[发明专利]一种驯化稻田土壤促进秸秆快速水解的方法

说明书

本发明公开了一种驯化稻田土壤促进秸秆快速水解的方法，通过秸秆+粪污底物驯化稻田土壤微生物，诱导多样性的秸秆分解复合菌的群形成，并有效增强土壤酶活性，其中水稻土发挥了菌种巢和微生物所分泌的胞外酶固定化载体的双重作用。再将经过驯化的水稻土作为廉价的接种物，对秸秆进行接种处理，将秸秆没入液态粪污中，保持微氧状态，进一步水解成更小的碎片或纤维素低聚物、半纤维素低聚物和还原糖；搅拌和初步沉降后分离出秸秆粪污混合物中的液态物及其中细小的有机物颗粒，转入含有丰富醋酸杆菌、丁酸杆菌酸化罐中，保持低溶氧量和高反应温度，促进有机物全面高效率转化为醋酸或丁酸。为沼气罐连续稳定高效厌氧发酵产甲烷提供丰富的有机酸原料。

技术领域

本发明涉及一种驯化稻田土壤促进秸秆快速水解的方法，属于农业资源与环境科学领域，是秸秆-粪污联合发酵高效产出沼气、优质沼渣、沼液和有机肥料的关键适用技术创新。

背景技术

随着集约化养殖业的迅速发展，畜禽养殖业大力发展所带来的环境污染问题日益严重，据2016年农业部统计，我国每年产生的畜禽养殖废弃物已达到38亿吨，目前最有效的粪污资源化利用方法也是厌氧发酵。但在粪污厌氧发酵过程中存在碳氮比低，产气效率不高、氨抑制严重等问题，而秸秆与粪污共发酵是最好的解决途径。

中国是秸秆最大的生产国，年产量达8亿多吨，但大量的秸秆没有得到合理利用或处置。秸秆无序焚烧，不仅其能源和养分被浪费、同时还会造成严重的环境污染。用秸秆发酵产沼气是迄今获取生物质能源的最有效途径。但是由于大部分秸秆都是具有高度复杂超分子结构的木质纤维素，由纤维素、半纤维素、木质素三大组分复合而成(参见表1)。部分禾本科作物秸秆中还存在大量的硅质化保护细胞，因此在短时间内难以被微生物快速分解。为了解决这个问题，人们采用了多种秸秆预处理的方法，包括物理预处理，化学预处理和微生物预处理。化学预处理方法都存在成本高，很容易造成环境污染的问题。

表1：小麦秸秆、玉米秸秆和水稻秸秆木质纤维素含量

已公开的中国发明专利：氢氧化钠固态常温处理提高稻草厌氧消化沼气产量的方法(CN 1814762 A)，将一定浓度的氢氧化钠溶液与粉碎的稻草充分混合均匀，混合后为潮湿状态，然后放于容器中密封保存，这种方法促进稻草中木质素的分解，但是直接投入厌氧发酵罐后对厌氧发酵罐中正常长期仍然产生很大冲击，秸秆转化为沼气的效率提高很有限；

已公开的中国发明专利：纯氨湿式浸泡常温预处理提高稻草甲烷产量的方法(公开号：CN 102827879 A)，先将切碎稻草放置密封袋中,并将袋中空气排空，然后将氨水和水均匀混合倒入密封袋里；氨水的添加量以纯氨计量是稻草干重的2％～6％；水加上氨水中的水和稻草中所含的水的总质量为稻草干重的30％～90％，在25℃-35℃环境中保存，预处理时间为90h-110h后加入厌氧发酵反应器中，该方法不适合秸秆粪污共发酵的情形，大量的氨气会加剧氨抑制问题。

已公开的中国发明专利：一种氧化钙和沼液联合预处理提高稻草秸秆厌氧消化产气性能的方法(公开号：CN 108384813 A)，将相当于秸秆干重6％-12％的氧化钙溶于秸秆和沼液混合物中，静置1-4天后，再加入猪粪厌氧发酵罐接种物进行中温厌氧消化40-60d。该方法不利于石灰的高效利用，同时忽略了厌氧阶段微生物和秸秆水解酸化阶段微生物的区别。

与物理法、化学法相比，微生物预处理具有条件温和、成本低和不存在环境污染等特点。在微生物预处理研究初期，大部分研究者是以纯培养方法分离和筛选木质纤维素降解菌。然而，木质纤维素的完全降解是真菌、细菌、放线菌及相应微生物群落共同作用的结果，所以单一菌种在保持纤维素分解能力上都存在一些问题。近年来有不少研究尝试使用复合菌来处理木质纤维素，以期达到快速降解的目的，但是到目前为止，应用于沼气厌氧发酵预处理的真正快速有效生物学方法却极少。

发明内容