酸化处理对秸秆腐熟剂腐解秸秆的影响(附件)
本试验以水稻秸秆为实验材料，用98%的浓硫酸配置成pH为2.0，4.0，6.0的硫酸预处理液，研究在不同酸性预处理条件下秸秆腐熟剂对秸秆腐熟的影响，为秸秆还田提供技术参考。结果显示，酸预处理液处理的秸秆与未处理的对照相比，纤维素和木质素的含量有所增加，而半纤维素的显著降低，其中在pH6.0的处理中，纤维素和木质素含量较对照增加了13.2%和6.2%，半纤维素含量降低了16.8%，而pH2.0和4.0纤维素和木质素含量较pH6.0显著增加，半纤维素含量显著降低，酸液预处理能缩短腐熟剂对秸秆的作用时间，有利于秸秆还田。并且，相同酸液处理，纤维素降解速率最快，而木质素降解速率最慢。关键词 水稻秸秆，酸预处理，秸秆腐熟剂，纤维素，半纤维素，木质素
目录
1 引言 1
1.1 秸秆的主要成分 1
1.2 秸秆预处理方法 1
1.3 研究或解决的问题 3
2 试验材料、方法和数据处理 3
2.1 试验材料 3
2.2 试验设计 3
2.3 试验方法 4
2.4 数据处理 4
3 结果分析 5
3.1 酸处理对秸秆腐熟过程中纤维素含量的动态影响 5
3.2 酸处理对秸秆腐熟过程中半纤维素含量的动态影响 6
3.3 酸处理对秸秆腐熟过程中木质素含量的动态影响 7
3.4 相同酸液处理纤维素、半纤维素以及木质素降解速率的比较 8
4 讨论 10
4.1 酸化处理对秸秆腐熟剂腐解秸秆中纤维素的影响 10
4.2 酸化处理对秸秆腐熟剂腐解秸秆中半纤维素的影响 10
4.3 酸化处理对秸秆腐熟剂腐解秸秆中木质素的影响 11
4.4 相同酸液处理纤维素、半纤维素以及木质素降解速率的比较 12
结论 13
致谢 14
参考文献 15
1 引言
在作物的生物总量中，农作物秸秆大约占了一半。农作物秸秆是一种十分丰富的有机资源，它不仅可以被直接利用，而且可以再生[1]，农作物秸秆十分普遍但也非常重要[2]。农作物秸秆含 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
有的氮、磷、钾和微量元素[3]，是培肥土壤很好的有机资源。我国是农业大国，作物秸秆资源非常丰富。然而，随着农业机械化的不断发展，为抢农时，大量焚烧作物秸秆，这不仅浪费了资源，污染了大气，更对土壤的生态系统造成不利的影响[4]。做好秸秆的综合利用，杜绝焚烧秸秆，已经引起人们的高度重视。秸秆还田是将作物收获后余留的秸秆直接或堆积腐熟后施入农田，是改良土壤性质、加速生土熟化、提高土壤肥力的一种处理方式[56]。
1.1 秸秆的主要成分
纤维素、木质素以及半纤维素等是农作物秸秆的主要成分。纤维素是一种多糖类物质，由许多葡萄糖分子结合而成，并且纤维素聚合物具有刚性和不溶于水的特性[7]。半纤维素是一种异质多聚体，由不同种类的单糖构成。而木质素是一种高分子聚合物，它没有规则，不溶于水，并且高度分支，一般与半纤维素以嵌合体的形式存在，将纤维素包围或者粘合。
能够影响秸秆生物转化效率的因素有很多，其中主要因素包括：半纤维素和木质素在空间结构上的障碍效应；秸秆表层蜡质的保护作用；高度结晶以及高度聚合的纤维素。因此，想要充分有效地利用稻田作物的秸秆资源，就必须对秸秆进行适当的处理，以此来实现提高作物秸秆的生物转化效率[89]。
1.2 秸秆预处理方法
选择一种好的秸秆预处理方法，能够显著缩短秸秆的腐熟周期，并且可以在造成最小污染的前提下使秸秆充分降解。处理作物秸秆的方法有许多种，其中较常见也较实用的方法主要有化学预处理、物理预处理、生物预处理以及物理和化学相结合的预处理方法[10]。
1.2.1 化学预处理
化学法预处理方法是利用酸、碱等有机溶剂，破坏秸秆内部的组织结构，破坏细胞壁中半纤维素与木质素间的共价键，使纤维素分子间或分子内氢键断裂，从而改变纤维素的结晶结构，使微生物能够更容易地接触秸秆中的纤维素，达到加快秸秆腐熟的目的。
1.2.2 物理预处理
物理预处理法是使用物理手段改变秸秆的组织机构，降低秸秆结晶度，增加秸秆与微生物的接触面积，从而加快作物秸秆的腐熟。
有些物理方法比较简单，而有些物理方法则比较复杂，但达到的效果却有较大差异。常用的物理预处理方法主要有机械粉碎、辐射预处理和高温热解预处理等。但简单的机械处理只能起到破坏秸秆外部形态的作用，不能有效地破坏秸秆内部的组织结构，无法从根本上解决秸秆生物转化难以利用的问题。相反，有些物理预处理方法能够很好地破坏秸秆的内部组织结构，起到加快秸秆腐熟的作用，但这些方法使用起来成本太高，无法在实际生产中推广应用[11]。
1.2.3 生物预处理
生物预处理方法是利用能够降解秸秆中木质素和半纤维素的微生物，使纤维素能够脱离木质素和半纤维素的覆盖，从而提高纤维素的生物转化效率。在生物预处理中，能够降解木质素和半纤维素的微生物主要有百腐菌、褐腐菌等[1214]。利用白腐菌预处理后的稻草秸秆进行甲烷发酵实验的结果表明，秸秆中木质素含量降低，甲烷产量显著提高，发酵周期缩短[1516]。生物预处理方法，处理成本相对较低，污染少，能耗低，反应条件温和，而且副反应较少。但是到目前为止，能够降解秸秆中木质素的微生物较少，并且作用周期也比较长。
近年来，人们对于秸秆预处理的复合菌剂的需求越来越高[17]，所以，越来越多的人投入到复合菌剂的研制当中。已有研究表明，用复合菌剂预处理后的玉米秸秆为原料的沼气发酵产气量相比于未处理的对照组，提高了29.54%[18]。由此可见，采用生物法农作物的秸秆进行预处理有着明显的优点。但是，如果大面积对作物秸秆进行生物预处理，就会导致菌株生长不均匀，温度难以控制且耗时较长[19]。所以，生物预处理的方法只适用于小规模的作物秸秆，而大规模的使用会起到反作用。
1.2.4 物理化学相结合
物理化学相结合的方法是物理、化学处理相结合，从而更好地对秸秆进行预处理，使秸秆达到最好的腐熟效果。常见的物理化学相结合的方法有蒸汽爆破、酸性气体爆破等。韩晓芳[20]等研究结果表明，用蒸汽爆破法处理棉花秸秆可以增加棉花秸秆的生物可利用性。物理化学相结合，可以充分利用物理法与化学法各自的优点，而舍弃其中的不足，从而更好地对作物秸秆进行预处理，加快秸秆的降解，并且成本相对较低，污染相对减少，达到理想的效果。
目录
1 引言 1
1.1 秸秆的主要成分 1
1.2 秸秆预处理方法 1
1.3 研究或解决的问题 3
2 试验材料、方法和数据处理 3
2.1 试验材料 3
2.2 试验设计 3
2.3 试验方法 4
2.4 数据处理 4
3 结果分析 5
3.1 酸处理对秸秆腐熟过程中纤维素含量的动态影响 5
3.2 酸处理对秸秆腐熟过程中半纤维素含量的动态影响 6
3.3 酸处理对秸秆腐熟过程中木质素含量的动态影响 7
3.4 相同酸液处理纤维素、半纤维素以及木质素降解速率的比较 8
4 讨论 10
4.1 酸化处理对秸秆腐熟剂腐解秸秆中纤维素的影响 10
4.2 酸化处理对秸秆腐熟剂腐解秸秆中半纤维素的影响 10
4.3 酸化处理对秸秆腐熟剂腐解秸秆中木质素的影响 11
4.4 相同酸液处理纤维素、半纤维素以及木质素降解速率的比较 12
结论 13
致谢 14
参考文献 15
1 引言
在作物的生物总量中，农作物秸秆大约占了一半。农作物秸秆是一种十分丰富的有机资源，它不仅可以被直接利用，而且可以再生[1]，农作物秸秆十分普遍但也非常重要[2]。农作物秸秆含 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
有的氮、磷、钾和微量元素[3]，是培肥土壤很好的有机资源。我国是农业大国，作物秸秆资源非常丰富。然而，随着农业机械化的不断发展，为抢农时，大量焚烧作物秸秆，这不仅浪费了资源，污染了大气，更对土壤的生态系统造成不利的影响[4]。做好秸秆的综合利用，杜绝焚烧秸秆，已经引起人们的高度重视。秸秆还田是将作物收获后余留的秸秆直接或堆积腐熟后施入农田，是改良土壤性质、加速生土熟化、提高土壤肥力的一种处理方式[56]。
1.1 秸秆的主要成分
纤维素、木质素以及半纤维素等是农作物秸秆的主要成分。纤维素是一种多糖类物质，由许多葡萄糖分子结合而成，并且纤维素聚合物具有刚性和不溶于水的特性[7]。半纤维素是一种异质多聚体，由不同种类的单糖构成。而木质素是一种高分子聚合物，它没有规则，不溶于水，并且高度分支，一般与半纤维素以嵌合体的形式存在，将纤维素包围或者粘合。
能够影响秸秆生物转化效率的因素有很多，其中主要因素包括：半纤维素和木质素在空间结构上的障碍效应；秸秆表层蜡质的保护作用；高度结晶以及高度聚合的纤维素。因此，想要充分有效地利用稻田作物的秸秆资源，就必须对秸秆进行适当的处理，以此来实现提高作物秸秆的生物转化效率[89]。
1.2 秸秆预处理方法
选择一种好的秸秆预处理方法，能够显著缩短秸秆的腐熟周期，并且可以在造成最小污染的前提下使秸秆充分降解。处理作物秸秆的方法有许多种，其中较常见也较实用的方法主要有化学预处理、物理预处理、生物预处理以及物理和化学相结合的预处理方法[10]。
1.2.1 化学预处理
化学法预处理方法是利用酸、碱等有机溶剂，破坏秸秆内部的组织结构，破坏细胞壁中半纤维素与木质素间的共价键，使纤维素分子间或分子内氢键断裂，从而改变纤维素的结晶结构，使微生物能够更容易地接触秸秆中的纤维素，达到加快秸秆腐熟的目的。
1.2.2 物理预处理
物理预处理法是使用物理手段改变秸秆的组织机构，降低秸秆结晶度，增加秸秆与微生物的接触面积，从而加快作物秸秆的腐熟。
有些物理方法比较简单，而有些物理方法则比较复杂，但达到的效果却有较大差异。常用的物理预处理方法主要有机械粉碎、辐射预处理和高温热解预处理等。但简单的机械处理只能起到破坏秸秆外部形态的作用，不能有效地破坏秸秆内部的组织结构，无法从根本上解决秸秆生物转化难以利用的问题。相反，有些物理预处理方法能够很好地破坏秸秆的内部组织结构，起到加快秸秆腐熟的作用，但这些方法使用起来成本太高，无法在实际生产中推广应用[11]。
1.2.3 生物预处理
生物预处理方法是利用能够降解秸秆中木质素和半纤维素的微生物，使纤维素能够脱离木质素和半纤维素的覆盖，从而提高纤维素的生物转化效率。在生物预处理中，能够降解木质素和半纤维素的微生物主要有百腐菌、褐腐菌等[1214]。利用白腐菌预处理后的稻草秸秆进行甲烷发酵实验的结果表明，秸秆中木质素含量降低，甲烷产量显著提高，发酵周期缩短[1516]。生物预处理方法，处理成本相对较低，污染少，能耗低，反应条件温和，而且副反应较少。但是到目前为止，能够降解秸秆中木质素的微生物较少，并且作用周期也比较长。
近年来，人们对于秸秆预处理的复合菌剂的需求越来越高[17]，所以，越来越多的人投入到复合菌剂的研制当中。已有研究表明，用复合菌剂预处理后的玉米秸秆为原料的沼气发酵产气量相比于未处理的对照组，提高了29.54%[18]。由此可见，采用生物法农作物的秸秆进行预处理有着明显的优点。但是，如果大面积对作物秸秆进行生物预处理，就会导致菌株生长不均匀，温度难以控制且耗时较长[19]。所以，生物预处理的方法只适用于小规模的作物秸秆，而大规模的使用会起到反作用。
1.2.4 物理化学相结合
物理化学相结合的方法是物理、化学处理相结合，从而更好地对秸秆进行预处理，使秸秆达到最好的腐熟效果。常见的物理化学相结合的方法有蒸汽爆破、酸性气体爆破等。韩晓芳[20]等研究结果表明，用蒸汽爆破法处理棉花秸秆可以增加棉花秸秆的生物可利用性。物理化学相结合，可以充分利用物理法与化学法各自的优点，而舍弃其中的不足，从而更好地对作物秸秆进行预处理，加快秸秆的降解，并且成本相对较低，污染相对减少，达到理想的效果。
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