前言
preface

厌氧发酵技术是秸秆资源化的重要途径，工程化应用能够直接获得沼气、沼渣、沼肥，在好氧条件下木质素成分进一步降解还可以获得高附加值产品。但在现行秸秆沼气工程中，各成分的水解仍是该过程的主要瓶颈。常见的接种物由于缺乏合适的环境选择压力，无法形成高效菌群，造成体系发酵效率不高。反应器中功能菌群强化秸秆发酵机制的研究不多，长期运行“失稳”及产甲烷活性下降的微生物学特征有待揭示。另外，未经处理的畜禽粪便直接还田存在危害，对农业生产造成安全隐患。所以利用秸秆和畜禽粪便共发酵制备有机肥，对于缓解我国生态环境压力具有重要意义。

本书通过添加厌氧污泥到瘤胃菌系中构建、驯化共接种菌群，分别在批次和半连续条件下研究厌氧发酵特性及其微生物学机制。具体如下：将瘤胃菌群和厌氧污泥按不同比例共接种，评价不同体系稻秸的发酵特性；利用MiSeq测序技术揭示固液相功能菌群特征，分析特定菌属和发酵参数之间的相关性。应用共接种物，评价不同秸秆产甲烷及各成分降解等发酵特性，明确共接种物在秸秆产甲烷潜力测试方面的应用价值。半连续条件下，逐步提高有机负荷（OLR）驯化共接种菌群，借助菌群结构分析以及GH5基因的相对q-PCR技术，描述菌群类型和数量的变化，明确功能菌群的形成在水解和产甲烷活性提高中的作用。设置不同OLR和回流比考察共接种发酵特性，分析不同工况下功能菌群的特征；借助绝对q-PCR技术，明确嗜氢型甲烷菌在功能菌群形成中的作用。通过金属形态分级提取技术，描述沼渣金属形态分布的变化，分析金属可利用性与产甲烷活性之间的关系，最终解析体系“酸败”的微生物机制。设置高含固率和物种比（F/I）不同组合，考察两者对产甲烷活性及稻秸降解率的影响，明确嗜氢型产甲烷辅酶F420与甲烷产率显著性相关，可以用来表征产甲烷活性。在高固态半连续条件下，考察稻秸发酵特性，确定了三维荧光光谱-平行因子分析技术（EEM-PARAFAC）监控产甲烷活性的有效性，揭示嗜氢型甲烷菌在秸秆厌氧发酵中的重要作用。

本书应用共接种技术提高了秸秆发酵效率，通过多维分析手段揭示了厌氧代谢过程中的微生物学机制，能为秸秆沼气工程参数设定和工艺运行提供参考。

本书的研究要感谢本人的博士导师江南大学阮文权教授、黄振兴副教授，在整个研究思路的确定、实验的开展等方方面面给予的指导和支持。阮老师渊博的学识及宽阔的胸怀，总能给人以鼓励和帮助；黄老师思维敏捷，工作扎实使我受益匪浅。还要特别感谢安徽建筑大学李卫华老师团队在Matlab软件应用、样品平行因子分析等方面的指导和帮助。

本研究得到了国家自然科学基金项目——共培养菌群强化木质纤维素厌氧消化及其形成机制研究（51678279），常州市科技支撑计划项目（农业）——基于氢传递策略强化农作物秸秆发酵及功能菌剂制备研究（CE20182015）的经费资助，也得到了江苏高校“青蓝工程”及江苏省高职院校教师专业带头人高端研修项目资助，在此一并表示感谢。

邓玉营

2020年6月