摘 要：秸秆的再次利用方式主要就是通过厌氧发酵产生沼气，因此如何有效地贮存足够数量的秸秆对于保障沼气的发酵生成量有着重要的作用。根据以往的实验结果分析得出，CO2气调方式是一种较为高效并且产量较高的一种有效贮存秸秆的方式，同时也是一种预处理秸秆的方法，有效保证通过厌氧发酵产生沼气的性能以及产量了。

关键词：CO2气调;秸秆;厌氧发酵;沼气

中图分类号：S-3

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20191015006

引言

焚烧秸秆仍是造成大气污染的一个重要原因，而大气污染又是环境污染的一部分，现阶段对于我国乃至全球来说，环境污染是急需解决的一大难题，与此同时能源逐渐稀缺也是目前一大危机，秸秆这种生物废品的再利用就显得尤为重要。随着时代的发展和技术的提高，研究人员得出通过多种手段进行的沼气工程中沼气池中产生的CO2能够为秸秆的贮存提供更适合的环境，为燃料的储备做出贡献。

1 实验背景

根据以往的实验结果总结来看，秸秆的贮存方式不同，其损失的量也有所不同。对于畜牧业来说，通常使用的秸秆贮存方式是青贮，青贮这种贮存方式是在秸秆新鲜的时候，将其贮存在酸性（pH≈4）环境中，通过乳酸菌这些厌氧微生物的作用来降低不利于贮存的好氧微生物的存活数量及繁殖速度，将秸秆内的有效营养成分更好的保存下来，尽可能地减少秸秆内营养成分的损失。但是青贮这种相对来说较好的贮存方式仍旧存在一定的不足，其预处理时所需要耗费的资金与劳动力相对较高，因此其成本相对来说高于其他贮存方式。

气调这种保鲜技术在国内最早得到试用是在对蔬果以及粮食的贮存上，主要是通过调整和控制贮存环境中气体的含量以及各种气体所占的比例来实现保鲜这一储存目的的，也就是尽可能地降低存储环境中氧气的含量，转而提高CO2的含量，并且保证这2种气体始终稳定在合适的比例和压力环境中。某些研究人员通过实验发现，在气密性相对较为良好的存储仓库当中，其仓库的温度始终维持在22～28℃这个范围内，并且空气中CO2所占的比例为24%～36%，将粮食放置在仓库中10h以上，能够有效杀虫100%，虫的种类主要为米象和谷蠹成虫等，为粮食的有效贮存提供了保证。

本文主要研究秸秆在这种气密性相对较为良好的环境中，通过沼气工程中产生的CO2来置换仓库中氧气，最终实现秸秆与秸秆之间的缝隙以及整个仓库环境中氧气的含量，达到厌氧微生物喜欢的环境，有效降低好氧微生物的生长繁殖速度与能力，促进乳酸菌等厌氧微生物的生长，为秸秆的长时间贮存创造更好的环境。

2 实验材料与方法

2.1 实验所需材料

本文的实验所采用的秸秆选自山东省农业科学院试验田中栽种的麦子留下的秸秆，在历经晾晒以及揉搓等破坏之后，保证秸秆的长度在2～3cm左右。在进行厌氧消化实验中所采用的接种物主要是养猪场经过多年的沼气池发酵之后产生的沼渣。

2.2 对实验过程的设计

2.2.1 秸秆的气调保存操作

本文进行的实验主要使用1L的广口玻璃瓶对秸秆进行贮存，设置2个未进行贮存操作的对照组和3个经过贮存操作的实验组，通过使用灌满1L CO2的容器来置换存储秸秆容器的气体0、5、8次，分别达到容器中氧气的含量为23%、19%、15%，分别标记为实验组A、B、C，与此同时，分别进行两次重复实验。对照组的秸秆在经过晒干操作之后，取100g，每组各50g，通过添加自来水调节秸秆的含水量，保证其含水量为75%左右，将对照组的秸秆进行密封处理，并将其放置在30℃的恒温箱中保存30d。

完成贮存实验操作之后，取出A、B、C 3组中少量的秸秆样品进行下一步操作，也就是进行厌氧与好氧微生物数量和种类的检测，剩余的实验组样品进行55℃左右的低温处理。

2.2.2 厌氧发酵实验

本次实验采用800mL的广口玻璃瓶进行厌氧发酵实验，将容器中TS的浓度调整为4.5%，并将每1个实验组玻璃瓶中灌入300g污泥，以及加入其它成分。将其充分混合之后，充入氮气，氮气充入的时间为2min，保证将实验瓶中空气完全去除。密封之后，将进行厭氧发酵实验的容器放入30℃的环境中进行厌氧发酵。隔天进行瓶内的产气量以及瓶内甲烷的含量检测。

3 实验结果以及分析

3.1 秸秆进行贮存前与贮存之后理化性质的变化

秸秆在进行贮存之后其理化性质将发生很大的变化，实验结果表明没有经过气调实验的秸秆中营养成分的流失量最多，随着气调操作进行次数的增多，秸秆中营养成分的损失量随之降低。秸秆的贮存过程中发生理化性质变化，主要是由于环境中微生物进行生长繁殖，将秸秆中含有的纤维素等成分进行降解破坏。根据对实验组和对照组中秸秆营养成分的研究发现，经过气调实验操作的秸秆含有更高的热量，更利于其作为燃料提供保障。

3.2 秸秆中含有的微生物的数量

经过30d贮存的秸秆含有的微生物数量主要有3种，即细菌、真菌和放线菌。这3种微生物在秸秆中含量的多少是随着实验环境中CO2的浓度变化而变化的，也就是随着进行气调次数的变化而进行变化的，微生物数量的多少与进行气调次数呈现负相关关系。由于实验组中B组和C组进行的空气置换相对较多，容器中氧气的含量较少，因此这3种微生物的数量相对较低，而乳酸菌等数量较多。并且贮存的环境的pH值较小，更加利于乳酸菌的生长和抑制其他微生物的生长繁殖，使得秸秆在短时间不会遭受微生物的侵蚀。

3.3 秸秆表面形态的变化

通过电子显微镜对进行气调贮存的秸秆的表面形态进行观察，可以发现，贮存之前秸秆的表面较为光滑，基本没有孔隙和裂缝;没有进行气调处理的实验A组的表面附着有较多的细菌，而且有一部分纤维表面层已经被降解破坏，形成了较深孔隙和较大的裂缝;进行了5次气调处理的实验B组的表皮仍旧存在少量的菌体，秸秆的表面出现一些较轻的孔隙和裂缝，其纤维表面层没有遭受明显的破坏;经过了8次气调处理的实验C组的表皮基本没有菌体附着，而且秸秆的表面仍旧呈现光滑状态，基本没有出现孔隙和裂缝，秸秆的纤维表面层没有遭受破坏，与贮存前的秸秆表面基本一样。因此可以得出，随着气调次数的增多，秸秆受到的保护增大，其纤维结构遭受破坏的可能性就越小。

3.4 热稳定性分析

根据实验对不用贮存环境中的秸秆的热量进行检测，结果显示进行气调处理次数越多的秸秆，其体内含有的热量相对较多，其热稳定性越强。没有经过贮存处理的对照组存在明显的分解速率变化，其表皮和内部的纤维结构相对较为紧密和完整，被热解的难度较大。经过贮存并且没有进行气调处理的对照组的秸秆的表面遭受微生物的分解与破坏，纤维组织结构也不同程度的遭受了破坏，其热稳定性相对较差;实验A组的秸秆由于只是隔绝了空气，并没有进行气调处理，秸秆的表面与纤维结构同样遭受了微生物不同程度的破坏，因此本组的热稳定性相对于对照组来说好一些，但是基本上差不多;实验B组的秸秆只是表面遭受了微生物的破坏，而且破坏程度较轻，微生物未对纤维表面层结构造成破坏，因此本组的秸秆的结构疏松更加利于消化，其热稳定性相对较好;实验C组的秸秆的热稳定与实验B组的热稳定基本一致;除此之外，实验B组和实验C组存在差距较大的热分解速率以及相对较少的燃烧残渣。总而言之，对不同组的秸秆的热重分析，最终结果显示，进行气调处理的次数越多，秸秆贮存环境中氧气含量越低，秸秆能够得到的保护越好，其热稳定性也就越高。

4 结论

综上所述，通过气调这种贮存方式能够有效降低秸秆贮存过程中养分的损失，而且在相同条件下，进行气调操作的次数越多，其保存质量就越高，当然，前提是贮存的秸秆含水量是相同的。进行气调操作的秸秆中含有的厌氧微生物种类和数量相较于未进行处理的秸秆更为丰富，经过气调处理的秸秆的纤维组织结构也更为完整。根据对秸秆厌氧发酵实验的结果分析发现，进行气调次数越多的容器内产生的气体越多，这也就说明进行气调贮存之后秸秆能够产生更多的气体，而且随着贮存环境中氧气含量的降低，产气量有所增加。

參考文献

[1] 霍立娇，杜静，叶小梅，常志州，夏腾飞.CO2气调贮存秸秆及对厌氧发酵产沼气性能的影响研究[J].中国沼气，2019，37（02）：12-18.

[2]付广青，杜静，叶小梅，常志州.青贮水稻秸秆厌氧发酵产沼气特性[J].江苏农业学报，2016（01）：90-96.

[3]彭娟，钱志海，王远平.气调法在粮食储藏中的应用[J].粮食加工，2014（04）：71-74.

[4]杨云贵，张越利，杜欣，刘桂要，曹社会.2种玉米青贮饲料青贮过程中主要微生物的变化规律研究[J].畜牧兽医学报，2012（03）：397-403.

作者简介：

岳鹏（1984-），男，本科，工程师。研究方向：农业工程技术。