碳氮比对干黄秸秆贮存及后续甲烷产量的影响

秸秆的有效贮存,是保证秸秆沼气工程全年稳定运行的前提。干黄秸秆因其处于可溶性碳源与氮源双重缺乏状态,成为影响贮存过程正常进行的重要原因。该文以干黄玉米秸秆为原料,通过补充可溶性碳源(蔗糖)与蛋白氮源(豆粕)调节秸秆初始C/N比后,分析其对秸秆湿贮存过程及后续甲烷产量的影响。当原料初始C/N比分别为30:1、25:1和20:1时。经60 d湿贮存试验结果表明,与仅添加蔗糖处理组相比,对贮存过程的pH值和干物质损失无显著影响(P0.05),但有效降低了半纤维素含量,乳酸产量分别提高了19.0%、22.2%和31.7%;通过分析贮存前后的细菌群落多样性,结果表明,可提高秸秆湿贮存过程中有益菌(乳酸菌)的相对丰度,腐败菌(梭菌属)的相对丰度降至0;对湿贮存前后原料进行产甲烷潜力测试,结果表明,与贮存前相比,累积甲烷产量分别提高3.9%、6.1%和10.8%。综上所述,通过补充可溶性碳源与蛋白氮源调节干黄秸秆C/N比,可改善干黄秸秆湿贮存过程的品质、稳定性和生物可降解性,并有效提高后续甲烷产量。研究结果可为秸秆沼气工程的贮存环节提供技术支撑。     

碳氮比对干黄秸秆贮存过程及后续甲烷产量的影响

采取一定技术手段实现秸秆的有效贮存,是保证秸秆沼气工程全年稳定运行的前提。干黄秸秆因其处于可溶性碳源与氮源双重缺乏状态,对贮存过程会有一定影响。该文以干黄玉米秸秆为原料,通过补充可溶性碳源（蔗糖）与蛋白氮源（豆粕）调节秸秆初始C/N比后,分析其对秸秆湿贮存过程及后续甲烷产量的影响。当原料初始C/N比分别为30:1、25:1和20:1时。经60 d湿贮存试验结果表明,与仅添加蔗糖处理组相比,对贮存过程的pH值和干物质损失无显著影响（P>0.05）,但有效降低了半纤维素含量,乳酸产量分别提高了19.0%、22.2% 和31.7%;通过分析贮存前后的细菌群落多样性,结果表明,可提高秸秆湿贮存过程中有益菌（乳酸菌）的相对丰度,腐败菌（梭菌属）的相对丰度降至0%;对湿贮存前后原料进行产甲烷潜力测试,结果表明,与贮存前相比,累积甲烷产量分别提高3.9%、6.1%和10.8%。综上所述,通过补充可溶性碳源与蛋白氮源调节干黄秸秆C/N比,可改善干黄秸秆湿贮存过程的品质、稳定性和生物可降解性,并有效提高后续甲烷产量。研究结果可为秸秆沼气工程的贮存环节提供技术支撑。     

外源添加剂对黄贮小麦秸秆产甲烷潜力及微生物群落的影响

为探讨添加不同外源添加剂对黄贮小麦秸秆产甲烷潜力和微生物群落结构的影响,该研究以小麦秸秆为黄贮原料,添加乙酸(3‰ACE组)和异型发酵乳酸菌复合系(3‰MI1组,6‰MI2组),调整含水率至50%,黄贮65 d后,以黄贮小麦秸秆为厌氧发酵原料,探究发酵过程中的指标性质和微生物群落结构。研究发现黄贮预处理后,发酵系统中的初始挥发性有机酸中的乳酸和乙酸增加、甲烷含量增加、可溶性化学需氧量(sCOD)增加。添加了外源添加剂的ACE组、MI1组、MI2组的累积甲烷产量较干黄小麦秸秆(WS组)提高了4.7%～10.6%,而未添加添加剂的CK组的累积甲烷产量较WS组降低了9%。发酵系统中的主要优势细菌为Bacteroidetes、Firmicutes和Proteobacteria,优势古菌为甲烷鬃菌属Methanosaeta,黄贮预处理改变了发酵系统微生物的群落结构,促进了小麦秸秆的甲烷转化,为木质纤维素的沼气转化提供参考。     

添加初花期骆驼刺改善苜蓿青贮品质

为改善苜蓿的发酵品质,软化初花期骆驼刺的刺状花梗,确定二者的适宜混贮比例。采用初花期骆驼刺、紫花苜蓿及其二者不同比例混合料为青贮原料,共5个处理,青贮90 d后,通过分析青贮前、后的化学成分、乳酸菌和酵母菌数量变化;鉴定青贮饲料感官品质和发酵品质,研究骆驼刺与苜蓿混合青贮对青贮品质的影响。结果表明,2种豆科牧草混合后,干物质、可溶性碳水化合物含量、乳酸菌数量和酵母菌数量较苜蓿显著提高(P0.05);青贮90 d后的所有青贮饲料,乳酸菌数量明显上升,酵母菌数量明显下降;混贮饲料的pH值、氨态氮/总氮、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和甲醇、乙醇、丙醇含量显著低于苜蓿青贮(P0.05或P0.01),乳酸含量显著高于苜蓿青贮(P0.01);混贮饲料的乙酸、丙酸含量显著高于骆驼刺(P0.01),混贮饲料有氧稳定性好,感官品质优良。骆驼刺占混贮料的30%及以上时,均能改善苜蓿青贮品质。研究结果为骆驼刺资源开发利用,寻找无添加剂高水分苜蓿青贮方法提供理论依据。     

玉米秸秆储存方式对其与牛粪混合厌氧消化特性的影响

农作物秸秆是沼气生产的主要原料,但因其季节性收获特点,必须妥善储存才能为沼气全年生产提供高质量原料。该研究以玉米秸秆为原料,探索了储存方式(风干或青贮)对其厌氧消化产沼气性能的影响。首先研究比较风干秸秆和青贮秸秆的化学成分和结构特性,然后分别考查两种秸秆与牛粪在不同总固体混合比(total solids mixing ratios,TMR)条件下的产气特性。结果表明,玉米秸秆青贮后的纤维素等可消化纤维组分保存良好,风干秸秆的可溶性糖和水分损失殆尽。扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)和X-衍射(X-ray differaction,XRD)结果显示,风干秸秆的木质纤维结构紧密,青贮秸秆表面则有很多裂缝和孔洞,木质纤维暴露,纤维素结晶度(0.42)低于风干秸秆(0.46)。厌氧消化结果表明,无论风干或青贮秸秆,当牛粪与秸秆TMR值为7∶3时,累积产气量、TS/VS产气量和TS/VS产甲烷量均高于其他4种比例,且青贮秸秆的产气性能优于风干秸秆。除1∶1比例外,其余TMR条件下青贮秸秆的累积甲烷产量均高于风干秸秆,当TMR值为7∶3时青贮秸秆的累积甲烷产量最高(1 816 mL)。秸秆青贮的储存方式不仅能良好保存化学组分和水分,还有利于提高沼气产量和品质,是适用于秸秆跨季节储存和预处理的一种可行方式。     

柠条饲料利用及饲喂试验探究

为探究柠条青贮、饲草料加工利用技术,利用加工后的柠条饲草料进行牲畜饲喂试验.结果表明:利用青贮柠条饲料育肥绵羊的最佳条件及处理组合是柠条混贮饲草料(开花期柠条+与玉米带穗秸秆混贮)1.5 kg+玉米秸秆单贮饲料0.5 kg+干草粉0.1 kg;柠条青贮饲料育肥山羊的最佳组合是开花期柠条与玉米带穗秸秆混贮饲料1.5 kg...     

不同添加剂改善甜高粱青贮质量及其降解性能比较

为提高青贮甜高粱的生物降解特性,克服木质纤维抗降解屏障,该研究比较了纤维素酶(CT组)、木聚糖酶(XT组)、瘤胃液(RT组)和沼液(BT组)4种添加剂对其青贮质量和生物降解性能的动态影响,结合扫描电镜、傅里叶红外光谱和X-衍射等表征方法评估不同添加剂在青贮过程中的强化作用效果。结果表明,整个青贮发酵期间,4种添加剂均能使青贮pH值显著下降至4.3以下(P0.05),乳酸占总有机酸比例始终高于0.58,乳酸与乙酸比值始终高于2.0,均达到优良青贮发酵品质(除90 d时RT组);其中纤维素酶、木聚糖酶在青贮pH值下降、减少氨氮和乙酸含量、增加乳酸含量等方面更具优势。青贮90d时,4个添加剂组的干物质、可溶性碳水化合物、中性洗涤纤维、酸性洗涤木质素和半纤维素的含量均显著低于原料(P0.05),纤维素含量和生物降解潜力均显著高于原料(P0.05);其中BT组的木质纤维组分降解效果最好。结构表征分析发现,青贮过程中添加沼液和瘤胃液均能有效瓦解甜高粱茎秆的抗降解屏障结构,使微观表面出现孔洞和裂缝,纤维素相对结晶度指数显著下降。上述组分和结构的联动变化显著提升了青贮甜高粱的降解能力。BT组和RT组的酶解得率明显高于CT组和XT组,尤其添加沼液长时间(90 d)青贮发酵后的酶解得率最高,生物强化作用效果最好,瘤胃液次之。总之,4种添加剂均能通过有机组分重组优化、木质纤维结构"正向"演变等方式改善甜高粱的青贮质量,提高生物降解能力。结合添加剂成本投入、方便易得、废物利用等因素综合考虑,建议实际生产中选择资源量较为丰富的沼液进行添加,既可同步实现甜高粱跨季贮存与生物强化,也为沼液减排和循环利用提供了一条新途径。     

菌/酶添加对甜高粱渣青贮预处理作用的强化效果

为实现生物质甜高粱渣的青贮强化预处理和能源化利用，该研究探究了不同添加剂对其青贮质量和酶解糖化效果的影响。试验设置对照组（CK组）、植物乳杆菌组（L组）、纤维复合酶组（E组）和复合添加剂组（LE组），系统考察甜高粱渣在21 d青贮预处理期间的营养成分、木质纤维组分和发酵品质的动态变化，采用隶属函数法评价青贮质量，利用高通量测序技术分析青贮预处理过程的微生物菌群动态演绎。结合酶解糖化性能评价青贮预处理作用的强化效果，从而筛选适宜的添加剂。结果表明：青贮预处理后甜高粱渣的粗蛋白、淀粉、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、半纤维素和纤维素等能量组分含量显著高于原料（P<0.05）。青贮21 d时，3个添加剂组的干物质、可溶性碳水化合物和粗蛋白含量显著高于CK组（P<0.05），综纤维素含量显著低于CK组（P<0.05），且E组的干物质含量最高，L组的粗蛋白含量最高，E组和LE组的可溶性碳水化合物含量最高。青贮预处理期间，3个添加剂组的pH值均低于4.2,L组的乳酸和乙酸含量明显高于CK组（P<0.05）,E组的乳酸/乙酸和乳酸/总有机酸比值显著高于CK组（P<0.05）...     

不同汽爆预处理对干玉米秸秆青贮效果的影响

为了扩大可用于青贮的玉米秸秆资源量,通过借鉴青贮、黄贮和汽爆玉米秸秆加工技术的优点,该文提出使用低强度汽爆对干黄玉米秸秆进行预处理,改进玉米秸秆青贮效果的方法。通过低强度汽爆（0.6～1.4 MPa,5 min）将玉米秸秆中的半纤维素适当降解为寡糖和单糖,增加玉米秸秆中的可溶性糖含量。调节质量含水率为70%,然后使用塑料袋密闭汽爆预处理后的玉米秸秆进行青贮。通过检测青贮过程中pH值、有机酸含量、氨态氮占总氮的比例等参数,并使用农业部青贮饲料质量评定标准对获得的青贮饲料进行评分。结果显示低强度汽爆（1.0 MPa,5 min）预处理可有效的增加干黄玉米秸秆中的可溶性糖含量,使饲料等级从“一般”到“优”。该方法可有效地增加可用于青贮的玉米秸秆资源量。     

青贮方式对青贮玉米饲料品质及“平凉红牛”育肥效果的影响

青贮方式会影响青贮饲料的品质，进而影响到青贮饲料的饲喂效果。为筛选出青贮效果好，青贮饲料报酬及育肥效益高的玉米青贮方式。基于牛只体况，年龄、体重相近的原则，选取24头12月龄的“平凉红牛”阉牛作为试验对象。随机分为2组，每组12头，对照组饲喂窖贮青贮玉米+精饲料，试验组饲喂裹包青贮玉米+精饲料，共饲喂90 d，比较裹包青贮玉米和窖贮青贮玉米感官品质、营养品质及其育肥效果和经济效益。结果表明:不同青贮方式下，全株玉米感官品质无差异，但全株玉米裹包青贮组干物质、粗蛋白、淀粉、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙和磷含量均显著高于窖贮青贮组(P < 0.05)；饲喂裹包青贮+精饲料组的“平凉红牛”平均日增重较窖贮青贮+精饲料组高7.14%，每头牛日纯利润比窖贮青贮+精饲料高3.24元。综上所述，裹包青贮方式可有效保存饲料原料养分，且饲喂效果明显。     

存储时间对玉米秸秆理化性状及产甲烷潜力的影响

收割后的秸秆需要经过时间不等的存储后进入到厌氧系统生产沼气,而秸秆的存储时间不同对产甲烷潜力有一定的影响。该文对收割后的玉米秸秆分别经过0、2、5、10、20、30和45 d自然堆放存储,分析不同存储时间秸秆的理化性质变化以及对产甲烷潜力的影响。通过分析不同存储时间秸秆的感官性状、总固体(totalsolid,TS)、挥发性固体(volatile solid,VS)、pH值、木质纤维素、叶绿素、挥发性脂肪酸(volatile fat acid,VFA)等理化性质,发现秸秆存储20 d后各个性状趋于稳定。对不同存储时间处理的秸秆进行产甲烷潜力(biochemical methane potential,BMP)测试,结果显示,存储0、2、5、10、20、30、45 d的BMP分别为325.49、315.35、297.85、296.71、295.25、287.83、291.01 mL/g(以VS计)),随着存储时间的增加,BMP总体上呈下降趋势,且存储0～5 d的下降较快,存储大于5 d的秸秆BMP结果相近。试验得出,秸秆存储时间不同对产甲烷潜力有明显影响,主要由于受到多种原料性质的影响,尤其是木质纤维素、可溶性化学需氧量、还原糖、挥发性脂肪酸。研究结果可为工程化秸秆沼气项目和生物天然气项目的运行提供参考。     

基于高光谱成像技术的青贮玉米饲料pH值无损检测

为实现青贮玉米饲料pH值的快速、无损检测,该研究采用高光谱成像技术建立不同品质青贮玉米饲料pH值的定量检测模型。采集青贮玉米饲料样本936～2 539nm的平均光谱,采用6种预处理方法对青贮玉米饲料平均光谱进行处理,通过建立偏最小二乘回归（partialleastsquaresregression,PLSR）模型得出多元散射校正（multiplicativescatter correction,MSC）和卷积平滑（savitzky-golay,SG）两种预处理方法效果较好,使用竞争性自适应重加权算法（competitive adaptive reweighted sampling,CARS）、变量组合集群分析算法（variable combination population analysis,VCPA）以及迭代保留信息变量（iteratively retains informative variables,IRIV）算法对经MSC和SG卷积平滑预处理光谱进行特征波长提取,利用PLSR和极限学习机（extreme learning machines,ELM）分别建立饲料全波段、特征波长...     

进料浓度对玉米秸秆与牛粪全混式厌氧发酵特征影响研究

目前,中国大多数沼气工程均采用农作物秸秆与畜禽粪便为主要原料,但对于实际沼气工程的工艺控制,尤其是对于沼气工程进料混配及发酵浓度等控制工艺仍缺少参考和支撑。该研究采用玉米秸秆与牛粪原料,在中温条件下,利用纯牛粪、纯秸秆以及秸秆与牛粪干物质比(S:CM)=1:1、1:3、3:1条件的混合原料,按照不同干物质浓度(total solid,TS)=3%、6%、8%,梯次启动CSTR反应器,系统探讨物料配比与发酵浓度对反应器产气量、甲烷体积分数、pH值、氧化还原电位(oxidation-reductionpotential,ORP)、挥发酸(volatilefattyacids,VFAs)含量等运行特征的影响。结果表明,正常运行时,纯秸秆与纯牛粪条件下厌氧发酵产气效果显著低于混合原料,且所有条件下反应器的产气量基本都随着发酵浓度升高而升高。在发酵浓度为8%条件下,S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率在运行130和150 d后分别达到峰值0.78和0.76 L/(L·d)。随着反应器的持续运行,170 d后各反应器的产气率与pH值降低,而VFAs与ORP升高。S:CM=3:1和1:1的反应器容积产气率降低至0.6 L/(L·d),pH值降低至6.5左右。这主要是由于恒定的搅拌功率条件下,随着反应器内TS升高,搅拌转速降低,进而在反应器内产生搅拌死区与浮渣等问题,导致反应器内局部酸化,造成系统整体失稳。在启动期间,所有5个条件下反应器内ORP呈缓慢上升趋势。运行172 d后,S:CM=1:1条件下ORP迅速增加至高于–300 mV。总体而言,厌氧系统中VFA浓度随着进料中秸秆比例增加而增加,且丙酸积累发生并变得更加严重。这也在一定程度上表明,与采用秸秆与粪便混合原料厌氧发酵相比,采用纯秸秆原料厌氧发酵生产沼气厌氧反应器的运行稳定性较差。     

秸秆批式和半连续式发酵物料浓度对沼气产率的影响

为比较秸秆批式发酵和半连续发酵工艺的产沼气效果,以水稻秸秆为单一发酵底物,开展了室内中温批式发酵和半连续发酵对比试验,以容积产气率和原料产气率为特征指标,研究不同料液浓度对秸秆批式和半连续发酵产沼气的影响,以期获得秸秆沼气工程适宜的运行参数。结果表明,批式发酵容积产气率随着TS浓度的增加而增加,但增幅逐渐减少;与静态批式发酵相比,间歇搅拌有助于提高批式发酵容积产气率,特别对高TS浓度处理容积产气率的提升效果更加明显;而半连续进料条件下更有利于高TS浓度处理容积产气率的提高,但各处理原料产气率均随着固物滞留时间(solid retention time,SRT)缩短而逐渐降低。综合考虑产气情况及工程应用实际,建议秸秆批式发酵底物质量分数不超过8%,而半连续发酵TS质量分数8%时SRT设计为20 d(容积产气率1.00 m3/(m3·d)),若发酵TS质量分数6%时,SRT设计为15 d,容积产气率0.75 m3/(m3·d),该运行参数为秸秆沼气工程发展提供了理论依据。     

杂交狼尾草厌氧发酵的物质与能量转化率分析

为了解厌氧发酵过程中的C、N元素流动状况以及物质和能量的转化利用效率,以杂交狼尾草为原料,采用中温(35±1)℃批式厌氧发酵工艺,研究了杂交狼尾草厌氧发酵制备沼气的产气性能,在此基础上结合物质流分析方法分析了发酵过程中C、N元素的分布情况以及物质与能量的转化率.研究结果表明:C/N 167和25下,杂交狼尾草鲜料的VS(挥发性固体)产气量分别为280.02和242.33 mL/g,其中CH4体积分数分别为59.96%和61.46%;C/N 137和25下,青贮料的VS产气量分别为327.02和295.43 mL/g,其中CH4体积分数分别为58.49%和61.05%;C元素的流向分布:沼气33.1%,发酵液8.0%,发酵渣58.9%;N元素主要流入剩余物中:发酵液69.4%,发酵渣30.7%.杂交狼尾草厌氧发酵制备沼气的物质转化率和能量转化率分别为42.1%和33.1%.该研究为能源草本植物的资源管理和厌氧能源化利用提供了理论依据.     

华南地区稻秸常温干式厌氧发酵试验研究

该文将经过预处理后的稻秸，进行厌氧干式发酵，研究了稻秸发酵过程中的生物气产量、pH值、乙酸及甲烷含量的变化。结果表明，稻秸经过调节C/N和白腐菌预处理后，C/N从37.18降低到28.01，前45d的累积产气量约占总产气量的80.4%；发酵原料总固体产气率为0.457 m³/kg，与常规湿式厌氧发酵相比，不仅提高了池容效率，而且缩短了发酵周期，同时提高了单位原料产气率。发酵液的pH值稳定在6.8～7.5；当发酵前期甲烷含量长期处在较低水平时，可以通过再接种的方法提高甲烷含量。实验结果表明厌氧干发酵产沼气是一种技术上可行的农业废弃物资源化方式，该实验结果为稻秸的大规模生物气化提供重要的工艺设计依据。     

芦苇秸秆厌氧联产氢气甲烷过程中细菌群落演替规律

基于PCR-DGGE技术研究芦苇秸秆氢气-甲烷厌氧联产过程中,细菌微生物群落结构特征和演替规律。结果表明,厌氧联产过程中细菌群落结构分布存在明显的阶段性差异。产氢阶段初期,细菌群落相似性较小,随着厌氧联产的进行,细菌种类逐渐增多并在产氢高峰期保持稳定,群落相似性较高,戴斯系数(Cs)为83.6%(第12、24小时,泳道H3和H4)。产甲烷高峰期Cs值达到87.4%(第210、258小时,泳道M6,M7),群落结构稳定,产甲烷末期Cs值降低至51.5%(第210、432小时,泳道M6,M9)。序列分析表明,Enterobacter aerogenes产气肠杆菌是具有高效产氢潜力的兼性厌氧细菌,Sedimentibacter产氢产乙酸菌是产氢阶段的优势微生物。Clostridium thermocellum嗜热纤维素菌是厌氧联产过程的优势微生物,具有降解纤维素功能,对芦苇秸秆的能源化利用起到重要作用。     

稻草与猪粪混合厌氧消化特性研究

在中温条件下（35℃）,研究了稻草中添加猪粪对厌氧消化过程的影响,分析了消化过程中日产气量、累积产气量、甲烷含量、pH、挥发性脂肪酸以及硝态氮和氨态氮的变化。结果表明,将猪粪与稻草混合厌氧消化产沼气可以顺利进行,混合物的Vs产气量为330．14L·kg^-1 VS,沼气中甲烷含量为62．88％,添加猪粪对稻草产气量和有机酸的影响不明显,但对发酵过程中可能出现的酸积累有一定的缓冲作用。添加猪粪可以大幅提高发酵液中NO3-N含量,较稻草的处理提高34．53％,对提高消化液的肥料价值有重要意义。因此,将稻草与猪粪混合厌氧消化产沼气是完全可行的。     

瘤胃液对全株甜高粱青贮质量的影响

甜高粱是一种重要的能源作物,为实现长时间贮存并提升糖化效率,该研究分析了瘤胃液不同添加量对全株甜高粱青贮品质和酶解糖化效果的影响。设置R1、R3、R5和R7共4个瘤胃液处理组(添加量依序分别为1、3、5和7 mL/100 g原料)和1个对照组(CK,等量蒸馏水),考察了瘤胃液不同添加量对全株甜高粱青贮过程中有机组分、发酵品质和酶解性能等质量指标的动态影响,并跟踪解析青贮期间微生物菌群的动态演绎。结果表明,添加瘤胃液能明显减少青贮甜高粱中的干物质、水溶性碳水化合物、粗蛋白以及木质纤维组分含量,使青贮pH和氨氮含量显著下降(P0.05),并与瘤胃液添加量呈负相关。青贮中的乳酸、乙酸含量随瘤胃液添加量和青贮发酵时间延长而明显增加(P0.05),瘤胃液强化了青贮发酵并有助于减少干物质损失,尤其在较高添加量时,青贮60d时的甜高粱综纤维素含量反而有所增加。4种瘤胃液处理组的门水平优势细菌主要为厚壁菌和变形菌,厚壁菌相对丰度随时间延长和瘤胃液添加量的增加而逐渐增加,变形菌门丰度则逐渐下降;属水平主要以乳酸杆菌、泛菌和醋酸杆菌为主,乳酸杆菌丰度与时间、瘤胃液添加量呈正相关,而泛菌则呈减少趋势。瘤胃液强化青贮后的甜高粱还原糖得率显著提升,尤其瘤胃液添加量为7 mL/100 g的R7处理组的糖得率较原料分别提高了11.06%(30 d)和19.28%(60 d)。添加瘤胃液能有效改善青贮甜高粱的发酵质量和生物降解性能,起到生物强化的预处理作用,为甜高粱的乙醇化利用奠定了基础。