TRANSFORMAÇÃO DO N NA LEIRA DURANTE A COMPOSTAGEM DE ESTERCO

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Artigo 2:EMISSÕES DE N2O (ÓXIDO NITROSO) E TRANSFORMAÇÃO DO N NA LEIRA DURANTE A COMPOSTAGEM DE ESTERCO
Resumo:Leira de compostagem envolve empilhamento e revolvimento regular dos resíduos orgânicos em longas filas, sendo na sucessão de períodos em pé estática entre duas voltas consecutivas pilha, bem como um período de pilha de viragem. As emissões de N2O e de transformação N foram investigados durante os processos de compostagem leira. Em contraste com o entendimento convencional, observou-se que as concentrações de N2O dentro dos materiais de compostagem foram significativamente maiores após a pilha de viragem (APT) do que antes da pilha girando (BPT). Pilha de viragem desencadeou uma explosão de produção de N2O em vez de simples fuga N2O gasosa a partir do composto agitada. Desnitrificação foi a via dominante na pilha de viragem porque o observado NO2? e NO3? As concentrações foram significativamente mais baixos em comparação com o APT BPT. A exposição súbita de O2 severamente inibido redutase N2O, que pode bloquear a transformação de N2O a N2 e, assim, causou um aumento de emissão de N2O. À medida que o NO2? e as concentrações de NO3 aumentou durante os seguintes 48 horas em pé, nitrificação dominado transformação N e não provocou um aumento das emissões de N2O superfície. Assim, pilha de viragem resultou em uma dramática conversão da transformação N e influenciou fortemente o seu tamanho fluxo. Constatou-se também que a alta NO2? foi acumulado no composto e teve uma forte correlação com as emissões de N2O. métodos práticos regulam nitrito e a frequência da pilha de viragem seria útil para mitigar as emissões de N2O na compostagem de esterco.
INTRODUÇÃO
Com a intensificação contínua e ampliação de pecuária (Gerber et al., 2005), as emissões de gases de efeito estufa causadas pelo tratamento de resíduos animais ganhou maior atenção. N2O é um poderoso GHG que tem 298 vezes do potencial de aquecimento global de CO2 com base em uma projeção 100 anos (IPCC, 2007). De acordo com a República Popular da China Segunda Comunicação Nacional sobre Mudança do Clima (2013), gestão de estrume contribuiu 28,35% das emissões de N2O provenientes de atividades agrícolas da China, superado apenas por solos agrícolas.
Como um processo simples que converte resíduos orgânicos em composto estabilizado, compostagem recentemente se tornou uma opção alternativa para a manipulação de chorume convencional (Bernal et al., 2009). Leira de compostagem, com as pilhas mecanicamente transformadas utilizando uma máquina especial em uma base regular, se tornou a mais popular forma de manejo de dejetos industriais, especialmente no sul da China (Chen et al., 2014). Apesar das vantagens da compostagem, como a redução de odores e a poluição do solo e da água (Larney e Hao, 2007), há debates sobre as emissões gasosas de NH3, N2O e CH4 (Andersen et al., 2010). Para as emissões de N2O envolvidas nos processos de tratamento de lama e depois de aplicação no campo, a grande maioria (> 80%) de N2O emitida foi causada pelo tratamento de estrume (Amon et ai., 2006). Assim, as emissões de N2O pode ser mais eficaz diminuído se eles são reduzidos durante a gestão do estrume. Estudos de diferentes práticas de compostagem têm mostrado uma ampla gama de emissões de N2O, sendo responsável por 0,1 e 5% do nitrogênio total no material inicial (Mulbry e Ahn, 2014, Sommer, 2001; Maeda et al, 2013;.Tamura e Osada de 2006 ). Aeração, geralmente realizada por pilha de viragem, é um fator importante que influencia as emissões de N2O no processo de compostagem (Ahn et al., 2011). Diminuiu as emissões de N2O da pilha de viragem / aeração foram relatados por Osada et al. (2000) e Szanto et al. (2007). No entanto, outros estudos não encontraram o oposto, mostrando aquela pilha de viragem / aeração aumento das emissões de N2O (Hao et al, 2001;. El Kader et al., 2007). Devido à disparidade de estudos anteriores, mais experimentos in situ são obrigados a estudar a influência da pilha de ligar as emissões de N2O de superfície de sistemas de compostagem.
Como também é mostrado pelos estudos acima, a maioria delas focada nas emissões de superfície durante o período de compostagem de pé, e o intervalo entre duas vezes amostragem variou de dias a meses. No entanto, o composto é frequentemente misturado ou gaseificados e trocado com períodos pilha permanentes (Martin e Dewes, 1992), e acredita-se que a intermutabilidade do estado anóxicoico no estrume da pilha de viragem influencia a acumulação de N2O (Petersen et al., 2013). Até agora, poucos estudos investigaram as emissões de N2O relacionadas a amontoar de viragem. Portanto, a quantificação das emissões de N2O causadas pela pilha de viragem parece ser importante para a precisão dos dados de emissão pelos bancos de dados nacionais e internacionais.
N2O é um produto intermediário do processo de nitrificação e desnitrificação, que são os principais mecanismos para a remoção de azoto, e geralmente ocorrem em processos de tratamento de estrume; portanto, os fatores que influenciam o ciclo de N poderiam afetar as emissões de N2O. Verificou-se que as emissões de N2O são uma função da idade do composto, profundidade pilha, temperatura, pH, arejamento e água enchido espaço poroso (Petersen et al., 2013). Apesar de numerosos estudos sobre a transformação N relacionados com a investigação de emissões de N2O do solo, processos fundamentais de transformação N em que a gestão do estrume ainda são mal compreendidas e estudos relevantes são extremamente limitados Investigações adicionais são necessárias na área das transformações N durante o processo de leira de compostagem, especificamente, no momento da pilha de viragem. emissões nitrogenados menos levaria não só para a melhoria da eficiência N de compostagem, mas também para a mitigação das emissões de N2O que poderia ser um risco de aquecimento global (Fukumoto e Inubushi, 2009). Isso traria lucros tanto económicos como ambientais, com a conservação dos fertilizantes N valiosa mantida no produto final de compostagem.
No presente estudo, as experiências do site foram realizados numa unidade de compostagem envolvidos em emissões de N2O e de transformação N durante o processo de leira de compostagem. Quanto a todo o processo, estávamos preocupados não só com o período pé estático entre duas voltas consecutivas pilha mas também no momento da pilha de viragem. Os objetivos deste estudo foram (1) investigar as emissões de N2O causadas pelo movimento da pilha de viragem, (2) investigar a influência da pilha acender as emissões de N2O superfície durante o período em pé, e (3) ganhar um profundo conhecimento sobre o transformação N subjacentes emissões de N2O. Os resultados são úteis para estratégias de modelagem de emissão de compostagem e de mitigação na gestão do estrume.
2. Materiais e métodos
2.1. Design experimental
Este estudo foi realizado em uma usina de compostagem comercial em Suqian (3380N, 117560E), leste da China, com um clima de monção clima temperado quente. esterco fresco foi obtido a partir de um confinamento de pequena escala até o início da gestão do estrume. A matéria-prima foi de 85% esterco e 15% da palha com base no peso fresco. A leira foi colocado em uma oficina de lados abertos e com telhado que era largo 2.0e2.5 m, 15e20 m de comprimento e 1.0e1.1 m de altura. 
Após a construção inicial, a leira foi regularmente virou usando um torneiro de composto de straddle. Como mostrado na Fig. 1a, o composto leira foi trocado com aparas de pilha e pilha de pé, com o período entre duas voltas consecutivas pilha considerado um ciclo de compostagem. Foram realizados três experimentos com três ensaios leira de compostagem independentes. Cada processo de compostagem durou semanas 3 e 4 a partir da data de fabrico.
2.1.1. experimentoⅰ
O padrão de fluxo de N2O superfície durante um ciclo de 48-h entre dois períodos de pilha de viragem foi investigada em amostras de gás Experiência I. foram recolhidos imediatamente após uma pilha de viragem e, em seguida,recolhidos após 1, 2, 4, 7, 10, 14, 18 , 24, 30, 36, 42, 48 h, com a última coleta (às 48 h) pouco antes da próxima pilha de viragem. Na primeira amostragem, bases câmara de PVC (Ø = de 30 cm), que tinha uma ranhura de água, foram inseridos 25 cm na pilha. As bases câmara foram mantidas na pilha para reduzir a perturbação causada movendo-os. Quando a amostragem, as câmaras de PVC, com diâmetros de 30 cm e altura de 66 cm foram primeiramente selada pela água. A 0, 5, 10, 20 e 30 min após a câmara de vedação na superfície da pilha, 30 mL de amostras de gás foram extraídos com uma seringa estanque ao ar (volume = 30 ml) e injectada de 20 ml pré-Exetainer evacuado. Em seguida, as amostras de gás foram transportados para o laboratório, e a concentração de N2O foi analisada por cromatografia em fase gasosa.
FIG. 1. Diagrama esquemático do desenho experimental: (a) o processo de compostagem leira: após a configuração inicial pilha, a janela foi transformada a cada 2 dias (em casos reais dias 2E3). (B) A coleção sonda de gases a partir do espaço de compostagem dos poros: sondas foram colocados em 4 pontos de controlo na secção transversal, que foi bilateralmente simétrica.
2.1.2. experimentoⅱ
As concentrações de N2O foram investigados no espaço de compostagem poros antes da pilha de viragem (BPT) e depois de pilha girando (APT) para mapear a variação do N2O causada pela pilha de viragem. A leira foi transformado a cada dia 2E3 durante todo o período de compostagem. Sondas de gás foram recolhidas ao longo da secção transversal de compostagem leira bilateralmente simétrica. A concentração de N2O no espaço composto de poro era a média de 4 pontos específicos (Fig. 1b), as quais foram consideradas representativas da concentração da secção transversal (dados não mostrados). Quatro medidas transversais foram feitas, como quatro repetições para cada amostragem.
As sondas de gás foram feitos de um tubo de aço inoxidável com um diâmetro interno de 1,5 mm. Uma câmara de cilindro de 3 cm de comprimento e 1 cm de diâmetro, que era oca no interior, com uma superfície porosa foi envolvido com malha de arame e soldada sobre a parte superior do tubo. Uma seringa estanque ao ar (volume = 30 mL) foi ligado à outra extremidade do oleoduto. No caso da amostragem, a câmara do cilindro foi inserido para dentro do material de compostagem a uma certa profundidade e a amostra de gás foi recolhido a partir da seringa sobre a superfície da leira. Para eliminar o volume morto nas sondas, cada sistema de recolha de sonda foi lavada 3 vezes, descartando ca.100mL dos gases de compostagem, e, em seguida, 30 mL de gás foi recolhido e injectado numa Exetainer de 20 ml pré-evacuado. Em seguida, as amostras de gás foram transportadospara o laboratório, e a concentração de N2O foi analisada por cromatografia em fase gasosa.
2.1.3. experimentoⅲ
Superfície de emissões de N2O e do NO2- e NO3- concentrações dos materiais de compostagem foram investigados durante todo o período de compostagem. O leira foi ligado a cada 2 dias (num caso especial, de 3 dias). De acordo com os resultados da Experiência I, a amostragem de gás foi realizada 16e18 h após a pilha de viragem, a qual foi considerada adequada, considerando um fluxo média calculada ao longo de 48 h entre duas espiras consecutivas da pilha. O método de amostragem com a câmara estática foi acima descrito na Experiência I. O leira foi sub-dividido em quatro secções ao longo do seu comprimento, que foram tratadas como quatro repetições de localizações de amostragem de gás. 
Materiais de compostagem para a análise de NO2- e as concentrações de NO3- foram amostrados imediatamente antes e depois de cada pilha de viragem.Amostras de adubo também foram levados 16 h após cada pilha de viragem, simultâneo com o de amostragem de gás. Quatro repetições foram coletadas perto das câmaras, a uma profundidade 30 cm da superfície da pilha. As amostras foram transportadas para o laboratório, homogeneizada manualmente e armazenadas a -20°C antes de utilização posterior.
2.2. análise de gases
As amostras de gás foram analisados ​​por cromatografia em fase gasosa (Agilent 7890A, Agilent Technologies, EUA), utilizando um detector de captura de electrões. As amostras de gases foram introduzidas em primeiro lugar por um injector reequipada e, em seguida, separada com uma coluna de 3-m de aço inoxidável (2 mm de diâmetro interno) cheia com Porapak Q (80/100 mesh, Sigma AldrichCo., St. Louis, MS, EUA ). A temperatura da coluna de funcionamento foi de 55? C e a temperatura do detector foi fixado em 330? C.
A concentração de N2O foi calculada a partir da curva de calibração de gás N2O padrão com três ordens de grandeza, que foi realizada para cada sequência análise. A superfície de emissão de N2O foi calculada a partir de mudanças não lineares na concentração de N2O no espaço de topo câmara fechada ao longo do tempo (Eq. (1)). À medida que as emissões de gases de efeito estufa da superfície de compostagem eram mais elevados do que o normal de solo, o que pode resultar numa diminuição do gradiente de concentração gasoso na câmara selada, sendo uma regressão quadrática em vez de regressão linear foi utilizada neste estudo. (Eq. (2)).
Nas equações acima, F é o fluxo de emissão de N2O superfície; R = DDC = (dC/dt l t = 0), é a taxa de aumento da concentração de N2O, quando a câmara foi selada; C é a concentração de N2O na câmara; r é a densidade de N2O (1,96 kg m-3); V é o volume das câmaras; A é a área da superfície delimitada pela câmara, e T é a temperatura na câmara. O fluxo de N2O superfície foi expressa como g de N2O m-2 d-1. emissões de N2O cumulativa foram calculados a partir da interpolação linear de fluxos de N2O durante o período de monitorização e expressa em termos de área de superfície como g de N2O m-2.
2.3. A análise química do material de compostagem
Cinco gramas de material foram suspensos em 50 ml de 2 mol L-1 KCl e agitou-se durante 30 min. Após filtração, o nitrato e nitrito a partir do sobrenadante foi analisada utilizando um analisador automático (Skalar San++, Skalar analítica, Países Baixos). O teor de humidade foi determinada por secagem a 105? C durante a noite. As concentrações foram expressos como as médias de quatro replicados com base no peso seco de material de compostagem.
2.4. análise estatística
ANOVA foi realizada para determinar os efeitos da pilha de viragem ao longo do tempo. A separação média foi realizada com base em testes t. Diferenças com p <0,05 foram considerados como sendo estatisticamente significativo. A análise estatística foi realizada usando SPSS versão 13.0 para Windows (SPSS Inc., Chicago, IL, EUA).
3. Resultados
3.1. experimentoⅰ
N2O fluxo a partir da superfície da leira variou durante o período de acompanhamento de 48 horas entre duas espiras sucessivas da pilha, mas foi evidente um padrão (Fig. 2). O fluxo superfície aumentou rapidamente para um fluxo máximo de 2,7 mg N2O-N m-2 h-1, e o fluxo de pico foi observada na segunda hora após a pilha de viragem. Em seguida, o fluxo mostrou uma tendência decrescente contínua antes da próxima pilha de viragem, com 0,056 mg N2O-N m-2 h-1, no final do período de monitorização. Durante um ciclo de compostagem, a emissão cumulativa de N2O durante um ciclo de compostagem foi 45,6 mg N2O m-2, com um valor médio de 0,95 mg N2O m-2 h-1. O padrão indicou que o leira serviu como uma fonte de N2O para a atmosfera. amostras de gases para analisar o fluxo de N2O superfície da leira foram recolhidos 16e20 h após a pilha de viragem, a qual foi considerada adequada, considerando o fluxo médio calculado ao longo de 48 h (0,95 mg N2O-N m-2 h-1 na Experiência I).
FIG. 2. Superfície de N2O de fluxo a partir da janela durante um ciclo de 48-h entre duas espiras consecutivas da pilha.
3.2. experimentoⅱ
As concentrações de N2O transversais no interior da leira antes e após a pilha de viragem são exibidas na Fig. 3. As concentrações de N2O antes da pilha de viragem (BPT) foram geralmente estáveis, mascom uma ligeira tendência decrescente ao longo do processo de compostagem, de 32 mg L-1 a 7 mg L-1. As concentrações de N2O após pilha de viragem (APT) atingiu o pico de uma semana após a instalação pilha, atingindo um nível elevado de 306 mg L-1. Surpreendentemente, as concentrações de N2O após pilha de viragem foram significativamente maiores do que antes da pilha transformando no início de compostagem (s <0,05 no dia 2, 5 e 7), perto de significativamente diferentes no meio de compostagem (s = 0,062, 0,051, 0,057 no dia 9,12,14, respectivamente) e não é significativamente diferente, no final da compostagem (s> 0,1 no dia 16, 19 e 21). A diferença de concentração de N2O entre APT e BPT atingiu um pico de 288 mg L-1, que também foi observada uma semana após a instalação pilha. A diferença, em seguida, diminuiu ao longo do tempo para um valor de 1,1 mg L-1 no fim do período de monitorização. Assim, era impossível calcular a emissão de N2O causada por pilha girando com a diferença de concentração de N2O entre APT e BPT.
FIG.3. As concentrações de N2O transversais no espaço de compostagem poros antes da pilha de giro (BPT) e após pilha de giro (APT) durante um processo de compostagem de 21 dias. *Indica que as concentrações de N2O foram significativamente diferentes entre BPT e APT (p <0,05).
3.3. experimentoⅲ
As características dos materiais de compostagem no início e no final do processo de compostagem leira são mostrados na Tabela 1. O teor de água do material de compostagem reduzida de 65% no início, para 53% no final. Ambos total de N e C orgânico foram notavelmente reduzida, e a concentração NO3eN aumentou ca. 600 vezes, durante o processo de compostagem.
O fluxo de N2O superfície aumentou gradualmente para 4 mg N2OeN m? 2 d? 1 durante cerca de 10 dias e, em seguida, atingiu rapidamente o valor máximo de 20 mg N2OeN m? 2 d? 1 no dia 16 (linha preta, Fig. 4). A emissão de N2O cumulativa foi de 183 g N2OeN m? 2 durante o período de compostagem de 26 dias. A taxa de emissão de N2O, calculado com base em 1 kg de estrume fresco, foi 0,90 g de N2O kg? 1. O fator de emissão (EF), calculado com base em 1 kg de N total (TN) no material inicial, foi de 25,3 g N2OeN kg? 1 TN.
A concentração de NO2 do material de compostagem foi significativamente correlacionada com o fluxo de N2O superfície, com r ¼ 0,86 e s ¼ 0,0002. O valor de pico da NO2? concentração, 564mg kg N? 1 de peso seco, foi observada aos 16 dias após o início do processo de compostagem (linha vermelha, a Fig. 4). No caso do nitrato, no entanto, não houve correlação estatisticamente significativa observada com o fluxo de N2O superfície. A concentração de NO3 permaneceram a um nível baixo durante os primeiros 12 dias de compostagem. Em seguida, houve um aumento significativo na concentração de NO3 durante o período de monitorização residual (linha azul, a Fig. 4), com um valor máximo de 979 mg de N KG? 1 de peso seco (Tabela 1) observadas no final da composição.
FIG. 4. Superfície N2O fluxo (linha preta), NO2- e as concentrações de NO3- dos materiais de compostagem (linhas vermelhas e azuis, respectivamente) durante um processo de 26 dias de compostagem leira. Em alguns casos, as barras de erro são menores do que os símbolos. NO2- e as concentrações de NO3- no dia 20 estavam faltando. (Para interpretação das referências a cor nesta figura lenda, o leitor é remetido para a versão web deste artigo.)
Tabela 1 Propriedades dos materiais de compostagem no início e no final do processo de compostagem leira.
Para cada ponto de tempo, imediatamente antes e depois pilha de viragem, o NO3 e NO2? foram analisadas as concentrações dos materiais de compostagem. A partir do dia 5 ao dia 15, cada evento virando causou uma grave perda de NO2? (Fig. 5a) e NO3? (Fig. 5b). Por exemplo, no dia 11, as concentrações de NO2 foram 527,2 e 18,5 mg de N kg? 1, enquanto a NO3? As concentrações foram 108,0 e 6,5 mg N kg? 1 antes e depois da pilha de viragem. Durante os próximos 48 h de composto pé após cada virada, o NO2? e as concentrações de NO3 ambos aumentaram significativamente e foram acumulados no composto até o próximo evento de viragem (Fig. 5). A ascensão e queda de NO2 e NO3 foi repetido até 15 dias após a compostagem leira. Em seguida, a diferença no NO2? e concentrações de NO3 reduzido.
FIG. 5. NO2? (A) e NO3? (B) concentrações do material composto antes e depois de uma pilha girando (azul para BPT e vermelho para APT) durante um processo de 26 dias de compostagem leira. * Indica que o NO2? As concentrações foram significativamente diferentes entre BPT e APT (p <0,05). O NO2? e NO3? concentrações no dia 19 estavam faltando. (Para interpretação das referências a cor nesta figura lenda, o leitor é remetido para a versão web deste artigo.)
4. Discussão
As emissões de N2O da superfície do composto foram significativamente variável ao longo de 48 h tempo de compostagem pé (Fig. 2). Isto sugere que um tempo de amostragem adequada é necessário para avaliar com precisão o fluxo de N2O superfície da leira. Amostragem logo após pilha transformando significativamente superestimado o fluxo de N2O, enquanto a amostragem antes da pilha de viragem subestimou o fluxo de N2O. Andersen et al. (2010), também descobriram que os fluxos obtidos na câmara variaram significativamente ao longo de apenas algumas horas, o que sugeriu que os fluxos pode ser sobre- ou subestimada, dependendo do tempo de medição. Assim, um tempo de amostragem anteriormente unificado é necessário para a análise das emissões de N2O a partir de estrume, especificamente da leira de compostagem com o intercâmbio de períodos de pilha posição e pilha de viragem.
4.1. produção de N2O causada pela pilha de viragem
Originalmente, nós projetamos experimento II para quantificar as emissões de GEE que escaparam da leira agitada pelo cálculo da diferença das concentrações de gases no espaço de compostagem poros entre BPT (alto) e APT (baixo). Como consequência, observou-se uma concentração significativamente mais elevada de N2O após a pilha de viragem do que antes da pilha de viragem, com diferenças consideráveis ​​na magnitude (Fig. 3). Este resultado anormal ocorreu somente com N2O (Fig. 3), mas não com o CH4 e CO2 (dados não mostrados), o que tornou possível quantificar CH4 e CO2, mas impossível de quantificar o N2O escapar causada por pilha agitação. No entanto, os nossos resultados claramente reconhecido que o movimento da pilha de viragem causou uma forte produção de N2O gasoso, em vez de fuga simples a partir da superfície do composto. Apenas o N2O recém-produzido pode formar uma significativamente maior concentração de N2O dos poros compostagem após grande escala fuga gasosa da pilha agitada. Além disso, a produção de N2O por pilha de viragem foi extremamente rápido, como a concentração de N2O foi medida imediatamente após a pilha de viragem. Tais resultados não têm sido relatados em outros lugares na literatura.
Pilha de viragem aumenta a produção de N2O, o que explica por que um pico significativo de emissão de N2O superfície foi observada depois de um curto período de tempo seguinte pilha de viragem (Fig. 2). Um aumento das emissões de N2O após a pilha de viragem Também foi relatado também na Fukumoto et al. (2003) e Osada et ai. (2000). Em solos, muitos estudos anteriores têm enfatizado que as emissões de N2O são consideravelmente reforçada em condições de umidade flutuantes, por exemplo, no início do desaparecimento da água da inundação, em comparação com um período de alagamento contínuo (Smith e Patrick, 1983; Flessa e Beese, 1995; Zona et al., 2013). Este fenómeno foi atribuído à libertação de N2O aprisionado na solução do solo e as condições óptimas para a produção de N2O no momento da flutuação da humidade e a sua libertação (Cai et al., 1997). Similar aos solos, a produção e liberação de N2O observada após pilha de viragem sugerem que anaeróbia alternativo e ciclismo aeróbio também provocou um aumento considerável de emissão de N2O no ambiente de estrume.A produção de N2O ocorre a partir de nitrificação, quando NH4 + ororganic N é convertido em NO2 ?, e de desnitrificação, quando NO3? é reduzida para N2, ambos os quais têm um produto intermediário de N2O (Thomson et al., 2012). Ahn et al. (2011) sugere que a pilha de viragem promovido produção N2O através de nitrificação perto da superfície e desnitrificação perto do fundo da pilha. Os nossos resultados mostraram que a pilha de viragem facilitada uma diminuição significativa em ambos NO3? e NO2? concentrações durante as 2 primeiras semanas do período de compostagem (Fig. 5). Isto sugere que os productionwas N2O promovidas derivado principalmente a partir de desnitrificação, em vez de a partir de nitrificação. Rodando a pilha, o nitrato / nitrito localizado na camada de superfície da pilha tem a oportunidade de se mover para a parte central ou a parte inferior da leira (Fukumoto et al., 2003). Isso aumentaria o fornecimento de substrato para desnitrificadoras perto da área sob anaeróbias / condições micro-aeróbio.
Outro resultado da pilha turningwas o transporte de O2 para os anaeróbios sites / micro-aeróbio da leira. A presença de O2 era tradicionalmente pensado para inibir a desnitrificação e produção N2O (Lloyd, 1993). Em contraste, vários estudos de cultura demonstraram que o N2O é o produto predominante da desnitrificação na presença de O2 (Otte et al., 1996) e que o aumento de O2 pode resultar num aumento da produção de N2O (Burgin e Groffman, 2012) devido à aumento da inibição de N2O reductase pela O2 (Saggar et al., 2013). Em condições anóxicas, toda a via de desnitrificação era activo e enzimas de desnitrificação (redutase de nitrato, nitrito redutase, redutase do óxido nítrico e redutase óxido nitroso) foram sequencialmente induzida e em estado de equilíbrio (Morley et al., 2008). Quando re-expostos ao O2, redutase do óxido nitroso foi claramente mais severamente inibida pela O2 do que as outras redutases, resultando em um emissor muito mais forte N2O (Morley et ai, 2008;.. Richardson et ai, 2009).
4.2. transformação N no período pilha de pé e durante o pilha de viragem
N2O é um subproduto do processo de nitrificação e desnitrificação, e uma boa correlação de N2O e NO2? foi relatado no processo de compostagem (He et al., 2001). Nossos resultados confirmam a correlação positiva significativa entre as emissões de N2O de superfície e a concentração de NO2 do material composto (Fig. 4). Em contraste com NO2 ?, fraca correlação foi encontrada entre a concentração de NO3 e as emissões de N2O. No período posterior de compostagem, as taxas de emissão de N2O diminuíram apesar do aumento da concentração de NO3 em até 900 mg kg? 1. Portanto, NO2 ?, como um produto intermediário, é considerada a desempenhar um papel importante na transformação do N e a emissão de N2O que ocorrem durante o processo de compostagem.
NO2? é geralmente mal observado no meio ambiente porque nitrito podem ser oxidados a nitrato imediatamente por nitrito-oxidantes (Levy-Booth et al., 2014). No entanto, no sistema de compostagem corrente, análises químicas demonstraram que a alta NO2? acumulação se sobrepôs ao pico de emissão de N2O (Fig. 4). Além disso, os nossos resultados indicam que houve pouca nitrato no material de compostagem e que o NO2? concentração foi significativamente maior do que NO3? no início da compostagem (Fig. 4). padrões semelhantes de nitrito e nitrato foram observadas por Fukumoto et al. (2003). Uma razão é que a acumulação de nitritos pode ser inibir a oxidação de nitrito a nitrato devido aos elevados níveis de amónia (Anthonisen et al., 1976) no material composto. Kim et al. (2006) mostraram que o nitrito oxidationwasselectivamente inibida quando a concentração NH3eN situou-se entre 14 e 17 mg L? 1, enquanto amónio foi oxidado com êxito para nitrito.
Um fator importante para a emissão de N2O a partir do processo de compostagem é que NO2 pode ser facilmente acumulada (Fukumoto e Inubushi, 2009), e, portanto, métodos práticos para reduzir nitrito seria útil para mitigar as emissões de N2O na gestão do estrume. Wang et al. (2013) constataram que alterações biochar reduziu significativamente o NO2? concentração, reduzindo assim a quantidade de nitrito disponível para posterior transformação e produção de N2O durante a compostagem. Fukumoto et al. (2006) sugeriu que a acumulação de nitrito no compostagem do estrume é devido a um processo de nitrificação inadequada; assim, melhorar a composição das comunidades nitrificantes para a promoção de nitrificação completa seria um romance estratégia de mitigação durante a compostagem de esterco.
A distribuição de nitrato / nitrito, o status de O2, e o fluxo de N2O eram aparentemente desigual no interior do material de compostagem, e os nossos resultados sugerem que os seus perfis foram dramaticamente subverted por pilha de viragem (Figs. 3 e 5). Correspondentemente, infere-se que as vias de transformação N e o tamanho dos fluxos seria convertido devido a aparas da pilha (fig. 6). Juntamente nitrificação-desnitrificação poderia facilmente ocorrer no sistema de compostagem com interfaces aeróbio / anaeróbio (Wrage et al., 2001). A partir de nossos resultados, reduções severas de NO2- e NO3- imediatamente após pilha de viragem foram identificados como as principais fontes de produção de N2O. Isto indicou que a desnitrificação foi a rota dominante que desencadeou a explosão N2O imediatamente após o composto foi transformado (Fig. 6). O NO2- e NO3- concentrações aumentou durante o período em pé de 48 h (em comparação com o NO2- e NO3- concentrações após pilha girando com concentrações antes da próxima pilha de viragem), que indicou que a nitrificação ocorreu e foi dominante no período posição estática da leira entre os dois aparas da pilha (fig. 6). Com uma análise bastante complexo ligando a análise molecular de oxidantes do amoníaco e uma análise betaproteobacterialisotopomer N2O, Maeda et al. (2010) descobriram também o mesmo padrão de transformação do N no processo de compostagem. Os eventos que giram facilitou um aumento da produção de N2O e de N2O acumulado no espaço composto de poro, emitida a partir da superfície da leira ou ainda mais reduzidos para N2, durante o tempo de repouso. No entanto, tem de notar-se que esta tendência ocorreu apenas na presença de NO2- acumulação no composto. Após a queda de NO2-, nem a redução do NO2- e NO3- nem o pico de N2O ocorreu com a pilha de viragem.
FIG. 6. Diagrama esquemático da transformação N e as emissões de N2O durante um ciclo de compostagem, incluindo pilha de viragem e pilha de pé. O bloco azul mostra os fluxos de N durante a pilha em pé; o bloco vermelho pálido mostra os fluxos de N durante a pilha de viragem. A espessura da linear indica o tamanho dos fluxos. A linha pontilhada indica a inibição da via. O aumento e diminuição das emissões de N2O são mostrados como verde e vermelho, respectivamente. Ver explicação adicional no texto. (Para interpretação das referências a cor nesta figura lenda, o leitor é remetido para a versão web deste artigo.)
5. Conclusões
Na composição leira, pilhas virando alteradas as distribuições de NO3- e NO2- nos materiais de compostagem e as emissões de N2O superfície dramaticamente influenciadas. Os eventos que giram facilitada uma explosão de produção de N2O, e N2O acumulado no espaço composto de poro, emitida a partir da superfície da janela ou ainda mais reduzidos para N2 durante o seguinte período de repouso. Aparas da pilha e do transporte de O2 para os sítios anaeróbia do composto, por um lado, impedir a transformação de N2O a N2 e aumentar a produção de N2O por desnitrificação; Por outro lado, eles melhoraram o estado aeróbico durante o seguinte período de pé e diminuiu o N2O produzido por nitrificação. A frequência ea hora da pilha de viragem deve ser levado em consideração para mitigar as emissões de N2O na compostagem de esterco.