植物根际促生菌作用机制的研究进展

常年施用化肥会对土壤、大气以及水体等产生有害影响,不符合我国农业发展的绿色环保理念。植物根际促生菌（Plant Growth Promoting Rhizobacteria,PGPR）广泛生存在植物根际,是具有生防并起促生作用的有益微生物菌群,对作物生长发挥重要作用,正逐步成为目前的研究热点。本文回顾了PGPR促进植物生长的机制,包括直接促进植物生长作用及间接控制病原菌作用。同时,综述了PGPR菌剂的应用状况。最后,对PGPR的研究重点进行了展望,以期为PGPR生物肥料的研发与应用提供理论支持。     

梯度提高进料浓度对鸡粪连续中温发酵产甲烷的影响

通过长期中温甲烷发酵试验,考察了不同进料总固体质量分数(total solid,TS)(5%、7.5%、10%和15%)和有机负荷(organic loading rate,OLR)(2.5、3.75、5和7.5 g/(L·d))下鸡粪中温甲烷发酵效果,采用批次试验测定了各阶段污泥利用乙酸的产甲烷活性。330 d的连续试验显示,TS由5%增至15%,出料氨氮质量浓度由(2 110±370)mg/L增至(6 890±220)mg/L,挥发性脂肪酸由(360±100)mg/L增至(8 800±500)mg/L,TS产甲烷率由(253±9)m L/g降至(173±22)m L/g。长期采用TS10%和15%的进料,氨氮质量浓度分别达到(6 510±300)和(6 890±220)mg/L,TS产甲烷率分别为(203±13)和(173±22)m L/g,比TS5%的降低了20%和32%。批次试验结果表明,氨氮累积导致微生物利用乙酸产甲烷的能力降低,当氨氮质量浓度达到6 500和7 000 mg/L时,乙酸产甲烷活性分别降低59%和98%。鸡粪中温甲烷发酵能够在进料TS为5%和7.5%下稳定运行;进料TS达到10%,甲烷发酵水解、酸化和产甲烷将受到抑制,造成有机物转化率的降低。该研究建议鸡粪中温甲烷发酵的TS不超过10%。     

响应面法优化餐厨垃圾和牛粪混合两相厌氧发酵酸化条件

为提高废弃物厌氧发酵的利用率,开展了牛粪和餐厨垃圾混合两相厌氧发酵过程中酸化条件优化的研究,探究在酸化相中搅拌频率、搅拌速率、酸化浓度、酸化时间和酸化温度对甲烷产率的影响。单因素试验结果表明,最佳的搅拌频率、搅拌速率、酸化浓度、酸化时间和酸化温度分别为:3次·d~(-1)(2 min·次~(-1))、50 r·min~(-1)、12%、8 h和35℃。在单因素试验基础上,采用响应面法对发酵过程中酸化条件进行优化,以甲烷产率为响应值,选取酸化温度、酸化浓度和酸化时间3个因素研究其对发酵过程中产气率的影响。结果表明,对甲烷产率影响的大小顺序为酸化时间酸化温度酸化浓度。最佳的酸化条件为:酸化时间7.6 h、酸化温度35.8℃和酸化浓度10.4%;搅拌频率和搅拌速率分别为3次·d~(-1)(2 min·次~(-1))和50 r·min~(-1)。采用最佳酸化条件处理后,混合原料的甲烷产率可达290.5 mL·g~(-1)VS,比未经酸化处理提高了17.9%。研究表明,对牛粪和餐厨垃圾两相厌氧发酵中酸化相的酸化条件进行优化,可提高甲烷产率、甲烷含量及VS去除率。     

微量元素制剂提高厌氧产甲烷活性的研究

文章针对北京郊区4座农业沼气工程原料(鸡粪、牛粪、猪粪和玉米秸秆)和厌氧污泥中微量元素质量浓度不足的问题,制定了微量元素制剂,并从原料产气动力学和厌氧污泥产甲烷活性两个方面评估添加微量元素制剂对沼气工程发酵效率的影响。研究表明:向原料中添加微量元素制剂后,鸡粪、牛粪和猪粪的甲烷产率分别提高了11.2%,24.3%和10.4%。采用一级动力学模型和两阶段模型对各原料甲烷发酵产气动力学进行拟合。一级动力学拟合结果显示添加微量元素制剂后玉米秸秆由一阶段产气(K为0.12 d-1)变为二阶段产气,K1和K2分别为0.18和0.08 d-1,产气速率明显提高。二阶段模型拟合结果表明添加微量元素制剂可以提高牛粪和玉米秸秆的产甲烷速率。向厌氧污泥中添加微量元素制剂后,鸡粪、猪粪和玉米秸秆沼气工程厌氧污泥的比产甲烷活性均有提高,玉米秸秆沼气工程厌氧污泥活性提高效果最明显,为8.6%。因此,添加微量元素制剂总体上可以提高原料的甲烷产率,增强厌氧污泥的产甲烷活性。     

中温和高温条件下餐厨垃圾厌氧发酵产气动力学的研究

研究以餐厨垃圾为原料,在中温(37℃)和高温(55℃)条件下开展批次试验。通过测定各项产气指标探究不同温度对餐厨垃圾厌氧发酵产气性能的影响,并采用Gompertz模型和一级动力学模型对中温和高温条件下餐厨垃圾厌氧发酵累计产甲烷量进行拟合。结果表明,高温厌氧发酵最大产甲烷潜能为398.33 mL·g^-1VS,高出中温发酵32.37%,高温条件下餐厨垃圾厌氧发酵累积沼气产量和甲烷产量分别为665.89和399.41 mL·g^-1VS,显著高于中温条件下的累积沼气产量及甲烷产量。餐厨垃圾高温发酵甲烷生成速率常数k为0.43558 d^-1,高于中温发酵动力学常数(k=0.31367 d^-1),餐厨垃圾高温厌氧发酵产甲烷速率高于中温发酵。综上所述,相较于中温条件,高温条件下餐厨垃圾批次厌氧发酵产气性能更优异。     

牛粪与卷心菜尾菜混合厌氧发酵产气性能的研究

为促进卷心菜尾菜厌氧发酵性能，提高发酵系统产气效率，研究以卷心菜尾菜与牛粪为发酵原料，设置卷心菜尾菜与牛粪不同TS混合比例0∶1(T1)、1∶0(T2)、1∶1(T3)、1∶2(T4)、1∶3(T5)、2∶1(T6)和3∶1(T7)，在接种量为30%，温度为37℃，初始pH值8.0，在1 L的自制厌氧发酵装置中进行30 d的批次厌氧消化研究，并利用一级动力学模型分析不同混合比例尾菜牛粪厌氧发酵产气动力学。结果表明：卷心菜与牛粪混合比例为2∶1时，与卷心菜尾菜单独消化相比，甲烷含量增加了16.0%，甲烷产率和产甲烷速率分别提高了111.6%和90.2%，沼气产率和产沼气速率分别提高了61.1%和37.5%。利用一级动力学模型及速率公式进行产气速率分析可得，动力学常数k由0.129 d-1提高到0.150 d-1。卷心菜尾菜与牛粪混合发酵可以显著提升产气性能。研究结果可为卷心菜尾菜及牛粪厌氧消化的资源化利用提供理论支撑。