張昱　張洪波　張瑜瑜　陳麗娟　趙明方　夏云

摘要：為了解玫瑰秸稈與豬、牛糞污在不同總固體（total solid，TS）含量厭氧消化中理化性質(zhì)與微生物群落的動(dòng)態(tài)變化，在常溫條件下設(shè)置3種TS含量（3%、5%、7%）處理，對(duì)產(chǎn)甲烷量及厭氧消化系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并結(jié)合定量熒光原位雜交技術(shù)（fluorescence in situ hybridization，F(xiàn)ISH）對(duì)關(guān)鍵微生物類群進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明，3%TS處理產(chǎn)甲烷量最高且延滯期短（20 d），以揮發(fā)性固體（volatile solid，VS）計(jì)，75 d累計(jì)產(chǎn)甲烷量262.80 mL·g-1 VS，比5%TS、7%TS處理分別高16.14%和23.86%。揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acids， VFAs）在3種TS處理中均表現(xiàn)出先上升后降低的趨勢(shì)。對(duì)厭氧消化系統(tǒng)中微生物菌群的分析表明，在3種TS處理下古菌群落中的甲烷八疊球菌目（Methanosarcinales）均為正常產(chǎn)氣階段（30～75 d）目水平下優(yōu)勢(shì)菌群，其中5%TS處理試驗(yàn)結(jié)束時(shí)最高豐度為77.46%；而細(xì)菌群落中脫硫弧菌目（Desulfovibrionales）為目水平下優(yōu)勢(shì)菌群，在75 d時(shí)，脫硫弧菌目的細(xì)菌豐度在3%TS、5%TS處理下相較于開(kāi)始時(shí)（0 d）分別下降8.36%和1.24%，而7%TS處理上升1.68%。綜上所述，3%TS處理為最優(yōu)條件，具有最大產(chǎn)氣量和最短的延滯期，微生物菌群的組成相對(duì)穩(wěn)定高效，3%TS處理的厭氧消化系統(tǒng)可以有效地提高玫瑰秸稈厭氧消化性能。

關(guān)鍵詞：厭氧消化；玫瑰秸稈；總固體含量；熒光原位雜交；微生物群落

doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0740

中圖分類號(hào)：S39 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：10080864（2024）05020111

中國(guó)是玫瑰生產(chǎn)大國(guó)，玫瑰在全國(guó)各地均有栽培。然而，種植玫瑰無(wú)論是食用或是提取精油等都只是針對(duì)于玫瑰花瓣的利用過(guò)程，而對(duì)廢棄玫瑰秸稈的處理和利用鮮有報(bào)道[1]。玫瑰秸稈含有大量的有機(jī)質(zhì)，焚燒或作為垃圾處理會(huì)造成環(huán)境污染，也是對(duì)廢棄玫瑰秸稈資源化的極大浪費(fèi)。以全國(guó)最大的鮮切花交易市場(chǎng)——云南昆明斗南花卉市場(chǎng)為例，每天可產(chǎn)生20～30 t 玫瑰秸稈垃圾[23]，大量的玫瑰秸稈在花卉市場(chǎng)堆積和垃圾化處理將會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成巨大負(fù)擔(dān)[4]。

當(dāng)今世界正在對(duì)替代能源進(jìn)行深入研究[5]。厭氧消化從農(nóng)業(yè)秸稈和動(dòng)物糞便中生產(chǎn)沼氣已被視為一種環(huán)保且可持續(xù)獲取能源的方式，通過(guò)這種方式，農(nóng)業(yè)廢棄物被轉(zhuǎn)化為清潔、易于使用的高能量燃料（甲烷）[6]。厭氧工藝的優(yōu)點(diǎn)是廢棄物處理過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定，廢棄物污泥產(chǎn)量少，減少了病原體污染，并且可以生產(chǎn)沼氣作為有用的最終產(chǎn)物[7]。

目前，對(duì)于玫瑰秸稈進(jìn)行厭氧消化的研究主要是對(duì)于厭氧工藝的提升和改進(jìn)。趙霞[1]針對(duì)不同的起始pH、溫度、接種物配比及農(nóng)藥氧化樂(lè)果含量進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，起始pH為7、消化溫度35 ℃、豬糞與玫瑰秸稈質(zhì)量比為3∶1、氧化樂(lè)果含量在0～90 mg·L-1為最佳工藝條件。司祥[8]利用NaOH對(duì)玫瑰秸稈進(jìn)行預(yù)處理，當(dāng)玫瑰秸稈與豬、牛糞混合物的質(zhì)量比為1∶3時(shí)，累計(jì)產(chǎn)氣量最高。李夢(mèng)潔[9]利用半連續(xù)發(fā)酵對(duì)厭氧消化體系中的接種量和原料總固體（total solid，TS）含量進(jìn)行研究，得出最佳接種量為40%，最佳原料TS含量為20%。關(guān)于在玫瑰秸稈厭氧消化過(guò)程中微生物如何參與改變環(huán)境并且持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)出甲烷的研究鮮有報(bào)道。本研究通過(guò)設(shè)置3種不同的TS（豬、牛糞混及玫瑰秸稈的混合物）含量進(jìn)行厭氧消化處理，分析其理化性質(zhì)及甲烷產(chǎn)量，最后利用熒光原位雜交技術(shù)（fluorescence in situ hybridization，F(xiàn)ISH）監(jiān)測(cè)微生物群落中古菌和細(xì)菌群落的變化，研究混合豬、牛糞對(duì)玫瑰秸稈進(jìn)行厭氧消化處理的過(guò)程，以期為提高處理效率和改進(jìn)工藝流程提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

接種物試驗(yàn)材料為云南省昆明市昆明學(xué)院白沙河牲畜飼養(yǎng)基地的豬糞和牛糞的混合物，接種物在正式試驗(yàn)前進(jìn)行常溫馴化30 d，利用2層紗布過(guò)濾大顆粒雜質(zhì)后裝填入反應(yīng)器。玫瑰秸稈采集于昆明市斗南花卉市場(chǎng)。玫瑰秸稈剪為1 cm大小。試驗(yàn)材料與接種物性質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)采用批量發(fā)酵試驗(yàn)，即在每個(gè)厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中一次性投入接種物和原材料，豬糞牛糞混合物（豬糞與牛糞TS配比為1∶1）與玫瑰秸稈的TS之比為1∶1。試驗(yàn)裝置如圖1所示，主要由反應(yīng)器，集氣瓶與量筒構(gòu)成。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為重復(fù)試驗(yàn)，即在1 L厭氧瓶中裝入700 g有效發(fā)酵物質(zhì)。接種物與原料裝入?yún)捬跗恐泻蟪淙氲獨(dú)? min，保證充分的厭氧環(huán)境。根據(jù)TS含量設(shè)置3%（3%TS）、5%（5%TS）、7%（7%TS）3個(gè)處理， 其中TS含量中接種物與玫瑰秸稈的TS配比為1∶1，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 理化性質(zhì)測(cè)定

總固體（TS）含量采用烘干法測(cè)定，揮發(fā)性固體（volatile solid，VS）含量采用馬弗爐灼燒法測(cè)定[10]；采用van Soest 等[11]的方法測(cè)定纖維素、半纖維素、木質(zhì)素；產(chǎn)氣量利用排水法進(jìn)行收集并測(cè)量體積[7]；揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acids， VFAs）含量采用蒸餾滴定法[12]進(jìn)行測(cè)定，以乙酸分子質(zhì)量作為基數(shù)計(jì)算。氨氮（ammonia nitrogen，AN）依據(jù)納氏試劑分光光度法[13]測(cè)定；化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand，COD）采用重鉻酸鉀快速消解分光光度法[14]測(cè)定；總有機(jī)碳含量測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱法，總氮含量測(cè)定采用凱氏定氮法[12]；pH使用pH計(jì)測(cè)定。甲烷含量利用GC1102氣相色譜儀測(cè)定，每隔5 d測(cè)定1 次甲烷含量。色譜條件：進(jìn)樣口溫度110 ℃，熱導(dǎo)檢測(cè)器溫度120 ℃，取樣量0.4 mL，保留時(shí)間7 min，載氣為H2，根據(jù)甲烷含量和產(chǎn)氣量相乘計(jì)算得到累計(jì)甲烷產(chǎn)量。發(fā)酵料液含量依據(jù)以下公式進(jìn)行計(jì)算。

式中，M0為料液含量，%；Xi為i 物料的質(zhì)量，g；Mi為i 物料的總固體（TS）含量，g；W 為所需增加水量，g。

1.4.2 微生物群落測(cè)定

利用FISH技術(shù)對(duì)古菌和細(xì)菌的微生物菌群進(jìn)行分析測(cè)定，所有FISH分析方法均參照Xia等[15]和Kong等[16]的方法稍作修改。首先，從厭氧發(fā)酵反應(yīng)器中取出污泥樣品，立即使用4% 多聚甲醛（paraformaldehyde，PFA）和50%的乙醇在冰上固定4 h。然后，固定樣品在1∶1的磷酸緩沖鹽溶液（phosphate buffered saline，PBS）和乙醇溶液中洗滌，并儲(chǔ)存在-20 ℃冰箱中備用。研究中使用的16S rRNA靶向寡核苷酸探針序列基于probebase[17]，如表3所示。在FISH試驗(yàn)過(guò)程中，載玻片上的固定樣品在50%、80% 和96% 乙醇溶液中分別脫水3 min，并在37 ℃下用CARD FISH處理以增加16S rRNA 基因探針的穿透性[25]。在46 ℃條件下使用8 μL雜化液雜化3 h，在48 ℃下使用洗脫液洗脫15 min，隨后在室溫下下用4，6-二脒基-2-苯基吲哚（4，6-diamidino-2-phenylindole，DAPI）溶液（300 μg·mL-1） 染色10 min。使用熒光顯微鏡進(jìn)行觀察，從每個(gè)樣品中隨機(jī)捕獲30幅顯微視野的圖像，所有圖像均使用Image J軟件處理，基于對(duì)熒光信號(hào)的像素分析，每個(gè)背景的最高強(qiáng)度被確定為閾值，強(qiáng)度高于該閾值的像素為探針雜交微生物占據(jù)的區(qū)域?？偣啪呢S度由ARC915探針染亮的古菌面積確定，總細(xì)菌豐度由DAPI 染亮的微生物面積確定。顯微鏡視野中不同種群的相對(duì)豐度由目標(biāo)微生物染亮的面積除以總古菌或總細(xì)菌所染亮的面積確定。不同古菌種群豐度和不同細(xì)菌種群豐度計(jì)算公式如下。

式中，PA 為不同靶標(biāo)古菌群落的相對(duì)豐度；MA 為ARC915 探針染亮的熒光面積；MD 為DAPI染亮的熒光面積；PB為不同靶標(biāo)細(xì)菌群落的相對(duì)豐度。

1.5 數(shù)據(jù)分析

常規(guī)作圖采用Origin 2022b和Adobe Illustrator2020 軟件，常規(guī)數(shù)據(jù)分析采用Excel 365 和IBMSPSS 22 軟件。微生物差異性分析采用單因素方差分析（one-way ANOVA） 方法。冗余分析（redundancy analysis，RDA）采用R 4.1.3 中的vegan包，作圖采用ggplot2和ggrepel包。

2 結(jié)果與分析

2.1 累計(jì)產(chǎn)甲烷量與甲烷含量分析

由圖2可知，在3種不同TS含量處理下，75 d時(shí)累計(jì)產(chǎn)甲烷量存在較大差別，3%TS處理累計(jì)產(chǎn)甲烷量最高（以VS計(jì)算），達(dá)262.80 mL·g-1 VS，相比于5%TS 處理的204.07 mg·L-1 VS 和7%TS 處理的175.38 mg·L-1 VS分別高16.14%和23.86%。試驗(yàn)開(kāi)始20 d后，3%TS處理累計(jì)產(chǎn)氣量相比于其他處理呈明顯上升趨勢(shì)，說(shuō)明在較低的TS含量下有利于甲烷的產(chǎn)生，且厭氧消化的延滯期更短。對(duì)甲烷含量的測(cè)定表明，3 種TS 處理在試驗(yàn)前期（3%TS處理1～20 d，5%TS處理1～25 d，5%TS處理1～40 d）的甲烷含量均受到不同程度的抑制，后期3種處理基本維持在一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)間，其中3%TS處理穩(wěn)定區(qū)間時(shí)間段為20～75 d，5%TS 處理為30～75 d，7%TS處理為40～75 d。以上結(jié)果表明，3%TS處理的產(chǎn)甲烷效率最高。

2.2 厭氧消化反應(yīng)器VFAs、COD、AN 和pH 變化分析

由圖3可知，各處理VFAs含量均呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，起始（1 d）時(shí)VFAs含量7%TS處理最高，為5 953.46 mg·L-1；3%TS處理最低，僅為1 708.77 mg·L-1。3種處理VFAs含量達(dá)到峰值的時(shí)間也不同，3%TS處理的VFAs含量在第15 天時(shí)達(dá)到峰值，為4 537.94 mg·L-1；5%TS處理的VFAs含量在20 d 時(shí)達(dá)到峰值，為7 021.03 mg·L-1；7%TS 處理的VFAs 含量在25 d 時(shí)達(dá)到峰值，為9 917.92 mg·L-1。各處理達(dá)到峰值后VFAs含量均表現(xiàn)為逐步下降直至結(jié)束，75 d時(shí)3%TS、5%TS、7%TS 處理VFAs 含量分別為1 924.10、296.21、4 408.41 mg·L-1；與最高峰值相比，各處理最終消耗VFAs的占比分別為57.60%、53.05%、55.55%。

COD的變化趨勢(shì)與VFAs類似，3種處理均表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)。3%TS、5%TS、7%TS處理COD 起始含量分別為5 566.37、14 233.03、28 599.70 mg·L-1； 3 個(gè)處理COD 含量均在第15天達(dá)到峰值，分別為14 366.37、21 099.70、30 533.03 mg·L-1；峰值至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)COD去除率分別為83.30%、78.67%、61.95%。各處理對(duì)物料的利用情況良好，其中，3%TS處理的COD去除率最高。

3%TS、5%TS、7%TS 3種處理的AN含量波動(dòng)不大，基本維持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)。其中，3%TS處理的波動(dòng)范圍在38.57～95.77 mg·L-1，5%TS 處理在72.86～148.49 mg·L-1，7%TS 處理在116.86～196.94 mg·L-1。

各處理的pH在試驗(yàn)前期均出現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)。7%TS處理的下降幅度較大，在第15天時(shí)pH從開(kāi)始的7.0下降到5.3，已經(jīng)出現(xiàn)酸化現(xiàn)象；25 d 后逐步恢復(fù)，直至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)pH 約為7.0。3%TS、5%TS處理pH同樣出現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)，但趨勢(shì)相對(duì)緩和，至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)pH分別約為7.4和7.1，均略高于初始值7.0。

2.3 古菌群落相對(duì)豐度分析

利用FISH技術(shù)對(duì)厭氧消化反應(yīng)器中不同TS處理的古菌和細(xì)菌群落進(jìn)行了分析發(fā)現(xiàn)，在不同時(shí)間段不同處理之間古菌和細(xì)菌豐度存在明顯差異（圖4）。對(duì)古菌群落的分析表明，厭氧消化反應(yīng)器中包括氫營(yíng)養(yǎng)型的甲烷桿菌目（Methanobacteriales）和甲烷球菌科（Methanococcaceae）、乙酸營(yíng)養(yǎng)型的甲烷鬃毛菌屬（Methanosaeta spp.）和兼性營(yíng)養(yǎng)型甲烷八疊球菌目（Methanosarcinales）。甲烷桿菌目作為一類氫營(yíng)養(yǎng)型甲烷菌，在試驗(yàn)前（0 d）處于較高的豐度（21.05%），5%TS、7%TS處理均在第15天達(dá)到峰值，相對(duì)豐度分別為25.22% 和31.85%，3%TS處理在第15天時(shí)相對(duì)豐度較試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)下降9.79個(gè)百分點(diǎn)。試驗(yàn)前期（15 d）甲烷桿菌目是7%TS處理產(chǎn)甲烷菌的優(yōu)勢(shì)菌群，15 d后3種TS處理中甲烷桿菌目的相對(duì)豐度均迅速下降直至結(jié)束，在15～75 d，3%TS 處理從11.56% 下降至7.88%，5%TS處理從25.22% 下降至2.76%，7%TS處理從31.85%下降至4.84%，相對(duì)豐度平均減少11.73～13.40個(gè)百分點(diǎn)。

甲烷鬃毛菌屬為典型的乙酸營(yíng)養(yǎng)型甲烷菌，不同TS處理的甲烷鬃毛菌屬相對(duì)豐度變化趨勢(shì)與甲烷桿菌目類似。3%TS處理下降幅度較大，試驗(yàn)開(kāi)始（0 d）時(shí)相對(duì)豐度為21.05%，結(jié)束（75 d）時(shí)為7.82%，相較于試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)相對(duì)豐度下降13.23個(gè)百分點(diǎn)；5%TS處理從0 d的25.05%下降至75 d時(shí)的13.45%，7%TS 處理從0 d 時(shí)的25.05% 下降至75 d時(shí)的13.16%，2個(gè)處理相對(duì)豐度平均減少11個(gè)百分點(diǎn)左右。

同樣作為氫營(yíng)養(yǎng)型甲烷菌的甲烷球菌科，除7%TS處理出現(xiàn)相對(duì)豐度明顯上升趨勢(shì)外，另外2個(gè)處理均維持在較低水平，變化不大。甲烷八疊球菌目作為一類兼有乙酸、氫和甲基營(yíng)養(yǎng)型的甲烷菌，3種TS處理在試驗(yàn)前期（0～15 d）均表現(xiàn)為較低的豐度，在15 d時(shí)，3%、5%、7%TS處理的相對(duì)豐度分別為12.73%、16.84% 和10.15%；在15～30 d時(shí)，3種處理的甲烷八疊球菌目相對(duì)豐度均出現(xiàn)明顯的上升過(guò)程，其中，3%TS處理上升幅度最大，從15 d時(shí)的12.73%上升至30 d時(shí)的30.05%，相對(duì)豐度增加17.32個(gè)百分點(diǎn)。試驗(yàn)中期至結(jié)束（30～75 d），3種TS處理中甲烷八疊球菌目均為優(yōu)勢(shì)菌群，其中，5%TS處理在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)甲烷八疊球菌目相對(duì)豐度最高，為77.46%。

2.4 細(xì)菌微生物群落相對(duì)豐度分析

細(xì)菌群落中微生物相對(duì)豐度隨不同處理TS含量和時(shí)間的變化存在差異（表4）。在75 d時(shí)，3個(gè)處理中放線菌門（Actinobacteria）相對(duì)豐度比試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)（0 d）有明顯提高，且放線菌門在不同處理中也存在顯著差異，7%TS 處理顯著高于3%TS處理。厚壁菌門（Firmicutes）為優(yōu)勢(shì)菌種，在3種處理中在試驗(yàn)全程均維持在相對(duì)較高的水平，平均相對(duì)豐度在38.51%～40.14%。擬桿菌目（Bacteroidales）在不同處理中均大幅提高，與0 d時(shí)相比，75 d 時(shí)提高9.76～11.50 個(gè)百分點(diǎn)。75 d時(shí)，變形菌門下的β-變形菌綱、γ-變形菌綱的相對(duì)豐度在7%TS處理中均顯著高于3%TS處理。纖維桿菌屬（Fibrobacter）相對(duì)豐度在中高TS含量下較高（表4，圖5），整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，與其他TS處理相比纖維桿菌屬在7%TS處理中始終處于較高的豐度，試驗(yàn)后期略有下降。脫硫弧菌目（Desulfovibrionales）在3 種處理中的相對(duì)豐度變化存在差異（表4，圖5），3%、5%TS處理中脫硫弧菌目相對(duì)豐度呈逐步下降趨勢(shì)，3%TS處理從15 d時(shí)的15.03%下降至75 d時(shí)的3.29%，5%TS處理從30 d時(shí)的15.25%下降至75 d時(shí)的10.41%，而7%TS處理在試驗(yàn)全程維持在相對(duì)較高的水平，相對(duì)豐度范圍在13.33%～19.35%。與初始值相比，脫硫弧菌目在3%TS、5%TS處理中相對(duì)豐度分別降低了8.36 和1.24 個(gè)百分點(diǎn)，而7%TS 處理升高了1.68個(gè)百分點(diǎn)。

2.5 關(guān)鍵微生物群落與理化因子冗余分析

在分析微生物群落與環(huán)境因子的相互作用之前，利用降趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析（detrendedcorrespondence analysis，DCA）分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，基于DCA分析得出最大軸長(zhǎng)為0.33，小于3，本試驗(yàn)數(shù)據(jù)適合冗余分析（RDA）。RDA 分析結(jié)果表明（圖6），總方差解釋率為88.34%，其中RDA1 的解釋率為68.59%，RDA2 的解釋率為13.96%，兩軸累計(jì)方差解釋率為80.21%，RDA排序結(jié)果較為可靠。甲烷含量和pH、甲烷桿菌目、甲烷鬃毛菌屬存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與甲烷八疊球菌目存在正相關(guān)關(guān)系。COD、VFAs、AN與甲烷球菌科、纖維桿菌屬、甲烷鬃毛菌屬存在正相關(guān)關(guān)系，與甲烷八疊球菌目存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。

3 討論

將玫瑰秸稈作為厭氧消化材料，既能解決農(nóng)業(yè)環(huán)境污染，又能帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。豬糞與牛糞進(jìn)行混合作為厭氧消化原料進(jìn)行消化反應(yīng)，一方面豬糞中具有高效的蛋白質(zhì)分解細(xì)菌，另一方面牛糞中瘤胃微生物菌群可以促進(jìn)纖維素的降解。

TS含量是影響玫瑰秸稈產(chǎn)甲烷的重要因素之一。高TS含量中水含量較少，限制了物質(zhì)的交換；過(guò)低的TS含量同樣也會(huì)造成甲烷產(chǎn)量減少，反應(yīng)器內(nèi)的原料無(wú)法供應(yīng)充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致容積產(chǎn)氣率低，且需水量和沼液排放量大[26]。因此，尋找合適的TS含量對(duì)于提升厭氧消化效率至關(guān)重要。Wang等[27]研究不同TS含量下玉米秸稈的厭氧消化產(chǎn)氣性能發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)甲烷量有明顯的差異，當(dāng)TS含量在8%～13%時(shí)，甲烷產(chǎn)量逐步提高，TS含量大于14%，甲烷產(chǎn)量急劇下降，這與本研究結(jié)果一致，當(dāng)TS含量大于3%時(shí)，甲烷產(chǎn)量逐步下降，3%TS處理比另外2種處理的甲烷產(chǎn)量分別提高16.14%、23.86%，表明玫瑰秸稈較適合在低TS含量下進(jìn)行厭氧消化。

高TS含量厭氧消化試驗(yàn)同樣會(huì)造成VFAs積累，并抑制甲烷產(chǎn)量。Abbassi-Guendouz等[28]利用廢棄紙板進(jìn)行厭氧消化試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)TS含量升高VFAs 含量隨之升高，而TS 含量超過(guò)30% 時(shí)，VFAs 有明顯的積累現(xiàn)象，當(dāng)TS 含量達(dá)到30%～35%時(shí)，VFAs含量升高到29 000～36 000 mg·L-1。本試驗(yàn)得出了類似的結(jié)果，TS 含量升高導(dǎo)致了VFAs的積累，特別是試驗(yàn)前期在3種處理下均產(chǎn)生了不同程度的VFAs 積累現(xiàn)象。3%TS 處理下的VFAs積累程度較輕，15 d后開(kāi)始下降，原因可能是玫瑰秸稈在厭氧消化前期降解了易消化的大分子從而釋放出大量的VFAs。

利用FISH技術(shù)對(duì)古菌和細(xì)菌的微生物群落分析表明，古菌群落中產(chǎn)甲烷菌群從前期氫營(yíng)養(yǎng)型甲烷桿菌目和乙酸營(yíng)養(yǎng)型甲烷鬃毛菌屬相互競(jìng)爭(zhēng)，至后期兼性營(yíng)養(yǎng)型的甲烷八疊球菌目成為優(yōu)勢(shì)菌群。古菌中產(chǎn)甲烷菌的相對(duì)豐度分析表明，乙酸營(yíng)養(yǎng)型、氫營(yíng)養(yǎng)型和兼性營(yíng)養(yǎng)型的甲烷菌在反應(yīng)體系中相對(duì)豐度存在明顯的競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。試驗(yàn)前期高水平VFAs和COD以及低水平AN可能導(dǎo)致其他類型產(chǎn)甲烷菌（單一氫或乙酸營(yíng)養(yǎng)型）受抑制程度明顯，而甲烷八疊球菌目可利用底物類型多樣（H2、CO2、甲酸、甲醇、乙酸等），且對(duì)環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性[29]。Kong 等[30]利用豬糞和玉米秸稈為底物進(jìn)行厭氧消化發(fā)現(xiàn)，當(dāng)VFAs高于234.3 mg·L-1 時(shí)，甲烷八疊球菌目的豐度較高。本研究的結(jié)果也發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)后期當(dāng)3種處理的VFAs含量全程在1 708.77 mg·L-1以上時(shí)，甲烷八疊球菌目的相對(duì)豐度較高為優(yōu)勢(shì)菌群，同時(shí)也證明了甲烷八疊球菌目在高水平VFAs的環(huán)境中可以占據(jù)優(yōu)勢(shì)，更容易成為產(chǎn)甲烷菌的優(yōu)勢(shì)菌種[31]。RDA分析也進(jìn)一步證明甲烷八疊球菌目與VFAs存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明甲烷八疊球菌目是厭氧消化反應(yīng)器中VFAs的主要消耗者。

細(xì)菌群落中纖維桿菌屬為厭氧消化反應(yīng)體系中常見(jiàn)的纖維素降解細(xì)菌[31]。RDA 分析結(jié)果表明，纖維桿菌屬促進(jìn)了VFAs和COD的產(chǎn)生，這與Nguyen等[32]發(fā)現(xiàn)高豐度的纖維桿菌屬在以木質(zhì)纖維素為主的反應(yīng)器中促進(jìn)了COD 和 VFAs產(chǎn)生的結(jié)果一致。在3種TS處理中，纖維桿菌屬的豐度至試驗(yàn)結(jié)束時(shí)均高于起始含量，說(shuō)明纖維桿菌屬在不同TS處理試驗(yàn)全程均正常參與纖維素降解。脫硫弧菌目一方面有助于厭氧消化體系pH中和以及病原體的去除，另一方面，脫硫弧菌目與產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷菌在內(nèi)的多種參與厭氧消化過(guò)程的微生物存在競(jìng)爭(zhēng)，且自身產(chǎn)物H2S對(duì)甲烷存在一定的毒性[33]。Huang等[34]發(fā)現(xiàn)，厭氧消化中硫酸鹽還原細(xì)菌與甲烷產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。本試驗(yàn)中檢測(cè)的硫酸鹽還原細(xì)菌中脫硫弧菌目同樣與甲烷含量存在負(fù)相關(guān)，脫硫弧菌目相對(duì)豐度越高，甲烷產(chǎn)量越低，說(shuō)明脫硫弧菌目相對(duì)豐度在玫瑰秸稈的厭氧消化中同樣會(huì)給甲烷產(chǎn)量帶來(lái)顯著的負(fù)面影響。本研究發(fā)現(xiàn)，厭氧消化系統(tǒng)中前期大量的VFAs積累和脫硫弧菌目較高的相對(duì)豐度可能對(duì)厭氧消化體系及甲烷菌的生存環(huán)境有較大的影響，因而造成試驗(yàn)前期3種TS處理均存在較長(zhǎng)時(shí)間的延滯期，并且這種表現(xiàn)隨TS含量升高，延滯期相對(duì)更長(zhǎng)。本研究表明，TS含量會(huì)顯著影響厭氧消化反應(yīng)中的理化因子與微生物菌群的活性和豐度，因此，選擇適合的TS含量對(duì)提高玫瑰秸稈厭氧消化系統(tǒng)的效率具有重要意義。

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