两种白腐菌降解油菜秸秆效果的研究

研究两种白腐菌N1和N2及三种固体培养料配方(1、2和3)对油菜秸秆纤维性物质(纤维素、半纤维素和木质素)降解率和粗蛋白水平的影响.结果表明,随着发酵时间的延长, N1和N2对油菜秸秆中纤维素、半纤维素及木质素的降解率和粗蛋白含量的提高均有增加的趋势;木质素降解效率N1前20d高于后20d,并一直保持较高水平,说明N1菌株有优先选择降解木质素特性,N1优于N2(P＜0.01);同一菌株,配方1均好于配方2和3(P＜0.01).     

油菜秸秆降解菌群的筛选及降解特性研究

[目的]筛选降解油菜秸秆的最优菌群,并研究其降解特性。[方法]通过刚果红平板法、苯胺兰平板法及纤维素酶、木质素酶产酶试验考察了6个菌群的油菜秸秆降解能力。[结果]腐烂秸秆土菌群生长最快,具有最大的生长量,木质素酶活性最高,纤维素酶活性达到了924 U/ml。腐烂秸秆土菌群固态发酵降解油菜秸秆14 d,对油菜秸秆、纤维素、木质素降解率为71%、82%、53%。前12 d对油菜秸秆、纤维素、木质素的降解量分别占各自总降解量的86.05%、93.35%、93.15%。[结论]腐烂秸秆土菌群为降解油菜秸秆最优菌群,并且在降解的前12 d为高效降解阶段。     

玉米秸秆纤维素在亚/超临界乙醇中的液化行为研究

【目的】研究亚/超临界乙醇自由基对玉米秸秆纤维素液化的作用机理。【方法】利用间歇高压反应釜,在反应温度200~320℃、反应时间30min条件下,对比研究亚/超临界乙醇液化和热裂解下反应温度对玉米秸秆纤维素产物收率的影响,并利用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)和傅里叶红外光谱法(FT-IR)分别对产物中重油和轻油的组成、原料和固体残渣特性等进行分析。【结果】1)与热裂解相比,当反应温度为320℃时,玉米秸秆纤维素在亚/超临界乙醇作用下,重油产物收率由5.0%上升至13.8%,固体残渣收率由29.7%下降至17.8%,乙醇自由基促进了玉米秸秆纤维素液化,同时抑制了残渣的生成。2)玉米秸秆纤维素在亚/超临界乙醇液化中的重油产物主要由酮类(相对含量为54.2%)、酯类(相对含量为26.5%)以及少量的醇类和酚类等物质组成,未检测出呋喃类物质。3)亚/超临界乙醇液化玉米秸秆纤维素的轻油产物中,酸类物质主要为C8化合物,而在亚/超临界乙醇液化条件下生成的轻油产物中,酸类以C2~C4化合物为主。【结论】1)乙醇自由基促进了玉米秸秆纤维素液化中间产物葡聚糖内的C-C、C-O和-OH等键进一步断裂,从而抑制了呋喃类物质的形成。2)亚/超临界乙醇液化玉米秸秆纤维素生成了多种自由基,自由基之间(中间产物自由基之间、中间产物自由基与乙醇自由基之间等)发生缩合反应,从而生成了碳原子数相对较多的酸类物质,同时自由基之间相互作用也抑制了产物的二次反应。     

腐秆剂快速分解的水稻秸秆活性成分分析与红外光谱表征

以水稻秸秆为试验对象,采用DNS(3,5-二硝基水杨酸)显色法测定了添加腐秆剂后腐解的水稻秸秆中纤维素酶和半纤维素酶的活力,使用稀释平板计数法计算了细菌、真菌和放线菌等微生物的数量,采用差重法测定了纤维素、半纤维素和木质素的含量,通过傅里叶变换红外光谱法对腐解前后的秸秆样品进行表征分析。结果表明,添加腐秆剂后,秸秆中木质纤维素三组分在腐解过程中发生分解,酚类物质转化成醌类物质;蛋白质和氨基酸分解后生成酰胺类化合物、硝酸盐和铵盐。腐秆剂的添加对纤维素酶和半纤维素酶的活性有显著提高作用,对不同时期细菌、真菌和放线菌数量的增长有重要影响,纤维素、半纤维素和木质素的降解率均有所提高。     

碱和蒸汽高压对小麦秸秆中粗纤维降解率的影响

为降低小麦秸秆中木质素的含量,提高半纤维素和纤维素的利用率,应用氢氧化钠和蒸汽高压联合处理小麦秸秆。首先采用单因素试验研究氢氧化钠质量浓度、固液比和处理时间对降解木质素效果的影响,然后通过正交试验研究降解木质素的最佳处理条件。结果表明,降解木质素的最佳条件为:氢氧化钠质量浓度11.67 mg/m L、固液比1∶9.0(w/V)、121℃(0.15 MPa)处理45 min。在此条件下,半纤维素、纤维素、木质素降解率分别达到78.07%、14.11%、80.33%。     

秸秆预处理技术及其对土壤肥力的改良效果

在当前我国倡导秸秆还田的背景下,研究不同菌剂配方对秸秆材料(玉米秸秆、高粱秸秆、油菜秸秆)腐熟温度、腐熟周期、纤维素、半纤维素和木质素降解率的影响,以及预处理的秸秆对不同类型土壤(水稻土、黄壤土、黄砂土)肥力的改良状况,结果表明:菌剂A:菌剂B:玉米秸秆为1∶1∶1000时,腐熟周期明显缩短,纤维素、半纤维素和木质素的降解率明显提高;培育1年后,土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量得到显著增加;将该菌剂配方处理的秸秆施入土壤中,通过盆栽试验,发现与自然腐熟的处理相比,可明显增加白菜鲜重。菌剂A:菌剂B:玉米秸秆为1∶1∶1000配方在实际生产中可大力推行。     

高效纤维素分解菌的分离及秸秆降解生物效应

秸秆还田可以改善土壤肥力、保护生态环境、促进农业可持续发展,土壤微生物特别是与纤维素降解有关的微生物在秸秆还田过程中起关键性作用。从长期堆放农业秸秆的土壤中采用羧甲基纤维素固体培养基平板稀释法和赫奇逊滤纸条液体培养基富集法分离纤维素分解菌;刚果红染色法和CMC酶活力测定法筛选高效纤维素分解菌;采用培养特性、形态特征和分子生物学方法对菌种进行鉴定;通过测定秸秆失重率和纤维素、半纤维素和木质素的含量及降解率研究其降解玉米秸秆的效果;并测定其处理的玉米秸秆粉末对紫苏和油菜生长的影响。结果在分离到的16种纤维素分解菌中筛选出高效纤维素分解菌菌株HLF4和YDL3。HLF4和YDL3菌株分别鉴定为栗褐链霉菌(Streptomyces badius)和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)。HLF4和YDL3及混合菌株处理的玉米秸秆分解能力与对照相比均显著提高;其中HLF4+YDL3混合菌株处理效果优于单菌株,其玉米秸秆失重率、半纤维素降解率、纤维素降解率以及木质素降解率分别比对照高52.00%、46.65%、42.11%和31.19%。用纤维素分解菌酵解的秸秆还田处理的紫苏和油菜叶片的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、过氧化氢酶(hydrogen peroxidase,CAT)活性和叶绿素含量以及生长指标均显著高于对照;特别是用HLF4+YDL3混合菌株处理的各项指标显著高于单菌株处理。筛选的HLF4和YDL3菌株分解纤维素能力较强,且其混合菌株的分解纤维素能力更强,可作为高效纤维素分解菌用于田间种植。     

好气和厌氧条件下小麦秸秆的腐解特征研究

采用网袋培养法,研究在好气和厌氧条件,小麦秸秆腐解过程中碳、氮释放及纤维素、半纤维素和木质素的变化规律。结果表明:小麦秸秆在好气和厌氧条件的残留质量、碳和氮残留量均随培养时间的延长而降低,且呈前期(0~3个月)降解较快,而后(3~12个月)逐渐减缓的趋势。用一级动力学方程y=y0+a·e-kt对小麦秸秆在好气和厌氧条件的残留质量随时间变化进行拟合(决定系数R2均大于0.957),质量腐解半衰期分别为72.8和121.9d,腐解速率常数(k)分别为0.022 0和0.014 0/d。在好气条件,小麦秸秆中碳和氮元素释放速率常数分别是其在厌氧条件的1.79和1.67倍,小麦秸秆中碳和氮元素的释放率分别是其在厌氧条件的4.39和1.40倍,且在培养至1个月时处理之间呈显著性差异(P0.05)。小麦秸秆中的纤维素、半纤维素和木质素残留量均随培养时间延长总体呈下降趋势。以上结果表明,好气条件更有利于小麦秸秆碳氮元素的释放及纤维素、半纤维素和木质素的降解,从而更有利于小麦秸秆的降解。     

玉米秸秆纤维降解的预处理工艺条件筛选

为解决玉米秸秆在发酵中难降解的问题,以玉米秸秆为试验原料,通过物理-化学、物理-生物和物理-化学-生物3种方法对秸秆进行预处理,考察秸秆中纤维素、半纤维素、木质素含量,探讨各种预处理方法对玉米秸秆的降解效果。结果表明:添加10%NaOH溶液后加入绿秸灵的处理方式秸秆半纤维素的降解效果较好,降解率为32.98%;添加混合菌的处理方式秸秆纤维素的降解效果较好,降解率为51.46%;添加8%NaOH溶液后加入绿秸灵和添加10%NaOH溶液后加入绿色木霉的处理方式秸秆木质素的降解效果较好,降解率为39.28%。3种预处理方法对玉米秸秆中半纤维素、纤维素有显著影响,对木质素的降解影响不显著。3种预处理方法对玉米秸秆中不同组分降解率的影响大小顺序为:纤维素、半纤维素、木质素。     

外源氮肥、磷钾肥对棉秸秆堆腐的影响

【目的】研究外源氮肥、磷钾肥对棉花秸秆腐解过程的影响,为棉秸秆肥料化、基质化利用提供理论依据。【方法】采用网袋堆制熟腐法,设置棉秸秆自然堆腐、棉秸秆添加氮肥(尿素)堆腐、棉秸秆添加磷钾肥(磷酸二氢钾)堆腐共3个处理,分别在堆腐的前期(0~7 d)、中期(7~14 d)、后期(14~21 d)、末期(21~28 d)取样,测定棉秸秆质量及纤维素、半纤维素、木质素含量,分析棉秸秆累积失重率和阶段失重率,以及3种纤维成分的累积降解率和阶段降解率。【结果】添加氮肥可提高棉秸秆累积失重率,比自然堆腐提高6.7%;添加磷钾肥后,棉花秸秆失重率比自然堆腐降低了6.3%。添加氮肥后棉秸秆的降解速率在堆腐初期与自然堆腐相比有明显下降,之后降解速率加快。自然堆腐和添加磷钾肥处理的降解速率在堆腐初期最快,中期有显著下降,之后缓慢上升。添加氮肥和磷钾肥均能提高纤维素、半纤维素和木质素的降解率。在堆腐末期,和自然堆腐相比,添加氮肥或磷钾对纤维素的累积降解率分别提高178.29%和47.82%;添加氮肥和磷钾肥对半纤维素的累积降解率基本相同,提高幅度在40.6%左右;添加氮肥和磷钾对木质素的降解率分别提高9.13%和59.6%。纤维素降解最快阶段,添加氮肥是出现在堆腐末期,磷钾肥是出现在堆腐后期,CK是出现在前期和中期。半纤维素降解最快阶段,3种处理都是在堆腐前期。木质素降解最快阶段则都出现在堆腐前期和中期。【结论】添加氮肥和磷钾肥均能促进棉秸秆堆腐的降解程度,氮肥降解程度要高于磷钾肥,氮肥对棉秸秆的降解趋势与CK和磷钾肥有不同之处。氮肥对纤维素降解的促进程度要高于磷钾肥;氮肥和磷钾肥对半纤维素降解的促进程度基本相同;磷钾肥对木质素降解的促进程度要高于氮肥,降解变化过程也不相同。     

纤维素分解菌的分离筛选及其对秸秆的分解特性

从秸秆还田土壤中分离纯化出1株高效纤维素分解菌JJU-A,经形态观察和ITS分子序列分析,鉴定该菌为白耙齿菌(Irpex lacteus)。将JJU-A接种至玉米秸秆培养30、60、90 d后测定秸秆化学组成及官能团变化。结果表明,JJU-A菌对玉米秸秆中纤维素、半纤维素及可溶性糖的分解利用率远高于木质素,其中,纤维素、半纤维素和可溶性糖的降解率分别达53.60%、58.89%和76.03%,而木质素的降解率仅为28.61%。采用傅里叶红外光谱法(FTIR)分析秸秆中主要化学官能团的变化。由光谱数据分析可知,随着降解的进行,秸秆样品在1 046、1 245、1 335、1 603、2 900和3 383 cm~(-1)吸收峰信号强度明显降低,秸秆中C=C、C=O、—CH3、—CH的含量逐渐降低,暗示纤维素、半纤维素、糖类及脂肪族化合物被大量分解。以上结果说明,白耙齿菌JJU-A可以有效提高秸秆的降解效率,加快秸秆资源化利用。     

秸秆粗饲料中粗纤维结构层次的研究

通过酶解实验提出秸秆粗饲料中的粗纤维成分分为两个结构层次,即粗纤维中易被酶水解的是游离型半纤维素和纤维素,难以被酶水解的是与木质素键合的结合型半纤维素和纤维素。试验结果表明,棉花秸秆中半纤维素酶降解部分占半纤维素总量的80.98%,被纤维素酶降解部分占纤维素总量的19.31%;玉米秸秆中被半纤维素酶降解部分占半纤维素总量的60.23%,被纤维素酶降解部分占纤维素总量的44.36%;小麦秸秆中被半纤维素酶降解部分占半纤维素总量的46.20%,被纤维素酶降解部分占纤维素总量的43.04%;水稻秸秆中被半纤维素酶降解部分占半纤维素总量的47.60%,被纤维素酶降解部分占纤维素总量的51.80%。这可能是造成粗饲料消化代谢率低的主要原因。     

白腐真菌降解生物质秸秆效果的研究

[目的]探讨不同发酵时间白腐真菌对玉米和油菜秸秆的降解效果。[方法]设置6个时间点（0、20、25、30、35和40 d）,测定油菜和玉米秸秆的木质素含量和降解率变化。[结果]随着发酵时间的延长,玉米和油菜秸秆的木质素降解率均呈下降—上升—再下降的趋势。在发酵培养20 d时,油菜秸秆的木质素降解率达到最大,为58.07%;在发酵培养35 d时,玉米秸秆的木质素降解率达到最大,为33.62%。[结论]白腐真菌对玉米和油菜秸秆的降解效果显著,其中对油菜秸秆的降解效果尤为突出。     

复合菌剂强化秸秆堆肥试验

通过在堆肥时添加复合菌剂来强化秸秆降解。结果表明:添加复合菌剂可以加快秸秆分解。在第10 d时,实验组的秸秆失重率、半纤维素分解率、纤维素分解率、木质素分解率比对照组分别提高了5.7%、6.5%、5.1%、0.6%,到第60 d时分别提高了3.5%、0.2%、3.5%和3.7%。     

玉米秸秆好氧水解特性研究

秸秆木质纤维素水解过程,影响秸秆沼气制备速度。提高水解效率关键是破坏木质素对纤维素和半纤维素屏蔽作用,而木质素降解需有分子氧存在。因此,在秸秆厌氧发酵前好氧水解发酵秸秆有利于提高秸秆生物可降解性。为揭示玉米秸秆湿法好氧水解特性,在总固体浓度(TS)为10%,好氧水解温度为35、38、41、44、47℃,好氧水解时间为8、16、24、32、40 h条件下湿法水解发酵试验。结果表明,湿法好氧水解能有效破坏玉米秸秆木质素结构,获得较高木质素降解率,温度44℃,时间经历8 h时木质素即降解15.79%,是好氧水解40 h时总降解率49.5%。在此条件下,总有机物损失率仅为4%,经过湿法好氧水解玉米秸秆TS产气量和产甲烷量与未经处理玉米秸秆相比分别提高28.4%和29%。     

高效玉米秸秆降解复合菌系的筛选

为了促进玉米秸秆快速腐解还田,使秸秆资源能够在田间得到高效利用,减少环境污染,对实验室保藏的纤维素降解菌和木质素降解菌进行组合,以筛选高效降解玉米秸秆的微生物菌系,并通过玉米秸秆失重率、木质纤维素降解率评价该微生物菌系对玉米秸秆的降解效果。结果表明:由蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、出芽短梗霉(Aureobasidium pullulans)、少孢根霉(Rhizopus microsporus)、苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiers)组成的复合菌系对玉米秸秆的降解效果最好,秸秆失重率为29.83%,纤维素降解率为56.14%、半纤维素降解率为47.98%、木质素降解率为42.18%。高效降解玉米秸秆复合菌系的筛选对解决秸秆还田,提高土壤肥力和作物产量具有重要的现实意义和经济意义,同时,也可解决环境污染,具有一定的社会和生态效益。     

沙柳主要组分热解特性的TG-FTIR分析

沙柳热解可分为预热解阶段、快速质量损失阶段及残炭生成阶段,利用热重红外分析法(TG-FTIR)分析了沙柳及其主要组分纤维素、半纤维素、木质素的热质量损失特性及热解动力学规律、产物官能团特征。结果表明:沙柳纤维素热稳定性最好,热降解过程较短且降解充分;沙柳半纤维素热稳定性最差;沙柳木质素热降解过程持续时间长,质量损失速率相对缓慢。沙柳热解气中观察到了明显的CO_2、CO、烃类、酚类、醛类、酸类、酮类等物质的特征官能团。沙柳及其主要组分4种主要气体的析出强度,从大到小依次为CO_2、H_2O、CH_4、CO。     

农村污水与玉米秸秆耦合对厌氧发酵特性的影响

为研究农村生活污水与玉米秸秆耦合厌氧发酵特性,实现农村污水就地资源化利用和提高秸秆利用效率。比较了污水堆沤和污水浸泡预处理对玉米秸秆产气特性的影响,采用生活污水调节玉米秸秆含水率至70%混合堆沤8d(T1)和污水与秸秆质量比为10∶1混合浸泡3d(T2)两种预处理方式,处理后取样进行厌氧发酵试验。试验结果表明:T1和T2预处理后,秸秆中有机碳、挥发性固体、纤维素和半纤维素相对含量均下降,且T1试验组下降幅度均大于T2试验组,而木质素相对含量均小幅上升;T1试验组厌氧发酵后纤维素和半纤维素降解率分别提高9.47%和5.40%,T2试验组分别提高7.82%和3.33%,两种处理后纤维素降解率的提高幅度均明显大于半纤维素;与对照组相比,T1试验组产气高峰期相对提前2d,但累积产气量下降3.12%;T2试验组产气相对滞后3d,但累积产气量提高12.38%。污水堆沤处理有利于玉米秸秆厌氧发酵启动,缩短启动时间,促进后续发酵纤维素类的降解,但秸秆中可利用有机质含量相对减少,导致产气量下降;污水浸泡处理有利于厌氧发酵过程中纤维素和半纤维素的降解,提高二者降解率,进而提高累积产气量,但浸泡处理后发酵系统启动相对滞后,短时间内(5d)可以恢复。     

马铃薯秸秆中纤维素与半纤维素含量的测定

马铃薯秸秆属于农作物收割后的废弃物,为了开发利用其中的生物质能,对马铃薯秸秆中的纤维素、半纤维素组分含量进行了测定,结果表明:马铃薯秸秆中的成分主要为纤维素,约占44%;半纤维素约占24%;其余为木质素、水分及其他物质。     

纤维素分解微生物复合菌剂降解固态物料特性研究

为提高纤维素类碳源物质降解能力,通过试验驯化得到可降解玉米秸秆微生物复合菌剂。将复合菌剂添加到以纤维素类物质（滤纸、打印纸、秸秆、报纸）作为培养基碳源物质的液体培养基中,分析菌剂反应前后培养基中碳源物质减重率。结果表明,滤纸、打印纸、秸秆、报纸减重率分别达到93.7%、83.2%、75.4%、61.3%。玉米秸秆横截面扫描电镜观察表明,复合菌剂处理前后,细胞结构变得疏松,产生裂缝和空洞,有效证实驯化微生物复合菌剂有助于降解纤维素碳源物质能力。为分离复合菌剂中的单菌株,利用功能菌培养机上产生的透明圈及颜色变化,分离出降解蛋白质、脂肪、纤维素及产酸菌株,利用16S rRNA序列分析,鉴定出4个菌属8种菌株,分别为Chryseobacterium indologenes Dan121、Chryseobacterium indologenes Dan191、Acinetobacter bereziniae Zhi71、Acinetobacter bereziniae Zhi77、Acinetobacter bereziniae Zhi111、Lactococcus garviae S36、Bacillus cereus M7、Bacillus cereus MP310。