【摘 要】
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针对当前农业废弃物资源化利用产物单一、效率低下的问题,本研究采用猪粪和灵芝菌糠为发酵原料进行厌氧共发酵,以厌氧发酵中间代谢产物挥发性脂肪酸(VFAs)为目标产物实现增值化利用,探究猪粪(PM)、菌糠(MR)不同干物质配比下(PM∶MR=1∶0、5∶1、4∶2、1∶1、2∶4、1∶5、0∶1)对VFAs浓度及组分的影响,在获得最适配比的基础上进行了不同pH调控下猪粪和菌糠共发酵对VFAs浓度及组分的
【基金项目】
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山西省重大专项重点实验室课题(No.202001-10); 山西省重点研发计划重点项目(No.201903D211012-05); 食用菌山西省科技创新重点团队(No.201805D131009); 山西省1331工程(No.20211331-15); 山西省基础
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针对当前农业废弃物资源化利用产物单一、效率低下的问题,本研究采用猪粪和灵芝菌糠为发酵原料进行厌氧共发酵,以厌氧发酵中间代谢产物挥发性脂肪酸(VFAs)为目标产物实现增值化利用,探究猪粪(PM)、菌糠(MR)不同干物质配比下(PM∶MR=1∶0、5∶1、4∶2、1∶1、2∶4、1∶5、0∶1)对VFAs浓度及组分的影响,在获得最适配比的基础上进行了不同pH调控下猪粪和菌糠共发酵对VFAs浓度及组分的影响,并通过高通量测序分析发酵过程中菌群多样性和结构的变化规律,明确不同条件下猪粪和菌糠共发酵产VFAs特性以及微生物群落结构变化规律,以期为猪粪和菌糠的定向产酸及微生物功能菌剂培养提供依据,为优化农业废弃物再化利用提供借鉴。(1)不同猪粪和菌糠配比对VFAs的浓度和组分影响较大。PM∶MR=4∶2产酸效果最好,发酵至第13 d时,VFAs浓度达到最大值,为7826.5 mg COD/L,相较于单独猪粪、菌糠发酵提高了16.8%和45.3%。在所有处理中,VFAs的主要成分为乙酸和正丁酸,其次为丙酸、异戊酸,而正戊酸和异丁酸含量最少,且乙酸和正丁酸浓度随发酵时间增加而增大(除PM∶MR=5∶1和PM∶MR=1∶1外);同时不同配比下VFAs组分变化结果表明,猪粪比例的增加,有利于丙酸的生成,而菌糠比例增加则利于正丁酸的生成;SCOD与VFAs浓度变化规律相似,均随发酵时间的延长而增加,而pH则下降;猪粪比例的增加有利于氨氮和总磷的释放。(2)高通量测序分析结果表明,最优产酸组(PM∶MR=4∶2)的微生物群落多样性和丰富度较高。微生物多样性和丰富度随发酵时间延长呈先上升后下降趋势;在酸积累最大日(13 d)时,不同猪粪和菌糠配比处理的微生物群落优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes)。随发酵的进行,最优产酸组中厚壁菌门相对丰度下降,拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度上升;最优产酸组属水平中Clostridium_sensu_stricto_1的相对丰度随发酵的进行逐渐下降而拟杆菌(Bacteroides)相对丰度升高,二者在发酵后期为优势菌属。(3)不同pH调控对VFAs的浓度和组分有很大的影响。当pH=8.5时,发酵第11 d,VFAs浓度达到最大值,为36736.3 mg COD/L,是对照组的1.36倍;pH调控对VFAs组分的影响结果表明,乙酸和正戊酸受pH影响较大,乙酸占比随pH的升高而增大,而正戊酸占比则随pH增大而减少;当pH=8.5时,6种酸随发酵的进行均表现为先上升后下降的趋势,且在第11d时达到峰值;不同pH调控下,SCOD随发酵时间的变化趋势与VFAs一致,酸性条件更有利于总磷、氨氮(除pH=4.0外)的释放。(4)高通量测序分析结果表明,最优产酸组(pH 8.5)微生物群落丰富度最高,而多样性略低于对照;在酸积累最大日,所有pH调控组微生物群落的优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes);在最优产酸组(pH 8.5)中,随着发酵的进行拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度上升,而厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度则降低;在属水平上,随厌氧发酵的进行Lactobacillus(乳酸菌)、Clostridium_sensu_stricto_1、Terrisporobacter相对丰度降低,而Caldicoprobacter和HN-HF0106相对丰度升高。
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