稻田土壤氧化态有机碳组分变化及其与甲烷排放的关联性

稻田土壤有机碳是甲烷排放的关键底物之一,不同研究者由于采取的有机碳研究方法不同而得出稻田甲烷排放与土壤有机碳关系的结论不一.为明确影响稻田甲烷排放的土壤有机碳组分,设计了稻田施用不同外源有机碳(稻草还田、鸡粪和猪粪)的田间试验,对稻田甲烷排放和土壤有机碳组分的动态变化及其关联性进行监测和分析.结果表明,猪粪处理的甲烷排放与化肥处理无显著差异,而鸡粪和稻草2个处理的甲烷排放分别比化肥增加1.67倍(P＜0.05),2.69倍(P＜0.05);甲烷排放量与土壤易氧化有机碳含量显示相同顺序:稻草＞鸡粪＞猪粪＞化肥;通径分析表明,土壤易氧化有机碳组分1(被33 mmol/L KMnO4氧化的有机碳)与甲烷排放直接相关,其他有机碳组分仅通过组分1间接作用于水稻生育后期甲烷排放,且排放量较低.由此推断,易氧化有机碳组分1是甲烷排放的主要底物,通过有效措施降低肥源中易氧化态有机碳组分1是减排甲烷的关键技术之一.     

农业废弃物分解产生CO2的影响因素研究

在正交预备试验得出有机废弃物分解产生CO2适宜条件的基础上,逐一进行单因子试验,以获得利用农业废弃物分解产生的CO2进行棚室栽培CO2施肥的最适发酵条件,结果表明,利用有机废弃物(稻草+猪粪)生物发酵产生CO2的最佳条件分别为：温度50℃、含水量70％、初始pH6．0～7．0．初始C／N比因发酵目的不同有较大变化,以堆肥为目的时为30／1,而以产生CO2为目的时,则以40／1为宜,在4个因素中,初始C／N比和含水量对CO2释放的影响较大,其次是温度,初始pH的影响最小。     

绿色木霉ZY-1固态发酵产纤维素酶

利用筛选的绿色木霉ZY-1（Trichoderma viride ZY-1）固态发酵产纤维素酶,采用稻草和麸皮为底物,考察稻草与麸皮比例随发酵时间对产酶的影响。结果表明：底物中,在m（稻草）：m（麸皮）为0：5和1：4时,发酵48h,pH保持4．5左右,还原糖量急剧上升,胞外蛋白产量最低;仅以稻草作底物时,整个发酵过程中pH约为7,还原糖量最低,胞外蛋白产量较高而滤纸酶活、羧甲基纤维素酶（CMCase）和β-葡萄糖苷酶（β-Gase）酶活均较低;在m（稻草）：m（麸皮）为3：2时,发酵96h,滤纸酶活达最大值5．01U／g干曲;m（稻草）：m（麸皮）为1：4时,发酵96h,β-Gase酶活达最大值4．6U／g干曲;m（稻草）：m（麸皮）为4：1时,发酵72h,CMCase酶活达最大值6．01U／g干曲。因此,底物中存在适量的稻草和麸皮有利于Trichoderma viride ZY—1产纤维素酶。     

牲畜粪便与麦秆混合厌氧发酵的产气量、发酵时间及最优温度

探索牲畜粪便与作物秸秆混合发酵的产气量和发酵时间与发酵温度之间的关系,是解决农村户用沼气原料选择、确定最优发酵温度和提高农作物秸秆资源化利用效率的关键.采用可控型恒温发酵装置,以猪粪、牛粪和麦秆作为发酵原料,以常温厌氧发酵池的底物为接种物,在总固体（total solid,TS）质量分数为8%的条件下进行批量试验,研究了混合发酵的产气量、发酵时间及最优温度.结果表明：粪便与麦秆混合发酵明显提高了原料的产气效率,其中猪粪与麦秆混合发酵的累积产气量比猪粪作为单一发酵原料高24倍,而牛粪与麦杆混合发酵的累积产气量与单一牛粪无显著差异.猪粪、牛粪与麦秆混合发酵的最优温度均在30 ℃以上,发酵时间在60 d左右.厌氧发酵的发酵时间不总是随着温度的升高而缩短,单一以温度来断定厌氧发酵时间的长短是不可行的.     

赤子爱胜蚓对不同猪粪和秸秆的分解作用

通过赤子爱胜蚓对发酵后猪粪(粮食猪粪、饲料猪粪)和秸秆(水稻秸秆、玉米秸秆)及其不同质量比例(1∶1或3∶1)混合物料进行摄食分解后,对物料前后及不接种赤子爱胜蚓的对照样品理化性质进行分析,发现赤子爱胜蚓处理90 d后的不同物料质量均减少,减少的质量显著多于不接种蚯蚓的对照处理(P＜0.01).赤子爱胜蚓对猪粪与秸秆混合物料的分解量多于纯猪粪和纯秸秆(P＜0.01).猪粪与玉米秸秆的混合物,经蚯蚓处理后,混合物料减少的质量显著多于猪粪与水稻秸秆混合物中物料减少的质量(P＜0.05).经蚯蚓处理后,饲料猪粪混合比例为3∶1的物料质量损失显著多于混合比例为1∶1的物料质量损失(P＜0.01),而粮食猪粪混合比例为1∶1的物料质量损失与混合比例为3∶1的物料质量损失差异不显著(P＞0.05).接种赤子爱胜蚓后,物料的全氮和速效氮、全磷和速效磷以及全钾和速效钾的含量增加,有机质和pH值降低.粮食猪粪和玉米秸秆以质量1∶1的比例进行混合物料的有机质、速效氮、速效磷和速效钾含量变化幅度最大,表明赤子爱胜蚓对此混合物料的分解作用最大.本研究可为猪粪和作物秸秆的资源化利用提供理论依据.     

三菌混合固态发酵产纤维素酶

以稻草粉和麸皮为主要原料,对白腐菌(White-rot fungi) NS75、黑曲霉(Aspergillus niger)NS83和絮凝酵母(Saccharomyces cerevisiae)SP5混合菌固态发酵产纤维素酶进行研究.实验结果显示,在白腐菌和黑曲霉双菌混合培养2d后接入絮凝酵母,培养到第7d产酶达到峰值;三菌混合发酵产纤维素酶酶活明显高于白腐菌和黑曲霉双菌混合培养,其β-葡萄糖苷酶(β-G)和羧甲基纤维素酶(CMCase)酶活比白腐菌(White-rot fungi) NS75和黑曲霉(Aspergillus niger)NS83双菌发酵产酶分别提高了143.3％和68.2％.单因素实验和正交实验结果表明,当稻草粉麸皮质量比为8∶2,料水比为1∶2,白腐菌NS75、黑曲霉NS83和絮凝酵母SP5的接种比例为1:2∶1.5 (v/v/v)时,于30℃培养7d,固态发酵基中β-G和CMCase酶活分别达到62305 U/g和30241 U/g.     

不同生境微生物转化H2/CO2产乙酸及其在合成气发酵中应用

【目的】合成气发酵对大力开发可再生资源和促进国家可持续发展具有重要意义,研究旨在探究不同生境微生物转化H2/CO2产乙酸及其合成气发酵的潜力。【方法】采集剩余污泥、牛粪、产甲烷污泥和河道底物样品在中温(37 °C)条件下生物转化H2/CO2气体,将来源于牛粪样品的H2/CO2转化富集物用于合成气发酵,通过454高通量技术和定量PCR技术分析复杂微生物群落的组成,GC气相色谱法检测气体转化产生的挥发性脂肪酸(VFAs)浓度。【结果】牛粪和剩余污泥微生物利用H2/CO2气体生成乙酸、乙醇和丁酸等,最高乙酸浓度分别为63 mmol/L和40 mmol/L,明显高于河道底物和产甲烷污泥样品的最高乙酸浓度3 mmol/L和16 mmol/L。牛粪和剩余污泥微生物中含有种类多样化的同型产乙酸菌,剩余污泥中同型产乙酸菌主要为Clostridium spp.、Sporomusa malonica和Acetoanaerobium noterae,牛粪中则为Clostridium spp.、Treponema azotonutricium和Oxobacter pfennigii。【结论】同型产乙酸菌的丰富度和数量两个因素都对复杂微生物群落转化H2/CO2产乙酸效率至关重要;转化H2/CO2得到的富集物可用于合成气发酵产乙酸和乙醇,这为基于混合培养技术的合成气发酵提供了依据。     

同步糖化发酵菊芋生产酒精

以黑曲霉A-15形成的菌丝球作为载体对酿酒酵母C-15进行固定化,研究各种因素对黑曲霉A-15菌丝球吸附率的影响。结果表明:在40℃、80 r/min、菌种个数混合比例为1∶10时,菌丝球对酵母的吸附可达到66.9%;以菊粉为底物,利用混合菌丝球进行同步糖化与发酵,30℃发酵48 h,发酵醪酒精体积分数达到12.8%,并且混合菌丝球可以耐受19%的酒精。     

北方玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵条件

为了提高中国北方地区秸秆厌氧发酵产气效果,将秸秆与猪粪混合来进行厌氧发酵研究.在接种物量为20%、总固体发酵物浓度控制为10%的条件下,分别研究了温度(25℃、35 ℃)、玉米秸秆与猪粪质量比(1:1、1.5:1、2:1)、秸秆粒径(<1 cm、1～3 cm、5～10 cm)对玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产气效果的影响....     

温度对甲烷产生和氧化的影响

综述了温度对土壤产甲烷和氧化甲烷的影响及其机制．温度主要通过土壤中产甲烷菌的优势菌发生更替来改变土壤的产甲烷能力．较高温条件下产甲烷菌以乙酸和H2／CO2都能利用的甲烷八叠球菌(Methanosarcinaceae)为主,使得土壤处于较高的产甲烷状态．较低温条件下产甲烷菌以只能利用乙酸的甲烷毛菌(Methanosaetaceae)为主,土壤形成甲烷的能力相对较弱．温度提高可以显著地增加甲烷的产生,Q10为1．5-28,平均4．1,但是温度效应明显受控于底物浓度,提高底物浓度降低了产甲烷菌对底物的亲和力,相应地增加了度效应,因此在较低温条件下提高底物浓度可以促进甲烷的产生．温度对大气甲烷氧化的影响弱于产甲烷,甲烷氧化菌较少受温度变化的影响,即便在较低温条件下,土壤也具有一定的氧化大气甲烷能力,原因尚不清楚,可能与甲烷氧化菌对大气甲烷具有较高的亲和力有关,有待进一步研究．     

基于GET技术的混合厌氧发酵产甲烷研究

GET是一种国外新研发的在田间利用秸秆进行甲烷生产的技术。为了推动该技术在我国的实际应用,本研究以稻草与牛粪为发酵原料,水稻田土壤作为基底,采用正交试验法,测试了温度、发酵基质配比（稻草∶牛粪）和秸秆腐熟剂浓度对混合厌氧发酵产气量的影响。结果表明：各处理因子的产气动态呈“S”型增长模式,但在快速增长时间和增长幅度上有一定区别。30 ℃和40 ℃处理的累积产气量显著高于10 ℃和20 ℃处理的累积产气量;发酵基质配比以1∶1处理的累积产气量最大,分别比1∶0（对照）、1∶2和1∶3配比高34.12%、20.39%和21.78%;秸秆腐熟剂浓度的产气效果在实验范围内随着浓度的增加而增加。厌氧发酵过程中各实验因子下挥发性脂肪酸（VFAs）含量和pH在20 d左右分别有一个高峰和低谷值且都有较大差异,各因子主要是通过在这个时期对厌氧发酵进程的影响而对整个产气量产生影响。综合分析显示稻草厌氧发酵产生物甲烷的最优组合为：温度30 ℃、发酵基质配比1∶1、秸秆腐熟剂浓度8%。     

开放条件下高聚β-羟基丁酸酯含量的甲烷氧化混合菌群的富集

目的:在开放条件下以甲烷为底物富集高聚β-羟基丁酸酯(PHB)含量的甲烷氧化菌群,获得能够利用低成本碳源高产PHB的菌种。方法:采用丰盛-饥饿模式间歇供料,以甲烷为底物,好氧开放式培养甲烷氧化混合菌群,利用苏丹黑染色法动态检测丰盛和饥饿阶段胞内PHB含量的变化,以此为基础考察丰盛-饥饿期比例对富集高PHB含量的甲烷氧化菌群的影响。结果:丰盛-饥饿期比例为1∶3时,微生物PHB含量从17.7%增加到35.5%,且开放培养过程中菌群结构稳定。结论:通过丰盛-饥饿模式间歇供料开放式培养所得的高PHB含量的稳定的甲烷氧化菌群,具有工业生产PHB的应用价值。     

一个木聚糖降解菌群的分离及木聚糖酶酶学性质分析

为从环境中分离出能够降解木聚糖的微生物,利用富集培养法从猪粪与甘蔗叶混合发酵堆肥中分离到一个具有木聚糖降解能力,能够利用玉米芯作为惟一碳源的混合菌群。高通量测序分析发现该菌群具有丰富的微生物多样性,其中未知微生物的含量约为50.8%。该菌群发酵液中的木聚糖酶在以AZO-xylan (Birchwood)为底物时,其最适反应温度为55℃,最适反应pH为8.0,在55℃以下能够保持很好的稳定性。重要的是,该菌群的发酵液能够直接水解玉米芯生产木三糖和木四糖,从而省去了碱处理玉米芯制备木聚糖的步骤,进而降低了环境污染以及生产成本。     

一株厌氧纤维素分解细菌的分离和鉴定

从猪粪、玉米秸作原料的甲烷发酵瓶中,分离到一株中温厌氧纤维素分解细菌。在纸浆纤维素琼脂滚管中的表层菌落为圆形,具有不规则边缘,深层菌落为扩散形。菌落白色或淡黄色,周围溶纤维素透明圈的直径一般可达10一30mm。细胞革兰氏染色阴性,稍弯杆状,0．6一0.8×2—5．5μm(活细胞),具有周生鞭毛,能运动。芽孢卵至球形、端生(有时次端生),直径1—1．2×1—1．5μm。最适生长温度35一40℃,最适pH7．0—7．5。DNA的G+C含量为35mol％(热变性中点方法)o该菌利用木聚糖、纤维二糖、淀粉、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖、麦芽糖和七叶苷。用纤维素或葡萄糖发酵,产物有氢、二氧化碳、乙醇、乙酸、丁醇和丙酮酸。该菌株与c菌株十分相似“’,认为它们是同一个种。     

土壤食细菌线虫的原位富集培养方法

采用两种孔径的尼龙网袋（1mm和5μm）,将盆钵供试土壤分成内外两层,内层土壤混合猪粪或稻草,并以不添加猪粪和稻草的供试土壤作为空白;外层直接接入供试土壤,进行培养,以获取土著食细菌线虫大量富集的试验土壤。结果表明：添加基质（猪粪和稻草）显著地促进了土壤线虫的繁殖,大量繁殖的线虫通过1mm网袋迁移至外层未加基质的土壤,而采用5μm网袋则限制了线虫向外层土壤的迁移。添加猪粪的1mm网袋处理经过28d培养后,外层土壤线虫数是空白处理的9．1倍;添加稻草的1mm网袋处理经过35d培养后,外层土壤线虫数是空白处理的5．9倍。添加两种基质的5μm网袋处理,外层土壤线虫数和空白处理差异不大。添加基质主要是促进了食细菌线虫的繁殖,在培养结束时,添加猪粪的1mm网袋处理的食细菌线虫比例达到98．2％,添加稻草的1mm网袋处理的食细菌线虫比例达到90．5％,两个处理食细菌线虫的总数分别是空白处理的14．8倍和8．9倍,并且主要是Protorhabditis sp．线虫的增加。     

一种基于强化CO2固定反应提高谷氨酸转化率的育种策略

鉴于强化CO2固定反应可以提高谷氨酸转化率,该实验通过紫外线(UV)及亚硝基胍(NTG)逐级对谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)ATCC13761进行诱变来减弱丙酮酸的非目的代谢支路、提高CO2固定反应的底物(ATP)水平来强化CO2固定反应,成功筛选出一株氟丙酮酸(FP)敏感型、磺胺胍(SG)抗性突变株,该突变株在适宜的金属离子浓度下30℃发酵36h,谷氨酸转化率最高可达到65.8%,比出发菌株提高19.2%,并具有良好的遗传稳定性.     

农业废弃物分解产生CO2的影响因素研究

在正交预备试验得出有机废弃物分解产生CO₂适宜条件的基础上,逐一进行单因子试验,以获得利用农业废弃物分解产生的CO₂进行棚室栽培CO₂施肥的最适发酵条件.结果表明,利用有机废弃物(稻草+猪粪)生物发酵产生CO₂的最佳条件分别为:温度50℃、含水量70%、初始pH6.0～7.0.初始C/N比因发酵目的不同有较大变化,以堆肥为目的时为30/1,而以产生CO₂为目的时,则以40/1为宜.在4个因素中,初始C/N比和含水量对CO₂释放的影响较大,其次是温度,初始pH的影响最小.     

有机物料减轻设施连作黄瓜苗期病害的微生物效应

在黄瓜已感染立枯病、枯萎病的连作土壤上,接种病原菌菌丝,施入3种不同组分有机物料(稻草、木屑、猪粪),分别用1％、2％、3％3种用量研究不同有机物料减轻黄瓜枯萎病、立枯病的效果．结果表明,抗病效果为稻草>猪粪>木屑处理,并随其用量的增加抗病效果更好．土培试验结果表明,增施有机物料后土壤中细菌、氨化细菌、放线菌、真菌数量增加．中稻草和猪粪对土壤微生物区系的影响大于木屑．施用稻草后不仅土壤细菌、真菌数量增加,而且放线菌数量最高,青霉、木霉成为真菌的优势种属．施用猪粪后土壤细菌数最多,以假单孢菌、芽孢杆菌为优势种属,真菌数也增多．木屑处理的细菌、放线菌、真菌数量增加较少,但随着施入时间延长效果增强．     

稻草覆盖对冬闲稻田二氧化碳通量的影响

通过研究稻草覆盖对土壤含水量、土壤温度及田间杂草生长的影响,探讨了亚热带红壤性稻田生态系统冬闲期稻草覆盖对CO2通量的影响及其机理.结果表明:稻草覆盖主要通过两个途径影响冬闲稻田的CO2通量:一是稻草覆盖对土壤温度有正效应,使稻田生态系统CO2排放量显著增加,试验期间覆盖处理平均净排放1.99 g CO2·m-2·d-1,而对照处理平均净吸收2.68 g CO2·m-2·d-1,两者差异达极显著水平(P《0.01);二是稻草覆盖使田间杂草的生物量及其吸收的光合有效辐射显著减少, 导致覆盖处理白天CO2排放量提高.稻草覆盖处理土壤表层(0～15 cm)相对含水量比无覆盖处理提高了9%以上,但未对CO2通量的变化产生显著影响.     

稀碱预处理棕榈残渣制备纤维乙醇

以棕榈残渣(Empty fruit bunch,EFB)为原料,通过预处理、酶解、发酵等过程制备纤维乙醇.首先对比了碱、碱/过氧化氢等预处理条件对棕榈残渣组成及酶解的影响,结果表明稀碱预处理效果较好.适宜的稀碱预处理条件为:NaOH浓度为1％,固液比为1∶10,在40℃浸泡24 h后于121℃下保温30 min,在该条件下,EFB的固体回收率为74.09％,纤维素、半纤维素和木质素的含量分别为44.08％、25.74％和13.89％.对该条件下预处理后的固体样品,以底物浓度5％、酶载量30 FPU/g底物酶解72 h,纤维素和半纤维素的酶解率分别达到84.44％和89.28％.进一步考察了酶载量和底物浓度对酶解的影响以及乙醇批式同步糖化发酵,当酶载量为30 FPU/g底物,底物浓度由5％增加至25％时,利用酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae(接种量为5％,VIV)发酵72 h后乙醇的浓度分别为9.76 g/L和35.25 g/L,可分别达到理论得率的79.09％和56.96％.