菜粕與藍(lán)藻混合高溫發(fā)酵過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化及光譜光特性.pdf

1、解決農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢棄物問題的根本途徑就在于開展其資源化利用。目前，資源化利用農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢棄物的最有效和最經(jīng)濟(jì)的途徑是好氧堆肥?？焖俑咝Ф逊始夹g(shù)資源化利用固體有機(jī)廢棄物的關(guān)鍵是，理解堆肥過程中的物質(zhì)降解情況及選擇合適的接種微生物。本論文以菜粕為主要原料生產(chǎn)氨基酸有機(jī)肥，通過添加微生物菌劑和藍(lán)藻，建立了3個不同的堆體:CK，菜粕堆肥;AA，菜粕+微生物菌劑;LA，菜粕+藍(lán)藻+微生物菌劑。本論文主要研究了不同堆體在堆肥過程中的物理、化學(xué)、生

2、物學(xué)指標(biāo)以及光譜學(xué)特征的動態(tài)變化，揭示了菜粕和藍(lán)藻共發(fā)酵過程中物質(zhì)變化的基本規(guī)律;研究了添加微生物菌劑和藍(lán)藻對菜粕堆肥光譜學(xué)性質(zhì)變化的影響，運(yùn)用二維相關(guān)光譜方法研究菜粕堆肥過程中的物質(zhì)降解順序;研究了三維熒光光譜-熒光區(qū)域指數(shù)（EEM-FRI）方法評價堆肥腐熟度的可行性;應(yīng)用多重?zé)晒鈽?biāo)記-激光共聚焦顯微鏡(CLSM)方法，研究了添加微生物菌劑和藍(lán)藻對菜粕堆肥中的大分子有機(jī)物降解和微生物空間分布的影響，揭示堆肥腐熟機(jī)制。本論文獲得了如下的

3、研究成果。
　　 1)加入微生物菌劑可以明顯縮短堆體升溫時間，AA較CK堆體提前5天達(dá)到高溫期;提高堆體的最高溫度，AA較CK堆體平均溫度高10℃以上;加速發(fā)酵進(jìn)程。發(fā)酵結(jié)束時，3個堆體pH和EC差異不顯著，均達(dá)到國家有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn);微生物菌劑的添加明顯促進(jìn)了有機(jī)碳的降解，總碳(TC)含量下降，水溶性總碳(DOC)含量上升;堆肥總氮含量變化不大，但水溶性總氮和游離氨基酸含量升高，發(fā)酵結(jié)束時，AA和LA處理游離氨基酸含量達(dá)到50.00

4、g g kg-1左右;發(fā)酵結(jié)束時，LA處理檢測不到藻毒素。該結(jié)果表明，藍(lán)藻和菜粕混合高溫發(fā)酵處理不但使藍(lán)藻無害化處理，而且也達(dá)到了藍(lán)藻得資源化利用目的。該研究表明藍(lán)藻與菜粕混合高溫發(fā)酵是資源化利用藍(lán)藻的一個重要途徑。
　　 2)在發(fā)酵過程中，3個堆體不同天數(shù)的堆肥樣品間的一維紅外光譜（FTIR）譜圖中的峰位置十分相似，僅峰強(qiáng)度上有所變化。運(yùn)用二維相關(guān)光譜分析方法，發(fā)現(xiàn)堆肥樣品中有機(jī)物降解特征差異明顯。具體而言，在1800-900

5、cm-1波數(shù)范圍內(nèi)的二維FTIR相關(guān)光譜顯示，在堆肥過程中，纖維素、蛋白質(zhì)和異質(zhì)多糖降解之間有協(xié)同關(guān)系;接種微生物菌劑能促進(jìn)多糖的降解，但藍(lán)藻卻抑制了多糖的降解;纖維素、蛋白質(zhì)和異質(zhì)多糖的降解順序不同，具體為CK堆體中物質(zhì)降解順序?yàn)楫愘|(zhì)多糖＞氨基酸化合物Ⅰ＞氨基酸化合物Ⅱ＞纖維素，AA和LA堆體中物質(zhì)降解順序?yàn)槔w維素＞異質(zhì)多糖＞氨基酸化合物Ⅱ＞氨基酸化合物Ⅰ。在3600-3100cm-1波數(shù)范圍內(nèi)的二維FTIR相關(guān)光譜譜圖，進(jìn)一步揭示了

6、接種微生物菌劑能夠改變堆肥中的纖維素和異質(zhì)多糖中的OH鍵的降解順序。因此，二維FTIR相關(guān)光譜方法可以用于研究接種加速堆肥腐熟機(jī)制的一種工具。
　　 3)三維熒光光譜結(jié)果顯示，在發(fā)酵過程中，類蛋白質(zhì)物質(zhì)含量逐步下降，而腐殖酸類物質(zhì)和富里酸類物質(zhì)含量均呈整體上升趨勢;接種微生物菌劑能增強(qiáng)類富里酸和類胡敏酸物質(zhì)含量。通過對三維熒光峰強(qiáng)度和區(qū)域面積積分與化學(xué)、生物學(xué)指標(biāo)的皮爾森相關(guān)性分析確定，三維熒光光譜可以用于表征堆肥腐殖化程度，其

7、中中類富里酸和類胡敏酸峰強(qiáng)度和類蛋白類熒光區(qū)域面積積分更適用于表征堆肥的腐熟度。
　　 4)菜粕原料接種微生物菌劑和藍(lán)藻影響了木質(zhì)纖維素的降解和纖維素結(jié)晶度的變化。添加微生物菌劑可以明顯促進(jìn)發(fā)酵過程中半纖維素和木質(zhì)素的降解，使纖維素的含量增加。藍(lán)藻與菜粕混合發(fā)酵，則在一定程度上影響了微生物菌劑作用的發(fā)揮。堆體材料主體菜粕纖維結(jié)晶體為典型的纖維素Ⅰ型，整個堆肥過程沒有改變纖維素的晶型;SiO2和碳酸鈣的衍射強(qiáng)度峰隨著堆肥的進(jìn)行逐步

8、增強(qiáng);各堆體的纖維素結(jié)晶度先上升后下降，其中，以AA處理下降的幅度最大。
　　 5)通過變性梯度凝膠電泳方法，發(fā)現(xiàn)堆肥過程中所有堆體的細(xì)菌種類逐漸增多，而隨著高溫期的延續(xù)，堆體的細(xì)菌種類逐步下降，堆肥前期和后期細(xì)菌類型差異較大。多重?zé)晒鈽?biāo)記-激光共聚焦顯微鏡(CLSM)原位觀察結(jié)果表明，菜粕原料中的纖維素形成完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)、α-多糖、脂肪鑲嵌在網(wǎng)格中;發(fā)酵結(jié)束時，鑲嵌在網(wǎng)格內(nèi)的蛋白質(zhì)、α-多糖、脂肪被大量降解，熒光強(qiáng)度減