我国是世界上最大的农业国家之一，农作物秸秆产出量极大。秸秆废弃物如果不能被合理有效地利用，将带来许多环境问题。厌氧消化作为一种秸秆能源化利用的方式，可以有效实现秸秆减量化，并可产生清洁能源——沼气，具有良好的环境效益和经济价值。然而，秸秆中含有大量不易被微生物降解的结晶态木质纤维素，导致秸秆厌氧消化系统普遍存在甲烷产率低、产速慢的问题，制约了秸秆厌氧消化工艺发展和工程应用。
中国科学院成都生物研究所硕士解智杰在研究员李东的指导下，构建出一套针对秸秆厌氧消化系统的菌-炭生物强化策略。通过对一系列理化指标的测定并结合微生物群落的分析，探究得到一套适用于玉米秸秆厌氧消化过程的菌-炭生物强化方法，并揭示了其内在强化机理。研究表明，单独向系统中添加5%富集驯化后的高温牛胃厌氧纤维素降解菌（rcb）或10g/l活性炭（ac）均可提升系统的甲烷产率及产甲烷速率，而二者同时添加时具有良好的协同增效作用。炭-菌的协同作用使系统的纤维素降解率、产甲烷速率和甲烷产率分别较对照组提高30.23%、51.17%和20.35%。ac和rcb对秸秆高温消化系统的强化机理存在较大差异。其中，ac通过富集纤维素降解菌（特别是hydrogenispora）和氢型产甲烷菌methanothermobacter来提高系统甲烷产率；rcb的添加则提高了纤维素降解菌（halocella和norank_o_m55-d21）和甲烷八叠球菌methanosarcina的相对丰度，进而提升了系统产气性能。当ac和rcb协同添加时，系统微生物群落结构兼具二者单独添加时的特征，其强化机理包括纤维素降解菌的富集，互营乙酸氧化作用的增强，以及更集中的碳代谢流向甲烷。该工作为秸秆厌氧消化过程菌-炭生物强化研究提供了新的技术方法，并为秸秆的高效资源化利用提供了理论支撑。
研究工作得到国家重点研发计划课题、四川省科技计划项目、中科院“西部之光”人才培养引进计划、中科院青年创新促进会等的支持。相关研究成果发表在bioresource technology上。
秸秆厌氧消化过程菌-炭生物强化研究
研究团队单位：成都生物研究所
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