牛粪批次干发酵过程中腐植酸的变化趋势初探
接种微生物条件下牛粪+麦秸腐解过程有机组分动态变化
接种微生物条件下牛粪+麦秸腐解过程有机组分动态变化1王旭东，来航线，周永涛西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌（712100）E-mail：wangxudong01@摘要：以牛粪添加不同比例的秸秆（小麦秸）为原料，在接种和非接种微生物的条件下进行腐解，研究了腐解过程有机组分以及腐殖物质的动态变化，结果表明，随着腐解进行，乙醇溶性物质逐渐降低；水溶性物质由低到高再到低；半纤维素和纤维素总体呈降低趋势，但随腐解进程呈现一定波动；木质素含量呈增加趋势。
腐解过程腐殖物质占总碳的比例呈增加趋势，H/F逐渐升高,但整个腐解期（28天），富里酸的量相对较多。
接种微生物有利于有机物料中小分子组分的分解。
关键词：牛粪+秸秆，腐解试验，有机组成随着农业以及畜禽养殖业的发展，秸秆、粪便等有机物料越来越多，2000年全国畜禽粪便约为27亿吨。
这些物质一方面是重要的资源，另一方面如果处置不当会给环境带来极大的危害，成为重要的污染物质。
经过微生物发酵、制成高效有机肥料是粪肥-秸秆综合利用一种重要方式。
有机物料（秸秆、粪肥）在腐解过程随腐解时间其物质组成呈动态变化[1、2]，这直接影响到有机肥料的施用效果和安全程度[3]。
为此，本研究选择牛粪和小麦秸秆为原料，在接种和非接种微生物（纤维素分解菌）条件下，进行生物降解堆腐试验，研究不同腐解期腐解材料的有机组分（水溶性物质、苯醇溶性物质、半纤维素、纤维素、木质素）以及腐殖物质的动态变化。
为畜禽粪便、秸秆的合理化高效利用奠定一定的理论基础。
1. 材料与方法1.1腐解试验选取西北农林科技大学畜牧场牛粪，晾干后按粪:草（粉碎小麦秸<2mm）=100:0（处理1）、75:25（处理2）、50:50（处理3）的三种比例进行配合，用尿素调节C/N=25:1，调节湿度（用力手握成团后手指间稍有自由水），每一配比设接种微生物（Y）和不接种微生物（N）两种处理，重复2次。
在50升的塑料桶中进行堆腐（桶周围用保温材料包裹，上面用透气保温材料覆盖）分别对原样、腐解7天、14天、21天、28天时取样（取样时对腐解材料进行翻堆），分析腐解材料中有机组分的动态变化。
牛粪堆肥腐殖质的动态变化研究
参照土壤农业化学 参照土壤农业化学
, 并稍作改动, 简述如下:
图 1 牛粪发酵总有机碳含量的动态变化 F ig . 1 D ynam ic changes of to ta l o rganic carbon dur ing the D M fer m entation
称取 适 量 的 牛 粪 风 干 样 品, 加 入 N aOH + N a4 P2 O7; 混合 液 ( p H = 13 ) 置于 30 保 温 箱内 24 h, 离心 , 取上清液 5 mL 调至 p H = 7 左右 , 在低 于 60 水浴上蒸干, 然后采用低温外热氧化 - 快 速比色法测定。 1 . 3 . 3 水溶性腐殖酸和游离腐殖酸含量的测定 游离腐殖酸采用 1 % 氢氧化钠浸提 - 重铬酸钾容 量法测定; 水溶性腐殖酸采用水浸提 - 重铬酸钾容 [ 6] 量法测定 。 2 结果与分析 2 . 1 总有机碳 ( TOC) 含量的变化 牛粪的发酵是在高温下, 通过好氧微生物的生 命活动 , 使有机物质分解的过程, 实际上也是一个
E M /g 0 50 100 150 200
Fer m entation ma teria ls and com position
处理 DM + EM 0 DM + EM 50 DM + EM 100 DM + EM 150 DM + EM 200 DM /kg 5 5 5 5 5
注 : DM : 奶牛粪便 ; E M: 中加生物技术公司发酵菌 ; 下同
[ 7]
2010 年 6 月
单德臣等
牛粪堆肥腐殖质 的动态变化研究
13
降速度较快 ( 图 2) , 并且外源微生物处理方式 DM + EM 50 、 DM + EM 100 、 DM + EM 150 、 DM + EM 200 的下降 幅度 明 显高 于 不接 种 外源 微生 物 DM + EM 0 的处理方式, 并在发酵 35 d 达到最低点, 在发 酵的腐熟阶段, 腐殖质含量略有上升 ; 而不加外源 微生物处理方式在 49 d 左右达到最低点, 而后处 于较为平稳的状态。发酵结束时, 处理方式 DM + EM 0 、 DM + EM 50 、 DM + EM 100 、 DM + EM 150 、 DM + EM 200的腐殖质含量与 发酵前相比 , 其下降幅 度依次为 : 40 . 86 %、 41 . 64 % 、41 . 50 % 、42 . 98 %、 44. 52 % 。说明其不稳定成分在减少, 但总腐殖酸 占总有机碳比 率呈增 加趋势 ( 图 3) , DM + EM 0 、 DM + EM 50 、DM + EM 100 、DM + EM 150 、DM + EM 200 处 理 方 式 的 发 酵 前 后 对 比 , 分 别 提 高 11. 34 %、 15 . 46 %、 17 . 52% 、 19 . 93 %、 17 . 87 % 。说 明发酵过程存在明显的腐殖化作用, 同时说明腐殖 酸较其它有机物质稳定。 从图 2 还可以看出 , 所有外源微生物处理方式 的堆肥发酵初期 ( 0~ 28 d), 总腐殖酸含量下降较 快 , 这个时期正是堆肥的升温期, 伴随着大量的有 机物质和腐殖酸被微生物分解放出大量的热, 使堆 体温度很快上升。总腐殖酸含量的降低, 表明堆体 腐殖酸不如土壤腐殖酸那样稳定, 堆体腐殖酸在微 生物作用下 , 处于合成与分解同时进行的剧烈活动 阶段。
腐植酸在堆肥中的含量变化及作用
腐植酸在堆肥中的含量变化及作用作者：江志阳薛冰景红双任婉侠尹微来源：《农业科技与装备》2018年第01期摘要：根据堆肥中腐植酸的相关试验和研究进展，综述腐植酸在堆肥过程中的含量变化趋势，探讨腐植酸对堆肥过程产生的不利影响和有益作用，展望腐植酸研究的发展前景，为腐植酸在现代农业中的应用和相关研究提供理论借鉴。
关键词：腐植酸；堆肥；增产；土壤修复中图分类号：S141.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）01-0009-02堆肥是合理利用农业固体废弃物资源的有效途径之一，是实现种养殖业和谐发展的重要环节，受到诸多研究人员的关注。
堆肥是在适合条件下微生物转化成有机物的过程，有机物分解、腐殖化后合成新的高分子化合物——腐殖质。
腐殖质是土壤生态平衡的重要指标之一。
堆肥后的有机肥料中含有大量的胡敏酸、富里酸等有机酸和其他营养元素。
这些有机肥料施入土壤后，对土壤的理化性状和微生物系统有十分重要的影响，尤其在增强作物抗逆性方面作用明显。
近几年，关于腐植酸的肥料产品和技术研究应用如火如荼，在节能增效、土壤修复、保护环境和促进农业可持续发展方面发挥了具有重要作用。
1 堆肥过程中的腐植酸含量变化堆肥中的腐植酸主要来源于2个方面：一是堆肥分解过程中产生的腐植酸；二是堆肥过程中添加的腐植酸。
在有机物料堆肥过程中，自然或添加的微生物菌群在对有机物进行转化和降解的过程中，会产生一定量的腐植酸类物质。
考察腐植酸含量，有助于判断堆肥分解程度。
许修宏以自然堆肥为对照，在腐熟鸡粪中加入腐熟剂，研究腐植酸在堆肥过程中的变化。
结果表明：在堆肥过程中，接种菌剂处理和对照的总腐植酸含量均呈先下降后上升的趋势；堆肥前3 d的总腐植酸含量基本相同；堆肥第7 d，接种菌剂处理的总腐植酸含量大于对照；堆肥结束时，接种菌剂处理的总腐植酸含量为23.1%，而对照仅为17.2%；游离腐植酸、水溶性腐植酸、胡敏酸的含量与总腐植酸含量的变化趋势基本一致，呈先降后升的趋势，而富里酸含量呈先升后降的趋势。
牛粪发酵实验报告
一、实验目的1. 了解牛粪发酵的基本原理和过程；2. 掌握牛粪发酵的常用设备和操作方法；3. 分析牛粪发酵过程中的影响因素，为实际生产提供参考；4. 探讨牛粪发酵过程中温度、湿度、碳氮比等关键参数对发酵效果的影响。
二、实验材料与设备1. 实验材料：新鲜牛粪、米糠、金宝贝肥料发酵剂、秸秆、稻草、蘑菇渣等；2. 实验设备：发酵堆、温度计、湿度计、电子秤、塑料薄膜等。
三、实验方法1. 物料配比：将1.5吨新鲜牛粪与1公斤金宝贝肥料发酵剂混合，按1：5的比例与米糠（或麸皮、玉米粉等替代物）混匀后，再均匀撒入牛粪堆。
2. 物料建堆：将混合好的物料堆成高度为1.5米、宽度为2米、长度在2～4米以上的发酵堆。
3. 调节水分：发酵物料的水分应控制在60%～65%。
手紧抓一把物料，指缝见水印但不滴水，落地即散为宜。
4. 启动温度：启动温度应在15℃以上，四季可作业，不受季节影响，冬天尽量在室内或大棚内发酵。
5. 翻堆通气：因金宝贝肥料发酵剂是好氧发酵，所以在发酵过程中应加大供氧措施，做到拌匀、勤翻、通气为宜，否则会因为厌氧发酵影响物料发酵效果。
6. 发酵过程监测：定期监测发酵堆的温度、湿度等参数，记录发酵过程中的变化。
四、实验结果与分析1. 发酵过程温度变化：发酵初期，温度逐渐上升，48小时后升至50～60℃，第三天可达65℃以上。
在此高温下翻倒一次，一般情况下，在发酵过程中会出现2～3次65℃以上的高温，翻倒2～3次即可完成发酵。
2. 发酵过程湿度变化：发酵过程中，水分逐渐减少，湿度控制在60%～65%。
3. 发酵效果分析：发酵完成后，牛粪颜色变为深褐色，有明显的发酵气味，表明牛粪已成功发酵。
4. 影响发酵效果的因素分析：（1）温度：发酵过程中，温度对发酵效果影响较大。
过高或过低的温度都会影响发酵效果，因此要严格控制发酵温度。
（2）湿度：发酵过程中，湿度对发酵效果也有一定影响。
过高或过低的湿度都会影响发酵效果，因此要合理调节水分。
《牛粪两相厌氧发酵产酸产气条件优化研究》范文
《牛粪两相厌氧发酵产酸产气条件优化研究》篇一一、引言随着社会经济的快速发展和人们生活水平的提高，牛粪作为一种常见的农业废弃物，其处理和资源化利用问题日益凸显。
两相厌氧发酵技术因其能够分别优化产酸相和产气相的过程，从而提高整体发酵效率和产物质量，被广泛应用于牛粪等有机废弃物的处理中。
本研究旨在通过对牛粪两相厌氧发酵的产酸产气条件进行优化，为有机废弃物的资源化利用提供理论依据和技术支持。
二、材料与方法1. 材料实验所用牛粪取自当地养殖场，经过筛选、破碎等预处理后备用。
接种物选用厌氧污泥。
实验中所用试剂均为分析纯。
2. 方法（1）两相厌氧发酵装置：采用自主设计的两相厌氧发酵装置，将发酵过程分为产酸相和产气相两个阶段。
（2）实验设计：通过单因素实验和正交实验，分别探讨温度、pH值、碳氮比、接种物比例等因素对产酸产气效果的影响。
（3）分析方法：采用气相色谱法、滴定法等方法对发酵过程中的产酸产气量、挥发性脂肪酸浓度等指标进行测定。
三、结果与分析1. 温度对产酸产气的影响实验结果表明，在一定的温度范围内，随着温度的升高，产酸量和产气量均呈先增加后降低的趋势。
在适宜的温度条件下，牛粪两相厌氧发酵的产酸产气效果最佳。
2. pH值对产酸产气的影响pH值是影响厌氧发酵过程的重要因素之一。
实验结果显示，在适宜的pH值范围内，牛粪两相厌氧发酵的产酸量和产气量均达到较高水平。
过酸或过碱的环境都不利于产酸产气的进行。
3. 碳氮比对产酸产气的影响碳氮比是影响厌氧发酵过程中微生物代谢和产物质量的重要因素。
实验结果表明，适宜的碳氮比能够提高牛粪两相厌氧发酵的产酸量和产气量。
碳氮比过高或过低都会导致发酵过程中出现氮缺乏或碳缺乏的问题，从而影响产酸产气的效果。
4. 接种物比例对产酸产气的影响接种物比例是影响厌氧发酵过程启动速度和稳定性的重要因素。
实验结果显示，适宜的接种物比例能够加快发酵过程的启动速度，提高产酸量和产气量。
接种物比例过大或过小都会导致发酵过程的稳定性降低，从而影响产酸产气的效果。
中药渣堆肥化过程中腐殖酸的动态变化研究
中药渣堆肥化过程中腐殖酸的动态变化研究陈迪;赵洪颜;葛长明;李金雪;李雪;朴仁哲【摘要】以中药渣、鸡粪为原材料,采用长槽式发酵,研究接种微生物复合菌剂和未接种菌剂的堆肥过程中腐殖酸的变化.研究结果表明:总腐殖酸含量、游离腐殖酸含量、水溶性腐殖酸含量和胡敏酸含量均呈先下降后上升的趋势,而富里酸含量呈先升后降趋势.堆肥结束(45 d)时接种菌剂的总腐殖酸、游离腐殖酸含量、水溶性腐殖酸含量、富里酸含量和胡敏酸含量均比未接种菌剂的高,分别高2.9％、6.5％、0.17％、0.42％和0.2％.接种微生物复合菌剂堆肥的腐殖酸含量优于未接种菌剂堆肥.【期刊名称】《延边大学农学学报》【年(卷),期】2015(037)004【总页数】4页(P292-295)【关键词】堆肥化;中药渣;腐殖酸【作者】陈迪;赵洪颜;葛长明;李金雪;李雪;朴仁哲【作者单位】延边大学农学院,延吉吉林133002;延边大学农学院,延吉吉林133002;延边大学农学院,延吉吉林133002;延边大学农学院,延吉吉林133002;延边大学农学院,延吉吉林133002;延边大学农学院,延吉吉林133002【正文语种】中文【中图分类】S141堆肥化是处理各种有机固体废弃物无害化、减量化、资源化的有效途径之一，是实现废弃物资源循环利用的生物方法，已受到越来越多的关注[1-4]。
堆肥化过程是在微生物的作用下使有机物分解矿化、腐殖化，合成新的高分子有机物—腐殖质, 它是土壤肥力构成的重要活性物质，是绿色食品的主要肥源。
堆肥后的产品中含有大量的胡敏酸类、富里酸类等有机酸和N、P、K等矿质元素。
堆肥产品土壤培肥后, 对土壤的理化性质及生物学特性具有十分重要的影响, 并且对作物的生长发育具有积极作用[5-6]。
可见，腐殖酸在现代农业生产中起着十分重要的作用。
而且肥料市场对腐植酸类肥料的需求越来越多,对农业清洁生产，减少污染，保护生态农业可持续发展具有重要的意义。
奶牛粪便堆肥过程中腐殖质与Fe 2+络合特征的变化
２０ ０ ６年 第 １ ０期
奶 牛粪 便 堆 肥 过 程 中腐 殖 质 与 Ｆ ２ 络 合 ｅ＋ 特征 的变 化
林 小 晖
（ 京农 业 大 学 国 家 生 命 科 学 与 技 术 人 才 培 养 基 地 ， 苏 南 京 ２Ｏ ９ ） 南 江 １ Ｏ ５
营养 、 土壤形 成分 类 和 环境 保 护 诸 方 面起 着 重 要 作
腐 殖质 是 土壤 中 能 与 Ｆ 形 成 络 合 物 的 常见 ｅ。 ‘ 有 机物 质 ， 土壤 中 的腐 殖 质 可 以 由施 人 的 有机 肥提 供 。因此 ， 研究 堆 肥 产 品～ 有 机 肥 料 中 的腐 殖 质 与 Ｆ 。 的络 合 特 征 具 有 重 要 的意 义 。有 关 土 壤 腐 ｅ。 ‘
的土壤 铁索 营养 中 ， 合 状 态 铁 占有相 当重要 的位 络
置 ～ 。 。
分 解有机 物转 化成稳 定 的腐殖 质 （ 殖 酸 ， 腐 主要 由胡 敏酸、 富里酸 组 成 ） 。腐 殖 质 含 较 多 的 羧 基 、 羟 基 酚 结 合位 点 ， 够与金 属 离子发 生很 强 的络合作 用 ， 能 络 合 形 成的有机 金属 络合 物 的特 性 对植物 的微 量元 素
摘 要 ： 究 了奶 牛粪便 堆肥过 程 中形 成的 腐殖 质 与 Ｆ 的络 合 特征 。结 果表 明 ， 研 ｅ 堆肥 过 程 中形 成
的 腐 殖 质 与 Ｆ 计 的 络 合 能 力 呈 现 一 种 动 态 变 化 。 腐 殖 质 与 Ｆ 的 络 合 稳 定 常 数 受 到 腐 殖 质 腐 殖 ｅ ｅ
堆 肥是 对农业 有 机 固体 废弃 物 进 行 无 害 化 、 资 源 化处理 的 主要方式 之 一［ ， 堆肥 过程 中， 生 物 】在 ］ 微
牛粪发酵生产生物有机肥的工艺试验
牛粪发酵生产生物有机肥的工艺试验目前，好氧发酵是实现畜禽粪便无害化和资源化的最主要途径，它不仅可以解决畜禽粪便的环境污染问题，而且对于发展生物有机肥，促进农业的可持续发展有着重要的意义。
本试验从牛粪便的资源化利用角度出发，以工业化生产生物有机肥为目的，系统地研究了牛粪好氧发酵菌种的筛选，为畜禽粪便的大规模处理提供必要的工艺参数。
一，本试验的主要研究结果如下：1．对采购的三种菌剂和自配的菌剂，不加菌剂，进行对比试验，选取最优菌剂，结果表明，鹤壁人元生物科技菌剂比较好。
2．对一次发酵的主要工艺参数进行优化，在单因素试验的基础上，考察了各个因素之间的交互作用，通过正交试验，确定了一次发酵的最优工艺参数，即：含水率为65％，C／N比为未定，菌剂接种量为3．5‰，翻堆次数为4d一次。
二，好氧发酵原理有机物的好氧堆肥实际上就是基质在土著微生物或外源微生物的作用下进行好氧发酵的过程。
在发酵过程中，粪便中的溶解性有机物透过微生物的细胞壁和细胞膜而为微生物吸收利用，非溶解性的大分子物质由微生物所分泌的胞外酶分解为小分子溶解性物质，再由细胞吸收利用。
微生物通过自身的生命活动—氧化、还原、合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物并释放出生物生长活动所需要的能量，把另一部分有机物转化为生物体所必需的营养物质，合成新的细胞物质，于是微生物逐渐生长繁殖，产生更多的生物体和胞外酶，继续进行一系列的生化作用。
下图可以简单地说明这个过程。
下列方程式反映了好氧发酵过程中有机物的氧化和合成。
三，好氧发酵的微生物作用过程好氧发酵是在有氧气参加的条件下，借助微生物的作用而实现的，所以微生物是好氧发酵成败的关键因素。
发酵过程中温度不断的发生变化，随着温度的变化，微生物类群也处在一个不断进行的动态变化之中。
依据温度的变化，可将堆肥发酵过程分为三个阶段：升温阶段、高温阶段、降温或腐熟保温阶段l升温阶段升温阶段主要是中温性微生物占优势(冯明谦和刘德明，1999)。
牛粪开始发酵成有机肥新技术，比自然发酵快5
牛粪开始发酵成有机肥新技术，比自然发酵快5牛集中养殖场牛粪、粪水处理是一个大问题。
由于新鲜牛粪含水量高（一般超过80%），很难堆积起来发酵；而粪水由于COD（化学需氧量）最高可以超过9万（猪尿水才3万左右），仅靠沼气池和自然粪池需要1年以上才能降低到400以下（且还在没有新粪污进入的情况下）。
大多数中小养牛场基本都不具备专业的环保处理设备与粪污资源化专业设备。
有什么办法在不增加设施投入的情况下，就能够解决养牛场的粪污处理并形成资源化问题？答案是有的，小编为数百个牛场采用下面的技术解决了问题。
养牛场一、牛粪的快速发酵成有机肥技术步骤一、购买专业草食动物粪便发酵剂产品——“加强型堆肥快速腐熟剂”，200g/包，市场售价12-15元，发酵约2-3立方新鲜牛粪。
将发酵剂与200g红糖放入5公斤温水中激活24小时备用。
专业的高温菌种能够大大缩短发酵时间步骤二、第一次发酵牛粪需要将含水量超过80%的牛粪与一些草料（腐草最好，也可以采用粉碎的秸秆、干牛粪等）简单混合或者1层牛粪1层草料的方式，使其含水量在60%左右，能够堆成1米左右高，1.2-1.5米宽的条状，牛粪与草料混合过程中洒入激活菌种，低温季节覆盖薄膜或草料。
一般24小时左右会升温到70-75℃，甚至80℃，72小时左右温度会下降，这时候臭味基本消除，继续发酵到10-15天完成发酵。
如果在发酵第5天翻堆1次效果更好。
发酵完成的牛粪就变成了含水40%以下的有机肥。
步骤三、发酵完成的牛粪除可以做正常的有机肥使用外（也可以养殖蚯蚓等），还是新牛粪发酵的母粪和含水量过多牛粪的吸附剂。
有了发酵完成的牛粪后，再次发酵新牛粪时，先在底部铺垫1层30-50厘米厚的母粪，倒入新牛粪上去，把激活菌种洒在新牛粪上（还是需要加入专业发酵菌种的，因为母粪中有不少菌种因为高温等而死亡了，但可以减少使用量），将新牛粪与母粪混合，堆积成1米左右高度、宽1.2米左右即可发酵，一般7天左右就发酵完成了。
牛粪氧化降解制取氨基_黄腐酸的研究
牛粪氧化降解制取氨基-黄腐酸的研究王为民 孙明强 姜剑平（南通市绿色肥料研究所 通州市土肥站 通州 226300）摘 要：用催化氧化方法降解牛粪，使其未消化分解的粗纤维、粗蛋白、粗脂肪和腐植酸类物质转化为水可溶的有机物质——氨基酸-黄腐酸(A-F A)。
反应在全封闭条件下进行，全过程无废气、废液、废渣排放。
产品中水溶有机物质组成包括黄腐酸、氨基酸、其他低分子有机酸和糖类。
羧基、酚羟基等活性官能团含量略高于风化煤和泥炭FA，接近于土壤FA。
E 4/E 6和凝聚极限都较高，对作物幼苗生长的促进作用和对化肥的显示增效作用都很明显，表明该产品具有相当高的化学活性和生物活性。
关键词：牛粪尿 黄腐酸 氨基酸 氧化降解 生物活性中图分类号：TQ314 文献标识码：A 文章编号：1671-9212(2006)06-0031-07Study on Manufacture of Amino-Fulvic Acid from Cattle Dung by Chemical OxidationWang Weimin, Sun Mingqiang, Jiang Jianping(Institute of Green Fertilizers in Nanton City, Service Centre of Soil and Fertilizers in Tongzhou, Tongzhou, 226300)Abstract: Amino-Fulvic Acid (A-FA) was produced from cattle dung by means of catalytic oxidation through convert-ing raw cellulose, protein, fats and humic acids etc. to aquatic soluble organic matter—A-FA. The whole process of the reaction is carried out in sealing condition and without waste material released. The major components of organic matter in products are fulvic acid, amino acids, other small molecular acids and sugars. The content of active groups in A-FA, such as carboxyl and hydroxyl, is lightly higher than that of FA in weathered coal and peat, but similar to that of soil FA. Both the E 4/E 6 rate and the value of fl occulent limit of A-FA are also higher. The results of its obvious promoting growth of seedling and improving fertilizer ef fi ciency indicated that A-FA has considerable chemical and biological activity. Key words: cattle dung; fulvic acid; amino acid; oxidizing-decomposition; bio-activity畜禽粪便是一种产量大、价值高的生物质资源，但是如果不进行处理和科学利用，就会成为令人头痛的污染源。
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7
牛粪批次干发酵过程中腐植酸的变化趋势初探
1， 2 1， 2 1， 2 1， 2 1， 2 祝其丽 ，潘 科 ，汤晓玉 ，王文国 ，胡启春
（ 1． 农业部沼气科学研究所，四川 成都 610041 ） 摘
610041 ； 2． 农业部农村可再生能源开发利用重点实验室，四川 成都
发酵瓶 集气瓶 集水瓶
图2
厌氧干发酵实验装置图
大致相同。同时， 在整个干发酵过程中， 牛粪中纤维 素和半纤维素含量逐渐减少， 说明随着发酵的进行， 纤维素和半纤维素逐渐被其中的微生物所降解 ； 而 木质素含量呈先减少后增加的趋势。 研究表明， 木
［10 ］ 质素的分解需要分子氧的存在 ， 在厌氧条件下木 质素几乎不被微生物分解， 只是分子量分布有从大 ［11 ］ 分子向小分子转化的趋势 ， 经过预处理的木质素 除外。图 5 显示木质素在发酵的前 30 d 呈减少的
［7 － 8 ］
趋成熟， 但更多关注旨在提高产气率的工艺条件的 优化， 而缺少对发酵副产物腐植酸的相关研究报道 。 本文通过试验研究， 首次探讨了牛粪干发酵过程中 腐植酸的变化趋势， 对于农业废弃物的资源化利用 具有重要指导意义。 1 1． 1 材料与方法
木质 素 在 腐 植 酸 形 成 过 程 中 发 挥 着 重 要 作 ， 因此富含木质纤维的秸秆类物质已成为生
2 2 Variation Trend of Humic Acid in Dry Anaerobic Digestion of Cow Dung / ZHU Qili1， ，PAN Ke1， ，TANG Xi2 2 2 aoyu1， ，WANG Wenguo1， ，HU Qichun1， / （ 1 ． Biogas Institute of Ministry of Agriculture，Chengdu 610041 ，
25
总 HA 含量 /%%
图4
25
木质素含量 /%%
牛粪干发酵过程中半纤维素变化趋势图
奶牛粪 水牛粪 黄牛粪
20 15 10 5 0 30%
奶牛粪 水牛粪 黄牛粪
20 15 10 5 0 30%
60% 时间 /%d
90
图5
牛粪干发酵过程中木质素变化趋势图
纤维素结构被破坏， 木质素含量减少； 之后随着厌氧 发酵的进行， 牛粪中的木质素几乎不被微生物分解 ， 而纤维素和半纤维素逐渐减少， 由此使得木质素的 相对含量增加。 2． 2 牛粪干发酵过程中腐植酸变化趋势 腐植酸是一种有机大分子化合物， 广泛存在于 2． 3
20 15 10 5 0 30% 60% 时间 /%d
90
腐植酸含量由发酵前的 15． 55% 减少到发酵 30 d 后 的 10． 96% ， 之后又逐渐升高， 在发酵 90 d 后达到 16． 96% ， 超过了发酵前鲜牛粪中的腐植酸含量 。 这 说明牛粪中的腐植酸含量在经过一定时间的厌氧发 酵后有所增加， 与木质素的变化趋势相似， 这可能说 明牛粪中木质素与腐植酸的形成和积累存在一定的 关联性， 其具体的相关性还有待进一步地深入研究 。
TM 纤维素测定仪（ Fibertec 2010 ） 测定纤维素、 半纤维
趋势， 这可能是因为牛粪在进行干发酵试验之前进 行了自然风干以使其 TS 浓度达到试验所需要求， 相当于对发酵原料进行了好氧预处理 ， 牛粪中木质
25
纤维素含量 /%%
素和木质素含量， 采用 thermoFisher Nicolet 6700 红 外光谱仪测定光谱特征。 2 2． 1 结果与分析 牛粪干发酵过程中木质纤维素变化趋势 牛粪作为秸秆类原料经过反刍动物瘤胃消化后 的产物， 含有一定量的木质纤维素。 本试验采用的 三种原料奶牛粪、 水牛粪和黄牛粪中纤维素、 半纤维
1． 3
试验方法 通过计算确定发酵原料各组分应加入的量， 将
牛粪、 接种污泥、 自来水按照一定比例混合在一起， pH 值控制在 6. 8 确保其 TS 为 20% ， 接种量为 30% ， 7． 6 之间。 需要说明的是， 所有的计算都是以干 30 d， 60 d， 90 d 后 物质量来计。分别测定发酵 0 d， 牛粪中木质纤维素含量、 腐植酸含量及其红外光谱 特征。采用容量法测定腐植酸的含量， 采用 FOSS
要： 牛粪作为秸秆类原料经过反刍动物瘤胃消化后的产物， 是生物腐植酸的发酵原料之一 。 该研究对 3 种牛
粪干发酵过程中腐植酸的变化趋势及红外光谱特征进行了分析， 结果表明： 在为期 90 天的批次厌氧干发酵过程 3 种牛粪（ 奶牛粪、 中， 水牛粪、 黄牛粪） 中腐植酸的含量均有所增加， 且木质素含量和腐植酸含量变化趋势相似 。 研究结果为后续深入开展牛粪干发酵过程中腐植酸形成机理及积累过程奠定了一定基础， 进而为农业废弃物的资 源化利用提供理论参考 。 关键词： 牛粪； 干发酵； 木质素； 腐植酸 中图分类号： X705 ； S216． 4 文献标志码： A 文章编号： 1000 － 1166 （ 2014 ） 05 － 0007 － 06
表1
粪 污
鲜牛粪中木质纤维素含量
纤维素 20． 7 22． 0 22． 3 半纤维素 19． 3 21． 2 19． 4
（ %）
木质素 12． 7 16． 1 17． 6来自奶牛粪 水牛粪 黄牛粪
随着干发酵过程的进行， 牛粪中的木质纤维素 60 d， 90 发生了变化， 本试验分别分析了发酵 30 d， d 后的 3 种牛粪中木质纤维素的含量， 其变化趋势 3 种牛粪的木质纤维素变化趋势 如图 3 图 5 所示，
表2
项目 奶牛粪 水牛粪 黄牛粪 总腐植酸 15． 55 15． 30 15． 78
OH 伸缩振动； NH 伸缩 碳水化合物和水分中的振动的吸收 H 伸缩特征峰 脂族 CCO2 反对称伸缩 酰胺羰基 C = 0 伸缩 脂肪族 NO2 反对称伸缩， 仲酰胺 NH 而内弯曲 芳香族 NO2 反对称伸缩 木质素和脂肪族化合物中的双键或羰基相边的 － CH2 变形振动及无机的 NH4+ ， NO3－ 和有机羧 － 酸盐 COO 的吸收 O 伸缩振动， C 酚分类的 C有 机 硅 化 合 物 中 Si的伸缩振动及纤维素酯类的特征吸收 O 伸缩 多糖 C－ CO2 面外弯曲 3
腐植酸（ HA） 因其具有极为特殊的物理化学性 ［1 － 2 ］ ［3 ］ ［4 － 6 ］ 、 质和生物活性而在农业 工业 、 医学上 得 以广泛应用。天然腐植酸原料主要来自风化煤、 褐 煤、 泥炭、 土壤等， 虽然现有的矿源腐植酸储量丰富， 但资源不能再生， 加之在开采上缺乏合理规划， 随着 社会的发展， 天然腐植酸资源将供不应求。因此， 深 入开展以天然有机废弃物为原料形成生物腐植酸的 相关研究尤为必要。 用
试验材料 发酵原料 （ 奶牛粪、 水牛粪、 黄牛粪 ） 分别取自 四川省内三个规模化养殖场 （ 见图 1 ） ， 取回后自然
物腐植酸的主要原料之一。牛粪作为秸秆类原料经 过反刍动物瘤胃消化后的产物， 是生物腐植酸的发 酵原料之一。目前有关牛粪干发酵技术的研究已日
风干备 用， 三 种 牛 粪 的 TS 浓 度 分 别 为 40． 31% ， 27. 30% ， 35． 72% ； 接种污泥取自农业部沼气科学研 究所实验室， 其 TS 浓度为 13． 1% 。
60% 时间 /%d
90
图6
牛粪干发酵过程中总 HA 含量变化趋势图
牛粪干发酵过程中红外光谱分析 红外光谱特征吸收峰及其归属
表3 红外光谱特征吸收峰及其归属
归 属
［13 － 15 ］
2． 3． 1
红外光谱特征吸收峰及其归属详见表 3 。
波数 / cm － 1 2430 3410
自然界中， 与植物生长、 生态环境、 矿物的迁移积累 等重大问题关系密切。根据腐植酸在溶剂中溶解度 的不同可以将其分为 3 个组分： 黄腐酸、 棕腐酸和黑 腐酸。腐植酸由于其结构特点而具有许多优异功 能， 这使其在许多领域都有广阔的开发利用空 ［12 ］ 间 。牛粪作为秸秆类原料经过反刍动物瘤胃消 化后的产物， 自身含有一定量的腐植酸 （ 见表 2 ） 。 表 2 显示奶牛粪、 水牛粪、 黄牛粪 3 种牛粪中总腐植 酸含量相当， 为 15% 16% ； 奶牛粪与水牛粪的黄 腐酸含量相当， 为 8． 5% 9% ， 而黄牛粪中黄腐酸 含量相对较高， 为 11． 83% ， 其棕腐酸 + 黑腐酸含量 相应较低， 仅为 3． 95% ， 奶牛粪和水牛粪中棕腐酸 + 黑腐酸含量约为 6． 5%
0417 收稿日期： 2014项目来源： 基于氨纤维爆破预处理的秸秆醇气联产关键技术研究（ 2014HH0018 ） Email： zhuqili121@ 163． com 作者简介： 祝其丽（ 1981 － ） 女， 四川眉山人， 助理研究员， 研究方向为农业环境科学，
8
32 （ 5 ） 中国沼气 China Biogas 2014 ，
奶牛粪 水牛粪 黄牛粪
20 15 10 5 0 30% 60% 时间 /%d
90
图3
牛粪干发酵过程中纤维素变化趋势图
32 （ 5 ） 中国沼气 China Biogas 2014 ，
25
半纤维素含量 /%%
9
奶牛粪 水牛粪 黄牛粪
干发酵技术是资源化处理牛粪有效的方法之 一， 本试验得出了在干发酵过程中腐植酸含量的变 3 种牛粪中总 化趋势（ 见图 6 ） 。 从图 6 可以看出， 腐植酸含量变化趋势相似， 在发酵前 30 d 有所减 少， 之后呈现逐渐升高的趋势。以奶牛粪为例， 其总
China； 2 ． Key Laboratory of Development and Application of Ｒural Ｒenewable Energy ，Ministry of Agriculture， Chengdu 610041 ，China） Abstract： As digested product from rumen of a ruminant，cow dung is one of raw materials to produce biohumic acids． This article primarily studied the variation trend of humic acid in dry anaerobic digestion of cow dung and its characteristics under infrared spectrum． The results showed that the content of humic acid for all three kinds of cow dung increased after fermentation，and the content variation trend of lignin and humic acid were similar． These results settled the base for the further study on the formation mechanism of humic acid and its accumulation process． Key words： cow dung； dry anaerobic digestion； lignin； humic acid