新伟，沈明星※
（江苏太湖地区农业科学研究所，农业部苏州水稻土生态环境重点野外科学观测试验站，苏州 215155）

摘 要：为探讨高温堆肥中氮素损失的有效控制技术，研究以生物质炭为添加剂对伊乐藻与稻草混合堆肥过程中氮素损
失的影响，通过静态高温好氧堆肥试验，设置了 6 个处理，即：CK（不添加生物质炭）、5 个生物质炭不同添加量处理（以
CK 为基础，生物质炭添加量分别为 CK 堆体干基质量的 6%、18%、30%、42%、54%），监测了伊乐藻与稻草混合堆肥
过程中堆温、氨挥发速率等相关指标的变化。结果表明，与 CK 相比，添加生物质炭可以提高堆温、延长高温期天数、
缩短堆肥周期，堆肥周期减少天数与生物质炭添加量呈极显著的对数曲线相关（P<0.01）；添加生物质炭可以显著降低堆
肥过程中的氨累积挥发量（P<0.05），但与 CK 相比，生物质炭添加量为 6%、18%处理的氨累积挥发量分别增加了 26.58%、
6.34%，同时，氮素损失率亦高于 CK 处理；堆肥过程中氮素损失率与生物质炭添加量关系密切，呈显著的一元三次曲线
相关（P<0.05），生物质炭的适宜添加量为 27.11%～45%；根据不同影响因子的标准偏回归系数，对堆肥体氮素损失率的
影响，由大到小依次为全氮、铵态氮、有机碳。
关键词：堆肥；氨；温度；生物质炭；伊乐藻；氮素损失
doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.19.032
中图分类号：X71 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2016)-19-0234-07
王海候，金梅娟，徐 军，严慧霞，陆长婴，施林林，周新伟，沈明星. 生物质炭添加量对伊乐藻堆肥过程氮素损失的
影响[J]. 农业工程学报，2016，32(19)：234－240. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.19.032 http://www.tcsae.org
Wang Haihou, Jin Meijuan, Xu Jun, Yan Huixia, Lu Changying, Shi Linlin, Zhou Xinwei, Shen Mingxing. Effect of biochar
addition amount on nitrogen loss during composting process of Elodea Nuttallii[J]. Transactions of the Chinese Society of
Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(19): 234－240. (in Chinese with English abstract) doi：
10.11975/j.issn.1002-6819.2016.19.032 http://www.tcsae.org

0 引 言
长三角河网平原地区的集约化河蟹养殖已成为其发
展高效农业的支柱性产业，但养殖区域水体富营养化现
象频发[1]。近年来，水体原位植物净化及异位生态处置技
术的全面推广应用[2-4]，有效缓解了集约化河蟹生产中效
益与环境的矛盾，但产生的大量水生植物极易腐解[5-6]，
若处置不当，不仅会给周边水体造成二次污染，还会影
响集约化河蟹养殖业的生态循环发展。由于水生植物的
有机质及养分含量丰富，采用高温堆肥的方法可实现水
生植物中养分的资源化循环再利用[7-8]，但堆肥化过程
中氮素损失严重，据统计，氮素损失范围在 16%～76%
之间[9-10]，迫切需要研发堆肥过程氮素损失的有效控制
技术。目前，添加沸石、粉煤灰、泥炭、硫酸铜等吸附
剂、调理剂是减少堆肥体氮素损失的重要途径[11-15]，
但由于添加材料的成本较高或含有其他有害物质，限制
其在生产上的推广应用，有必要进一步研究成本低廉、

收稿日期：2016-01-20 修订日期：2016-05-24
基金项目：国家科技部支撑计划专题（2012BAD14B12-03）；江苏省科技支
撑项目（BE2013334）；苏州市科技支撑项目（SNG201439）
作者简介：王海候，副研究员，主要从事农业废弃物资源化处置技术及其应
用研究。苏州 江苏太湖地区农业科学研究所，215155。
Email：wanghaihou@126.com
※通信作者：沈明星，研究员，主要从事循环农业关键技术研究。苏州 江
苏太湖地区农业科学研究所，215155。Email：smxwwj@163.com
来源广泛且能够显著减少堆肥过程中氮素损失的添加
材料。
生物质炭是一种具有高度热稳定性和较强吸附特性
的芳香化固态物质[16-17]，取材便捷、成本低廉、制取技
术成熟。相关研究结果表明，堆肥过程中添加生物质炭
可以减少氨挥发、降低氮素损失率[18-21]，可以提高堆温、
缩短堆肥周期[22]；由于现有的研究主要定性地报道了生
物质炭对堆肥过程中温度与氮素损失影响的作用效应，
要实现生物质炭在堆肥工程中的实践应用，尚需进一步
明确堆肥过程生物质炭的适宜添加量、生物质炭添加量
与氮素损失的数量关系、堆肥理化性状对生物质炭添加
量的响应等，而上述技术参数的研究报道，在国内外均
不多见。为此，本文以水生植物伊乐藻为供试材料，研
究了生物质炭不同添加量对伊乐藻堆肥过程氮素损失及
其它堆肥指标的影响，以期为生物质炭在水生植物堆肥
实践中的应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试的伊乐藻取自苏州市相城区阳澄湖万亩河蟹养
殖基地、稻草秸秆取自太湖地区农科所生产大田，上述
材料在试验前均进行 3～5 cm 切碎预处理；生物质炭（原
料为花生壳粉，在厌氧环境中，500 ℃下炭化 10 h，之
后自然冷却，再过 40 目筛）购买自商丘三利新能源有限
公司。堆肥原料基本性状见表 1。
第 19 期 王海候等：生物质炭添加量对伊乐藻堆肥过程氮素损失的影响

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表 1 堆肥原料基本性状
Table 1 Properties of composting materials
供试材料
Materials
含水率
Moisture/%
全氮
Total
Nitrogen/%
有机碳
Organic
carbon/%
碳氮比
C/N
pH 值
pH value
伊乐藻
Elodea nuttallii 86.30±1.34 2.65±0.39 34.13±2.18 12.88±0.77 -
水稻秸秆
Rice straw 9.20±0.61 0.69±0.02 39.30±1.84 56.96±1.33 -
生物质炭
Biochar 4.10±0.30 0.92±0.04 48.50±1.41 52.83±1.07 9.13±0.41

1.2 试验装置
1.2.1 堆肥反应器
反应器是立方体箱形，长×宽×高为 1 m ×1 m ×1 m，
由 5 块 20 mm 厚的 PVC 板，通过塑料焊条拼装而成，并
在箱壁依次裹上 15 mm 厚的海绵及铝箔胶带进行保温；
顶部无盖，外底部装有 4 个高度为 25 cm 的活动轮（承
重 500 kg 以上），箱底均匀分布直径为 2 cm 的通气孔若
干，底孔面积总和约为箱底面积的 1/3，反应器的一面侧
壁居中垂直方向均匀分布 3 个直径 2 cm 的测温孔，其对
面侧壁开有可嵌入挡板式出料口（长×宽：40 cm×30 cm）。
1.2.2 氨挥发收集装置
氨挥发收集装置主要包括：开口向下的圆柱形透明
有机玻璃箱（直径为 20 cm，高度 30 cm）1 只、圆环形
槽状底座（底座高 8 cm、槽深 3 cm、圆环内径 18 cm、
圆环外径 22 cm）1 只、通气孔（位于有机玻璃箱的顶部，
并用乳胶软管连接并向上延伸至 2.5 m 高）1 个、盛放硼
酸的 250 ml 的玻璃烧杯 1 只。
1.3 试验设计
以不添加生物质炭的伊乐藻与稻草混合堆肥体作为
对照（CK）；在 CK 的基础上，以生物质炭添加量占 CK
干基的质量百分比作为试验处理，生物质炭的添加量为：
6%、18%、30%、42%、54%，分别用 B1、B2、B3、B4、
B5 表示；试验共计 6 个处理，2 次重复。
1.4 试验方法
试验于 2014 年 6 月－8 月，在江苏太湖地区农业科
学研究所玻璃温室内进行。将经过切碎或粉碎预处理的
伊乐藻、稻草，按鲜质量比 3.8∶1（控制混合堆肥体的
C/N 为 20～25）混合均匀；每个反应器以 100 kg 伊乐藻
与稻草的混合体为基础，再按试验设计处理，添加不同
量的生物质炭，并充分混匀；通过加水调节混合堆肥体
初始含水率为 65%左右，并记录每个反应器中的堆肥混
合体的质量；在堆肥第 0、3、7、14、21 和 28 天，于堆
肥体由外向里 30 cm 左右，取多点混合样品 2 kg，每个
反应器的取样重复 2 次；堆体每隔 7 d 左右翻堆 1 次，直
至试验结束。
1.5 测定指标及方法
1.5.1 堆温
堆肥期间，采用长 60 cm 的红水温度计，将温度计
从反应器侧壁的测温孔插入 30 cm，每天分别于 9:00－
11:00、16:00－17:00 记录堆体温度，同时测定气温。
1.5.2 堆肥体的基本性质
将堆肥样品在实验室内分成 3 份，一份用于新鲜样
品的浸提：先称取样品 40 g，再加去离子水 400 mL，以
150 转/min 的速度振荡，浸提 30 min 后收集滤液，用
SKALA流动分析仪测定铵态氮、硝态氮，用 Inolab 720 pH
计测定 pH 值，等；一份用于含水量测定（105 ℃烘干法）；
一份置于阴凉处风干、粉碎、过筛（100 目），用凯氏定
氮法测定全氮、用浓硫酸-重铬酸钾外加热法测定有机碳、
用马弗炉 550 ℃灼烧法测定灰分（仅测定了第 1 批与最
后 1 批样品）。
1.5.3 氨挥发
在堆肥开始后，将装有 50 mL 2%硼酸吸收液的玻璃
烧杯，放入氨挥发收集装置内，每天分别于 9:00－11:00、
16:00－17:00 观察烧杯内硼酸的颜色，若硼酸为绿色，则
置换硼酸溶液，置换下来的硼酸溶液立即用稀硫酸溶液
（0.05 mol/L）进行滴定分析。
1.6 计算方法
1）堆肥积温[22]：根据物候学上积温的理论和计算方
法，将有效积温的概念引用到堆肥反应过程，并提出当
堆肥体的积温达到 10 000 ℃·h 时，认为堆肥稳定化过程
基本完成。T=Σ(Ti−15)×Δt，式中 T 为堆肥积温，℃·h；
Ti为 i 时间的堆肥温度，℃；15 为堆肥反应的生物学零度，
℃；Δt 为 Ti持续的时间，h。
2）氨累积挥发量：堆肥过程中每天氨挥发量的总和
A 氨累积挥发量=A 氨挥发量 1+A 氨挥发量 2+…+A 氨挥发量 t。 （1）
式中 A 氨挥发量为单日的氨挥发量，mg/kg；t 为堆肥天数。
3）氮素损失率[23]：根据堆肥过程中灰分绝对量不变，
推导计算公式
N 损失率=(N0−H0/H28×N28)/N0×100。 （2）
式中 N0为初始样品的全氮质量分数，%；N28为第 28 天
样品的全氮质量分数，%；H0 为初始样品的灰分质量分
数，%；H28为第 28 天样品的灰分质量分数，%。
4）堆肥周期减短天数
ΔT=((T 处理−T 对照)/24)/t 对照。（3）
式中 T 处理为添加生物质炭处理的堆肥积温，℃·h；T 对照为
不添加生物质炭的对照堆肥积温，℃·h；t 对照为对照处理
平均单日的积温，℃·h；24 为小时数，h。
1.7 数据处理
应用 Microsoft Excel 2010 整理数据、SPSS 20.0 统计
分析、Origin 9.0 完成作图。统计分析采用 One-way
ANOVA 进行方差分析、Duncan 法进行多重比较；以堆
肥结束后的氮素损失率为因变量，堆肥 0~14 d 的 pH 值、
有机碳、全氮、NH4+-N、NO3--N 均值及 0~14 d 的堆肥积
温为自变量，进行逐步多元回归分析。
2 结果与分析
2.1 生物质炭添加量对伊乐藻堆温及堆肥周期的影响
由图 1 可知，堆肥后 1～3 d，所有处理的温度都迅
速升高并进入高温分解阶段（>50 ℃），第 3 天后，堆温
开始下降，第 7 天翻堆后，堆温略有小幅度的上升，但
总体仍然呈下降趋势，再经历 2 次翻堆后，堆肥体的温
度均在 45 ℃以下。根据堆肥卫生合格指标和堆肥腐熟条
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件的标准，即堆体温度在 50 ℃以上保持 5～7 d（或 55 ℃
下保持 3 d 以上），不同生物质炭添加量处理均达到了无
害化的标准。

注：CK 表示不添加生物质炭，B1~B5 分别表示生物质炭添加量占 CK 的干
基质量百分比为 6%、18%、30%、42%和 54%；下同。
Note: CK indicates control treatment without biochar, B1 to B5 indicates amount
of biochar added equal to 6%, 18%, 30%, 42% and 54% to dry weight of CK
treatment, respectively; the same below.

图 1 不同生物质炭添加量对堆肥体温度变化动态的影响
Fig.1 Effect of different biochar amount on temperature dynamics
of composting

由表 2 可知，提高生物质炭添加量，堆肥体的最高
堆温、堆温大于 50 ℃的天数均呈上升趋势，与 CK 相比，
最高堆温差异达 5.83 ℃、大于 50 ℃的天数最多增加了
2 d，但不同处理之间差异未达显著水平（P>0.05）。按
照堆肥积温的计算方法，不同生物质炭添加量处理均完
成了堆肥稳定化过程，提高堆肥体的生物质炭添加量，
可以显著提高堆肥积温（P<0.05）；以 CK 为参照，添加
生物质炭可以减短堆肥周期天数，且随着添加量的提高，
堆肥周期减少天数呈增加的趋势。以生物质炭添加量为 x
轴、堆肥周期减少天数为 y 轴进行曲线拟合分析，结果表
明，生物质炭添加量与堆肥周期减少天数呈极显著对数
曲线相关（r=0.970，P<0.01），回归方程为 y=1.579 lnx+
4.659，说明添加生物质炭可以缩短堆肥周期，但随着生
物质炭添加量的增加，这种作用贡献率在显著弱化。
表 2 生物质炭不同添加量处理对堆肥积温及周期的影响
Table 2 Effect of different biochar amount on accumulated
temperature and composting period
处理
Treatment
最高堆温
Highest heap
temperature/℃
≥50 ℃的
天数
Days higher
than 50 ℃/d
堆肥积温
Accumulated
temperature/
(℃·h)
堆肥周期减短
天数
Shorten days of
composting
period/d
CK 65.31±0.49 a 6.00±0.71 a 16 436.36±486.84c -
B1 67.58±1.24 a 6.50±0.35 a 16 668.94±906.23c 0.50±0.09 b
B2 67.67±1.86 a 7.00±0.71 a 17 260.53±1845.10bc 1.49±0.98 ab
B3 70.43±1.35 a 7.50±0.34 a 17 785.37±1535.19abc 2.48±0.20 ab
B4 71.14±0.97 a 8.00±0.11 a 18 577.79±1859.66ab 3.47±0.39 a
B5 70.67±0.12 a 8.00±0.13 a 18 736.17±1226.89 a 3.96±0.19 a
注：CK 表示不添加生物质炭，B1~B5 分别表示生物质炭添加量占 CK 的干
基质量百分比为 6%、18%、30%、42%和 54%；不同小写字母代表差异达
0.05 显著水平；下同。
Note: CK indicates control treatment without biochar, B1 to B5 indicates amount
of biochar added equal to 6%, 18%, 30%, 42% and 54% to dry weight of CK
treatment, respectively; different lowercase letters indicate significant difference
at 0.05 level; the same below.
2.2 生物质炭添加量对堆肥过程氨挥发的影响
由图 2a 可知，堆肥前 7 d 的氨挥发速率较大，在堆
肥第 3 天达最高峰，之后呈下降的变化趋势，在第 7 天
翻堆之后，CK、B1、B2 处理的氨挥发速率有小幅度的
上升，之后又迅速降低，在堆肥 14 d 后，所有处理的氨
挥发速率均接近于 0。不同生物质炭添加量处理之间，在
第 0～7 天，B1、B2 处理的氨挥发速率大于 CK，而 B3、
B4、B5 处理的氨挥发速率小于 CK；第 7 天之后，CK 处
理的氨挥发速率大于添加生物质炭处理。
由图 2b 可知，堆肥后 0～7 d 的氨累积挥发量快速上
升，第 7 天之后的氨累积挥发量变化趋于平缓；堆置 28 d
后，与 CK 处理相比，B3、B4、B5 处理的氨累积挥发量
分别降低了 23.94%、48.65%、61.68%，B1、B2 处理的
氨累积挥发量分别增加了 26.58%、6.34%。统计分析结果
表明，除 CK、B2 处理之间的氨累积挥发量差异不显著
外（P>0.05），其余处理之间的氨累积挥发量的差异均达
显著水平（P<0.05）。

图 2 不同生物质炭添加量对堆肥过程氨挥发变化动态的影响
Fig.2 Effect of biochar addition amount on ammonia
volatilization dynamics of composting

2.3 生物质炭对堆肥过程氮素损失率的影响及其适宜
添加量
由表 3 可见，随着生物质炭添加量的增加，氮素损
失率呈下降趋势。与 CK 相比，B1、B2 处理的氮素损失
率分别提高了 15.36%、6.76%，而 B3、B4、B5 处理的氮
素损失率分别降低了 0.66%、16.74%、23.96%。统计分
析表明，生物质炭添加量对堆肥体氮素损失率存在显著
影响（P<0.05）。
表 3 生物质炭不同添加量处理对堆肥氮素损失率的影响
Table 3 Effect of biochar amount on nitrogen loss rate of
composting
指标 Index CK B1 B2 B3 B4 B5
氮素损失率
Nitrogen loss rate/%
19.53±
0.92 ab
22.53±
0.98 a
20.85±
1.65 ab
19.40±
1.47 ab
16.26±
1.74 b
14.85±
1.26 c

以生物质炭添加量为 x 轴、氮素损失率为 y 轴，将生
物质炭添加量与氮素损失率进行曲线估计分析（图 3），
结果表明，堆肥体的氮素损失率与生物质炭添加量呈显
著的一元三次曲线相关（P<0.05），根据曲线方程，若要
控制堆肥体的氮素损失（与 CK 相比），生物质炭的添加
量不宜低于 27.11%。将生物质炭按 5%幅度递增，计算堆
第 19 期 王海候等：生物质炭添加量对伊乐藻堆肥过程氮素损失的影响

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肥体氮素损失率的降低幅度发现，随着生物质炭添加量
的增加，生物质炭添加量在 40%～45%之间的氮素损失率
降低幅度最大；在 30%～55%的范围内，生物质炭每增加
5%，堆肥体的氮素损失率下降均值为 4.97%。

图 3 生物质炭添加量与氮素损失率的关系
Fig.3 Relationship between biochar amount and nitrogen loss rate
of composting

2.4 添加生物质炭时氮素损失与不同影响因子的关系
为探讨影响堆肥体氮素损失率的主要因子，将氮素
损失率与堆肥积温、pH 值、有机碳、铵态氮、硝态氮及
全氮进行相关性分析（表 4），结果表明，氮素损失率与
堆肥积温、有机碳呈极显著的线性负相关，与铵态氮、
全氮呈极显著的线性正相关，而与 pH 值、硝态氮相关性
不显著。
表 4 氮素损失率与各影响因子相关分析
Table 4 Correlation analysis between nitrogen loss rate and
different factors
指标 Index
堆肥积温
Accumulated
temperature
pH 值
pH
value
有机碳
Organic
carbon
铵态氮
Ammonium
nitrogen
硝态氮
Nitrate
nitrogen
全氮
Total
nitrogen
氮素损失率
Nitrogen
loss rate
-0.67** -0.19 -0.69** 0.75** -0.09 0.75**
注：**代表相关性极显著，P<0.01。
Note: ** indicate highly significantly correlated, P<0.01.

尽管氮素损失率与堆肥积温、有机碳、铵态氮、全
氮存在极显著的相关性，但氮素损失率与各因子的回归
分析结果表明，进入回归方程的因子仅有全氮、有机碳、
铵态氮（表 5），说明全氮、有机碳、铵态氮是影响堆肥
体氮素损失率的主要因子。
表 5 氮素损失率与各影响因子的回归方程
Table 5 Stepwise multiple regression between nitrogen loss rate
and impact factors
步骤
Progress
逐步多元回归方程
Multiple regression r F p
1 y 氮素损失率=−8.135+1.493x 全氮 0.75 28.70 0
2 y 氮素损失率=21.238+1.098x 全氮−0.059x 有机碳 0.85 26.16 0
3 y 氮素损失率=20.307+0.617x 全氮−0.054 x 有机碳+6.186x 铵态氮 0.88 22.89 0

由表 6 可知，3 个影响因子标准偏回归系数由大到小
依次为全氮、铵态氮、有机碳，可见，不同因子对堆肥
体氮素损失率的影响度，从大到小依次是全氮、铵态氮、
有机碳。
表 6 氮素损失率影响因子的参数估计
Table 6 Parameter estimation of impact factors on nitrogen loss rate
变量
Variable
偏回归系数
Partial
regression
coefficient
标准误
Standard
error
T 值
T value
P 值
P value
标准偏回归系数
Standard partial
regression
coefficient
常数 Constant 20.31 8.96 2.27 0.04
全氮 Total nitrogen 0.62 0.32 1.96 0.06 2.23
铵态氮
Ammonium nitrogen 6.19 2.66 2.32 0.03 2.12
有机碳 Organic carbon -0.05 0.02 -3.28 0 1.29
3 讨 论
3.1 生物质炭添加量对堆温及堆肥周期的影响
试验结果表明，在伊乐藻与稻草混合堆肥过程中，
添加生物质炭可以促进堆肥体升温、延长高温期的天数，
这与 Liu 等[24]将生物质炭添加于鸡粪与番茄秸秆混合堆
体、Jindo 等[19]在畜禽粪便与苹果渣及稻壳混合堆肥体的
基础上添加生物质炭等所得研究结论一致，主要是因为
生物质炭丰富的孔隙结构一方面为微生物的扩繁增殖提
供了良好的场所[25]，另一方面也有利于氧气的传输，增
强了微生物的活性，提高了微生物的代谢与产热能力[26]，
从而促进升温，延长高温持续时间。
根据陈同斌等[22]提出的堆肥积温理论，本研究发现
添加生物质炭可以缩短堆肥周期，且曲线估计分析表明
生物质炭添加量与堆肥周期减少天数呈极显著的对数曲
线相关，随着生物质炭添加量的增加，缩短堆肥进程的
贡献率显著弱化。目前，国内外有关生物质炭添加水平
对堆肥周期影响的报道较少，作者认为，微生物群体的
活动与扩繁更大程度上取决于碳氮等养分元素的含量及
其平衡关系，本试验以对照处理的干基质量为依据，设
计生物质炭占对照干基质量百分比为处理，由于生物质
炭的有机碳含量相对较高、全氮含量较低，随着生物质
炭添加量增加，虽然可以改善堆肥体内的微生物环境[26]，
但堆肥体的碳氮比显著提高，氮源的供给不足，遏制了
微生物群体的进一步扩繁，导致堆温上升幅度变缓、堆
肥周期缩短幅度变小。
3.2 生物质炭添加量对堆肥体氮素损失控制的影响及
其适宜用量
伊乐藻与稻草混合堆肥体中添加生物质炭可以降低
堆肥过程中的氨累积挥发量、氮素损失率，与 Steiner[18]、
Dias 等[20]的结论一致，认为生物质炭通过孔隙结构对氨
气进行物理吸附[27]、通过离子键对铵态氮进行化学吸附
[28]，从而达到保氮效果。然而，生物质炭添加量（6%、
18%）较少时，与 CK 相比，反而提高了堆肥中的氨累积
挥发量，与王海候等[29]的研究结果一致，说明生物质炭
的添加量会影响堆肥体氨排放的强弱，可能是因为在堆
肥过程中，当生物质炭添加量较少时，微生物利用生物
质炭提供的有利栖息环境，发生氨化、硝化以及反硝化
反应[25]，其产生的氨挥发量远超过生物质炭对氨气的吸
附能力[27]；当生物质炭添加量增大时，排放与吸附的动
态平衡逐渐向吸附端偏斜。另外，本研究发现，要控制
堆肥体的氮素损失，生物质炭的添加量不宜低于对照干
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基质量的 27.11%，可为生物质炭在伊乐藻堆肥工程中的
技术优化提供参考。
3.3 生物质炭添加条件下堆肥体氮素损失与不同影响
因子关系
相关分析表明，氮素损失率与堆肥积温呈极显著的
线性负相关（P<0.01），一般而言，堆肥温度高时会促进
堆肥体的氨挥发[30]，从而增加氮素损失率，然而，本研
究发现提高生物质炭的添加量，会提高堆肥体温度，但
并没有促进堆肥体的氨挥发与氮素损失；另外，多元回
归分析表明，铵态氮对堆肥过程的氮素损失具有重要的
影响作用，因为 NH4+是 NH3挥发的主要底物源，堆肥温
度等影响因子只是氨挥发的促成条件。添加生物质炭显
著降低了堆肥中 NH4+绝对含量[29]，减少了堆肥体的氨累
积挥发量，进而降低了氮素损失。
4 结 论
1）提高生物质炭添加量，可以提高堆肥温度、缩短
堆肥周期，生物质炭添加量与堆肥周期减少天数呈极显
著对数曲线相关。
2）生物质炭添加量与氮素损失率呈显著的一元三次
曲线相关，其适宜添加量为 27.11%~45%，添加量（30%～
55%）每增加 5%，堆肥体的氮素损失率下降均值为
4.97%。
3）根据不同影响因子的标准偏回归系数，各因子对
堆肥体氮素损失率的影响，从大到小依次为全氮、铵态氮、
有机碳，降低堆肥体铵态氮含量能够减少氮素损失率。
[参 考 文 献]
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Effect of biochar addition amount on nitrogen loss during composting
process of Elodea Nuttallii

Wang Haihou, Jin Meijuan, Xu Jun, Yan Huixia, Lu Changying, Shi Linlin, Zhou Xinwei, Shen Mingxing※
(Taihu Research institute of Agricultural Sciences, Key Scientific Observation & Experiment Station Paddy Field Eco-environment (Suzhou),
Ministry of Agriculture, Suzhou 215155, China)

Abstract: Biochar has the potential to reduce nitrogen (N) loss during composting process mainly through mitigating ammonia
or water-soluble ammonium. However, until now there is still less quantitative information on the impact of biochar
amendments on the N loss as well as on the optimum addition amounts and mixture ratios of biochar and compost. To fill in
this knowledge gap, in the present study, a laboratory-scale static aerobic reactor was employed in the composting process of
aquatic plants (Elodea nuttallii), in which different amounts of biochar amendment were applied. This experiment was
composed of 6 treatments: 1) without biochar addition under traditional operation and composting condition, named as CK;
and 2) with 5 different levels of biochar addition, the addition amount were 6%, 18%, 30%, 42% and 54% of the composting
dry basis given in CK treatment, named as B1, B2, B3, B4 and B5, respectively. All the treatments applied the same amount of
straw of aquatic plants (Elodea nuttallii) and rice as the composting material and had consistent environmental control
conditions. The dynamics of accumulated temperature, rate of ammonia volatilization, pH value as well as the content of
ammonium-N, nitrate-N and soil organic carbon were observed during the process of composting. Our study revealed the
following findings: 1) Compared with the conventional composting process, adding biochar could significantly increase the
composting temperature and prolong the duration days of high temperature, and therefore higher cumulative temperature and
shortened composting period were obtained with the application of biochar. Furthermore, there was a significant logarithmic
correlation (P<0.01) between the number of reduced days in composting cycle and the amount of biochar addition. When the
biochar addition was below 50%, every 5% additional biochar amendment could shorten the composting period of
approximately 0.4 d. 2) During the composting process, with application of biochar treatment (biochar content of 30%, 42%,
and 54%), the accumulated NH3 volatilization was significantly lower than that of CK treatment (P<0.05). However, compared
to CK treatment, accumulated NH3 volatilization was increased by 26.58% in B1 treatment (biochar content of 6%) and by
6.34% in B2 treatment (biochar content of 18%), respectively, and the nitrogen loss rate was higher than that of CK treatment.
The rate of nitrogen loss rate during the composting process and the content of biochar addition showed a significant
correlation of cubic curve (P<0.05). The appropriate ratio of biochar to composting was from 27% to 45% (dry biomass). In
addition, when the content of biochar addition was in the range of 30%-55%, every 5% additional biochar applied could reduce
the rate of nitrogen loss by 4.97% on average. Under biochar amendment, different impact factors that influenced the nitrogen
loss were also analyzed using standard partial regression, and it was found the effect decreased gradually in the order of total
nitrogen, ammonium nitrogen and organic carbon. Overall, this study highlights that reasonable application of biochar would
have a great potential to reduce nitrogen loss and enhance working efficiency in composting process, which is a promising
technology in composting.
Keywords: composting; ammonia; temperature; biochar; Elodea nuttallii; nitrogen loss