我國是世界上最大的農業國家之一，農作物秸稈產出量極大。秸稈廢棄物如果不能被合理有效地利用，將帶來許多環境問題。厭氧消化作為一種秸稈能源化利用的方式，可以有效實現秸稈減量化，并可產生清潔能源——沼氣，具有良好的環境效益和經濟價值。然而，秸稈中含有大量不易被微生物降解的結晶態木質纖維素，導致秸稈厭氧消化系統普遍存在甲烷產率低、產速慢的問題，制約了秸稈厭氧消化工藝發展和工程應用。
中國科學院成都生物研究所碩士研究生解智杰在研究員李東的指導下，構建出一套針對秸稈厭氧消化系統的菌-炭生物強化策略。通過對一系列理化指標的測定并結合微生物群落的分析，探究得到一套適用于玉米秸稈厭氧消化過程的菌-炭生物強化方法，并揭示了其內在強化機理。研究表明，單獨向系統中添加5%富集馴化后的高溫牛胃厭氧纖維素降解菌（RCB）或10g/L活性炭（AC）均可提升系統的甲烷產率及產甲烷速率，而二者同時添加時具有良好的協同增效作用。炭-菌的協同作用使系統的纖維素降解率、產甲烷速率和甲烷產率分別較對照組提高30.23%、51.17%和20.35%。AC和RCB對秸稈高溫消化系統的強化機理存在較大差異。其中，AC通過富集纖維素降解菌（特別是Hydrogenispora）和氫型產甲烷菌Methanothermobacter來提高系統甲烷產率；RCB的添加則提高了纖維素降解菌（Halocella和norank_o_M55-D21）和甲烷八疊球菌Methanosarcina的相對豐度，進而提升了系統產氣性能。當AC和RCB協同添加時，系統微生物群落結構兼具二者單獨添加時的特征，其強化機理包括纖維素降解菌的富集，互營乙酸氧化作用的增強，以及更集中的碳代謝流向甲烷。該工作為秸稈厭氧消化過程菌-炭生物強化研究提供了新的技術方法，并為秸稈的高效資源化利用提供了理論支撐。
研究工作得到國家重點研發計劃課題、四川省科技計劃項目、中科院“西部之光”人才培養引進計劃、中科院青年創新促進會等的支持。相關研究成果發表在Bioresource Technology上。
秸稈厭氧消化過程菌-炭生物強化研究
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