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成都生物所在稭稈高溫厭氧消化菌-炭生物強化研究中獲進展
发表日期: 2021-07-22 作者: 解智杰 文章來源:
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 我國是世界上最大的農業國家之一, 同時也是世界上農業廢棄物産出量最大的國家,特別是農作物稭稈産出量極大,是世界第一稭稈大國。據統計,截止 2020 年,我國平均每年産生農作物稭稈超過 7 億噸。如此多的稭稈廢棄物如果不能被合理有效地利用,將不可避免地帶來許多環境問題。厭氧消化作爲一種稭稈能源化利用的方式,不僅可以有效實現稭稈減量化,而且可以産生清潔的能源——沼氣,具有良好的環境效益和經濟價值。然而稭稈中含有大量不易被微生物降解的結晶態木質纖維素,導致稭稈厭氧消化系統普遍存在甲烷産率低、産速慢的瓶頸。這極大地制約了稭稈厭氧消化工藝的發展和工程的應用。 

 中國科學院成都生物研究所硕士研究生解智杰在李东研究員的指导下,构建了一套针对秸秆厌氧消化系统的菌-炭生物強化策略。通過對一系列理化指標的測定並結合微生物群落的分析,探究得到了一套適用于玉米稭稈厭氧消化過程的菌-炭生物強化方法,並揭示了其內在的強化機理。結果表明,單獨向系統中添加5% 富集馴化後的高溫牛胃厭氧纖維素降解菌(RCB)或10g/L活性炭(AC)時均可提升系統的甲烷産率及産甲烷速率,而二者同時添加時具有良好的協同增效作用。炭-菌的協同作用使得系統的纖維素降解率、産甲烷速率和甲烷産率分別較對照組提高30.23%51.17%20.35%ACRCB對稭稈高溫消化系統的強化機理存在較大差異。其中AC通過富集纖維素降解菌(特別是Hydrogenispora)和氫型産甲烷菌Methanothermobacter來提高系統甲烷産率RCB的添加則提高了纖維素降解菌(Halocella norank_o_M55-D21)以及甲烷八疊球菌Methanosarcina的相對豐度,進而提升了系統産氣性能。當ACRCB協同添加時,系統微生物群落結構兼具二者單獨添加時的特征。其強化機理包括:纖維素降解菌的富集,互營乙酸氧化作用的增強以及更加集中的碳代謝流向甲烷。該研究爲稭稈厭氧消化過程菌-炭生物強化研究提供了新的技術方法,並爲稭稈的高效資源化利用提供了理論支撐。 

 本研究得到了國家重點研發計劃課題(2019YFD1100603)、四川省科技計劃項目(2020ZHZY00082020ZYD0222021ZHZY0016)、中科院“西部之光”項目(2018XBZG_XBQNXZ_A_004, 2019XBZG_JCTD_ZDSYS_001)、中國科學院青年創新促進會等的支持。研究成果以硕士研究生解智杰为第一作者、李东研究員为通讯作者发表在Bioresource Technology期刊上。 

 原文鏈接

  稭稈厭氧消化過程菌-炭生物強化研究 


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