超声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试验材料，在300 W的功率下进行超声波预处理，研究在不同处理时间（0、10、20、30 min）下，预处理对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，超声波预处理的秸秆与未处理的秸秆对照相对比，纤维素的含量百分比显著提升，而半纤维素和木质素的含量显著降低，其中在预处理时长为20 min时纤维素含量较对照增加了8.9%，半纤维素含量降低了3.5%，木质素含量降低了1.9%；预处理时长为10 min和30 min相对次之。最后，超声波处理后的秸秆中纤维素降解速度较对照明显提高。超声波预处理能缩短腐熟剂对秸秆的作用时间，有利于秸秆还田。关键词 水稻秸秆，超声波预处理，秸秆腐熟剂
目录
1引言 1
1.1目前我国秸秆的产量 1
1.2秸秆处置方式 1
1.3秸秆还田益处 2
1.4目前秸秆还田的技术瓶颈 2
1.5超声处理秸秆的意义 2
2试验材料与方法 4
2.1试验材料与处理 4
2.2仪器设备及试剂 4
2.3试验设计 4
2.4试验方法 4
2.5数据处理 5
3 结果分析 5
3.1不同时长超声波预处理对秸秆腐熟过程中半纤维素含量的动态影响 5
3.2不同时长超声波预处理对秸秆腐熟过程中纤维素含量的动态影响 6
3.3不同时长超声波预处理对秸秆腐熟过程中木质素含量的动态影响 7
3.4相同处理半纤维素、纤维素以及木质素降解速率的比较 8
4 讨论 10
4.1超声波预处理对半纤维素腐解进程的影响 10
4.2超声波预处理对纤维素腐解进程的影响 11
4.3超声波预处理对木质素腐解进程的影响 11
4.4 相同时长超声波处理下半纤维素、纤维素以及木质素降解效率比较 12
结论 13
致谢 14
参考文献 15
1引言
1.1目前我国秸秆的产量
农作物秸秆是作物种子果实采收后剩余的纤维成分含量很高的作物残留物，主要包括禾谷类、薯 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
类、豆类、麻类、油料类、以及棉花、甘蔗、烟草等多种作物的秸秆[1]。中国作为农业大国，秸秆的年产量约占生物质产量的一半以上，各类农作物纤维资源十分丰富，秸秆年产量可达到8亿吨左右，约占世界秸杆总产量的20%30%[23]。
秸秆中约70%为碳水化合物，水解后可以生成可发酵性糖，20%左右为木素，可以作为多种化工产品的原材料 [4]。秸秆主要由植物细胞壁组成，细胞壁的主要组成成分包括半纤维素，木质素和纤维素。
江苏省是全国粳稻第一大省[5]，当地采用的耕作方式主要为稻麦轮作，水稻秸秆与小麦秸秆产量十分丰富。例如，2010年江苏水稻种植面积的比例为29.32%，小麦种植面积的比例为27.47%，水稻秸秆年产量为1.548x107吨，约占秸秆总资源的49%，小麦秸秆产出约占秸秆总资源的26%[6]
1.2秸秆处置方式
1.2.1简单焚烧
将农作物秸秆用火直接烧毁，从而达到处理秸秆的目标，但焚烧秸秆易造成雾霾天气，并将伴随焚烧产生大量有毒有害物质，对周边的人与其他生物的健康形成威胁，同时对周围环境理化性质造成不良影响。
1.2.2生物质发电
秸秆是一种优良的清洁可再生能源，将秸秆直接焚烧或者将秸秆与垃圾等其他物质混合焚烧发电，也可以用于汽化发电[7]。据统计，平均每两吨的秸秆可以产生的热值就相当于一吨的标准煤可以产生的热值。同时，秸秆的平均含硫量只有3.8‰，而等量的煤的平均含硫量约达到1%。通过生物质的再生利用，可以使释放的二氧化碳的量达到与生物质再生时吸收的二氧化碳的量相平衡的状态，可以发挥 CO2零排放的作用，对缓解和解决温室效应问题具有重大意义。
1.2.3工业使用
秸秆可以作为原材料制作生物乙醇，生产绿色燃料[8]。现阶段，美国已经有化学以及生物工程科学家，着手研究如何以较低的成本，通过微生物的发酵作用处理秸秆原材料，制作生物乙醇[9]。秸秆还可以作为制作人工板的原材料，用作建筑物的墙板或者墙壁填充物以及建筑装饰品[10]。
1.2.4秸秆还田
1.2.4.1过腹还田
根据中国民间传统，人们会将秸秆作为粗饲料喂养牲畜，约有20%秸秆经过处理用作饲料。过腹还田就是将秸秆利用青贮、微贮、氨化、热喷等技术进行处理，改变秸秆的组织结构，使秸秆成为易于牲畜消化的优质饲料。秸秆经牲畜消化吸收后变成粪、尿，以牲畜粪尿施入土壤实现秸秆还田[1112]。
1.2.4.2直接还田
直接还田的主要手段有覆盖还田以及翻压还田。覆盖还田是直接将农作物产生的秸秆铺盖与土壤表面上。翻压还田是在作物采收后，下轮作物栽种前将作物秸秆翻入土壤之中[13]。
1.3秸秆还田益处
化肥的大量施用，有机肥的用量越来越少，不利于土壤肥力的保持和提高。同时连续的耕作，也会导致土壤理化性质变差，肥力下降。秸秆还田可以有效提高土壤内的有机质含量，增强土壤微生物活性，提高土壤肥力[14]。同时，秸秆还田可以有效解决秸秆焚烧造成的问题，从源头上解决部分环境问题，缓解污染问题，真正意义上实现秸秆资源循环利用。
1.4目前秸秆还田的技术瓶颈
我国秸秆还田技术起步晚，农民对秸秆还田技术的认识不够深刻。目前被人们普遍采用的秸秆还田方式依旧是直接还田。然而这种还田方式既会给灌溉带来不便，造成水资源的浪费，严重影响播种，又会使土壤变得过分松散，孔隙大小比例不均、大孔隙过多，造成跑风，而且一旦操作不当还容易滋生病虫害。同时，直接还田秸秆腐熟速度慢，效率低，不足以及时满足农作物对养分的需求。
1.5超声处理秸秆的意义
秸秆主要由植物细胞壁组成，细胞壁主要由纤维素，半纤维素和木质素组成。纤维素不易水解, 木质素作为一类较为复杂的有机化合物，在植物界中含量仅次于纤维素。木质素存在于细胞壁中，且难以使之与纤维素分离。利用酶降解纤维素时，纤维素酶需要与纤维素底物接触并吸附其上，反应才能进行。因此，纤维素对纤维素酶的可及性决定了水解速度的快慢[15]。因此秸秆使用前一般需要经过预处理使其成分分解才能加以利用[16]。
常用的预处理方法包括物理法、化学法、物理化学法、生物法等[1719]。物理处理主要通过机械和热等方法来达到改变秸秆的外部形态或内部组织结构的目的[20]。秸秆经过机械剪切或者破碎处理，表面积增加，秸秆内部物质与微生物的接触几率提高 [21]。化学法是作物秸秆经过酸、碱、有机溶剂等处理，细胞壁中半纤维素与木质素形成的共价键被破坏，将纤维素的结晶结构破坏，打破木质素与纤维素之间的连接，从而达到提高秸秆消化率的目的[22]。生物处理就是通过人工控制，利用一些细菌、真菌等微生物的发酵作用处理秸秆[23]。
目录
1引言 1
1.1目前我国秸秆的产量 1
1.2秸秆处置方式 1
1.3秸秆还田益处 2
1.4目前秸秆还田的技术瓶颈 2
1.5超声处理秸秆的意义 2
2试验材料与方法 4
2.1试验材料与处理 4
2.2仪器设备及试剂 4
2.3试验设计 4
2.4试验方法 4
2.5数据处理 5
3 结果分析 5
3.1不同时长超声波预处理对秸秆腐熟过程中半纤维素含量的动态影响 5
3.2不同时长超声波预处理对秸秆腐熟过程中纤维素含量的动态影响 6
3.3不同时长超声波预处理对秸秆腐熟过程中木质素含量的动态影响 7
3.4相同处理半纤维素、纤维素以及木质素降解速率的比较 8
4 讨论 10
4.1超声波预处理对半纤维素腐解进程的影响 10
4.2超声波预处理对纤维素腐解进程的影响 11
4.3超声波预处理对木质素腐解进程的影响 11
4.4 相同时长超声波处理下半纤维素、纤维素以及木质素降解效率比较 12
结论 13
致谢 14
参考文献 15
1引言
1.1目前我国秸秆的产量
农作物秸秆是作物种子果实采收后剩余的纤维成分含量很高的作物残留物，主要包括禾谷类、薯 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
类、豆类、麻类、油料类、以及棉花、甘蔗、烟草等多种作物的秸秆[1]。中国作为农业大国，秸秆的年产量约占生物质产量的一半以上，各类农作物纤维资源十分丰富，秸秆年产量可达到8亿吨左右，约占世界秸杆总产量的20%30%[23]。
秸秆中约70%为碳水化合物，水解后可以生成可发酵性糖，20%左右为木素，可以作为多种化工产品的原材料 [4]。秸秆主要由植物细胞壁组成，细胞壁的主要组成成分包括半纤维素，木质素和纤维素。
江苏省是全国粳稻第一大省[5]，当地采用的耕作方式主要为稻麦轮作，水稻秸秆与小麦秸秆产量十分丰富。例如，2010年江苏水稻种植面积的比例为29.32%，小麦种植面积的比例为27.47%，水稻秸秆年产量为1.548x107吨，约占秸秆总资源的49%，小麦秸秆产出约占秸秆总资源的26%[6]
1.2秸秆处置方式
1.2.1简单焚烧
将农作物秸秆用火直接烧毁，从而达到处理秸秆的目标，但焚烧秸秆易造成雾霾天气，并将伴随焚烧产生大量有毒有害物质，对周边的人与其他生物的健康形成威胁，同时对周围环境理化性质造成不良影响。
1.2.2生物质发电
秸秆是一种优良的清洁可再生能源，将秸秆直接焚烧或者将秸秆与垃圾等其他物质混合焚烧发电，也可以用于汽化发电[7]。据统计，平均每两吨的秸秆可以产生的热值就相当于一吨的标准煤可以产生的热值。同时，秸秆的平均含硫量只有3.8‰，而等量的煤的平均含硫量约达到1%。通过生物质的再生利用，可以使释放的二氧化碳的量达到与生物质再生时吸收的二氧化碳的量相平衡的状态，可以发挥 CO2零排放的作用，对缓解和解决温室效应问题具有重大意义。
1.2.3工业使用
秸秆可以作为原材料制作生物乙醇，生产绿色燃料[8]。现阶段，美国已经有化学以及生物工程科学家，着手研究如何以较低的成本，通过微生物的发酵作用处理秸秆原材料，制作生物乙醇[9]。秸秆还可以作为制作人工板的原材料，用作建筑物的墙板或者墙壁填充物以及建筑装饰品[10]。
1.2.4秸秆还田
1.2.4.1过腹还田
根据中国民间传统，人们会将秸秆作为粗饲料喂养牲畜，约有20%秸秆经过处理用作饲料。过腹还田就是将秸秆利用青贮、微贮、氨化、热喷等技术进行处理，改变秸秆的组织结构，使秸秆成为易于牲畜消化的优质饲料。秸秆经牲畜消化吸收后变成粪、尿，以牲畜粪尿施入土壤实现秸秆还田[1112]。
1.2.4.2直接还田
直接还田的主要手段有覆盖还田以及翻压还田。覆盖还田是直接将农作物产生的秸秆铺盖与土壤表面上。翻压还田是在作物采收后，下轮作物栽种前将作物秸秆翻入土壤之中[13]。
1.3秸秆还田益处
化肥的大量施用，有机肥的用量越来越少，不利于土壤肥力的保持和提高。同时连续的耕作，也会导致土壤理化性质变差，肥力下降。秸秆还田可以有效提高土壤内的有机质含量，增强土壤微生物活性，提高土壤肥力[14]。同时，秸秆还田可以有效解决秸秆焚烧造成的问题，从源头上解决部分环境问题，缓解污染问题，真正意义上实现秸秆资源循环利用。
1.4目前秸秆还田的技术瓶颈
我国秸秆还田技术起步晚，农民对秸秆还田技术的认识不够深刻。目前被人们普遍采用的秸秆还田方式依旧是直接还田。然而这种还田方式既会给灌溉带来不便，造成水资源的浪费，严重影响播种，又会使土壤变得过分松散，孔隙大小比例不均、大孔隙过多，造成跑风，而且一旦操作不当还容易滋生病虫害。同时，直接还田秸秆腐熟速度慢，效率低，不足以及时满足农作物对养分的需求。
1.5超声处理秸秆的意义
秸秆主要由植物细胞壁组成，细胞壁主要由纤维素，半纤维素和木质素组成。纤维素不易水解, 木质素作为一类较为复杂的有机化合物，在植物界中含量仅次于纤维素。木质素存在于细胞壁中，且难以使之与纤维素分离。利用酶降解纤维素时，纤维素酶需要与纤维素底物接触并吸附其上，反应才能进行。因此，纤维素对纤维素酶的可及性决定了水解速度的快慢[15]。因此秸秆使用前一般需要经过预处理使其成分分解才能加以利用[16]。
常用的预处理方法包括物理法、化学法、物理化学法、生物法等[1719]。物理处理主要通过机械和热等方法来达到改变秸秆的外部形态或内部组织结构的目的[20]。秸秆经过机械剪切或者破碎处理，表面积增加，秸秆内部物质与微生物的接触几率提高 [21]。化学法是作物秸秆经过酸、碱、有机溶剂等处理，细胞壁中半纤维素与木质素形成的共价键被破坏，将纤维素的结晶结构破坏，打破木质素与纤维素之间的连接，从而达到提高秸秆消化率的目的[22]。生物处理就是通过人工控制，利用一些细菌、真菌等微生物的发酵作用处理秸秆[23]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/nongxue/yy/6.html
