白腐菌对玉米秸秆产沼气的试验研究

白腐菌对玉米秸秆产沼气的试验研究

刘庆玉,边义

1

2,3

3,李金洋　

1

(1.沈阳农业大学,辽宁沈阳110161;2.辽阳市农村经济委员会,辽宁辽阳111000;3.辽阳市农村广播电视学校,辽宁辽阳111000)

摘要　[目的]研究白腐菌对玉米秸秆产沼气效果的影响。[方法]采用4株不同的白腐菌在相同的条件下对玉米秸秆进行预处理,预处理后的原料再进行干发酵制取沼气的试验研究。[结果]结果表明:原料以Cv处理后沼气产量最高,纤维素的降解效果最好,其总产气量是42187ml(按60d计),产气率为703.1ml/d,纤维素降解率为54.2%。[结论]木质纤维素降解率越高,沼气产量也越多。关键词　白腐菌;玉米秸秆;沼气;试验研究中图分类号　S216.2　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2008)29-12841-02ExperimentalStudyontheEffectsofWhiteΟrotFungusontheProductionAbilityofMethanewithCornStrawStalkLIUQingΟyuetal　(ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang,Liaoning110161)

Abstract　[Objective]TheaimoftheresearchwastostudytheeffectsofwhiteΟrotfungusontheproductionabilityofmethanewithcornstrawstalk.[Method]FourdifferentwhiteΟrotfungiwasusedtocarryonthepretreatmentunderthesamecondition,afterpretreatmentrawma2terialinthefermentationsystemwasusedtotakemethane.[Result]Theresultsindicatedthat,rawmaterialafterCvprocessinghadhighestmethaneoutput,thecellulosedegenerationeffectwasbest,totaloutputspiritwas42187ml(accordingto60daysideas),gasproductionratewas703.1ml/d,thecellulosedegenerationratewas54.2%.[Conclusion]Thehigherthelignocellulosedegenerationratiowas,themorethemethaneoutput.

Keywords　WhiteΟrotfungus;Cornstrawstalk;Methane;Experimentalstudy　　木质素是细胞壁的主要成分,是地球上含量第二丰富的自然聚合物。但木质素是一种无定形的不易降解的芳香族物质,部分真菌能降解并利用木质素。白腐菌便是少数的能选择性降解木质素的真菌之一,因其腐生在树木或木材上,引起木质白色腐烂而得名化作用而降解木质素

[2]

[1]

恒温培养箱内培养5d,制备固体培养基后将其贮存。

1.3.1.2　液体培养基配制方法。按照制备PDA培养基方法(不加琼脂)制备液体培养基,放于三角瓶内,用接种环取固

体培养基1～2环于三角瓶内,并将其放在水浴振荡器内培养3d。

1.3.2　发酵条件。该试验在厌氧条件下进行,保持发酵浓

。白腐菌通过次生代谢物包括

各种胞外酶、过氧化物酶、二价锰过氧化物酶以及漆酶的催

。白腐菌对木质素的降解分2个步

骤进行:一是白腐菌利用菌丝体对木质素进行吸附;二是白腐菌利用分泌出的过氧化物酶对木质素进行催化氧化反应,从而降解木质素分子。据相关文献报道我国也进行了大量研究。

1　材料与方法

1.1　试验材料　玉米秸秆取自沈阳农业大学试验基地,为

[3-4]

度为20%,中温发酵温度37℃,pH值为7.0,碳氮比调节为

30∶1,原料浓度为100g/L,原料粒径为1～2mm,接种物浓度

为50%。

1.4　测定项目　沼气的测定时间为9:00和17:00,记录当

,对白腐菌的研

究遍及全球,主要包括英、美、法、德、瑞士、瑞典及日本等国,时的环境温度,以其平均温度作为发酵温度试验中温度为

37.2℃。2　结果与分析

2.1　木质纤维素的含量变化　未经过预处理的玉米秸秆和

当年秸秆,粉碎到长度为1～2mm。沼渣取自沈阳农业大学北方“四位一体”生态模式试验基地。4株白腐菌分别是:糙皮侧耳(Pleurotusostreatus),编号为Ps;黄孢原毛平革菌

(Phanerochaetechrysosporium),编号为Pc;杂色云芝(Coriolus

versicolor),编号为Cv;烟管菌(Bjerkanderaadusta),编号为Ba。

沼渣中的木质纤维素的测定结果见表1。玉米秸秆经过Ps、

Pc、Cv、Ba4种白腐菌处理后到发酵结束,原料中的纤维素、

半纤维素、木质素的含量如表2所示。根据表1和表2的测

表1　预处理前原料中木质纤维素的含量

　　Table1　Therawmaterialcontentoflignincellulosebeforepre2

treatment

%

1.2　试验仪器设备　恒温水浴锅,高温灭菌锅,无菌操作

台,恒温培养箱,水浴振荡器等。

1.3　试验方法1.3.1　培养基配制。

1.3.1.1　PDA培养基的配制方法。取去皮马铃薯200g切

材料

Material纤维素

Cellulose40.7040.30

半纤维素

Hemicellulose27.18

30.64

木质素

Lignin19.5020.18

灰分

Ash4.426.92

玉米秸秆Cornstalk沼渣Biogasresidue

成小块,加水煮沸30min后滤去马铃薯块,将滤液补足1000

ml,加葡萄糖20g,琼脂20g溶化后分装,高温蒸汽121～125℃灭菌30min。

表2　不同处理下原料中纤维素、半纤维素与木质素含量　　Table2　Thecontentsofcellulose,hemicelluloseandlignininraw

materialsunderdifferenttreatments

%

将白腐菌在无菌操作台里接种到PDA培养基上,放于

基金项目　农业部农村能源建设项目。作者简介　刘庆玉(1967-),男,内蒙古赤峰人,教授,从事农业生物环

境与能源工程研究。通讯作者,EΟmail:bianyi_2001@sina.com。

收稿日期　2008208204

3处理

TreatmentPsPcCvBa

纤维素

Cellulose39.638.337.532.6

半纤维素

Hemicellulose25.16

23.6331.4433.80

木质素

Lignin25.5333.6225.7428.81

灰分

Ash3.074.182.963.59

12842　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年

定数据可知,经过Ps、Pc、Cv、Ba4种白腐菌处理后的原料,发酵结束后木质纤维素的降解率分别为50.6%、51.4%、

54.2%、54.1%。试验结果表明,经Cv处理后的纤维素降解

产气量是33970.5ml,产气率是566.2ml/d;Cv处理后原料发酵的总产气量是42187ml,产气率是703.1ml/d;Ba处理后原料发酵的总产气量是39271.8ml,产气率是654.5ml/d。

试验结果表明,经Cv处理后的沼气产量最高,其次依次为Ba、Pc、Ps。

3　结论

(1)在同一试验条件下,不同白腐菌处理后产气效果不

率最高,其次依次为Ba、Pc、Ps。

2.2　不同预处理对沼气产量的影响　玉米秸秆经过Ps、Pc、Cv、Ba4种白腐菌处理后,原料发酵的整个过程中沼气产量

与发酵天数(以60d计)的关系用图1表示。试验测得玉米

同。经Cv处理后原料发酵制取沼气的量最高,达到42187ml

(按60d计),产气率是703.1ml/d,其次依次为Ba、Pc、Ps。

(2)在实验室条件下,不同白腐菌处理后木质纤维素的

降解率不同。经Cv处理后的纤维素降解率最高,其次依次为Ba、Pc、Ps。

(3)通过该试验可知,木质纤维素降解率越高,沼气产量

也越多。参考文献

[1]HIGHLEYTL.BiochemicalaspeeisofwhiteΟrotandbrownΟrotdecay[R].

TheInterResCrouponWoodPreserv,1987,DoeumentNo.IRC/WP/1319.[2]王佳玲.白腐菌漆酶的研究进展[J].微生物学通报,1998,25(4):28-29.[3]李慧蓉.白腐真菌的研究进展[J].环境科学进展,1996,4(6):69-77.[4]ANDREF,JAIMER,JUANITAF,etal.BiodegradationofPinusradiate

softwoodbywhiteandbrownrotfungi[J].WorldJournalofMicrobiology&Biotechnology,2001,17:31-34.

图1　沼气产量与不同白腐菌菌株发酵天数关系Fig.1　Therelationbetweenmethaneoutputandfermentation

days

秸秆经过Ps、Pc、Cv、Ba4种白腐菌处理后发酵对沼气产量的影响如下:Ps处理后原料发酵的总产气量(以60d计)是

28893.5ml,产气率是481.6ml/d;Pc处理后原料发酵的总(上接第12834页)

4　结论与讨论

(1)大连沿海比烟台沿海(不包括长岛)大风日数偏多,

早2h。南风增大时,烟台沿海比南隍城要早约1h。南隍城由于下垫面单一,海面阻力较小,风增大时,比沿海站点增幅大,增速快。

3.5　最大风速对比　在抛去时间差因素的前提下,偏北大

风力偏大。蓬莱不仅大风日数少,而且风力偏小。长岛比大连沿海和烟台沿海风多而强。所以,渤海海峡大风的预报应更多地考虑长岛、旅顺等海岛站的情况。

(2)大连沿海以北大风为主,既使春季,旅顺仍以北大风

风(图5)南隍城最大风速一般要比长岛大3～5m/s,比烟台大6～8m/s。一般认为,西南大风,陆地和海面差别不大,甚至大于海面;但从对比可以看出,南隍城最大风速要比蓬莱、长岛大3～6m/s,比烟台大7～9m/s。

居多;烟台沿海春秋季南大风次数明显增多,在冬季,蓬莱的南大风也占据优势。

(3)渤海海峡全年大风的主导风向为NW2NNE。冬季以

偏北大风为主,春季南大风开始占主导地位,夏季以南大风为主,秋季北大风开始占主导地位。

(4)南隍城由于下垫面单一,海面阻力较小,风增大时,

比沿海站点增幅大、增速快,大风日数明显比长岛多,风力比长岛大。偏北大风南隍城一般要比长岛大3～5m/s,比烟台大6～8m/s,西南大风南隍城要比蓬莱、长岛大3～6m/s,比烟台大7～9m/s。渤海海峡大风增大时间存在明显的时间差。北风增大时,大连沿海比南隍城早,南隍城比长岛、蓬莱、烟台早;南风增大时,烟台沿海比南隍城早。参考文献

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27(3):55-57.

[2]黄少军,薛䶮波,石磊,等.渤海海峡客滚船海难事故与大风事件关系

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[3]中央气象局.地面气象观测规范[M].北京:气象出版社,1979:21-27.

图5　2005年1月31日渤海海峡最大风速对比

Fig.5　ContrastofthemaximumwindspeedoverBohaiStraits

atJan.31st,2005