当前世界环境

介绍

食物链的主要组成部分，即植物，投入了大量的太阳能来支持地球上的所有生命形式。每一个生物的生存都直接或间接地依赖于植物。从可持续发生的生物地球化学生命周期来看，自然过程的完善是显而易见的。为了平衡对自然资源的利用和维持生命的连续性，我们有必要循环利用从植物中提取的元素。虽然焚烧可以更快地达到这一目的，但它不是合适的方法，因为它会大大延迟回收。实现这一目标的环保方式是通过微生物处理可降解废物的过程。如果不加以处理，这些废物会对自然界的生物循环产生负面影响，最终可能挑战地球的可持续性。因此，废物不应被认为是无用的，而应被认为是宝贵元素的重要储备，并被明智地处理。此外，对有机废弃物进行适当的处理，可以提供肥料来补充自然界消失的表土层，并克服生物能源生产带来的能源危机。

的Nisargruna.印度孟买Bhabha原子研究中心开发的沼气技术代表了一个简单的双相系统，对可生物降解的废物变为自然友好的最终产品。Nisargruna.是一个梵语单词和简单的条款，这意味着回归自然贷款。我们正在借用我们生命要求所需的一切。我们有责任以适当的可持续性返回本质上的责任。的Nisargruna.沼气厂采用零垃圾、零污水生产系统的原理，以沼气的形式产生能源。此外，这些设施在经济上是可行的，因为它们的设计是为了以分散的方式处理大型设施产生的大量废物。

在目前的研究中，有氧和厌氧阶段的混合在保留时间的降低方面证明是成功的，具有更好的质量（纯粹）甲烷产量和更好的粪便质量。Manure富含营养，无味，和没有所有重金属和杂草。形成的粪肥可用作农业实践中的生物肥料和土壤调节剂。

许多研究表明，生物沼液和生物沼液中的有机肥的应用可以满足植物生长的要求^1、2、3．这些研究鼓励使用粪肥作为有机肥料，因为与化学肥料相比，它更加环保。从蒸煮器中获得的固体级分富含有机物质以及有机氮和磷。如果添加到土壤中，固体级分的性质与堆肥与一个主要例外相当：木质纤维素中相对较高。这是由于木质素不可能在厌氧消化期间完全分解，并且进一步表明与堆肥相比，消化物的固体部分以在土壤中分解的土壤建设能力。有机产品的氮矿化强烈取决于它们分解我的能力。e。粪肥中有机物质的C / N比⁴．一些研究人员已经报道了有机肥在提高作物产量方面的有效性^5,6．

每个方面Nisargruna.沼气厂就其应用而具有吸引力。例如，沼气和粪肥等副产品提供了经济可行性。在该过程中产生的粪肥可以有助于在我们的顶层农业土壤中恢复耗尽有机碳含量。因此，考虑到这些优点，有机肥料的化学和微生物学分析至关重要，并具有希望改变我们国家的美学外观的希望尝试Nisargruna.技术。

进行本研究以研究有机肥料样品的特征性能，并改善它们适用于用于生物肥料的载体材料。

材料与方法

使用粪便样品

从五个人身上采集的粪便样本Nisargruna.孟买的Biogasplantsat不同的位置即.本研究使用了deonar屠宰场、Shatabdi医院、Govandi、培训学校宿舍、Anushaktinagar、托儿所(巴巴原子能研究中心)和海军Nagar(Colaba)。除Deonar屠宰场纯用屠宰场垃圾喂养外，所有被选中的植物都使用可生物降解的厨房垃圾。

肥料持水能力的估计

为了估计风干粪肥的水持量（WHC），在Whatman滤纸上称重50g样品并置于漏斗中。肥料完全饱和，用蒸馏水饱和，通过将粪便保持过夜，使过量排放过夜。然后在105℃下在烘箱中干燥，直至获得恒定重量。使用以下所示的公式计算WHC⁷．

在哪里，“a”是由粪肥保留的水的重量，“b”是湿润粪便和滤纸的重量，“c”是烤箱干肥料和滤纸的重量，“d”是水的重量通过滤纸保持，“e”是烤箱干肥料和滤纸的重量，“f”是干滤纸的重量，“g”是烤箱干肥的重量。

Koenig和Johnson方法估计粪肥中的磷

消化粪便

进行了高氯酸的消化方法，以有效地氧化粪肥物质。在锥形瓶中拍摄0.5g粪便样品，加入20ml消化混合物（浓硝酸和5：1比例中的浓硝酸）。然后将混合物在热板上加热，并轻轻蒸发直至HCLO的致密白色烟雾₄刚刚出现。将消化的溶液冷却，过滤并转移至50ml体积烧瓶。

该体积由蒸馏水制成50ml。将酸消化的样品（0.5mL）与标准类似地处理，并且在420nm下分光光度测量显影颜色⁷．

通过将样品的吸光度推断在标准图上来确定样品中的磷浓度。标准图是由Koenig和Johnson方法制备的。从等分试样制备各种标准浓度的磷₂阿宝₄库存（100ppm）并使用下面所示的公式计算。


火焰光度计估计钾

通过使用火焰光度计估计5种不同粪便样品中的钾的浓度[型号。CL360，Elico，印度]。制造商的建议进行操作和测量。根据标准方案确定并计算钾含量⁷．

粪肥中重金属和微量营养素的估计

砷，镉，铬，镍，铅和钴的估计是必不可少的，以确定关于使用从中获得的粪肥的安全性Nisargruna.沼气植物，作为肥料和土壤调理剂。通过使用火焰原子吸收分光光度计（Perkin-Elmer GBS-932Plus）测量重金属和微量营养素。为此目的，使用上述高氯酸法消化粪肥。在测量期间，制造商的操作说明遵循。在稳定火焰后几分钟后，吸出由去离子水组成的坯料，仪器读数调节为零。对于标准化，选择了三种浓度的每个标准金属溶液，以支架样品的预期金属浓度。在漂洗雾化器后，吸出标准和测试样品并记录吸光度。通过参考适当的校准曲线计算每种金属的浓度。

碳，氢，氮，硫和粪肥总有机碳含量分析

粪便样本(100µg)来自5个不同的Nisargruna.利用自动CHNS分析仪(EURO EA 3000 elements analyzer, EuroVector)分析沼气厂的碳、氢、氮和硫含量。总有机碳含量由TOC分析仪[TOC- v CSH-岛津TOC分析仪]测定。

估计总细菌数量和粪肥总真菌计数

将十克有机肥料样品加入到90毫升的无菌盐水中并混合良好。通过连续稀释至10℃进一步稀释上清液^-6稀释。将稀释后的培养基分别铺于无菌营养琼脂和孟加拉玫瑰马铃薯葡萄糖琼脂预干燥的无菌平板上，分离细菌和真菌。实验分3个重复，27℃孵育24-48h。孵育后，计数菌落，并估计菌落形成单位每毫升(cfu/ml)⁸．

检测粪肥中的大肠杆菌和假单胞菌

将不同稀释倍数的粪便分别涂布在麦康基琼脂平板和赛曲米特琼脂平板上，检测粪便中大肠菌群和假单胞菌的存在。37℃孵育24h，观察有无菌落⁸．

测定粪肥的适用性作为载体材料固氮菌sp。，根瘤菌sp和磷酸盐溶解芽孢杆菌sp。

将含有30%水分的粪便样品(250g)与含有新鲜悬浮液的1%接种物混合蒸压固氮菌sp。，根瘤菌sp。和芽孢杆菌sp。（磷酸盐增溶剂)。然后将混合物储存在塑料袋中，并在室温下保存。将粪便悬液分别涂布在阿什比甘露醇琼脂、刚果红酵母提取物甘露醇琼脂和皮科瓦斯基琼脂上，连续6个月，每周检测一次。在室温下培养48-72h，观察生长情况⁸．

统计分析

所有实验均为3个重复，数据采用方差分析进行分析。结果被认为是显著的p≤0.05。

结果与讨论

第二个重要产品的特征性质Nisargruna.在我们的研究中分析了沼气技术，即包括WHC，CHNS组成，宏观和微量营养量和重金属浓度的粪肥，在我们的研究中分析了5种不同的植物。这是为了评估肥料作为农业肥料和土壤调理剂的肥料的质量和适用性。

粪便WHC的估算

图1表示从不同的5个粪便样本的WHC含量Nisargruna.我们研究的沼气植物。的y were found to be in the range of approximately 160% to 185% except for the manure sample from Deonar abattoir plant, Govandi that runs only on abattoir waste. It showed a comparatively high WHC of ~250%. This may be due to the presence of intestinal wastes of slaughtered animals in Deonar abattoir sample, which contains large quantities of undigested fibrous material. These materials are not completely degraded during the process and hence appear in the manure,probably increasing itsWHC.

富含营养的粪便是从中获得的有价值的副产品Nisargruna.沼气植物除甲烷外。粪肥特别至关重要，因为它具有非常高的WHC，可用于农业以补充恶化的表土层。Haque.⁹和Kumar等人。^.10据报道，用作肥料的沼液通常含有93%的水。Abebe¹¹报道堆肥有机肥水分含量为40.21%。他们还报告说，WHC增加有机肥料的增加;然而，这种增加随土壤质地而变化。此外，与堆肥的有机肥相比，它们的结果暗中牛粪的增加将WHC增加了两倍。这是因为牛粪保留的水通过植物增强其生长¹²．

WHC还决定土壤微生物活性的程度和土壤聚集体的形成。在我们的研究中，消化物的WHC受到消化浓度的积极影响。Atburquerque等人¹³发现WHC高度取决于碳含量，并且使用有机肥料对于维持土壤的可持续性至关重要。在另一项研究中，在消化中报道了40％的WHC⁵．与引用的报告相比，目前研究中使用的粪便样本显示出非常好的WHC。

图1：肥料样品容量的百分比百分比 点击这里查看图

Koenig和Johnson方法估计粪肥中的磷

在我们研究中使用的五种不同样品中估计的磷的浓度在图2中示出。在从位于植物（Govandi）的植物中收集的粪肥中发现了最高的磷含量（20-21ppm），而最小磷含量（从Deonar Abattoir植物中观察到3-4 ppm）。

粪肥的磷含量同样重要，因为proctents是决定肥料效率作为肥料的重要因素。Haque.⁹报道，在沼气植物的消化中，平均地报告了1.55％的磷。戈什¹⁴在他们的研究中，还报告了粪便样本中的1％至1.5％的磷含量。在前一项研究中制备的干燥和湿化肥组合的3.6kg /吨磷含量¹⁰．

图2：各种粪便样品中磷的浓度 点击这里查看图

图3：各种粪便中的钾浓度 点击这里查看图

火焰光度计估计钾

钾是植物生长所需的第三次最重要的矿物质。在目前的研究中，Deonar Abattoir粪便样品显示出最高浓度的钾，即95-95ppm。所有其他粪便样本含有〜20-40ppmpotassium（图3）。

我们的观察结果表明，粪肥的组成取决于所用的饲料或原料Nisargruna.沼气植物。除了Deonar Abattoil之外的所有植物均采用厨房基础有机废物，较低的园林废物。相比之下，Deonar Abattoir植物被AbattoIr废物喂养，因此其粪便显示出非常高的WHC和钾浓度，并且低磷浓度。另一项研究，牛粪和堆肥显示0.5％和1.4％的钾浓度¹．同样，生物浆液消化液钾含量为0.80-1.20%⁹如肥料，干析酸盐和湿生物辛孢子的组合显示0.9至1.6千克/立方米钾含量¹⁰．

粪肥中重金属的估计

由于植物容易利用这些金属，因此不希望粪肥中的重金属存在。因此，它们成为食物链的一部分，对人类和动物造成许多健康逆境。生物磁化进一步减轻了问题的严重程度。另一方面，粪肥中锰，铁，铜和锌等微量营养素的存在是有益的，因为它们支持植物生长。因此，这些微量营养素的存在增加了肥料作为肥料的值。

在本研究中，对粪便样品进行了重金属分析，以寻找其作为一种安全肥料的适用性。不同样品中重金属浓度结果如表1所示。

表1:各种粪便样品中重金属含量

在沼气厂生产的粪便，喂养厨房废物，在印度公报提供的标准范围内显示重金属的存在。相比之下，用AbattoR废物喂养的沼气植物中产生的粪肥含有略微较高的镍和铅。类似的研究报道，在奥地利沼气植物获得的消化中，分别在0.44,14.35,0.07,16.18和8.38mg / kg的浓度下存在镉，总铬，汞，镍和铅的存在¹⁵．在另一个研究中，总重金属的浓度如镉，总铬，六价铬，铜，汞和铅分别为0.4,16，<0.2,59。分别为0.2和6mg/Kg⁶．与这些报告相比，发现我们研究中所选粪便样本中的重金属浓度较低。因此，它们可以安全地用作土壤调理剂，并粪肥以增加作物产量。

粪肥中微量营养素，CHNS内容和TOC的估算

进行粪便样品的微量营养素分析以估计锰，铁，铜和锌等元素的浓度。如果发现过量，这些微量营养素可能会损害植物生长¹⁵．粪肥的碳，氮和硫含量决定其作为肥料的价值。

在所选择的粪上发现的Mn，Fe，Cu和Zn的浓度在表2中表示。在表3中表示所观察到的Chns含量和CHN含量和TOC的结果。观察到大致相同的HNS浓度我们研究中使用的所有样品。来自植物植物的碳含量最高的碳含量最高，而来自苗圃植物的粪便样品中发现了7.686％的最高TOC含量。在类似的研究中，在消化样品中的平均熨斗含量为5476.67mg / kg和338.58mg / kg的平均锰含量为肥料¹⁵．

表2：各种粪便样本中的微量营养素

表3所选粪便样品的CHNS和TOC

估计总细菌数量和粪肥总真菌计数

为了安全使用粪便，确定粪便中微生物的数量是最重要的。在本研究中，对粪便样品的细菌总数和真菌总数进行了估算，发现其范围在10⁷-10⁸cfu / ml和10⁴-10⁶分别cfu /毫升。

检测粪肥中的大肠杆菌和假单胞菌

为了使用粪便样品作为肥料，消化物应没有病原体，毒素或传染性药物对人类，家畜或作物的健康构成风险¹⁵在这项研究中，粪便样本显示假单胞菌较少(90-100cfu/ml)和大肠菌群的缺失。从公共卫生的角度来看，这些观察，尤其是大肠菌群的缺失是非常重要的。这是因为，在处理粪便和与动植物接触的过程中，有可能受到污染和疾病传播。在本研究中得到的结果是一致的，表明缺乏大肠杆菌，沙门氏菌，李斯特里亚和弯曲杆菌在消化中¹⁵．在另一个研究中，存在大肠杆菌，沙门氏菌和葡萄球菌报道了粪肥生产初始阶段的物种¹⁶．30天后，减少了这些细菌的数量，发现在60天内分析时不存在。通常，观察到在沼气植物中通过厌氧消化治疗动物粪肥后的微生物载荷，以大大降低，并且这种减少取决于消化的持续时间和温度。

测定粪肥的适用性作为载体材料固氮菌sp。，根瘤菌sp和磷酸盐溶解芽孢杆菌sp。

为了增强粪肥的价值，是一种常见的做法，将其与共生和非共生氮固定剂和磷酸溶解剂附加​​。OuStudy表现出所有选择的细菌菌株的良好增长，用作生物元体．观察到粪便样品可以有效地支持上述培养物超过六个月。据我们所知，这是第一个在发布数据中的第一份报告，使用粪肥作为生物元经济体的载体。

结论

发现所选择的粪便样品富含常规营养素，含有足以支持植物生长的微量营养素的所需浓度。粪便样品缺乏任何病原体;因此可以使用没有任何健康风险。所有样品支持六个月以上使用的细菌生长。因此，这种有价值的粪便 - 棕色不仅可以有效地用于增加作物产量，而且可以用作生物元经氧化剂的有用的环保载体材料。在目前的环境和气候危机和不断增加的燃料成本中，导致农业投入较高，有必要探索沼气技术的全部潜力，并引发可持续的方法来满足我们的能源要求。

资金来源

提交人没有对本文的研究，作者和/或出版本文的财务支持。

的利益冲突

作者声明没有利益冲突。

承认

作者真诚地感谢Madhuri Sahasrabuddhe博士，Darshana Salskar博士和Dr.Sayajimehetre为他们的宝贵合作和投入。

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