甜瓜莖葉不同部位及其與玉米秸稈混合物的厭氧發(fā)酵特性

王　蕾，邱　凌，王玉瑩，張容婷，潘君廷

(1 西北農(nóng)林科技大學(xué) a 農(nóng)學(xué)院，b 機械與電子工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2 農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用西部實驗站，陜西 楊凌 712100)

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甜瓜莖葉不同部位及其與玉米秸稈混合物的厭氧發(fā)酵特性

王蕾1a,2，邱凌1b,2，王玉瑩1a,2，張容婷1b,2，潘君廷1b,2

(1 西北農(nóng)林科技大學(xué) a 農(nóng)學(xué)院，b 機械與電子工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2 農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用西部實驗站，陜西 楊凌 712100)

【目的】 研究甜瓜莖葉厭氧發(fā)酵的產(chǎn)氣特性和潛力?！痉椒ā?在溫度(35±1) ℃、總固體含量為80 g/kg、菌種比例30%條件下，分別以甜瓜莖、甜瓜葉和甜瓜整株莖葉及其與玉米秸稈的混合物為原料，進行批量厭氧消化試驗，測定厭氧發(fā)酵過程中日產(chǎn)氣量、累積產(chǎn)氣量、甲烷體積分?jǐn)?shù)以及TS產(chǎn)氣率和VS產(chǎn)氣率?！窘Y(jié)果】 甜瓜莖的TS產(chǎn)氣率和累積產(chǎn)氣量均最高，分別為297.6 mL/g和10 618.5 mL，甜瓜葉的TS產(chǎn)氣率和累積產(chǎn)氣量均最低，分別為235.8 mL/g和8 427.5 mL，甜瓜整株莖葉的TS產(chǎn)氣率和累積產(chǎn)氣量居中，分別為256.9 mL/g和 9 173 mL。添加玉米秸稈使甜瓜葉和甜瓜整株莖葉的累積產(chǎn)氣量分別增加了22.9%和13.9%，甜瓜莖的累積產(chǎn)氣量減少了15%；使甜瓜莖、甜瓜葉、甜瓜整株莖葉的發(fā)酵時間分別延長了7，11，10 d?！窘Y(jié)論】 甜瓜莖葉不同部位均具有良好的產(chǎn)氣潛力，添加玉米秸稈提高了甜瓜葉和整株的TS產(chǎn)氣率，降低了甜瓜莖的TS產(chǎn)氣率。

甜瓜莖葉；玉米秸稈；厭氧發(fā)酵；沼氣

根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)2011年度的統(tǒng)計，甜瓜的世界播種面積約為1 144萬hm2，中國占 36.96%[1]。甜瓜產(chǎn)業(yè)作為一項促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)成為我國增加農(nóng)民收入、優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的有效途徑之一[2]。與此同時，甜瓜莖葉作為農(nóng)業(yè)廢棄物被棄之田間地頭，或就地焚燒，對農(nóng)業(yè)環(huán)境造成一定的污染。利用厭氧發(fā)酵技術(shù)處理這種廢棄物[3]，是實現(xiàn)甜瓜莖葉“變廢為寶”的一條有效途徑。

發(fā)酵原料的生物學(xué)結(jié)構(gòu)及營養(yǎng)組成不同使得發(fā)酵原料不同部位具有不同的發(fā)酵特性。甜瓜莖葉作為發(fā)酵原料具有一定的產(chǎn)氣潛力[4]。羅艷等[5]在研究互花米草不同部位厭氧發(fā)酵特性時發(fā)現(xiàn)，互花米草的產(chǎn)氣率大小為葉>整株>莖；葉小梅[6]研究水葫蘆不同器官的厭氧發(fā)酵特性時發(fā)現(xiàn)，葉片的產(chǎn)甲烷潛力最高，其次為莖，根最低；柳新偉[7]研究發(fā)現(xiàn)，蘆葦葉片的分解速度較快，莖稈較慢，葉鞘居中。將2種或2種以上的有機物混合發(fā)酵產(chǎn)沼氣，可以提高反應(yīng)系統(tǒng)中營養(yǎng)元素的平衡，增強微生物的協(xié)同效應(yīng)，提高原料的產(chǎn)氣量，這是近年來的研究熱點之一。羅濤等[8]研究發(fā)現(xiàn)，適量添加聚合草對豬糞厭氧發(fā)酵有促進作用；李文靜等[9]在研究雞糞與水稻秸稈混合厭氧發(fā)酵時發(fā)現(xiàn)，兩者質(zhì)量比為1.86∶1時可獲得最大累積產(chǎn)氣量；李繼紅等[10]研究玉米秸稈與土豆混合發(fā)酵時發(fā)現(xiàn)，將易生物降解的原料作為秸稈混合厭氧發(fā)酵底物可以提高秸稈轉(zhuǎn)化效率。作為厭氧發(fā)酵原料，玉米秸稈碳氮比高，較難分解轉(zhuǎn)化；而甜瓜莖葉碳氮比低，容易分解，從營養(yǎng)調(diào)控角度出發(fā)，將兩者混合發(fā)酵可能會調(diào)節(jié)微生物營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，但這方面研究國內(nèi)外鮮有相關(guān)報道。

因此，本試驗以自然風(fēng)干甜瓜莖葉為發(fā)酵原料，系統(tǒng)地研究了甜瓜莖、葉及莖葉整體的發(fā)酵潛力，并進一步研究了不同部位甜瓜莖葉與玉米秸稈混合后的厭氧發(fā)酵規(guī)律，以期為甜瓜莖葉厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣提供參考。

1　材料與方法

1.1試驗材料

甜瓜莖葉取自陜西省楊凌現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)基地，取回后莖、葉分離，經(jīng)自然風(fēng)干后用粉碎機分別粉碎備用。玉米秸稈取自楊凌沼氣示范村崔西溝，風(fēng)干后粉碎備用。

沼氣發(fā)酵菌種為農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用西部實驗站沼氣發(fā)酵實驗室厭氧發(fā)酵底物，加鮮豬糞馴化10 d后獲得。試驗原料及菌種理化特性見表1。

表 1　試驗原料及菌種理化特性Table 1　Physical and chemical characteristics of raw materials and inoculation

1.2實驗裝置

厭氧發(fā)酵實驗裝置由農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用西部實驗站沼氣發(fā)酵實驗室研發(fā)，主要由發(fā)酵瓶(1 000 mL三角瓶)、集氣瓶(1 000 mL三角瓶)、集氣壺(2.5 L塑料壺)、恒溫水浴搖床等部分構(gòu)成。

1.3試驗設(shè)計

試驗采用批量厭氧發(fā)酵方式，在(35±1) ℃下進行。根據(jù)發(fā)酵原料的不同，試驗設(shè)置A、B、C、H1、H2、H3和CK 7組，分別代表甜瓜莖、甜瓜葉、甜瓜整株莖葉、甜瓜莖+玉米秸稈、甜瓜葉+玉米秸稈、甜瓜整株莖葉+玉米秸稈和對照組，具體試驗方案見表2。添加玉米秸稈使得H1、H2、H3組的 C/N為19∶1。每組原料總固體含量為80 g/kg，菌種比例30%(沼氣菌種質(zhì)量占總發(fā)酵液的質(zhì)量分?jǐn)?shù))，每組處理重復(fù)2次，發(fā)酵過程中每隔1 d手動攪拌1次。

表 2　甜瓜莖葉不同部位及其與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵試驗方案Table 2　Experimental plan for different parts of muskmelon and mixtures with corn straw　 g

1.4測定指標(biāo)與方法

1)總固體(Total solid，TS)含量。TS含量采用烘干法[11](電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，DGG-9140A型，上海森信實驗儀器有限公司)測定。

2)揮發(fā)性固體(Volatile solid，VS)含量。VS含量采用600 ℃煅燒法(箱式電阻爐，SX2-4-10，濟南精密科學(xué)儀器儀表有限公司)測定。

3)日產(chǎn)氣量。采用排水集氣法，每日固定時間用量筒測量集氣壺排出的水的體積，即為日產(chǎn)氣量。

4)甲烷體積分?jǐn)?shù)。通過Gasboard-3200L沼氣分析儀(武漢四方光電科技有限公司)檢測甲烷體積分?jǐn)?shù)。

5)TS產(chǎn)氣率和VS產(chǎn)氣率。TS產(chǎn)氣率和VS產(chǎn)氣率分別指單位原料干物質(zhì)產(chǎn)氣率和單位原料揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)氣率[12]，計算公式如下：

(1)

(2)

6)新鮮原料產(chǎn)氣率。新鮮原料產(chǎn)氣率指單位質(zhì)量原料的產(chǎn)氣量。

(3)

2　結(jié)果與分析

2.1甜瓜莖葉不同部位及其與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量的變化

2.1.1甜瓜莖、葉厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量甜瓜莖葉不同部位厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量變化如圖1所示。由圖1可以看出，甜瓜莖葉不同部位厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量變化曲線相似，均為先下降后上升再緩慢下降直至發(fā)酵結(jié)束。發(fā)酵啟動后第1 天，甜瓜莖厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量出現(xiàn)第一個高峰，峰值為1 157 mL；接著日產(chǎn)氣量下降，進入產(chǎn)氣停滯期，直到第17天產(chǎn)氣量才開始上升；第28、44天日產(chǎn)氣量分別出現(xiàn)第二、第三個高峰，峰值分別為702，275 mL。甜瓜葉厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量于啟動后第2天出現(xiàn)第一個高峰，峰值為456.5 mL，第二個高峰出現(xiàn)在第15天，峰值為 572.5 mL，較甜瓜莖提前13 d。甜瓜整株莖葉厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量第一個高峰出現(xiàn)在啟動后第1天，峰值為585 mL，第15天出現(xiàn)第二個高峰，峰值為 664.5 mL。

圖 1甜瓜莖葉不同部位厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量的變化

Fig.1Variation of daily gas production of different parts of muskmelon during anaerobic fermentation

2.1.2甜瓜莖葉與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量甜瓜莖葉不同部位與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量變化如圖2所示。由圖2可以看出，3組原料均出現(xiàn)3個產(chǎn)氣高峰。 H1組日產(chǎn)氣量第一個高峰出現(xiàn)在第1 天，峰值為410 mL，第二、三個高峰分別出現(xiàn)在第36，48天，峰值分別為750，360 mL，較甜瓜莖單獨發(fā)酵處理第二、三個產(chǎn)氣峰值出現(xiàn)時間晚了8 d和4 d。H2組日產(chǎn)氣量第2天出現(xiàn)第一個高峰，峰值為507.5 mL，第二、三個高峰分別出現(xiàn)在第19，30天，峰值分別為594，476.5 mL，較甜瓜葉處理的第二個高峰出現(xiàn)時間晚了4 d。H3組日產(chǎn)氣量第一個高峰出現(xiàn)在第2天，峰值為915 mL，第22，35天分別出現(xiàn)第二、三個高峰，峰值分別為 697.5，411.5 mL，較甜瓜整株莖葉處理的第二個高峰出現(xiàn)時間晚了7 d。

圖 2　甜瓜莖葉與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵日產(chǎn)氣量的變化

2.2甜瓜莖葉不同部位及其與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵累積產(chǎn)氣量的變化

2.2.1甜瓜莖葉不同部位厭氧發(fā)酵累積產(chǎn)氣量甜瓜莖葉不同部位厭氧發(fā)酵累積產(chǎn)氣量變化如圖3所示。由圖3可以看出，甜瓜莖葉不同部位累積產(chǎn)氣量大小為甜瓜莖(A)>甜瓜整株莖葉(C)>甜瓜葉(B)。A、B、C 3組的累積產(chǎn)氣量分別是10 618.5，8 427.5，9 173 mL。A組的累積產(chǎn)氣量比B組和C組分別高26.0%和15.8%，C組比B組的累積產(chǎn)氣量高8.8%。

發(fā)酵時間是反映厭氧消化性能和效率的一個重要指標(biāo)，通常把產(chǎn)氣量達(dá)到總產(chǎn)氣量90%以上看作一個發(fā)酵周期的完成[13]。本研究中，A組的發(fā)酵周期為43 d，明顯長于B組和C組的發(fā)酵時間；B組和C組的發(fā)酵時間分別為28和29 d。

圖 3　甜瓜莖葉不同部位厭氧發(fā)酵累積產(chǎn)氣量的變化

2.2.2甜瓜莖葉與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵累積產(chǎn)氣量甜瓜莖葉不同部位與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵的累積產(chǎn)氣量變化如圖4所示。由圖4可以看出，H2組和H3組的總產(chǎn)氣量非常接近，且均大于H1組。發(fā)酵第2 天，H1組的累積產(chǎn)氣量就低于其他兩組，直到發(fā)酵結(jié)束。H1、H2、H3組的累積產(chǎn)氣量分別是9 030.5，10 359.5，10 448 mL，H2組和H3組的累積產(chǎn)氣量分別比H1組高 14.7%和15.7%。與單一甜瓜莖葉不同部位處理相比， H2組和H3組累積產(chǎn)氣量較B組和C組均有所提高，提高比例分別是22.9%和13.9%，但H1組的累積產(chǎn)氣量只有A組的85%。從發(fā)酵時間上看，H1、H2、H3組的累積產(chǎn)氣量達(dá)到總產(chǎn)氣量90%時分別是50，39，39 d，相比于A、B、C組分別延長了7，11，10 d。這可能是因為玉米秸稈本身就是一種典型的木質(zhì)纖維素聚合體，木質(zhì)素的包繞結(jié)構(gòu)阻礙了微生物對纖維素和半纖維素的轉(zhuǎn)化及利用[14]。

圖 4　甜瓜莖葉與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵累積產(chǎn)氣量的變化

2.3甜瓜莖葉不同部位及其與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵甲烷體積分?jǐn)?shù)的變化

2.3.1甜瓜莖葉不同部位厭氧發(fā)酵甲烷體積分?jǐn)?shù)甜瓜莖葉不同部位厭氧發(fā)酵過程中甲烷體積分?jǐn)?shù)的變化如圖5所示。由圖5可知，在發(fā)酵初始階段產(chǎn)甲烷菌的繁殖速度遠(yuǎn)小于產(chǎn)酸菌，使得甲烷體積分?jǐn)?shù)較低。甜瓜葉(B組)和甜瓜整株莖葉(C組)在第10天甲烷體積分?jǐn)?shù)分別達(dá)到了49.20%和 48.17%，說明此時這兩組已進入產(chǎn)甲烷階段[15]。而甜瓜莖(A組)進入產(chǎn)甲烷階段最晚，直到第23 天甲烷體積分?jǐn)?shù)才上升至63.74%，這也說明甜瓜葉較甜瓜莖更易分解。甜瓜葉(B組)在發(fā)酵啟動后，甲烷體積分?jǐn)?shù)從最初的0到第12天上升至 62.91%，除最后檢測甲烷體積分?jǐn)?shù)為46.15%外，在其整個發(fā)酵過程中，甲烷體積分?jǐn)?shù)一直保持在62.09%以上。甜瓜整株莖葉(C組)的甲烷體積分?jǐn)?shù)在第9 天達(dá)到41.57%后，從第12 天開始，甲烷體積分?jǐn)?shù)就一直在62.11%以上。試驗結(jié)束時，甜瓜莖、葉和整株所產(chǎn)沼氣中的平均甲烷體積分?jǐn)?shù)分別是57.36%，59.47%，62.99%。

2.3.2甜瓜莖葉與玉米混合厭氧發(fā)酵甲烷體積分?jǐn)?shù)甜瓜莖葉不同部位與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵的甲烷體積分?jǐn)?shù)變化如圖6所示。由圖6可知，各混合組的甲烷體積分?jǐn)?shù)隨著發(fā)酵時間的延長先增加，到一定程度后基本保持穩(wěn)定，之后呈下降趨勢。H1組、H2組和H3組的甲烷體積分?jǐn)?shù)分別在第32，15，18 天達(dá)到了60.35%，54.19%，41.83%，說明H2組最先進入產(chǎn)甲烷階段。第35～55天，H1組的甲烷體積分?jǐn)?shù)均保持在60%以上；H2組的甲烷體積分?jǐn)?shù)從第14 天的37.53%快速上升至第17天的77.98%，之后甲烷體積分?jǐn)?shù)一直維持在57.01%以上。H3組的甲烷體積分?jǐn)?shù)從第18天達(dá)到41.83%，之后在整個厭氧發(fā)酵過程中，其甲烷體積分?jǐn)?shù)均在55.08%以上。H1、H2和H3組的平均甲烷體積分?jǐn)?shù)分別是64.60%，62.23%，59.41%。與單一甜瓜莖葉同一部位處理進入產(chǎn)甲烷階段相比，添加玉米秸稈后，混合組進入產(chǎn)甲烷階段均有所延后，這與前文所述產(chǎn)氣情況表現(xiàn)一致。這可能是因為添加玉米秸稈的混合組，消化玉米秸稈的產(chǎn)甲烷菌數(shù)量較少，需要經(jīng)過一定時間的繁殖才能達(dá)到足夠的數(shù)量，從而與產(chǎn)酸菌產(chǎn)酸達(dá)到一種平衡，并利用有機酸產(chǎn)生甲烷。

圖 5甜瓜莖葉不同部位厭氧發(fā)酵甲烷體積分?jǐn)?shù)的變化

Fig.5Variation of CH4content of different parts of muskmelon during anaerobic fermentation

圖 6甜瓜莖葉與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵甲烷體積分?jǐn)?shù)的變化

Fig.6Variation of CH4content of muskmelon stems and leaves mixed with corn stalk during anaerobic fermentation

2.4甜瓜莖葉不同部位及其與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵各產(chǎn)氣指標(biāo)的比較

甜瓜莖葉及其與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵的各項產(chǎn)氣指標(biāo)如表3所示。由表3可知，總體上看，雖然不同部位甜瓜莖葉的平均日產(chǎn)氣量依次為C組>B組>A組。但A組的新鮮原料產(chǎn)氣率、TS產(chǎn)氣率、VS產(chǎn)氣率都高于B組和C組；A組的新鮮原料產(chǎn)氣率、TS產(chǎn)氣率和VS產(chǎn)氣率分別比B組和C組高了22.3%，26.2%和13.3%，15.8%及2.0%，5.4%。H1、H2、H3組的平均日產(chǎn)氣量較單一甜瓜莖葉不同部位處理的平均日產(chǎn)氣量均有所下降，分別達(dá)到A、B、C組平均日產(chǎn)氣量的78.7%，90.5%，93.0%；總體而言，無論是新鮮原料產(chǎn)氣率、TS產(chǎn)氣率、VS產(chǎn)氣率，都是H1組比A組有所下將，H2組和H3組比B組和C組有所上升。

表 3　甜瓜莖葉不同部位及其與玉米秸稈混合厭氧發(fā)酵各產(chǎn)氣指標(biāo)的比較Table 3　Biogas production indexes of different parts of muskmelon and mixtures with corn straw

3　討　論

本試驗結(jié)果表明，甜瓜不同部位中，莖的TS產(chǎn)氣率最高，整株次之，甜瓜葉最低。這可能與甜瓜莖的揮發(fā)性固體(VS)含量較多有關(guān)，VS含量越高，可被沼氣發(fā)酵利用的物質(zhì)就越多。在厭氧發(fā)酵啟動后，甜瓜不同部位均出現(xiàn)不同程度的產(chǎn)氣低潮，甜瓜葉和整株產(chǎn)氣低潮程度低且持續(xù)時間短，而甜瓜莖產(chǎn)氣停滯期持續(xù)時間最長，且出現(xiàn)了不產(chǎn)氣現(xiàn)象。這可能是因為甜瓜不同部位的有機物含量差異和可降解生物性的差異造成的。沼氣發(fā)酵時胞外酶、表面酶將固體有機質(zhì)分解成分子質(zhì)量小的可溶性物質(zhì)，進而在纖維素細(xì)菌、蛋白質(zhì)細(xì)菌、脂肪細(xì)菌等細(xì)菌的胞內(nèi)酶作用下轉(zhuǎn)化為乙酸、丙酸、丁酸及醇、酮、醛等簡單化合物，使得發(fā)酵體系的pH下降，出現(xiàn)產(chǎn)氣低潮期。甜瓜葉中含有更多易于被厭氧微生物降解的物質(zhì)，使葉迅速分解，進而進入產(chǎn)甲烷階段。而甜瓜莖中木質(zhì)纖維素類物質(zhì)較多，水解產(chǎn)酸階段持續(xù)時間較長，產(chǎn)甲烷菌群經(jīng)過不斷繁殖才能逐漸適應(yīng)微酸環(huán)境，并開始活躍起來[16]，利用乙酸等簡單有機物生產(chǎn)甲烷和二氧化碳。甜瓜整株莖葉可能是因為葉中較易被分解的物質(zhì)和莖中木質(zhì)纖維素物質(zhì)的協(xié)同作用，才使得其經(jīng)歷了較短的產(chǎn)氣低潮期。陳廣銀等[17]研究水葫蘆不同部位的厭氧消化特性時認(rèn)為，由于根中較難分解的有機物含量較莖和整株要高，使得根中有機物的溶出速度最慢。羅艷等[5]也認(rèn)為，成分差異可能是造成互花米草不同部位產(chǎn)氣效果異同的重要原因。

本試驗結(jié)果顯示，甜瓜莖葉不同部位與玉米秸稈混合的H1、H2、H3組出現(xiàn)產(chǎn)氣高峰時間較單一的甜瓜莖、葉、整株組均有延后，且發(fā)酵周期延長。這可能是因為發(fā)酵初期快速酸化造成的抑制，也可能與甜瓜莖、甜瓜葉、整株厭氧發(fā)酵的細(xì)菌種群的專一性[6]有關(guān)；將以上3種原料與玉米秸稈混合后，反應(yīng)系統(tǒng)中消化玉米秸稈的菌群含量較少，在發(fā)酵初期，產(chǎn)酸菌生長旺盛，產(chǎn)生大量有機酸使得發(fā)酵料液的pH下降，進而抑制了產(chǎn)甲烷菌的生長繁殖，因此使得各混合組有不同程度的發(fā)酵停滯期。經(jīng)過一段時間的發(fā)酵后，適合消化玉米秸稈的菌群才活躍起來。添加玉米秸稈的H2和H3組的累積產(chǎn)氣量分別比B和C組上升22.9%和13.9%。這可能是因為甜瓜莖葉各部位的氮含量均較高，而發(fā)酵原料中的營養(yǎng)成分碳、氮的量及二者合適的比例亦即碳氮比(C/N)對微生物的代謝活動有重要影響。碳素可為微生物提供生長繁殖的能量，組成新細(xì)胞的碳架，氮素則是蛋白質(zhì)的基本成分。合適的碳氮比能夠提高有機碳轉(zhuǎn)化效率，且不會形成銨鹽累積危害產(chǎn)甲烷菌，可促進沼氣發(fā)酵的進行。添加玉米秸稈調(diào)節(jié)H1、H2、H3組的C/N值到19∶1，增加了反應(yīng)系統(tǒng)的碳含量，補充了沼氣發(fā)酵微生物的營養(yǎng)需要，使得微生物繁殖旺盛，促進了甜瓜莖葉和玉米秸稈的分解轉(zhuǎn)化。而H1組的累積產(chǎn)氣量較A組下降15%，可能是因為甜瓜莖中木質(zhì)纖維素類物質(zhì)較多，與木質(zhì)纖維素含量同樣較高的玉米秸稈混合后，不僅沒有促進有機物的厭氧轉(zhuǎn)化，反而減弱了微生物的協(xié)同效應(yīng)[10]。

4　結(jié)　論

1)甜瓜莖葉不同部位均具有良好的產(chǎn)氣特性，其TS產(chǎn)氣率依次為甜瓜莖(297.6 mL/g)>甜瓜整株莖葉(256.9 mL/g)>甜瓜葉(235.8 mL/g)。不同部位厭氧發(fā)酵出現(xiàn)產(chǎn)氣高峰的時間不同，甜瓜莖最晚出現(xiàn)，為第28天，且甜瓜莖的發(fā)酵周期最長，甜瓜整株莖葉次之，甜瓜葉最短。

2)甜瓜莖葉與玉米秸稈混合后，各混合組產(chǎn)氣峰值出現(xiàn)時間均延后，且發(fā)酵周期較單一甜瓜莖、葉組均延長。添加玉米秸稈后，甜瓜莖的累積產(chǎn)氣量下降15%，甜瓜葉和甜瓜整株莖葉的累積產(chǎn)氣量分別上升22.9%和13.9%；甜瓜莖的TS產(chǎn)氣率下降15.1%，甜瓜葉和甜瓜整株莖葉的TS產(chǎn)氣率分別提高了22.9%和13.8%。

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Anaerobic co-digestion of muskmelon stems and leaves and mixture with corn stalk for biogas production

WANG Lei1a,2,QIU Ling1b,2,WANG Yuying1a,2,ZHANG Rongting1b,2,PAN Junting1b,2

( 1 aCollegeofAgronomy,bCollegeofMechanicalandElectronicEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling，Shaanxi712100,China;2TheWesternScientificObservationandExperimentStationofRenewableEnergyinRuralAreaoftheMinistryofAgriculture,Yangling，Shaanxi712100,China)

【Objective】 This study investigated the characteristics and potential of anaerobic fermentation of muskmelon stems and leaves for biogas production.【Method】 Batch anaerobic fermentation experiments were carried out using different parts of muskmelon and their mixture with corn stalk with the total solids concentration of 80 g/kg,(35±1) ℃ and the inoculum to substrate ratio of 30%.The daily biogas production,cumulative gas production,and gas rates of TS and VS were tested during the anaerobic digestion.【Result】 TS gas production and cumulative gas production of stems were the highest of 297.6 mL/g and 10 618.5 mL,while those of leaves were the lowest of 235.8 mL/g and 8 427.5 mL.TS gas production and cumulative gas production of the whole plant were 256.9 mL/g and 9 173 mL.After mixed with corn straw,the cumulative gas productions of leaves and the whole plant were increased by 22.9% and 13.9%,while the cumulative gas production of stems decreased by 15%.Compared with single stems,leaves and whole plant, the fermentation times of the mixed groups were delayed by 7 d,11 d and 10 d,respectively.【Conclusion】 All parts of muskmelon had good biogas production potentials.Mixing with corn straw improved TS gas productions of leaves and the whole plant while decreased that of stems.

muskmelon stems and leaves;corn straw;anaerobic fermentation;methane

時間:2016-08-0909:40DOI：10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.09.015

2015-03-06

農(nóng)業(yè)部農(nóng)村能源科技專項“高氮原料厭氧消化碳氮耦合優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)工藝研究”(2014-30)

王蕾(1987-)，女，陜西渭南人，在讀碩士，主要從事植物資源可持續(xù)利用與生物質(zhì)能研究。

E-mail:yanyu013@163.com

邱凌(1957-)，男，陜西西鄉(xiāng)人，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事生物能源與生態(tài)農(nóng)業(yè)研究。

E-mail:ql2871@126.com

S216.4

A

1671-9387(2016)09-0113-08

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