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　　作家单元：1. 东南农林科技大学机器与电子工程学院；2. 东南产业大先生态与情况学院；3. 中华百姓共和国生态情况部华夏情况计划研讨院；4. 东南农林科技大学农业部东南墟落可更生动力开辟使用研讨中间。

　　干玉米秸秆（Dry callus distribute,DCS）凡是以干物资状况用于厌氧消化（aggregationercultusc foreshortenion,AD），但鲜玉米秸秆（firm callus distribute,FCS）很少触及。本领情研讨了低温前提下繁多底物（FCS或DCS）及两种状况秸秆划分与牛粪夹杂厌氧消化的特征。后果解释，FCS单底物厌氧消化的甲烷产率144mL·g−1·VS−1，比DCS单底物和FCS加牛粪夹杂厌氧消化高7.5%和19.6%。FCS构造松散，比DCS更容易降解，好处甲烷急迅天生。在发酵零碎的水解和酸化阶段，Cforfeiteddisembarrassium_subunitsu_demandingo_1,Cforfeiteddisembarrassium_subunitsu_demandingo_7和Sporoscurveina增进无机质合成，致使蒸发性脂肪酸（VFAs）堆集，而品貌高达54.4%的甲烷八迭球菌（Methanoscurveina）激活多功效产甲烷路子，进而制止VFAs对反映零碎的按捺。经过探讨挖掘消化零碎首要编码甲酰甲烷呋喃脱氢酶（K00200-K00203）和四氢甲烷蝶呤S甲基迁徙酶（K00577-K00584）基因，经过抗逆性强的氢生命活动的作用路子产甲烷。与此同时，甲烷八迭球菌还划分编码乙酰磷酸（K13788）和甲基辅酶M复原酶（K04480，K14080和K14081）基因，激活了乙酸生命活动的作用和甲基生命活动的作用产甲烷路子。为了不单底物厌氧消化产生的酸按捺感化新颖秸秆产甲烷效力，本研讨进一步将其与牛粪夹杂消化，在缓冲机能较好的零碎中表明了FCS具备更高的产甲烷后劲。本研讨提议的思绪和论断为高效使用农作物秸秆产甲烷供给了新的路子与迷信根据。

　　天下反面临情况净化和动力欠缺等多重压力，唆使列国追求新手艺来发生可更生动力，进而削减对煤炭、汽油和分解气等现有动力的依靠。可更生动力以其干净、无净化、可更生等长处遭到天下列国的喜爱。在种种可更生动力中，生物资资本约占60%。生物资材料品种庞杂，包罗农作物残留物（如秸秆）、林业烧毁物和乡村固体烧毁物。作物秸秆行动一种潜伏的可更生动力比来遭到了普遍的存眷，由纤维素、半纤维素和木质素构成，构造交联混杂，难以被微生物有用降解。研讨高效、不变、平安的秸秆变化为可更生动力的方式，具备主要旨趣。今朝的利用实际中首要以DCS行动厌氧发酵材料，而FCS更容易降解、无机物资构成富厚且含量高，必须对其甲烷出产后劲和相干的能质变化体制深切摸索和分析评估。本研讨以FCS和DCS行动高固体含量厌氧消化（broad solidified aggregationercultusc foreshortenion,HS-AD）的底物，对其甲烷出产后劲、构造特点、中心代谢产品和微生物代谢停止了研讨和比力。为充发散挥两种秸秆的甲烷出产后劲，进一步将秸秆与牛粪共消化，以均衡单底物厌氧消化产生的酸按捺带来的感化。本研讨为成立迷信公道使用农作物秸秆动力变换战略供给手艺和推行根据。

　　后果解释，FCS零碎具备较高的甲烷产率（图1）。尝试后果解释FCS更大水平地保存了无机化合物。FCS发酵系统中纤维素和半纤维素降解率较着高于DCS发酵系统，这是因为FCS中较高的无机化合物浓度为微生物的代谢供给了富足的生命活动的作用源。是以，FCS零碎的甲烷出产后劲高于DCS零碎。与牛粪的夹杂发酵系统中，因为秸秆本身无机质含量高于牛粪，在必定的反映体积和底物浓度前提下，牛粪的参加下降了反映系统中可以使用无机物总量，进而致使FCS和牛粪夹杂发酵效力低于FCS单底物发酵。

　　图1 产甲烷进程。(a)日CH4产量；(b)CH4百分含量；(c)积累CH4发生量。

　　如图2所示，扫描电子显微镜（SEM）剖析解释FCS外表起皱粗拙且不屈均，而DCS外表纹理丰满且整洁。在FCS出产实践中完美体育网站，秸秆外部过剩水份径直升华，水冰结晶外表有褶皱和迂曲，但孔隙和裂隙构造保存上去，致使物理构造松散多孔。而DCS的天然脱水进程致使结构缩短和细胞陷落变形。是以FCS更容易被微生物降解，进而有用地加强甲烷出产进程。傅里叶变更红外光谱（FTIR）剖析申明两者木质素与组分中化学基团根本稳定，解释其不是引发FCS和DCS甲烷发生差别的首要身分。另外，力学机能剖析解释DCS的份子间构造更精细，张应力大，份子构造不容易被粉碎。而FCS的构造比力疏松，份子间齐集度不高，申明其纤维构造更容易消解，这是FCS具备较高的甲烷出产后劲的主要缘由。

　　图2外表微观层次构造变革的后果。(a)新颖玉米秸秆的SEM图象(*1000)；(b)枯燥玉米秸秆的SEM图象(*1000)；(c)玉米秸秆的FTIR谱图。

　　为提醒FCS和DCS的高固体含量厌氧发酵（HS-AD）零碎之间CH4产量差别的内涵缘由，经过VFAs、pH、TAN和FAN剖析AD的机能（图3），在厌氧发酵实践中pH值低于大多半产甲烷菌的适合pH值规模（6.8‒7.5）将会致使零碎短时间酸化。跟着发酵反映停止，HS-AD零碎发扬本身调理感化，酸化景象逐步加重。后果解释，各HS-AD消化系统中蒸发性脂肪酸的首要构成为乙酸，其次为丁酸和丙酸。本研讨中，不管是单底物仍是夹杂消化，与DCS比拟，FCS都生活长久的酸化景象，感化了CH4的发生，并致使峰值工夫滞后。另外，与DCS比拟，较高浓度的VFAs行动FCS中的首要前体有助于更高的产甲烷后劲。尝试后果解释，FCS厌氧消化零碎对无机物的降解率较高，揣度FCS零碎粗卵白、小份子无机酸等微生物代谢产品的浓度高于DCS零碎，好处CH4出产效力。

　　经过研讨HS-AD不变期和末期细菌群落的构成和百般性，与FCS零碎比拟，DCS零碎的细菌群落百般性较高但其细菌功效表示遭到按捺。此中，厚壁菌门等细菌宁可他菌群在AD中具备较着配合感化，增进中心代谢产品的发生和代谢，为产甲烷供给了前提。因为DCS零碎中相干细菌绝对品貌较小，进而感化了中心代谢产品的变化，导致产甲烷活性下降。经过联系关系收集剖析和功效展望挖掘首要的产甲烷菌顺次是甲烷八迭球菌、甲烷球菌、甲烷短杆菌和甲烷嗜酸球菌。

　　鉴于以上四组HS-AD中心代谢产品和微生物群落构成的剖析，劣势物种的微生物彼此感化和代谢路子大概生活光鲜差别。对每组宏基因组，编码代谢功效的基因占主宰职位，在单底物AD中，最富厚的代谢范例是碳水化合物代谢。而FCS零碎中介入碳代谢和CH4变化、核苷酸代谢、聚糖生物分解和代谢的基因绝对高表示，增进CH4发生。而且后果解释FCS的HS-AD零碎中生活更多的氢生命活动的作用路子。甲烷八迭球菌等菌属险些含有氢生命活动的作用路子的通盘酶，偏向于使用H2和dioxide分解CH4，甲烷八迭球菌具备将甲醇和甲胺变化为CH4的才能。另外，本研讨挖掘一类甲烷曲霉菌属含有效于完备甲基生命活动的作用路子的通盘酶，解释其可经过甲基生命活动的作用代谢路子发生CH4。

　　本研讨表明了FCS厌氧消化零碎的甲烷产率（144mL·g−1·VS−1）比DCS高7.5%。与DCS发酵零碎比拟，起首，FCS的外表构造更好处纤维素降解；其次，蒸发性固体、粗卵白质浓度和纤维素降解率较高，与CH4发生后劲呈正相干；第三，前述两个特点目标与HS-AD实践中微生物的代谢勾当紧密亲密相干。厚壁菌门的Cforfeiteddisembarrassium_subunitsu_demandingo_1和Cforfeiteddisembarrassium_subunitsu_demandingo_7等宁可它细菌经过配合代谢联系，增进反映零碎的酸化。产甲烷菌以乙酸型、氢型、甲基型等多种生命活动的作用路子的配合体例顺应高酸性情况，能实时将中心产品变化为CH4。甲烷八迭球菌属兼具多种生命活动的作用路子，首要经过氢生命活动的作用型产甲烷路子发扬主宰感化，有用制止了VFAs适量堆集对CH4天生进程的按捺。本研讨解释，在低温、高OLR前提下，采取单底物FCS是一种比较合适的体例，为作物秸秆高效厌氧产CH4供给了主要调控根据。