华北刺槐林与自然恢复植被土壤微生物量碳、氮含量四季动态

【目的】土壤微生物量碳、氮是植被所需碳、氮的重要“源”或“库”,是公认的综合评价土壤质量或肥力的重要指标,也是土壤生态系统变化的预警及敏感指标,研究其动态变化,可为退耕还林及后期管理决策提供科学依据,并为深入研究林地碳氮循环及温室气体排放提供参考。【方法】以农田( FL)为对照,研究华北土石山区10年生刺槐林、43年生刺槐林、自然恢复植被( NRV)土壤微生物量碳、氮的四季动态变化,并对各样地微生物量碳、氮对土壤营养库的贡献率进行对比研究。【结果】各样地微生物量碳、氮随土层加深而逐渐下降,其季节动态变化差异显著;农田、自然恢复植被、10和43年生刺槐林地0～20 cm 土层微生物量碳、氮含量四季均值分别为251.94,290.68,150.66,197.34 mg·kg －1和30.95,46.46,36.55,45.27 mg·kg －1。其中：自然恢复植被的微生物量碳、氮含量四季均值最高,其微生物量碳含量分别是农田、10和43年生刺槐林的1.15,1.93和1.47倍,微生物量氮含量分别是它们的1.50,1.27和1.03倍;土壤微生物量碳、氮含量随刺槐树龄增大而升高,43年生刺槐林0～20 cm 土层的微生物量碳、氮含量是10年生刺槐林的1.31和1.24倍。各植被样地不同层次土壤微生物量碳氮比季节差异明显,农田、自然恢复植被、10年和43年生刺槐林 0～20 cm 土层碳氮比四季均值分别为8.64,6.26,4.12 和4.36;10,43年生刺槐林碳氮比分别是农田的0.48和0.50倍,是自然恢复植被的0.66和0.70倍。在 0～20 cm 土层中,农田、自然恢复植被、10和43年生刺槐林地微生物量碳对土壤有机碳平均贡献率分别为1.88%,2.00%,1.54%和1.24%,土壤微生物量氮对土壤全氮的平均贡献率分别为1.21%,5.44%,3.55%和2.26%。【结论】各样地土壤微生物量碳、氮之间显著相关,它们与土壤全氮、有机质和速效钾含量均显著相关;除此之外,土壤微生物量碳还与土壤硝态氮含量显著相关。随着树龄的增加刺槐林土壤微生物量尤其是微生物量氮含量显著提高,因而土壤的生物肥力也显著提高;由土壤微生物量碳、氮含量及其对土壤营养库的贡献率可知,自然恢复植被更利于土壤微生物结构、功能的恢复和生物活性的改善。     

乙醇发酵分离耦合过程中负压对酵母代谢的影响

研究了负压对酵母繁殖力、酵母形态、发酵性能、发酵副产物等的影响,结果表明:通过平板和显微镜观察,发现负压对酵母的繁殖力和形态有一定的影响;抽样的最大乙醇浓度、乙醇生产力比对照高;抽压过程中有一部分糖被消耗转化为菌体的维持能;并根据发酵结果,对菌体生长、糖消耗、CO2生成、乙醇生成进行了曲线拟合。     

贾鲁河水体微生物菌群结构季节动态变迁研究

采用稀释平板分离计数法和最大或然数法(MPN法)研究了贾鲁河水体和底泥中细菌、真菌、放线菌和脱氮功能微生物数量的季节变化.结果表明,水体和底泥中细菌数量显著高于真菌和放线菌,但季节变化不明显;脱氮功能微生物硝化细菌和反硝化细菌数量相当,夏秋季水体和底泥中脱氮功能微生物数量高于冬春季,且下游数量高于上游;与水体中微生物数量季节变化相比,底泥中微生物数量季节变化较稳定.16S rDNA PCR-DGGE分析表明,底泥中四季微生物种群结构差异显著,且存在明显的消涨变迁,拟杆菌、弓形菌等是贾鲁河底泥中的优势微生物.     

工业化自动多层翻板式豆粕固态发酵床的设计与试验

传统固态发酵条件难以控制、工业放大困难、能耗高、占地面积大,不能实现工业化流水线自动生产,更不能适应目前发酵行业规模化发展的需要。为了解决这些问题,运用现代工业设计理念,结合机械化及自动化控制技术,设计了可进行灭菌、接种、拌料、发酵的固态发酵装置。以此装置为基础,形成了集原料预处理、配料、发酵、干燥为一体的固态发酵生产系统,现已成功投产。以豆粕为原料,采用设计的生产线进行豆粕酶解发酵试验。在固态发酵期间,发酵相对湿度控制在38%~42%,而发酵24 h后,温度能稳定在37?C左右,适合微生物生长。发酵72 h结束后,饲料中酸溶性蛋白质量分数相对提高了21.2%,KOH溶解度从57.19%提高到了77.45%。结果表明:豆粕酶解发酵饲料的各项参数满足企业标准,产品质量优良。发酵过程中装置运行稳定,生产规模大,单批次最大生产量为10 t,满足工业化生产需要。该装置机械自动化水平高,可以连续批量生产,适用于生物饲料、生物肥料、生物色素、生物农药、生物燃料、生物酶制剂等多个领域。     

甜高粱茎秆残渣生料多菌种固态发酵生产蛋白饲料

为实现甜高粱茎秆残渣生产蛋白饲料的规模化应用,该研究将黑曲霉(Aspergillus niger)、里氏木霉(Trichoderma reesei),产朊假丝酵母(Candida utilis)和干酪乳杆菌(Lactobacillus casei)进行优化组合,添加不同质量分数尿素对甜高粱茎秆残渣进行生料固态发酵生产蛋白饲料。试验通过对比发酵前后粗蛋白、真蛋白、粗灰分和粗脂肪质量分数变化发现:添加4种菌的复合菌株,再添加1%尿素发酵8 d后能使以甜高粱茎秆残渣为底物的饲料中纤维素由33.00%降低至24.09%,半纤维素由20.99%降低至17.69%;粗蛋白质量分数由2.27%提升至7.14%,真蛋白由2.01%提升至6.41%。该研究简化了甜高粱秸秆残渣规模化生产饲料蛋白的工艺,为该工艺的推广应用奠定基础。     

前处理对玉米秸秆蒸汽爆破效果的影响

为提高纤维乙醇生产过程中秸秆的预处理效果,该文研究了水预浸和CaO前处理对蒸汽爆破和酶解糖化的影响,并利用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X-射线衍射仪(XRD)及傅里叶红外光谱仪(FTIR)对其影响机制进行了分析。结果表明:玉米秸秆经30%水(水料质量比30:100)预浸5d、经2%CaO(CaO与秸秆质量比2:100)处理3d或经30%水和2%CaO协同处理1d后再进行蒸汽爆破均可显著提高蒸汽爆破对木质素的降解,降解率由单独蒸汽爆破的20.6%分别提高到27.8%、35.1%和30.9%。玉米秸秆经3种复合预处理和酶解糖化后总糖浓度分别为3.81、3.59和3.46g/100mL,糖得率分别为42.2%、39.8%和38.3%,比单独蒸汽爆破预处理分别提高了23.7%、16.6%和12.3%。水预浸或CaO复合蒸汽爆破预处理后秸秆结构破坏严重,秸秆相对结晶度由单独蒸汽爆破的42.6%分别提高到47.0%和54.5%。水浸泡或CaO前处理可提高蒸汽爆破预处理效果和后期糖化效果,且所用试剂价格低廉,可以应用推广。     

3种预处理对青贮玉米秸秆理化特性的比较研究

本研究对蒸汽爆破、热喷放及碱堆沤3种预处理方式处理的青贮秸秆的物理特性和理化成分进行了分析,测定了预处理后玉米秸秆在水中的沉降特征、亲水指数等指标,同时通过显微镜观察、红外光谱、X射线衍射及热重分析试验,对各种预处理方法进行了对比和评价。结果表明,青贮玉米秸秆经过3种不同预处理后,其理化特性明显不同。经蒸汽爆破之后秸秆表面呈现亲水特性,沉降比从原料的87.3%减少至0%,比表面积比原料增加65.2%;显微观察发现蒸汽爆破后秸秆细胞壁完全断裂破碎,纤维素结晶度下降至33.11%。蒸汽爆破相比其他2种方法更能显著改变玉米秸秆的结构,使其更利于降解,是一种理想的预处理方式。     

生物质气化气发酵生产乙醇优良菌株的筛选

利用农业废弃物合成气发酵生产燃料乙醇不仅可以缓解中国的能源危机,也是减轻环境污染、促进农业可持续发展和改善农村环境的重要举措。该文对实验室富集获得的4个菌系及国内外报道较多的4个菌株发酵生物质合成气生产燃料乙醇的潜力进行了研究。结果表明:菌株LP-fm4、Clostridium sp.P11和A-fm4发酵生物质合成气生产乙醇的净产量分别为179.23、152.92和115.08 mg/L;菌体比生长速率分别为1.46、1.66和1.18d~(-1);乙醇比生成速率分别3.50、2.05和0.78d~(-1),单位菌体生成乙醇的量分别为2252.90、1450.20和1132.37 mg/g,显著高于其他菌株(群)。多重比较分析与综合性状聚类分析结果表明前两者为利用合成气高效发酵乙醇的理想菌体,菌A-fm4为具有潜力菌体。以期为未来农业废弃物合成气乙醇发酵提供了优良的菌种资源。     

活性炭纤维生态草对水体氨氮脱除的影响

研究了活性炭纤维(ACF)生态草对贾鲁河水体中氨氮脱除的影响。结果表明:ACF挂膜性能良好,其上生物膜的形成有利于对水体氨氮的脱除;与直接使用ACF处理水体相比,用富集有水体自然菌群或功能性菌群的ACF处理水体可显著提高对氨态氮的脱除速率,说明自然菌群或功能性菌群对水体的净化均具有一定的作用;氨氮的脱除需要氨化、亚硝化、硝化和反硝化细菌等多种功能性微生物的共同参与。     

NaCl协同蒸汽爆破对玉米芯半纤维素分离及纤维素酶解效率的影响

研究了NaCl预浸协同蒸汽爆破预处理对玉米芯半纤维素分离和纤维素残渣酶水解的影响。结果表明,NaCl能够显著提高蒸汽爆破对玉米芯半纤维素的分离作用。当预浸NaCl溶液浓度为0.3 mol·L~(-1)时,爆破后固相残渣中半纤维素的残留量由单独蒸汽爆破的54.6 g·kg~(-1)玉米芯降低为34.5 g·kg~(-1)玉米芯,利用水浸提得到的木糖和木聚糖计算玉米芯木聚糖回收率达到86.53%,显著高于单独蒸汽爆破的59.95%。固相残渣纤维素酶水解转化率和玉米芯纤维素回收率分别为80.58%和74.57%,均高于对照组的73.01%和71.05%,但未达到差异显著水平。由此可见,NaCl协同蒸汽爆破能够显著增强蒸汽爆破对玉米芯的解构作用,提高木聚糖的回收率,但对纤维素酶水解作用不显著。