全 文 ：摘 要：针对水生植物堆肥过程中氮素损失严重的现状，探讨以生物质炭为添加剂的堆肥体氨挥发控制技术，以伊乐藻和稻草为
供试材料，采用静态高温好氧堆肥的方法，在生物质炭不同添加比例条件下，监测了伊乐藻与稻草混合堆置过程中氨挥发及其影响
因素的变化动态。结果表明：整个堆肥过程中，氨累积挥发量与生物质炭添加比例关系密切（P＜0.01），与不添加生物质炭的常规对
照处理相比，添加比例为 5%、10%的处理增加了氨的累积挥发量，而添加比例为 15%、20%的处理降低了氨的累积挥发量；不同堆
肥时间段，生物质炭不同添加比例处理 0~3 d的氨累积挥发量均大于对照，4~6 d的氨累积挥发量，除添加比例 5%处理外，均小于
对照；伊乐藻堆肥体的氨挥发速率与堆温、铵态氮含量具有显著的偏相关性，其偏相关性均达到 P＜0.05的显著水平；增加生物质炭
添加比例，不仅提高了堆肥温度，对堆肥体的氨挥发损失具有负向的促进作用，同时也降低了堆肥体的铵态氮含量，对堆肥体的氨
挥发损失具有正向的抑制作用，生物质炭对伊乐藻堆肥体氮素的氨挥发损失具有促进与抑制双重性的作用效应。
关键词：生物质炭；伊乐藻；堆肥；氨挥发
中图分类号：X71 文献标志码：A 文章编号：1672-2043（2014）11-2266-07 doi:10.11654/jaes.2014.11.028
生物质炭对伊乐藻堆肥过程氨挥发的作用效应研究
王海候，沈明星 *，凃荣文，严慧霞，陆长婴，施林林，周新伟
（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，江苏 苏州 215155）
Effects of Biochar on Ammonia Volatilization During Elodea Nuttallii Composting
WANG Hai-hou, SHEN Ming-xing*, TU Rong-wen, YAN Hui-xia, LU Chang-ying, SHI Lin-lin, ZHOU Xin-wei
（Taihu Research Institute of Agricultural Sciences, Key Scientific Observation & Experiment Station Paddy Field Eco-environment, Suzhou,
Ministry of Agriculture, Suzhou 215155, China）
Abstract：Aquatic plants used in control of water eutrophification are rich in nitrogen（N）, phosphorus（P）, potassium（K）, and micronutri－
ents, and can be used as good organic fertilizer after composting. However, composting process often causes losses of N through ammonia
（NH3）volatilization. Biochar has been shown to act as an absorber of NH3 and water-soluble NH+4 and might therefore reduce losses of N
during composting of aquatic plants. Here a composting experiment with aquatic plants and rice straw was carried out under static pile com－
posting with natural ventilation to study the effect of biochar at varying rates on NH3 volatilization reduction and influencing factors. Biochar
addition significantly affected accumulated NH3 volatilization（P＜0.01）. Compared to the CK（no biochar addition）, NH3 volatilization was
increased by biochar at 5% and 10%, but decreased by biochar at 15% and 20%. During the first three days of composting, amount of NH3
volatilization was higher in biochar addition than in the CK, while during 4~6 days of composting, NH3 volatilization was lower in biochar
than in the CK. A significant partial correlation existed between NH3 volatilization rates and compost temperature & ammonium nitrogen（P<
0.05）. These results show that biochar has two way effects on NH3 volatilization during composting aquatic plants by either decreasing NH3
volatilization through enhancing NH+4 adsorption, or increasing NH3 volatilization via raising the reactor temperature during composting.
Keywords：biochar; Elodea nuttallii; compost; ammonia volatilization
收稿日期：2014－04－16
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）；江苏省农业科技自主创新资金
项目（CX（12）3039）；苏州市科技支撑项目（SNG201350）
作者简介：王海候（1979—），男，江苏启东人，硕士，助研，主要从事农
业资源与环境研究。E-mail：wanghaihou@126.com
*通信作者：沈明星 E-mail：smxwwj@163.com
2014，33（11）:2266-2272 2014年 11月农 业 环 境 科 学 学 报
Journal of Agro-Environment Science
集约化水产养殖是长三角河网平原地区高效农
业支柱产业之一，为了实现水产养殖业集约与持续协
同、效益与环境协调的目的，对控制养殖塘水体富营
养化及其尾水循环利用（或达标排放）的技术需求十
分迫切。目前，养殖塘水体原位植物净化及尾水异位
生态塘处置技术已广泛应用于治理养殖塘水体富营
养化[1-3]，但水体净化过程中会产生大量的水草，若不
进行妥善处理，一方面会导致植物群体对水体氮、磷
净化能力大幅下降，另一方面水草打捞上岸后随意堆
放塘边或漂浮水面会给养殖塘或周边水体造成二次
污染。因此，在这一技术体系中，水生植物的后续利用
第 32卷第 1期2014年 11月
是其最关键的环节，决定着这一技术的应用前景。由
于水草等水生植物富含氮磷钾养分，是良好的有机物
料，采用高温好氧堆肥方法，可实现水生植物的无害
化、减量化、资源化利用。然而，高温好氧堆肥过程中普
遍存在氮素损失严重的情况，不仅使肥料的农用价值
降低，而且造成养分资源的流失，从而污染环境。氨挥
发是高温堆肥过程中氮素损失的主要途径，控制堆肥
过程氨挥发一直是国内外学者的研究热点[4-6]。目前控
制方法主要有两种：一是改变工艺条件，如适量的通
风、控温、加湿等；二是添加吸附材料或富碳物料、或
者添加与氨进行反应的化学试剂、以及添加保氮除臭
的微生物菌剂等[7-10]。
生物质炭属于黑炭的一种类型，是由植物生物质
在完全或部分缺氧情况下经热解炭化产生的一类高
度芳香化的难熔性固态物质，具有高度热稳定性和较
强吸附特性，对养分具有很强的持留功能，可以降低
土壤养分的流失，将其作为土壤改良剂用于农田土壤
改良、有毒有害物质吸附领域已有一些研究[11-13]，但有
关生物质炭在好氧发酵堆肥过程中的应用，相关的报
道较少。Christop等发现生物质炭作为添加剂，可以减
少畜禽粪便堆肥过程的氮素损失[14]；Keiji等研究表明
生物质炭可以增加堆肥体腐殖质含量、降低水溶性有
机碳含量[15]；Bruno等认为生物质炭可以提高畜禽粪
便堆肥体的腐殖质碳含量、减少氮素的损失[16]。然而，
上述已开展的生物质炭作为堆肥添加剂研究，主要针
对动物源性畜禽粪便堆肥过程，与畜禽粪便一样，水
生植物堆肥过程同样存在剧烈的氨挥发，但其物质组
成与动物源性有机物料不尽相同，且氮素转化规律及
损失特征也可能不同，有关生物质炭在水生植物堆肥
过程中的应用及其氨挥发的抑控效果报道尚不多见。
本文在生物质炭不同添加比例条件下，监测了伊乐藻
与稻草混合堆置过程中氨挥发及其影响因素的变化
动态，旨在探讨以生物质炭为添加剂的堆肥体氨挥发
控制技术，为生物质炭在水生植物堆肥实践生产中的
应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于 2011年 9月至 10月，在江苏太湖地区农
业科学研究所玻璃温房内进行。试验材料：伊乐藻（来
源于苏州市相城区阳澄湖水产养殖产业园）含水率
88％，干基含 C量 33.9%、含 N量 2.6％、C/N 13.04，进
行 3~5 cm切碎处理后备用；稻草含水率 9.2%，干基
含 C量 39.3%、含 N量 0.69％、C/N 56.96，用秸秆粉碎
机进行 3~5 cm切碎处理后备用；生物质炭，购买于商
丘三利新能源有限公司，其制备方法为：以花生壳
粉为原料，厌氧条件、热裂解炭化温度为 500 ℃，保
持10 h，自然冷却，过 40 目筛备用，生物质炭含 C
量48.5%、含 N量 0.92%、C/N 52.83、pH值 9.13（采用
1∶5固水比浸提，Inolab 720 pH计测定），使用时含水
率为 4.1%。
1.2 试验设计与实施概况
堆肥于反应器中进行，反应器为立方体形，顶部
无盖，底部有均匀分布的通气孔（孔径 2 cm），孔面积
总和约为底部面积的 1/3，反应器箱底装有 4个活动
轮，轮高 25 cm；反应器容积为 1 m3（长、宽、高均为 1
m），其中一侧壁居中垂直方向均匀分布 3个测温孔，
其对面侧壁开有可嵌入挡板式出料口（40 cm×30
cm），每个反应器可装入堆料 200 kg。
以经切碎处理后的伊乐藻、稻草作为堆肥原材
料，将伊乐藻与稻草按鲜重比 3.8∶1均匀混合（堆肥体
的 C/N为 25左右），不添加生物质炭，作为对照；在对
照基础上设计生物质炭添加量占堆体干基重的不同
质量百分比分别为 5%、10%、15%、20%。试验共计 5
个处理，控制混合堆肥体含水率 65%左右，并记录每
个反应器中的堆肥混合体的质量。2次重复。
堆肥期间于每天 9：00—11：00测定堆体温度，同
时测定气温，并按日期记录温度数据。每隔 7 d左右
翻堆 1次，根据堆体实际水分适当添加水，保持堆体
含水率 65%左右，直至试验结束。
1.3 样品采集与测定
在堆肥开始后的第 0、3、7、14、21 d，取混合样品
2 kg（堆肥体内 30 cm左右深度，多点取样混合），运
至实验室，分成 2份。一份用于含水率的测定：先将干
燥铝盒写好标签、称重并记录原始重，再装入堆肥样
品，称重并记录鲜重，置于 105 ℃烘箱中烘 6 h以上，
称重并记录烘干重。另一份用于新鲜样品的浸提：按
堆肥鲜样与去离子水 1∶10的重量比，取堆肥鲜样 40
g置于可密封的塑料瓶中，加去离子水 400 mL，盖紧
并保证密封，置于振荡器内，以 150 r·min-1的速度，浸
提 30 min后，过滤，滤液用塑料瓶收集，并作好标记，
在 4 ℃贮存备用，用于测定水浸提液中的铵态氮
（SKALA流动分析仪测定）、pH 值（Inolab 720 pH 计
测定）、EC值（DDS-11A电导率仪测定）等。
氨挥发收集测定装置：将已知截面面积（口径 20
cm，高 30 cm）且开口向下的圆柱形透明有机玻璃箱
王海候，等：生物质炭对伊乐藻堆肥过程氨挥发的作用效应研究 2267
农业环境科学学报 第 33卷第 11期
图中不同小写字母表示各处理间差异显著（P<0.05），LSD法
图 1 堆肥过程中不同生物质炭添加比例处理的堆肥体
氨累积挥发量
Figure 1 Accumulated ammonia volatilization in different
treatments of biochar during aquatic plant composting
45
36
27
18
9
0
0 5 10 15 20
生物质炭添加量占堆体干重比例/%
氨
累
积
挥
发
量
/m
g ·
kg
-1
c
b
a
c
d
安装于堆体上，箱内放入装有 50 mL 2%硼酸吸收液
的烧杯，箱顶部有一气压平衡孔，与软管连接并向上
延伸至 2.5 m高。在堆肥开始后，利用硼酸收集塑料
箱覆盖范围内挥发的 NH3，每天观察装置内硼酸的颜
色变化，若颜色由红变绿，则需置换硼酸溶液，置换下
来的硼酸溶液用保鲜膜盖好，带回实验室并立即用稀
硫酸（0.05 mol·L-1）溶液进行滴定分析，并记录稀硫酸
用量，计算堆肥体氨挥发速率（mg·kg-1·d-1），直至堆
肥结束。2次重复。
1.4 数据处理
试验数据整理及作图采用 Microsoft Excel 2010
完成；应用 SPSS16.0进行统计分析，以生物质炭添加
比例为因子进行单因素方差分析 [One-way ANOVA，
Dunnett’S t-test（2-sided）]，利用多重比较（Post-hoc
comparison LSD法）对处理组间的均值进行差异显著
性检验，利用偏相关分析（Partial Correlations）研究氨
挥发速率与各影响因素的相关性。
2 结果与分析
2.1 生物质炭对伊乐藻堆肥过程氨挥发的影响
2.1.1 生物质炭对氨累积挥发量的影响
生物质炭不同添加比例处理下，整个堆肥过程
（21 d）氨累积挥发量测定结果如图 1所示。堆肥体的
氨累积挥发量随生物质炭添加比例的增加呈上升趋
势，至生物质炭添加比例为 10%时，达最大值 38.12
mg·kg-1，之后再增加生物质炭添加比例，堆肥体的氨
累积挥发量呈下降趋势。堆肥体氨累积挥发量与生物
质炭添加比例关系密切（P=0.001＜0.01），与对照处理
相比（即添加比例为 0%处理），生物质炭添加比例为
5%、10%的处理增加了堆肥体的氨挥发累积量，其增
加幅度分别为 11.94%、29.16%，且差异均达显著水
平；生物质炭添加比例为 15%、20%的处理降低了堆
肥体的氨累积挥发量，降低幅度分别为 2 . 43%、
11.51%，其中添加比例为 15%处理与对照无显著差
异，而添加比例为 20%处理与对照具有显著差异。
2.1.2 生物质炭对氨挥发速率的影响
图 2为生物质炭不同添加比例各处理的堆肥体
日均氨挥发速率。由图 2可知，各处理堆肥体氨挥发
均集中发生于堆肥前 7 d内，且各处理日均氨挥发速
率呈先上升后下降的相同变化趋势，第 7 d后各处理
的日均氨挥发速率值极小。在堆肥前期，各处理间氨
挥发速率的差异较大，在堆置前 3 d，添加生物质炭提
高了堆肥体日均氨挥发速率，提高幅度以生物质炭添
加比例 10%处理为最大，且第 1、2 d的氨挥发速率显
著大于其他添加比例处理（P＜0.05），但第3 d的氨挥
发速率与其他处理的差异不显著（P＞0.05）；在堆置 4~
6 d时段，生物质炭添加比例 10%、15%、20%三个处
理的日均氨挥发速率均小于不添加生物质炭处理，以
添加比例 20%处理为最小，且添加比例 20%处理在
第 4、5 d的氨挥发速率显著小于不添加生物质炭处
理（P＜0.05）。
2.1.3 生物质炭对不同时段氨挥发量及占比的影响
分析不同生物质炭添加比例对堆肥体各时段氨
挥发量的影响（表 1）可知：添加生物质炭增加了堆肥
体在前 3 d时段的氨挥发量，随生物质炭添加比例的
增加，氨挥发量呈先上升后下降的趋势，其中添加比
例 10%处理的氨挥发量显著大于其他处理（P ＜
0.05），其余处理间氨挥发量的差异不显著（P＞
图中+0%、+5%、+10%、+15%、+20%分别代表生物质炭添加量
占堆体干重比例的 0%、5%、10%、15%、20%。下同
图 2 不同生物质炭添加比例处理的堆肥体氨挥发速率变化
Figure 2 Changes of NH3 volatilization emission rates in different
treatments of biochar during composting
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
堆置时间/d
+0%
+5%
+10%
+15%
+20%
15
12
9
6
3
0
氨
挥
发
速
率
/m
g ·
kg
-1 ·
d-
1
2268
第 32卷第 1期2014年 11月
图 3 不同生物质炭添加比例处理的堆肥体 pH值、EC值变化
Figure 3 Changes of pH and EC values in different biochar rates
during composting
0.05）；添加生物质炭降低了堆肥体在 4~6 d时段的
氨挥发量，随着生物质炭添加比例增加，氨挥发量呈
下降趋势，添加比例 20%处理的氨挥发量显著低于
添加比例 0%、5%处理（P＜0.05）；堆置 7 d以后，添加
生物质炭处理的氨挥发量均显著小于不添加生物质
炭处理（P＜0.05），但添加生物质炭处理间的差异不显
著。
进一步分析各处理不同时段氨挥发量占总挥发
量的比例，结果表明：各处理 0~3 d氨挥发量占总挥
发量的比例均在 59%以上，4~6 d氨挥发量占总挥发
量比例为 26~38%，堆置 7 d至结束，添加生物质的各
处理氨挥发量占总挥发量的比例均低于 1%，仅不添
加生物质炭的对照处理高于 1%。可见，在本试验条
件下，减少水生植物堆肥过程氨挥发量的关键时段为
堆置 0~6 d。
2.2 生物质炭对伊乐藻堆肥过程氨挥发相关因素的影响
一般认为 NH3排放主要取决于两个因素：NH+4可
利用性和在堆肥过程中的挥发条件。堆肥的 pH值、
EC值、温度、调理剂的吸附性以及微生物种类等，都
会影响堆肥过程中氮素的转化和迁移[17-19]。
2.2.1 堆肥体的 pH值与 EC值
已有大量的研究证明，氨挥发主要在 pH值较高
的状态下进行，在一定范围内降低堆肥的 pH 值
（pH≥5.5）是有效减少氨挥发的重要手段[20-21]；图 3结
果表明，试验刚开始时，添加生物质炭提高了堆肥体
pH值，虽然生物质炭添加比例为 0%处理的 pH值最
小、5%处理其次，但不同添加比例处理之间 pH值差
异不显著（P=0.828＞0.05）；在堆肥第 3、7、14 d，不同处
理间的 pH值差异均未达显著水平（P＞0.05）；堆肥第
21 d时，添加比例为 10%、15%的处理 pH值显著大于
添加比例 0%、5%处理；另外，不同添加比例处理之
间，堆肥体的 pH值无明显的变化规律。
EC值的变化趋势反映了堆体盐分离子的浓度变
化，而其中变化最大的离子就是 NH+4和 NO-3，即堆肥
中 EC值的变化在一定程度上反映堆肥中 NH+4 -N和
NO-3 -N的总量及其相互转化程度，从而与堆肥过程
氨挥发强度密切相关。试验数据表明，添加生物质炭
提高了堆肥体的 EC值，且在堆置后 0~7 d，EC值随
着生物质炭添加比例的增加呈上升趋势。统计分析结
果表明在堆置第 0、3、7、14 d，添加比例为 15%、20%
处理的 EC 值显著大于添加比例 0%、5%、10%处理
（P＜0.05），添加比例为 15%、20%处理之间及添加比
例为 0%、5%、10%处理之间差异均不显著；在堆肥第
CK +5% +10% +15% +20%
堆置天数/d
0 3 7 14 21
8.7
8.5
8.3
8.1
7.9
pH
值
堆置天数/d
4.5
3.8
3.1
2.4
1.7
1.0
EC
值
/m
S ·
cm
-1
0 3 7 14 21
表 1 不同生物质炭添加比例处理对堆肥体各时间段氨挥发的影响
Table 1 Effects of different biochar rates on ammonia volatilization at different stage of composting
注：图中不同小写字母表示各处理间差异显著（P<0.05），LSD法。
生物质炭
添加量占比
0~3 d 4~6 d >7 d
氨挥发量/mg·kg-1 占比/% 氨挥发量/mg·kg-1 占比/% 氨挥发量/mg·kg-1 占比/%
0% 17.53±0.22b 59.42±1.12b 10.91±0.44a 36.96±1.26a 1.07±0.04a 3.62±0.14a
5% 20.10±0.33b 61.39±0.00ab 12.48±0.21a 38.11±0.00a 0.16±0.00b 0.50±0.00b
10% 28.96±0.69a 76.04±2.79a 9.07±1.17ab 23.73±2.77a 0.09±0.01b 0.23±0.02b
15% 20.14±1.90b 69.66±4.49ab 8.42±0.94ab 29.48±4.16a 0.24±0.08b 0.86±0.32b
20% 19.86±1.23b 75.99±4.29a 6.15±1.01b 23.59±3.99a 0.11±0.08b 0.42±0.30b
王海候，等：生物质炭对伊乐藻堆肥过程氨挥发的作用效应研究 2269
农业环境科学学报 第 33卷第 11期
图 4 不同生物质炭添加比例处理的堆肥温度与铵态氮含量变化
Figure 4 Changes of temperature and NH+4-N amount in different
biochar rates during composting
堆置时间/d
1 4 7
70
60
50
40
30
20
10
堆
温
/℃
+0%
+15%
+5%
+20%
+10%
环境温度
10 13 16 19
堆置天数/d
0 3 7 14 21
3450
2950
2450
1950
1450
950
450
NH
+ 4
-N
含
量
/m
g ·
kg
-1
+0%
+5%
+10%
+15%
+20%
21 d，添加比例为 15%、20%处理的 EC值显著大于添
加比例 0%，但与 5%、10%处理差异不显著。
2.2.2 堆肥体的温度与铵态氮含量
本试验不同生物质炭添加比例处理的堆温测定
结果表明（图 4），与对照处理相比，添加比例为 20%
处理的堆肥体在堆肥第 2 d，堆温差异达 15.8 ℃，前 7
d的平均堆温提高了 7.7 ℃，添加 15%处理的平均堆
温提高了 6.64 ℃，添加 10%处理的平均堆温提高了
5.04℃，添加 5%处理的平均堆温提高了 2.03℃，显然
增加生物质炭的添加比例，提高了堆肥体的增温幅
度。这可能是添加生物质炭对堆肥体 0~3 d氨挥发具
有促进作用的重要原因，但整个堆肥过程的氨累积挥
发量并没有随着生物质炭添加比例的增加而提高。
堆肥中的铵态氮（NH+4-N）是氨挥发的直接来源，
并且在氨挥发强度较大时期，铵态氮是堆肥中无机氮
的主要存在形式，在堆肥初期，物料中大量易分解有
机物可为微生物的生长、繁殖提供充足的营养，有机
氮快速分解而产生大量的铵态氮，而此时硝化细菌活
动程度相对较弱，无法及时将铵态氮转化为硝态氮，
从而加剧了铵态氮的累积[22-23]。图 4结果表明，堆肥体
铵态氮含量（水浸提，固水比为 1∶10）呈下降的变化趋
势，添加比例为 15%、20%处理的铵态氮含量下降幅
度大于 5%、10%处理。在堆肥后 0~7 d，不添加生物质
炭处理的铵态氮含量均大于添加生物质炭处理的铵
态氮含量，统计分析结果表明，在堆肥第 3 d，添加比
例为 0%、5%处理的铵态氮含量与其他添加比例处理
间均存在显著性差异（P＜0.05），10%、15%、20%处理
之间无显著差异性（P＞0.05）；在堆肥第 7 d，添加比例
为 0%与 5%处理的铵态氮含量差异不显著，但均显
著大于其他添加比例处理，10%与 20%添加比例处理
间无显著差异性，但均显著大于 15%处理。
3 讨论
3.1 添加生物质炭对伊乐藻堆肥体氨挥发的影响
Christop等研究表明，生物质炭添加量占畜禽粪
便堆体总重比例（干重占比）分别为 0%、5%、20%处理
下，生物质炭可以降低堆肥体的氨挥发量、提高堆温，
其中添加量为 20%的处理显著降低了堆肥体的 NH3
挥发量与氮素损失，并且堆温显著高于对照[14]；Bruno
等将畜禽粪便与生物质炭按 1∶1的鲜重比例混匀后
进行堆肥，认为生物质炭可以降低畜禽粪便堆肥体
的氮素损失[16]。本试验以伊乐藻、稻草为堆肥材料，设
计了生物质炭添加量占堆肥体干重比例分别为 5%、
10%、15%、20%处理，结果表明：与对照处理相比，生
物质炭添加比例为 15%、20%的处理降低了堆肥体
的氨累积挥发量，其中添加比例为 20%处理显著降
低了氨累积挥发量，与 Christop、Bruno等研究结论一
致[14，16]。其原因主要与生物质炭的吸附能力较强有关，
另外生物质炭能够提高微生物的活性、繁殖率以及
种群数量，在堆肥过程中通过生物氧化作用显著提
高了表面酸性基团，特别是羧基团，与铵态氮结合而
避免通过氨挥发的形式挥发[16]。然而，与对照处理相
比，生物质炭添加比例为 5%、10%的处理增加了堆
肥体的氨累积挥发量，则与 Christop等研究结论刚好
相反[14]。一般认为生物质炭是一种由于含有碱性盐而
呈现碱性的材料，添加到堆肥材料中，增加了堆肥体
的碱性离子浓度，提高了堆肥起始阶段的 pH值，理
论上会促进堆肥体的氨挥发。本试验通过测定不同时
间段氨累积挥发量的数据结果表明，添加生物质炭对
水生植物堆肥体 0~3 d氨挥发确实具有促进作用，其
中添加比例 10%处理的促进作用较明显。这可能是堆
置后 0~3 d时间段，添加生物质炭处理的氨累积挥发
量均大于对照处理的原因之一，但在添加比例为 10%
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第 32卷第 1期2014年 11月
表 2 堆肥氨挥发速率与 4个影响因子的偏相关系数
Table 2 Partial correlation analysis of 4 factors on ammonia
volatilization rates
影响因子 偏相关系数 P值
堆温 0.931 0.002
pH值 -0.734 0.061
EC值 -0.529 0.222
铵态氮含量 0.810 0.027
的基础上，增加生物质炭的比例并没有提高堆肥体的
氨累积挥发量。另外，在堆肥 4~6 d，与对照处理相比，
生物质炭处理对堆肥体的氨挥发表现为控制作用，且
随着添加比例的增加，控制作用效果越好，而 5%处理
仍然表现为促进作用。这说明，整个堆肥过程中氨挥
发的负向促进与正向控制作用并存，氨累积挥发量是
添加生物质炭条件下不同影响因子对不同时间段堆
肥体氨挥发双向作用的综合效果。
3.2 生物质炭对伊乐藻堆肥过程氨挥发不同作用效
应的原因分析
氨挥发受堆温、铵态氮浓度、pH值等多因素影响，
不同影响因子综合作用决定其最后的排放强度 [8]。本
试验结果表明，与对照处理相比，在堆肥初期添加生
物质炭可以提高堆温、降低铵态氮含量，与Christop等
研究结论一致[14]，还可以提高堆体的 EC值。为进一步
研究堆肥体氨挥发与不同影响因素的密切程度，对氨
挥发速率与各影响因素的相关性进行偏相关分析（表
2），结果表明，伊乐藻与稻草混合堆肥体氨挥发速率
与堆温、铵态氮含量的偏相关性均达到 P<0.05的显
著水平，氨挥发速率与堆温、铵态氮含量关系比较密
切，且与堆温相关性更显著，不相关的概率为 0.2%，
与铵态氮含量不相关的概率为 2.7%。可见，堆温与铵
态氮含量是影响水生植物堆肥体氨挥发强度的两个
重要影响因子，添加生物质炭提高了堆肥温度，对堆
肥体的氨挥发损失具有负向的促进作用，而添加生物
质炭同时也降低了堆肥体的铵态氮含量，对堆肥体的
氨挥发损失具有正向的控制作用，生物质炭对水生植
物堆肥过程氨挥发损失的影响作用是两个因子（提高
堆温与降低铵态氮含量）正负双向平衡的过程。
4 结论
（1）整个堆肥过程中，氨累积挥发量与生物质炭
添加比例关系密切，与对照处理相比，添加比例为
5%、10%的处理显著增加了氨的累积挥发量，而添加
比例为 15%、20%的处理降低了氨的累积挥发量，其
中添加比例为 15%处理与对照无显著差异性。
（2）不同堆肥时间段，生物质炭不同添加比例处
理 0~3 d的氨累积挥发量均大于对照，其中添加比例
为 10%处理达显著水平；4~6 d的氨累积挥发量，除
添加比例 5%处理外，均小于对照，其中添加比例为
20%处理达显著水平。
（3）整个堆肥过程中氨排放强度决定于不同影响
因子的综合作用。氨挥发速率与 pH值、EC值偏相关
性不显著（P＞0.05），与堆温、铵态氮含量具有显著的
偏相关性（P<0.05）。堆温、铵态氮含量与氨挥发速率
关系比较密切，是影响水生植物堆肥体氨挥发强度的
两个重要因子；生物质炭对伊乐藻堆肥体氮素的氨挥
发损失具有促进（提高堆温）与抑制（降低铵态氮含
量）双重作用效应。
（4）生物质炭对堆肥过程中氨挥发损失作用效应
的正向或负向的主导性，决定于生物质炭的添加量，
但综合堆肥的质量、成本与效益，堆肥体氨挥发控制
技术中的生物质炭适宜的添加比例，还需通过进一步
研究确定。
参考文献：
[1]童昌华,杨肖娥,濮培民.富营养化水体的水生植物净化试验研究[J].
应用生态学报, 2004, 15（8）：1447-1450.
TONG Chang-hua, YANG Xiao-e, PU Pei -min. Purification of eu －
trophicated water by aquatic plant[J]. Chinese Journal of Applied Ecolo－
gy, 2004, 15（8）：1447-1450.
[2] Nahlik A M, Mitsch W J. Tropical treatment wetlands dominated by
free-floating macrophytes for water quality improvement in Costa Rica
[J]. Ecological Engineering, 2006, 28：246-257.
[3]郑建初,常志州,陈留根,等.水葫芦治理太湖流域水体氮磷污染的
可行性研究[J].江苏农业科学, 2008, 3：247-250.
ZHENG Jian-chu, CHANG Zhi-zhou, CHEN Liu-gen, et al. Study on
feasibility of hyacinth treating water N and P pollution in the Taihu Lake
area[J]. Jiangsu Agricultural Sciences, 2008, 3：247-250.
[4] Raviv M, Medina S, Karasnovsky A, et al. Conserving nitrogen during
composting[J]. Bio Cycle, 2002, 43（9）：48.
[5] Beck-JFriis B, Smars S, Jonsson H, et al. Gaseous emissions of carbon
dioxide, ammonia and nitrous oxide from organic household waste in a
composting reactor under different temperature regimes[J].Agric Eng Res,
2001, 78（4）：423-430.
[6]李国学,李玉春,李彦富.固体废弃物堆肥化及堆肥添加剂研究进展[J].
农业环境科学学报, 2003, 22（2）：252-256.
LI Guo-xue, LI Yu-chun, LI Yan-fu. Advance on composting of solid
waste and utilization of additives[J]. Journal of Agro-Environment Sci－
ence, 2003, 22（2）：252-256.
[7] Eklind Y, Kirchmann H. Composting and storage of organic household
waste with different litter amendments：Ⅱ nitrogen turnover and losses[J].
王海候，等：生物质炭对伊乐藻堆肥过程氨挥发的作用效应研究 2271
农业环境科学学报 第 33卷第 11期
Bioresource and Technology, 2000, 74（2）：125-133.
[8]罗一鸣,魏宗强,孙钦平,等.沸石作为添加剂对鸡粪高温堆肥氨挥
发的影响[J].农业工程学报, 2011, 27（2）：243-247.
LUO Yi-ming, WEI Zong-qiang, SUN Qin-ping, et al. Effects of zeolite
addition on ammonia volatilization in chicken manure composting [J].
Transactions of the CSAE, 2011, 27（2）：243-247.
[9]李 冰,王昌全,江连强,等.化学改良剂对稻草猪粪堆肥氨气释放
规律及腐熟进程的影响[J].农业环境科学学报, 2008, 27（4）：1653-
1661.
LI Bing, WANG Chang-quan, JIANG Lian-qiang, et al. Effect of chem－
ical amendments on NH3 emissions and compost maturity during co -
composting of pig manure straw [ J ] . Journal of Agro -Environment
Science, 2008, 27（4）：1653-1661.
[10]任丽梅,贺 琪,李国学,等.氢氧化镁和磷酸固定剂控制堆肥氮
素损失的研究[J].农业环境科学学报, 2009, 28（4）：814-819.
REN Li-mei, HE Qi, LI Guo-xue, et al. Effect of Mg（OH）2 and H3PO4
amendments on nitrogen conservation during composting[J]. Journal of
Agro-Environment Science, 2009, 28（4）：814-819.
[11]张阿凤,潘根兴,李恋卿.生物黑炭及其增汇减排与改良土壤意义[J].
农业环境科学学报, 2009, 28（12）：2459-2463.
ZHANG A-feng, PAN Gen-xing, LI Lian-qing. Biochar and the effect
on C stock enhancement, mission reduction of greenhouse gases and
soil reclaimation[J]. Journal of Agro-Environment Science , 2009, 28
（1）：2459-2463.
[12]秦海芝,刘莹莹,李恋卿,等.人居生活废弃物生物黑炭对水溶液
中 Cd2+的吸附研究[J]. 生态与农村环境学报, 2012, 28（2）：181-
186.
QIN Hai-zhi, LIU Ying-ying, LI Lian-qing, et al. Adsorption of cadmi－
um in solution by biochar from household biowaste [ J ] . Journal of
Ecology and Rural Environment, 2012, 28（2）：181-186.
[13]宋 洋,王 芳,杨兴伦,等.生物质炭对土壤中氯苯类物质生物
有效性的影响及评价方法[J].环境科学, 2012, 33（1）：169-175.
SONG Yang, WANG Fang, YANG Xing-lun, et al. Influence and as－
sessment of biochar on the bioavailability of Chlorobenzenes in soil[J].
Environmental Science, 2012, 33（1）：169-175.
[14] Steiner C, Das K C, Melear N, et al . Reducing nitrogen loss during
poultry litter composting using biochar[J]. Journal of Environment Qual－
ity, 2010, 30（7）：1236-1242.
[15] Keiji J, Koki S, Kazuhiro M, et al. Chemical and biochemical character－
isation of biochar-blended composts prepared from poultry manure[J].
Bioresource Technology, 2012, 110：396-404.
[16] Bruno O, Carlos A, Fàbio S, et al. Use of biochar as bulking agent for
the composting of poultry manure：Effect on organic matter degradation
and humification [J]. Bioresource Technology, 2010, 101（4）：1239-
1246.
[17] Sasaki H, Maruyama G, Suzuki H, et al. Distribution of ammonia as －
similating bacteria in the composting process[J]. Compost Science and
Utilization, 2004, 12（2）：106-110.
[18]曹喜涛,黄为一,常志洲,等.鸡粪堆制过程中氮素损失及减少氮素
损失的机理[J].江苏农业学报, 2004, 20（2）106-110.
CAO Xi-tao, HUANG Wei-yi, CHANG Zhi-zhou, et al. Mechanism of
nitrogen loss and reduction in nitrogen loss during the compost of
chicken manure[J]. Jiangsu Journal of Agri-Sci, 2004, 20（2）：106-110.
[19] Mahimairaja S, Bolan N S, Hedley M J, et al. Losses and transformation
of nitrogen during composting of poultry manure with different amend－
ments：An incubation experiment[J]. Bioresource Technology, 1994, 47
（3）：265-273.
[20] Sanchez-Mondedro M A, Roig A, Paredes C, et al. Nitrogen transfor－
mation during organic waste composting by the Rutgers system and its
effects on pH, EC and maturity of the composting mixtures[J]. Biore－
source Technology, 2001, 78（3）：301-308.
[21]鲍艳宇,周启星,颜 丽,等.不同畜禽粪便堆肥过程中有机氮形态
的动态变化[J].环境科学学报, 2008, 28（5）：930-936.
BAO Yan-yu, ZHOU Qi-xing, YAN Li, et al. Dynamic changes of or－
ganic nitrogen forms during the composting of different manures[J]. Ac－
ta Scientiae Circumstantiae, 2008, 28（5）：930-936.
[22]李 冰,王昌全,江连强,等.有机辅料对猪粪堆肥中氨气挥发的抑
制效应及其影响因素分析[J].植物营养与肥料学报, 2008, 14（5）：
987-993.
LI Bing, WANG Chang-quan, JIANG Lian-qiang, et al. Inhibitory ef－
fect of auxiliary organic materials on ammonia volatilization in com －
posting and the influencing factors [J]. Plant Nutrition and Fertilizer
Science, 2008, 14（5）：987-993.
[23]贺 琪,李国学,张亚宁,等.高温堆肥过程中的氮素损失及其变化
规律[J].农业环境科学学报, 2005, 24（1）：169-173.
HE Qi, LI Guo-xue, ZHANG Ya-ning, et al. N loss and its characteris－
tics during high temperature composting[J]. Journal of Agro-Environ－
ment Science, 2005, 24（1）：169-173.
2272