玉米秸秆厌氧发酵过程中添加氮素对微生物群落和沼气产量的影响

厌氧发酵是在多种微生物共同作用下完成的,发酵体系中氮浓度对微生物群落和沼气产量有重要的影响,为明确沼气发酵过程中氮素添加对微生物和产气量的作用,文章以玉米秸秆为原料,发酵体系20 L,TS为8%,添加1 g·L~(-1)尿素作为处理、不添加氮素作为对照,进行半连续进料的沼气发酵试验。利用16SrRNAgene测序和宏基因组学分析发酵料液中微生物多样性和关键功能基因丰度的变化。结果显示,处理的产气高峰提前,发酵周期缩短,发酵前10 d,20 d,30 d甲烷累积产量分别为64943 mL,137048 mL和199459 mL,显著高于对照。处理体系中梭菌属(Clostridium),甲烷袋状菌属(Methanoculleus),Sphaerochaeta和Ruminofilibacter等菌属丰度在产气高峰时期提升,在能量代谢中与甲烷代谢相关的基因的丰度提升。在玉米秸秆沼气发酵体系中,添加氮素通过提高沼气发酵功能菌株和甲烷代谢相关基因的丰度从而缩短发酵周期并提高沼气产量。     

不同杂粮作物秸秆厌氧发酵产气特性研究

秸秆的开发与利用对于污染治理和资源循环利用意义重大,其中关于杂粮作物秸秆沼气发酵潜力的研究却鲜有报道。该研究采用批次试验,发酵体积700 m L,总TS为8%,中温(35℃±1℃)条件下探究了玉米、水稻、大豆、谷子、糜子和绿豆6种秸秆厌氧发酵产气特性。结果表明:发酵进行到11 d时,秸秆TS产气率从大到小依次为绿豆131. 0 m L·g~(-1),玉米126. 8 m L·g~(-1),糜子117. 5 m L·g~(-1),谷子114. 1 m L·g~(-1),水稻105. 3 m L·g~(-1)和大豆84. 0m L·g~(-1)。绿豆秸秆甲烷含量最高可达60. 2%,其次分别为糜子秸秆53. 5%,玉米秸秆52. 8%,谷子秸秆50. 0%,水稻秸秆49. 7%和大豆秸秆48. 4%。绿豆秸秆的总有机碳和总氮的减重率最大,分别为43. 25%和21. 77%。绿豆秸秆的纤维素、半纤维素和木质素的降解率最大,分别为15. 43%,9. 86%和7. 24%。各秸秆发酵液C/N分别为玉米29. 04,水稻36. 58,大豆48. 69,谷子35. 90,糜子30. 54和绿豆23. 31。6种秸秆的累积产气量与其总氮减重率,纤维素和半纤维素降解率,C/N显著相关。该研究为不同种类秸秆,尤其是杂粮作物秸秆厌氧发酵提供了一定的数据支撑。