青貯是一種傳統(tǒng)的青綠飼料作物貯存方法,逐漸地被應用于沼氣化原料的貯存。以能源作物蘆竹為原料,探討兩個不同時間收獲（早收、晚收）蘆竹在未添加尿素和尿素輔助青貯90 d過程中的化學組分變化及其后續(xù)厭氧消化產甲烷性能。結果表明:早收蘆竹中水溶性碳水化合物（WSC）質量分數(shù)為2.80%（干基）,青貯干物質（DM）損失率為8%,而尿素輔助使青貯DM損失降低了28.0%,木質素降解率提高了101.3%,且后續(xù)厭氧消化累積甲烷產量提高了25.6%;晚收蘆竹中WSC質量分數(shù)為4.94%（干基）,青貯與尿素輔助青貯的DM損失率均保持在1%左右,但尿素輔助使青貯90 d過程中乳酸累積產量增加了237.5%,木質素降解率提高了43.8%,厭氧消化累積甲烷產量提高了17.4%。因此,早收蘆竹WSC含量低而不利于青貯,尿素輔助能有效降低蘆竹青貯DM損失和提高后續(xù)產甲烷性能。 

【文章來源】：農業(yè)機械學報. 2020,51(S1)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

蘆竹青貯過程中p H值、WSC質量分數(shù)和DM損失率

對于晚收蘆竹而言，青貯發(fā)酵產物含乳酸、乙酸、丙酸、丁酸和乙醇，為混合型乳酸發(fā)酵型。蘆竹青貯30～90 d過程中，未添加尿素組中乳酸、乙酸和丙酸含量(質量比)分別分布在7.9～10.7 g/kg、7.4～19.2 g/kg和22.9～35.2 g/kg的范圍內;而尿素輔助組中乳酸、乙酸和丙酸含量分別為23.0～36.0 g/kg、16.7～21.9 g/kg和3.7～10.1 g/kg。尿素添加使90 d蘆竹青貯過程中乳酸累積產量增加了237.5%，而丙酸的累積產量減少了87.9%。由于乳酸的p Ka值為3.86，它是青貯有機酸中最有效降低p H值并保持青貯穩(wěn)定性的產物[21]。晚收蘆竹青貯過程中高濃度的乳酸累積與較低青貯DM損失的結果相一致，這也是晚收蘆竹青貯穩(wěn)定性高于早收蘆竹的重要原因。青貯過程中丙酸積累的機制可能有2種:一種是通過丙酸細菌產生丙酸，當p H值低于4.8時受到抑制[22];另一種是通過異型發(fā)酵乳酸菌，如布氏乳桿菌，以1,2-丙二醇作為中間體將乳酸降解為丙酸[22-23]。本試驗中蘆竹青貯中丙酸的積累可能主要歸因于第2種機制，即乳酸被異型乳酸發(fā)酵菌降解生產丙酸。尿素輔助蘆竹青貯30 d時的乙醇質量比增加到13.8 g/kg，但貯存60～90 d過程中乙醇含量與不添加尿素蘆竹沒有顯著差異(p>0.05)。未添加尿素的蘆竹晚收青貯90 d時的丁酸含量(質量比)為5.0 g/kg，而尿素輔助蘆竹青貯組中未檢測到丁酸。因此，對于晚收的WSC含量相對較高的蘆竹青貯過程，尿素添加對總的發(fā)酵產物含量影響差異不大，而尿素輔助能夠提高蘆竹青貯過程中同型乳酸發(fā)酵菌的活性，促進乳酸的累積并抑制乳酸的次級代謝降解途徑。

早收和晚收的蘆竹青貯90 d過程中半纖維素降解率均高于纖維素和木質素的降解率，其范圍分別為9.7%～12.9%和11.1%～13.6%(圖3);這與文獻報道的玉米秸稈和果園草青貯過程中半纖維素比纖維素更容易降解的結果相一致[26-27]。尿素輔助進一步提高了早收蘆竹青貯過程中半纖維素的降解率，貯存30、60、90 d后半纖維素的降解率分別顯著(p<0.05)增加了17.6%、19.5%和40.6%。然而，尿素輔助卻使晚收蘆竹青貯過程中半纖維素的降解率略微降低。兩次收獲的蘆竹在尿素輔助青貯過程中表現(xiàn)出的半纖維素降解的差異主要與青貯穩(wěn)定性相關。早收蘆竹青貯過程相對不穩(wěn)定，尿素輔助一定程度上降低了蘆竹青貯DM損失，但青貯過程中可能存在的酵母、霉菌、梭菌等腐敗微生物的活動增加了半纖維素的降解。早收和晚收蘆竹青貯30 d時木質素的降解率分別為5.3%和3.2%，當貯存時間達到60 d時，其木質素降解率都增加到6.5%左右，并在隨后的60～90 d的過程中變化不大。尿素輔助使早收蘆竹中木質素降解率顯著(p<0.05)提高，貯存30、60、90 d后木質素的降解率分別增加了34.6%、70.9%和101.3%。而尿素輔助使晚收蘆竹貯存30 d的木質素降解顯著增加141.6%，當貯存時間由30 d延長到90 d，其木質素降解率無顯著變化(p>0.05)，相對于未添加尿素組，木質素降解率提高了43.8%，主要是由于木質素的大幅度降解主要發(fā)生在青貯不穩(wěn)定階段，而晚收蘆竹青貯30 d內基本達到穩(wěn)定，抑制了微生物的活動。然而，貯存過程中木質素的降解也依賴于原料不同而呈現(xiàn)出較大的差異。例如，在玉米或蠶豆青貯過程中未見木質素的降解，大麻青貯4個月后觀察到3%～4%的木質素降解，向大麻中添加尿素的青貯過程中也觀察到木質素的降解增加[16]。以上結果表明，尿素輔助處理有助于提高蘆竹青貯過程中木質素的降解率，尤其對于青貯效果不佳的過程(例如早收蘆竹)。另外，木質素的降解一定程度上破壞了細胞壁結構，從而有利于提高生物質后續(xù)厭氧消化過程中半纖維素和半纖維素的可生化性。


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