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果蔬秸秆具有高含水率、高有机质含量、营养丰富、易于生物降解等特点,是一种宝贵的可再生生物质资源。目前,关于果蔬秸秆资源量及其相关理化指标的系统性研究较少,果蔬秸秆资源量评估方法不健全,一定程度上阻碍了果蔬秸秆资源化利用。此外,现有关于果蔬秸秆厌氧消化的研究大多侧重于产沼气潜力的比较,发酵原料多取自菜市场,为叶菜类,忽略了秸秆理化特性对产气效率的影响,研究结果很难全面准确地反映果蔬秸秆产沼气情况。因此,本文选取茄果类、叶菜类、瓜类等果蔬秸秆。具体以甘蓝、西瓜、黄瓜、辣椒和番茄等5种秸秆为原料,通过搜索相关数据库、查阅大量文献资料并结合实地果蔬秸秆调查取样,研究了果蔬秸秆的理化特性及厌氧消化产沼气潜力,并通过多元线性回归分析确定了果蔬秸秆产沼气潜力的主要影响因子,并对我国果蔬秸秆养分资源量进行了初步估算,为我国果蔬秸秆资源化利用提供了科学依据。 (1)甘蓝、西瓜、黄瓜、辣椒和番茄产废系数(呆蔬秸秆产量与果蔬产量鲜重之比)分别是0.53、0.16、0.23、0.36、0.30,与粮食和一些经济作物相比(产废系数或草谷比均大于1),果蔬产废系数虽小,但秸秆总量巨大。依据本研究抽样调查结果并结合相关文献,果蔬秸秆含水率、有机质、养分总量(TN+TP+TK+Ca+Mg,以下简称总养分)分别为74.06%~88.93%、66.67%~78.56%、7.61%~13.36%。初步估算2013年中国果蔬秸秆资源量约3.54亿t(以鲜重计),其中,有机质和养分总量分别达到4203.1和410.87万t。不同蔬菜秸秆资源量和养分总量差异较大,其中,土豆秸秆产量最大,有机质和养分总量分别为1464、124.1万t,而南瓜秸秆产量最少,有机质和养分总量分别仅为4.57和0.41万t。果蔬秸秆养分资源量在不同区域间也存在明显差异,主要集中在黄淮海和长江中下游地区。 (2)根据甘蓝、西瓜、黄瓜、辣椒(含施化肥和施有机肥处理)和番茄(含施化肥、施沼液1和施沼液2处理)秸秆的元素分析测定结果所得经验分子式分别为C174H28.5O14.3N、C17.9H26.4O135N、C16.0H248O15.3N、C15.2H24.6O12.9N、C22.5H33.3O18.5N、C19.9H32.1O208N、C21.4H341O21.3N、C21.8H32.6O21.4N。本研究结果表明,不同种类、不同施肥处理的果蔬秸秆间,其理化特性存在差异。与施化肥组相比,施有机肥(含沼液)明显提高了辣椒和番茄植株中有机质、TK含量和C/N。 (3)甘蓝、西瓜、黄瓜、辣椒和番茄秸秆在中温(35±2℃)条件下单独进行厌氧发酵时,产沼气潜力存在一定差异。其VS产气量和平均甲烷含量分别为316.9、227.5、233.2、166.8、213.4 mL/g·VS和54.70%、52.06%、55.02%、47.12%、49.30%,厌氧生物转化率较低,分别为41.41%、28.32%、33.01%、22.41%、31.14%。对辣椒和番茄秸秆而言,不同肥料种类和施肥量对其厌氧发酵产沼气潜力及其发酵液中pH值和VFA浓度无明显影响。 (4)通过多元线性逐步回归分析法,对果蔬秸秆理化特性对其厌氧发酵产沼气潜力的影响建立了最优方程,为:Y=292.378+61.738×TP-4.914×半纤维素-5.610×木质素,表明木质素(Beta=-0.595)影响最大,表现为负向影响,其次为TP(Beta=0.431),呈现出显著的正向影响。 综上所述,我国果蔬秸秆资源量巨大,主要集中在黄淮海和长江中下游区域;果蔬秸秆间产废系数、理化特性及厌氧发酵产沼气潜力受果蔬种类、施肥方式的影响明显;果蔬秸秆中木质素含量对其厌氧发酵产沼气潜力的影响最大,表现为负向影响。