水稻秸稈固態厭氧消化研究獲得進展

2021-02-22 中科院之聲

中國是農業生產大國，農作物秸稈資源非常豐富，但資源化利用率卻很低。這些作物秸稈富含木質纖維素，難以生物降解，大部分被直接丟棄或焚燒，這不僅造成了資源的浪費，而且對環境造成了巨大汙染。

　　

厭氧消化技術是指通過微生物的作用將有機物質分解代謝產生甲烷、二氧化碳、水等物質的過程。目前研究多聚焦在液態溼式厭氧消化工藝，對固態厭氧消化的研究卻較少。液態厭氧消化有發酵狀態穩定、甲烷產量高、發酵技術成熟等較為明顯的優點；但同時其發酵設備較大、佔地面積較大、用水較多、處理能力有限、後續沼液處理成本較高等缺點也較為突出。而固態厭氧消化具有設備簡單、佔地小、處理量大、用水少等優點，因此，農作物秸稈進行固態厭氧消化，可以實現沼氣和有機肥聯產，具有非常廣闊的應用前景。但固態厭氧消化也存在著較多的技術難題，其中溫度是制約固態厭氧消化的一個關鍵因素。

　　

中國科學院成都生物研究所閆志英項目組碩士研究生劉楊研究了在不同溫度下水稻秸稈固態厭氧消化產沼氣的特性和其微生物群落的變化。研究發現高溫（55℃）條件下，水稻秸稈厭氧消化產甲烷量比中溫（35℃）條件下提高了20.38%，厭氧消化周期縮短41.38%，顯示出極高的厭氧消化效率。此外高溫條件下，厭氧微生物群落結構發生了較大的變化，尤其是厚壁菌門的豐度，發生了極其顯著的變化。這是因為厚壁菌門中的很多細菌都有分解纖維木質素的基因並能表達相應的酶。高溫條件下，厚壁菌門呈現出極高的豐度，其中細菌對水稻秸稈的分解速度極快，而厭氧消化過程中的限速步驟主要在水解過程，這極大地促進了產甲烷過程的效率，也是高溫條件比中溫條件厭氧消化效率高的原因。根據研究結果提出了一套適用於農作物秸稈無害化、資源化管理策略，為利用固態厭氧消化處理秸稈等農業廢棄物提供科學依據和奠定了基礎。

　　

該研究得到四川省重大科技項目（No. 2018SZDZX0024）、中科院戰略生物資源服務網絡計劃（No. KFJ-BRP-009）和寧夏農林科學院對外科技合作項目（NO.DW-X-2018011）的支持。

　　

相關結果發表在Bioresource Technology上。

來源：中國科學院成都生物研究所


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