生物质致密成型技术和设备研究

从农村生物质能源的利用角度出发,介绍了生物质致密成型技术及设备的国内外研究现状.指出了当前我国生物质致密成型技术和设备存在的问题,对其工艺、技术的发展趋势做了阐述,介绍了原料预处理的两种方法:蒸汽爆破法和木质纤维材料苄基塑化法.     

Root‐associated microbes in sustainable agriculture: models,metabolites and mechanisms

Since the discovery of penicillin in 1928 and throughout the ‘age of antibiotics’ from the 1940s until the 1980s, the detection of novel antibiotics was restricted by lack of knowledge about the distribution and ecology of antibiotic producers in nature. The discovery that a phenazine compound produced by Pseudomonas bacteria could suppress soilborne plant pathogens, and its recovery from rhizosphere soil in 1990, provided the first incontrovertible evidence that natural metabolites could control plant pathogens in the environment and opened a new era in biological control by root‐associated rhizobacteria. More recently, the advent of genomics, the availability of highly sensitive bioanalytical instrumentation, and the discovery of protective endophytes have accelerated progress toward overcoming many of the impediments that until now have limited the exploitation of beneficial plant‐associated microbes to enhance agricultural sustainability. Here, we present key developments that have established the importance of these microbes in the control of pathogens, discuss concepts resulting from the exploration of classical model systems, and highlight advances emerging from ongoing investigations. © 2019 Society of Chemical Industry     

不同金属盐强化乙醇/水预处理对蔗渣酶解效率的影响

预处理过程可以破坏木质纤维素生物质的致密结构、降低生物抗性,是木质纤维素生物质经酶解制备糖基平台化学的重要步骤。该研究以蔗渣为原料,在预处理温度为160 ℃、预处理时间为10 min时,选取0.025 mol/L 的不同金属盐FeCl₃、CrCl₃、AlCl₃、CuCl₂、FeCl₂、ZnCl₂、MnCl₂、MgCl₂、CaCl₂、NaCl、LiCl、Na₂CO₃对蔗渣进行乙醇/水预处理,并对预处理后样品进行酶解,探究不同金属盐强化乙醇/水预处理对蔗渣酶解效率的影响和规律,并进一步通过扫描电镜（scanning electron microscopy, SEM）、X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）、傅里叶变换红外光谱（fourier transform infrared spectroscopy, FT-IR）和热重（thermogravimetric, TG）对蔗渣原料和预处理后的固体进行表征,探究金属盐强化乙醇/水预处理后蔗渣表面形貌与结构变化对酶解效率的影响,分析作用机理。结果表明:与原料甘蔗渣相比,不同金属盐强化乙醇/水预处理后样品中葡聚糖的质量分数从45.5%增加到77.2%,预处理后样品酶解48h后的葡萄糖得率也由51.14%增加到最高93.08%。其中,三价金属盐（FeCl₃、CrCl₃和AlCl₃）对蔗渣酶解效率的提升最为显著,这可归因于三价金属盐强化乙醇/水预处理可以更加有效的去除蔗渣中的半纤维素和木质素,增加酶对纤维素的可及性。后续表征分析也表明经过三价金属盐（FeCl₃、CrCl₃和AlCl₃）强化乙醇/水预处理后的样品比经过二价金属盐（CuCl₂、FeCl₂、ZnCl₂、MnCl₂、MgCl₂和CaCl₂）和一价金属盐（NaCl、LiCl和Na₂CO₃）强化乙醇/水预处理表面结构破坏更为彻底,结晶度相对增加最大,木素和半纤维素去除率最多,热稳定性也相对最高。该研究结果将为后续木质纤维素生物质的高效转化与利用提供参考。     

毕节地区农村生物质能源技术应用现状及存在的问题

为了促进农村生物质能源的有效利用,解决农村生产、生活用能短缺的问题,对毕节地区农村秸秆等生物质节能炉具及技术应用现状和存在的问题进行了调查分析,并结合区域实情,提出了科学合理的建议.     

鲜切生菜供应链温度波动与微生物含量变化

选取北京某优质农产品种植公司的6月中旬、12月下旬2条具有代表性的鲜切生菜供应链为研究对象,对整个链条温度波动规律分别进行为期7d的实地考察测量;并根据调研的温度曲线,在实验室条件下模拟供应链温度,测定鲜切生菜的微生物含量变化.研究结果显示,2条供应链温度都呈现出较大波动性：6月中旬实际供应链温度波动范围为在1.2～24.1℃,12月下旬为-6.1～16.2℃;运输过程温度波动较小,装车卸货等环节温度波动较明显.实验室模拟条件下得到的鲜切生菜微生物含量变化规律与供应链温度波动曲线存在正相关性,相关系数6月中旬0.849 77,12月下旬为0.847 99.     

长期试验土壤理化性质和微生物量的研究进展

通过分析、总结长期试验的研究进展,研究长期试验的特点、意义和研究内容,综述了长期试验对土壤理化性质、土壤微生物量的影响,有助于该学科研究的纵深发展与广泛利用.目前,长期试验通常采取2种方法,分别是“长期”和“定位”,其具有时间的长期性和气候的重复性等特点,能够克服各种生态因素差异对试验带来的影响和制约;其与土壤理化性状和微生物特性等关系密切,对研究农业生产有着重要的科学价值,为不同措施对土壤性质的影响提供研究场所.     

果蔬垃圾重复批次发酵协同制备乳酸和短链脂肪酸

利用果蔬垃圾厌氧合成中链脂肪酸（medium-chain fatty acids,MCFAs）等化学品是厌氧技术高值化的重要方向。中链脂肪酸合成通常需要以乳酸/乙醇（电子供体）和短链脂肪酸（电子受体）为碳源进行碳链延长反应。因此,利用有机废弃物连续、稳定地协同制备乳酸和短链脂肪酸是中链脂肪酸合成的关键步骤。该研究考察了果蔬垃圾重复批次发酵协同制备乳酸和短链脂肪酸（short-chain fatty acids,SCFAs）的可行性,研究了不同置换率和进料浓度对果蔬垃圾重复批次发酵产酸特性的影响。结果表明,调控重复批次发酵的置换率和进料浓度是提高生产率、改善乳酸/SCFAs比例的有效方法。综合考虑酸化产物的生产率、乳酸/SCFAs比例和碳源浓度,在70%置换率和8%进料TS(total solid)浓度条件下获得的酸化产物相对更有利于MCFAs的合成。此时,酸化产物生产率达到（5.25±0.25）g/(L·d),乳酸/SCFAs的碳摩尔比例达到5±0.3,碳源浓度达到（985±29）mmol C/L。微生物群落分析显示,乳酸菌,如Lactobacillus和Enterococcus作为优势菌通过异型乳酸发酵协同制备乳酸和SCFAs。研究结果可为果蔬垃圾的高值化利用提供参考。     

秸秆过滤养猪废水UASB厌氧发酵及微生物群落分析

养猪废水成分复杂,所含悬浮性固体对其生物发酵过程影响显著;利用经过粉碎压实后的玉米秸秆对养猪废水进行负压抽滤,吸附截留废水中的悬浮性固体。再利用上流式厌氧污泥床（UASB,up-flow anaerobic sludge bed/blanket）反应器对过滤后的养猪废水进厌氧发酵,探究发酵过程中随着有机负荷的增加,化学需氧量（COD,chemical oxygen demand）去除率、pH值、产气量的变化规律,并采用高通量测序技术分析最优负荷时厌氧消化污泥中的细菌与古菌群落组成。过滤试验表明,在过滤压差为40kPa、滤层厚度为15cm、滤料压实度为1.6倍密度（148.8kg/m³）时有较好的过滤效果,此时总固体（TS,total solid）、挥发性固体（VS,volatile solid）、COD的去除率分别为33.08%、28.05%、23.01%。厌氧发酵试验结果表明,在温度为(35±1)℃时反应器稳定运行的最高负荷为11 kg/(m³·d);反应器处理效果最优的负荷为10 kg/(m³·d）,此时进水COD浓度为5 000 mg/L、COD去除率为76.46%、容积产气率为1.51m³/(m³·d)。高通量测序结果表明,厌氧发酵过程由多种微生物菌群协同作用,主要的细菌群类是Firmicutes、Bacteroidota,主要古菌群类为Halobacterota,且高效产甲烷菌分布丰富。试验结果为利用作物秸秆过滤养猪废水进行以废治废的技术应用提供了依据。     

原料和热解温度对生物油分子蒸馏分离特性的影响

针对生物油组分复杂,难以直接应用的问题,该研究开展了不同生物油的分子蒸馏馏分分布规律的研究,并考察了不同原料和温度对生物油分子蒸馏分离特性的影响。热解液化试验结果表明,生物油组分以酸、醛、酮、酚、糖为主。随着热解温度的升高,松木生物油中轻质组分产率由21%不断降低至11%,而秸秆生物油中轻质组分产率稳定在20%左右。高温生物油各组分的平均分子自由程两极化程度加强,600℃制备轻质油蒸出比例最高,可以达到92%（松木）和86%（秸秆）。酚类化合物中酚羟基的数量可以显著影响其分离特性,较高的热解温度促进了酚羟基的产生,从而使酚类物质从蒸出部分（distillation fraction, DF）向残留部分（residual fraction, RF）中转移。分子蒸馏技术能够实现对不同生物油的有效分离,得到的DF中主要包含酸、酮和小分子酚类,RF则以糖和大分子酚为主,除了羟乙醛和苯并呋喃等化合物外,生物油中的大部分化合物的富集程度都可以达到90%以上。该研究可为快速热解生物油的分离及其后续提质研究提供一定的参考。     

Coupling changes of soil functional gene abundances and extracellular enzyme activities across the diagnostic horizons of agricultural Isohumosols

Soil functional microbial taxa and extracellular enzymes are involved in a variety of biogeochemical cycling processes. Although many studies have revealed the vertical change patterns of microbial communities along soil profile, the general understanding of the coupling changes in the functional gene abundances (FGAs) and extracellular enzyme activities (EEAs) in soil profiles is still limited, which hinders us from revealing soil ecosystem processes. Herein, we comparatively investigated the FGAs and EEAs in the diagnostic A, B, and C horizons of soil profiles obtained from two suborders of Isohumosols (Mollisols), Ustic and Udic Isohumosols, in Northeast China based on quantitative real-time polymerase chain reaction and standard fluorometric techniques, respectively. The distribution patterns of both FGAs and EEAs significantly distinguished by the two soil suborders and were also separated from A to C horizon. Additionally, the variations of EEAs and FGAs were greater in Udic Isohumosols compared to Ustic Isohumosols along soil profiles, and greater changes were observed in C horizon than in A horizon. Both FGAs and EEAs correspondently decreased along the soil profiles. However, when normalized by soil organic carbon, the specific EEAs significantly increased in deep soil horizons, suggesting that microorganisms will input more resources to the production of enzymes to ensure microbial nutrient requirements under resource scarcity. More importantly, we revealed that soil microbial nutrient demands were limited by carbon (C) and phosphorus (P), and the C and P limitations significantly increased along soil profiles with a greater C limitation observed in Ustic Isohumosols than in Udic Isohumosols. Overall, our findings provided solid evidence showing the links between FGAs, EEAs, and microbial nutrient limitations, which would be helpful for a better understanding of the ecosystem processes in soil profiles.