不同預處理紫莖澤蘭發酵產甲烷

任志強

摘 要：基于紫莖澤蘭莖桿傳代發酵試驗的基礎上，研究了常溫下對三種不同物料狀態紫莖澤蘭莖桿發酵產甲烷。本試驗主要探究紫莖澤蘭莖桿堆漚后的不同物料處理下發酵產甲烷的情況與添加尿素對發酵產甲烷的影響。結果表明：烘干的原材料發酵總體產氣量多于未烘干的原材料，原料烘干與否與甲烷產率無直接關系;尿素加快了發酵速率，但是發酵的最終產氣量并無提高，不加尿素甲烷氣體平均含量更高。

關鍵詞：紫莖澤蘭;發酵;甲烷;尿素

本文在陳金發等對紫莖澤蘭莖桿做直接傳代試驗成功證明無毒素累積，直接傳代不影響微生物發酵的成果，探究不同原料狀態以及尿素添加對發酵產甲烷的影響進行了試驗研究。本試驗以校外農戶沼氣池中的厭氧沼泥作為發酵初始接種物，采用自制的發酵裝置。探究不同的原料狀態，以及添加尿素對紫莖澤蘭發酵產甲烷的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

紫莖澤蘭原料采自西昌學院。具體采取以下三種方式對原料進行處理：

1）將新鮮紫莖澤蘭除去根部與葉，莖稈破碎成段，不做其他處理;2）將新鮮紫莖澤蘭除去根部與葉，莖稈破碎成段，于105℃烘箱中烘干24h，取出待用;3）將新鮮紫莖澤蘭除去根部與葉，莖稈破碎成段，于105℃烘箱中烘干24h，破碎機粉碎成粉末。

1.2 發酵氣體收集裝置與測定

1）發酵與集氣裝置。實驗裝置由發酵瓶，集氣瓶，集水瓶三部分構成。2）測定方法。產氣量通過排水體積測得，采用沼氣主要成分簡易快速測定方法進行測定。集氣系統均由橡皮管連接并在所有的接觸接口均涂抹凡士林以增強氣密性。

1.3 實驗方案

1）發酵預處理。將原料在發酵瓶外用定量沼液密封堆漚3天。使用堆漚的方法有利于縮短微生物在發酵環境下的適應時間，有利于氣體產出與提高原料利用率。

2）傳代試驗設計。采用傳代試驗方法探究紫莖澤蘭毒性對連續發酵影響，每組物料設定F1、F2、F3、F4共4代。每組實驗均以接種物（接種物取自農戶正常產氣沼氣池中厭氧底泥）、紫莖澤蘭堆漚后物料、沼液按照一定比例混合，所述物料作為第一代發酵原料，常溫下進行發酵，發酵至不產氣為止。下一代接種物質以前一代發酵后固液混合物質為接種物質，配方同前。旨在通過試驗研究證明紫莖澤蘭的莖桿直接發酵對發酵微生物不具有不良影響，在其后代無連續影響，已有的部分毒素也不會堆積。

3）試驗方案。試驗據原料狀態不同分為三個實驗組，另外加上添加尿素的試驗組與不添加尿素的空白對照組合計共6組， 據耿富卿，茍劍渝等人在針對不同碳氮比對發酵過程中微生物的影響研究中探究出對于微生物C：N為25：1最有利于微生物發酵。因此，本試驗在探究時計算了以尿素為N源時應該的加入量，計算出來為4g。故每組試驗設定為一組試驗組（添加4g尿素），一組不添加尿素。具體試驗物料配置分組如下：（1）空白組A料液配方：接種物150ml+以新鮮紫莖澤蘭堆漚后物料180g+沼液=500ml;（2）試驗組a料液配方：接種物150ml+以新鮮紫莖澤蘭堆漚后物料180g+沼液+4g尿素=500ml;（3）空白組B料液配方：接種物150ml+以烘干紫莖澤蘭堆漚后物料180g+沼液=500ml;（4）試驗組b料液配方：接種物150ml+以烘干紫莖澤蘭堆漚后物料180g+沼液+4g尿素=500ml;（5）空白組C料液配方：接種物150ml+以烘干并粉碎后紫莖澤蘭堆漚后的固體物質180g+沼液=500ml;（6）試驗組c料液配方：接種物150ml+以烘干并粉碎后紫莖澤蘭堆漚后的固體物質180g+沼液+4g尿素=500ml。

2 結果與分析

2.1 產氣量分析

根據不同物料處理產氣量分析（表1），可以看出B組總產氣量最高，為5815mL，總產氣量最低為b組，產氣量為2039mL，新鮮紫莖澤蘭與烘干粉碎后物料總產氣量差別不大，因此，烘干紫莖澤蘭堆漚后的固體物質發酵產生的氣體重量最多，總體而言，原烘干的原料發酵總體產氣量多于未烘干而直接發酵的組。

再逐一比較各試驗組與空白組，即A與a，B與b，C與c比較。可以看出空白組總產氣量均高于試驗組。最多的相差3776mL，最少的相差299mL。

發酵中后期均出現了產氣量為零的現象，這種現象是因為發酵是在室內無溫度處理條件下進行的，而在發酵進行時出現了幾天低于平均氣溫的低溫天氣19℃，由于這種溫度的突然降低導致發酵瓶內氣溫降低，所以發酵出現了停止產期的現象。

2.2 甲烷產率分析

甲烷產率平均最高的是C組，為63.3%，最低的為b組，值為32.8%，即甲烷產率最高為最低的1.93倍。比較平均甲烷產率，可以推出Cc組烘干并粉碎后紫莖澤蘭莖稈堆漚后的固體物質發酵的產甲烷率最高，Aa組的產甲烷率次之，Bb組的甲烷產率最低。

不同物料處理間產甲烷率比較，即ABC、abc比較，可以看出原料烘干與否對甲烷產率影響并未觀測到。A與a，B與b，C與c比較，可以得出空白對照組的甲烷產率均高于試驗組。

2.3 添加尿素試驗組與空白組的比較分析

添加尿素驗組與空白組的比較只能在A與a，B與b，C與c之間進行比較。首先，就產氣量來說三對對照組都比較統一的反映出添加了4g尿素后產氣量都有所下降，不過Aa組與Cc組變化較小，但Bb組的變化較大，具體原因有待研究。

此外，平均甲烷產率方面，Aa組與Cc組試驗反映出來的結果差異較小，總體有些許降低，但Bb組的甲烷產率差異則較為大，具體原因有待考證。但是據表1中的數據統計，發酵的最終量并沒有明顯的提高，甚至有小幅度的減少。但是對于干燥并粉碎的發酵Cc組，在整個過程中有一定的促進作用，效果不明顯。

分析對比Aa，Bb，Cc三組，可以看出加入尿素后的試驗組在甲烷含量方面都有一定的降低，大體走勢是一直低于不加入尿素空白對照組中的甲烷含量，可能是因為甲烷菌在加入尿素后因為環境中的碳氮比發生了變化因此使得甲烷菌活性受到了一定程度的抑制，導致甲烷的產量降低。這樣一個情況與前文提到的25：1的碳氮比有利于微生物發酵有些許沖突，因此在針對甲烷菌所適應的碳氮比這方面還有待研究。

3 結論與討論

綜上分析可得：1）烘干的原料直接發酵總體產氣量多于未烘干而直接發酵的試驗組;2）原料烘干與否與甲烷產氣率無直接關系;3）添加了尿素后的試驗組的產氣量均有所下降;4）尿素添加后加快了試驗組的發酵速率，但是發酵的最終量并沒有明顯的提高，甚至有輕微的減少;5）加入尿素后的試驗組在甲烷含量方面都有小幅度的降低，即尿素的添加對甲烷產率有輕微的影響。

參考文獻

[1]段惠等.紫莖澤蘭（Eupatorium adenophorum Spreng）[J].雜草科學，2003，（2）：36

[2]華勁松.涼山州紫莖澤蘭的分布及危害情況調查[J].現代農業科技，2012（22）：139-140

[3]馬建列，白海燕.入侵生物紫莖澤蘭的危害及綜合防治[J].農業環境與發展，2004（4）：33-34.