前言
preface

厭氧發酵技術是秸稈資源化的重要途徑，工程化應用能夠直接獲得沼氣、沼渣、沼肥，在好氧條件下木質素成分進一步降解還可以獲得高附加值產品。但在現行秸稈沼氣工程中，各成分的水解仍是該過程的主要瓶頸。常見的接種物由于缺乏合適的環境選擇壓力，無法形成高效菌群，造成體系發酵效率不高。反應器中功能菌群強化秸稈發酵機制的研究不多，長期運行“失穩”及產甲烷活性下降的微生物學特征有待揭示。另外，未經處理的畜禽糞便直接還田存在危害，對農業生產造成安全隱患。所以利用秸稈和畜禽糞便共發酵制備有機肥，對于緩解我國生態環境壓力具有重要意義。

本書通過添加厭氧污泥到瘤胃菌系中構建、馴化共接種菌群，分別在批次和半連續條件下研究厭氧發酵特性及其微生物學機制。具體如下：將瘤胃菌群和厭氧污泥按不同比例共接種，評價不同體系稻秸的發酵特性；利用MiSeq測序技術揭示固液相功能菌群特征，分析特定菌屬和發酵參數之間的相關性。應用共接種物，評價不同秸稈產甲烷及各成分降解等發酵特性，明確共接種物在秸稈產甲烷潛力測試方面的應用價值。半連續條件下，逐步提高有機負荷（OLR）馴化共接種菌群，借助菌群結構分析以及GH5基因的相對q-PCR技術，描述菌群類型和數量的變化，明確功能菌群的形成在水解和產甲烷活性提高中的作用。設置不同OLR和回流比考察共接種發酵特性，分析不同工況下功能菌群的特征；借助絕對q-PCR技術，明確嗜氫型甲烷菌在功能菌群形成中的作用。通過金屬形態分級提取技術，描述沼渣金屬形態分布的變化，分析金屬可利用性與產甲烷活性之間的關系，最終解析體系“酸敗”的微生物機制。設置高含固率和物種比（F/I）不同組合，考察兩者對產甲烷活性及稻秸降解率的影響，明確嗜氫型產甲烷輔酶F420與甲烷產率顯著性相關，可以用來表征產甲烷活性。在高固態半連續條件下，考察稻秸發酵特性，確定了三維熒光光譜-平行因子分析技術（EEM-PARAFAC）監控產甲烷活性的有效性，揭示嗜氫型甲烷菌在秸稈厭氧發酵中的重要作用。

本書應用共接種技術提高了秸稈發酵效率，通過多維分析手段揭示了厭氧代謝過程中的微生物學機制，能為秸稈沼氣工程參數設定和工藝運行提供參考。

本書的研究要感謝本人的博士導師江南大學阮文權教授、黃振興副教授，在整個研究思路的確定、實驗的開展等方方面面給予的指導和支持。阮老師淵博的學識及寬闊的胸懷，總能給人以鼓勵和幫助；黃老師思維敏捷，工作扎實使我受益匪淺。還要特別感謝安徽建筑大學李衛華老師團隊在Matlab軟件應用、樣品平行因子分析等方面的指導和幫助。

本研究得到了國家自然科學基金項目——共培養菌群強化木質纖維素厭氧消化及其形成機制研究（51678279），常州市科技支撐計劃項目（農業）——基于氫傳遞策略強化農作物秸稈發酵及功能菌劑制備研究（CE20182015）的經費資助，也得到了江蘇高校“青藍工程”及江蘇省高職院校教師專業帶頭人高端研修項目資助，在此一并表示感謝。

鄧玉營

2020年6月