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1、西南科技大学本科生毕业论文 VSouthwest university of science and technology 本科毕业设计（论文）水稻秸秆和大豆秸秆发酵过程中物质转化的初步研究学院名称生命科学与工程学院专业名称生物工程学生姓名学号指导教师副教授二一一年六月 水稻秸秆和大豆秸秆发酵过程中物质转化的初步研究摘要：以水稻秸秆和大豆秸秆为研究材料，分析比较两种秸秆在发酵过程中的物质转化关系。结果表明：在秸秆好氧和厌氧发酵的不同时期，总糖物质随着发酵过程的进行，百分比趋势都是随着发酵的进行逐渐减小的最后趋于平衡；然而还原糖的含量却与之相反，呈现出先增加而减少后平衡的趋势，而好氧发酵的增加趋
2、势更加的明显。总氮的含量的测定则是呈现梯度的减少最后达到平衡。当然在发酵过程中温度，pH,湿度等因素都会从一定程度上影响测定的结果。最终分析表明:在测定总糖、还原糖、总氮等相关物质指标的发酵过程中都是按照一定的特性曲线排列的，并对比厌氧发酵和好氧发酵，前期则是好氧发酵更剧烈，后期则是厌氧发酵。最终从图表分析反映此次秸秆发酵过程是比较彻底的。关键词：秸秆；厌氧发酵；好氧发酵；总糖Material Conversion During The Fermentation Of Rice Straw and Soybean Straw Abstract: Rice straw and soybean s
3、traw were used for material to analyze and to compare the material conversion during the anaerobic fermentation and the aerobic fermentation. The results showed that: in the different period of anaerobic fermentation and aerobic fermentation. In the beginning, the percentage of total sugar is decrea
4、sing regularly, at last, the curve is tending to balance. In contrast, the percentage of reducing sugar is entirely different. The curve is firstly increasing, then decreasing, finally went to balance. The trend was more obvious during the aerobic fermentation. The content of total nitrogen presente
5、d decreasing graded to one position and tended to balance. of course, during the fermentation, pH、temperature、humidity, and so on , might influence the determination result. The last result showed that total sugar、reducing sugar、total nitrogen、etc, are tactic with characteristic property during the
6、fermentation of rice. Compare anaerobic fermentation with aerobic fermentation. The former was more severe than the feedback at the preliminary phase. The feedback was more severe at the last of fermentation.Key words: rice， fermentation，conversion目 录第1章 绪 论11.1 概述11.2 秸秆利用现状11.3 秸秆的化学成份51.4 研究目的和意义
7、61.5 国内外研究动态和发展水平6第2章 材料与方法82.1 试验技术路线82.1.1 试验材料82.1.2试验器材82.1.3试验药剂92.2 测定指标及方法92.2.1总氮测定92.2.2总磷测定102.2.3总糖和还原糖的测定10第3章 结果与分析123.1 水稻秸秆发酵过程物质转化分析123.1.1总糖在发酵过程中分析123.1.2 发酵过程中对还原糖数据的分析133.1.3 发酵过程中对总磷数据的分析153.1.4发酵过程中对总氮测定的分析163.1.5发酵过程中对钾测定的分析173.2大豆秸秆在发酵过程物质转化分析193.2.1 发酵过程对总糖的分析193.2.3发酵过程中还原糖
8、的分析203.2.3发酵过程对总磷的分析223.2.4发酵过程对总氮的分析233.2.5发酵过程对总钾的分析24结 论27致 谢28参考文献29西南科技大学本科生毕业论文第1章 绪 论1.1 概述平常我们经常提到的秸秆是指水稻，花生，油菜，玉米，甘蔗等田间农作物在收获果实后所剩下的一部分,农作物秸秆是具有产量大、分布广、用途大等特点的一类农业生产的副产品，同样也是重要的可再生的生物资源。其中主要秸秆含磷、氮、碳、钾成份的平均含量依次是0.33，0.6、45、10。农作物秸秆主要成份包括纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、淀粉等有机物和氮、磷、钾、氨、镁、硫等多种不同物质。农作物秸秆的主要组成部分
9、是植物细胞壁，并且有一半的光合作用的产物是存在农作物秸秆中。根据联合国能源部门的相关研究表明，秸秆是一种既清洁又环保的可再生能源，秸秆热值达到了15000千焦/kg，这相当于同等质量下煤的50的热量。秸秆平均含硫量只有38，然而煤的平均含硫量却有1之多。据世界卫生组织部门统汁，世界各地每年种植的各种农作物剩下的所产生的秸秆多达17亿吨，但是其中大部分都没有得到充分的利用。秸秆也是农产品，秸秆占农业总生物量的50左右。农作物秸秆也是非常重要的生物资源，不要让这种资源给浪费掉，要形成浪费秸秆就是浪费土地、浪费水资源和浪费农业投入的经济意识、生态意识，开发秸秆利用的新方法对农作物秸秆的增值、农民的增
10、收、减少焚烧秸秆带来的环境污染、发展生态畜牧业和退耕还林还草具有较大的推动作用1。 1.2 秸秆利用现状1.2.1秸秆焚烧危害据相关报道，我国每年农作物秸秆的产量达到了7亿吨左右，占全球总量的30%，居全世界之首，具有广阔的开发前景。在中国约有30的秸秆作为废弃物而直接焚烧掉后还田或就地焚烧还田或掩埋于土层中还田，由于缺少完善的技术这种利用方式不仅效率低而且还不够环保给环境带来了污染。给环境带来的危害主要体现在以下几个方面。1. 破坏农作物土壤的结构，造成耕地面积质量下降。不仅影响农作物对土壤营养成分的充分利用，造成了农田作物产量和质量的下降甚至是出现大面积的死亡，还影响到农民的收益和国家GD
11、P2。同时在农田中焚烧农作物秸秆会使地表面积温度急剧的上升，许多土壤中的有益微生物和有益细菌就这样被直接的烧死和烫死，土壤水分损失达到了6580，农作物土壤中的好氧肥力就被破坏，同时农作物土壤的保水性能就这样大大的下降，造成了土壤板结经不起干旱。2.污染大气环境，危害人类的身体健康。相关研究数据表明，在秸秆焚烧的时候，空气中二氧化氮、二氧化硫、可吸入微尘颗粒物三项污染指数指标达到高峰值，其中二氧化氮和可吸入微尘颗粒物的浓度与没秸秆焚烧时相比达到了3倍之多，二氧化硫浓度是平时没有秸秆焚烧的一倍多，这就相当于每日平均浓度五级的水平。当可吸入微尘颗粒物浓度达到某种程度以上时，对人的鼻子，咽喉和眼睛等
12、含有黏膜的人体器官刺激性就较大，轻则造成胸闷、流泪、咳嗽，严重时就可能导致支气管炎甚至更严重的后果发生。3. 引发严重火灾，对群众的生命及财产安全造成了威胁。在焚烧秸秆的时候，要注意秸秆周围是否有易燃易爆物品，特别是在人口密集附近，村庄附近，儿童玩耍较多的地方要留意，如果一旦发生火灾，将会造成不堪设想的后果。 4. 造成交通事故，影响航空和交通道路安全。露天秸秆焚烧所引起的一个最为显著的难题就是在秸秆焚烧的过程中所产生滚滚的浓烟直接对铁路、民航、高速公路的正常的运营造成了极其不利的影响，对道路交通安全构成了不必要的威胁。每当到农作物收割的季节，农村就要大量焚烧所剩下的秸秆，大量浓烟就给飞机场带
13、来了严重的危害，有时候飞机场的能见度常常低于300米，对飞机场航班的正常起飞和降落造成了严重的影响，航空飞行公司和乘坐旅客对此反映十分强烈，一旦导致飞行事故，将造成重大的人员伤亡和财产损失。5.秸秆焚烧所产生的滚滚的烟雾、一大片一大片的焦土，给一个地区的环境形象和经济带来了极大的破坏。1.2.2 解决秸秆焚烧问题出路 1. 秸秆燃料秸秆作燃料，是秸秆的主要用途之一。就目前全国范围来说，秸秆仍然主要用于作燃料,占全国秸秆产量的50%以上，秸秆作燃料，仍然以直接燃烧为主，烟熏火燎，卫生，能源利用率仅为13%。近几年出现了秸秆气化技术，通过对秸秆不完全燃烧或干馏，获得可燃气作燃料。也有将秸秆通过生物
14、发酵产生沼气作燃料。这些生物质能转化技术可提高能源利用2-4倍，但应用很少。 2. 秸秆还田 秸秆还田是一项改善土壤化学性质增加土地肥力的很好措施。将秸秆粉碎发酵后埋入土中，将有利于土壤中微生物的利用。秸秆中含有大量的有机物、微量元素、磷和氮等物质，还田可以供农作物吸收利用，变废为宝。在目前，我国已经有专门的秸秆还田设备来帮助还田，并在一些地方开始试用。国家都十分的重视秸秆对施肥结构的科学合理性，但由于秸秆还田存在着很大的局限性，所以某些技术还不够成熟。但是在农业发达的国家，例如美国，英国等国家的水稻秸秆，小麦秸秆很多一部分都用于还田。秸秆还田有许多的方法，一是直接还田，就是将农作物秸秆直接埋
15、入土壤中或者是覆盖在农田表面上。二是过腹还田，这种方法就是将秸秆作为饲料，喂食家禽，经过家禽的消化系统处理后，变成粪便再埋入土壤中，增加土壤的肥力。这种方法是十分具有环保性，生态性。但在目前看来，这种还田方法推广还不够多。三是焚烧还田，顾名思义就是将秸秆焚烧过后，将其掩埋还田6。3.秸秆饲料由于秸秆成分主要是纤维素、半纤维素、木质素、粗蛋白，很难直接用作饲料。所以在之前要将秸秆粗纤维进行处理将其主要成分进行降解和转化，提高秸秆的利用率和秸秆的营养价值。目前秸秆饲料具有粗纤维含量高、蛋白质含量少、粗灰分含量高的特点。但是由于我国秸秆资源丰富，价格便宜。如果得到科学的知道，这将是个很值得推广的处理
16、秸秆的方法7。4.秸秆发电秸秆发电主要是用农作物秸秆作为主要的燃料进行燃烧而进行的发电方式，也称为秸秆燃烧发电。使用秸秆直接发电的类型秸秆主要有三类，第一类是黄色秸秆，主要有玉米秸秆、水稻秸秆等农作物秸秆，第二类是灰色秸秆，主要是大豆秸秆，棉花秸秆等密度较大的植被。第三类则是被压缩成一定体积颗粒的秸秆，有利于增加秸秆燃烧的表面积。作为农民的生活用能，秸秆燃烧效率只有约15%，而生物质直燃发电锅炉可以将热效率提高到90%以上，大大降低了废弃物的排放。由于燃料是农作物秸秆，生物质发电不仅可提供清洁能源，而且能变废为宝。1.2.3 解决秸秆焚烧问题的建议 1.建设大型有机肥料生产厂 把秸秆粉碎,进行
17、快速发酵制造有机肥料,是一项成熟的技术。如果在秸秆过剩地区建设年产10-50万吨以秸秆为原料的有机肥料工厂,不但可以“消化”掉大量秸秆,同时可以获得可观的经济效益。在绿色食品越来越走俏的今天,有机肥料生产具有广阔的前景。 2.建设大型秸秆炭化工厂 如果在秸秆过剩地区建设年产碳10-50万吨秸秆炭化厂,每年可消化35-165万吨秸秆,同时可产中热值燃气0.3-1.2亿m3,可供中小城市居民用气；产木焦油3-15万吨。 3.推广秸秆炭粉与化肥混合技术 把秸秆炭化获得炭粉,再将炭粉与化肥混合施于农田中,可减少化肥流失,提高化肥利用率,可使粮食增产。这是一项成熟的技术,不但“消化”大量秸秆,同时,减少
18、化肥污染,提高粮食产量也是很明显的。 4.建设大型秸秆发电厂 不论是将秸秆粉碎进行喷粉燃烧发电,还是将秸秆压块燃烧发电,技术上是成熟的。如果在秸秆过剩地区建设一座20万kW秸秆发电厂,不但每年可“消化”掉180万t秸秆,而且还可获得可观的经济效益。 5.开发秸秆类煤化应用技术 我国对煤炭的应用是很广泛的,特别是大工业生产中用量很大。如果秸秆类煤化应用，其消耗量是相当大的。类煤化应用方法很多,目前可以采取掺混方法,将秸秆固化、颗粒化、粉末化后,掺入相当的煤炭进行利用。曾有试验表明:将10%的秸秆粉掺入煤炭炼焦中,可增加煤气产量,焦炭无明显变化。 6.建设大型秸秆固化装置将秸秆粉碎在高压力下制成密
19、度大于1.0的人造棒的技术是成熟的。如果在秸秆过剩地区建立大型秸秆固化装置,可把松散的秸秆制成类木棒,便于保存,便于运输,便于进入大工业中利用。 关于秸秆收集和运输问题,只要形成了大规模应用,收集和运输也将随之形成专业化行业。我国煤炭的运输半径在800km以上,且在运输中易产生粉尘污染。而秸秆的运输半径比煤小得多,且不会产生污染。 1.3 秸秆的化学成份 1.3.1秸秆的一般化学成分 农作物秸秆是由大量的合机物和少量的无机盐及水所构成。其有机物的主要成分是纤维类的碳水化合物，此外还有少量的粗蛋白和粗脂肪。碳水化食物内纤维类物质和可溶性糖类组成。纤维素类物质是植物细胞壁的主要成分，它包括纤维素、
20、半纤维素和木质素等。在常规分析中，纤维类物质用粗纤维表示，可溶性糖类用无氯浸出物表示，泛指不包括粗纤维的碳水化合物一般不再进行分析测定，而是根据秸秆中其他养分的含量进行计算得出。秸秆中的无机盐，用粗灰分表示，由硅酸盐其他少量微量元素组成含量大约为6，但稻草中的硅酸盐含量很高，达12以上。农作物成熟后，其秸秆中的维生素差不多全被破坏，因此秸秆中很少含有维生素。 1.3.2秸秆主要组成成分的化学特性与作用1.纤维素 纤维素是植物中最丰富的物质、又是细胞壁的主要结构成分。在作物秸秆中含量达4050。纤维素分子是由许多葡萄糖分子经1,4糖键结合而成的毗喃葡萄糖单位组成。在好氧界主要以微纤维组成的结晶形
21、状存在。化学性质稳定，不溶于稀酸。在高温、高压和酸煮条件下可水解成葡萄糖。在家畜消化道中共生的微生物能分泌水解纤维素的酶,可将纤维素分解成挥发性脂肪酸乙酸、丙酸和丁酸,被家畜吸收利用3。2.半纤维素 半纤维素是戊糖、己糖和多糖醛酸及其甲酯的缩合物，其主要成分是戊聚糖。一般不溶于热水,而镕于稀酸。半纤维素在秸秆的木质部分含量很高，植物木质部分的半纤维素主要是木聚糖和葡萄糖醛酸的缩合物,其比例是612.1。小麦秸秆中半纤维素主要是糖醛酸、阿拉伯糖和木糖缩合体,其比例为1：1：23。玉米秸秆里的半纤维素是5.1葡萄糖醛酸和94.8木糖的缩合物。豆科植物(甘秸)则几乎都是单纯的半乳糖缩合体。半纤维素在
22、植物体内的作用，一是起支架和骨干作用，二是起储藏碳水化食物的作用。在家畜消化道中,只有共生的微生物分泌的酶才能水解半纤维，分解的最终产物是乙酸、丙酸和丁酸等低级挥发性脂肪酸。3.木质素 木质素是一类酚酸多聚体混合物苯丙烷及其衍生物为基本单位构成的高分子芳香醇能被家畜所利用,它常常与半纤维素、纤维亲镶嵌在一起,极不容易分开。在木质素的生物合成过程中香豆醇、松伯醇和芥子醇三个重要先体。在缩合物中其相应的结构成分为羧基苯、邻甲氧苯基和丁香。由于木质素的存在，不仅影响微生物酵解纤维素和半纤维素,还影响到秸秆的综合利用1.4 研究目的和意义秸秆是一种潜在的非竞争资源，是全世界最丰富的可利用能源之一。据统
23、计，全世界秸秆年产量约29亿多吨，其中小麦秸占21%，稻草占19%，大麦秸占10%，玉米秸占35%等。小麦秸以亚洲、欧洲、和美洲产量最高；稻草以亚洲为最多；大麦秸以欧洲最为丰富,亚洲和北美洲次之。我国是农业大国，我国农作物年播种总面积为1.444亿公顷,其中粮食作物占76%左右,年产粮食4亿吨左右,年产秸秆可达5亿吨左右。秸秆产量由多到少的顺序为：稻草、小麦秸、玉米秸、薯类和其他农作物。据相关报道,全球农作物秸秆有77%被用来直接入土还田或直接被烧掉,15%作为房屋建设材料或其他生产材料,还有9%拿来其他用途。我国大约有80%的秸秆作为废弃物直接烧掉,还有很少一部分用来回收利用，仅有2%左右作
24、为造纸工业,以及其他手工业材料。我国的水稻秸秆的产量巨大，但由于秸秆的可消化的蛋白质含量少,粗纤维的含量较高,大多纤维素不能被家禽肠道消化分解,营养价值较低,目前对此资源的利用大多以废弃或燃烧为主要方式，利用率低并且污染环境,因此必须解决秸秆综合利用的问题。所以在利用之前就必须了解秸秆的理化性质以及化学成分,本试验就是通过对水稻秸秆在发酵过程中的物质转化来分析相关的经济利用价值。 1.5 国内外研究动态和发展水平国内外对秸秆材料的利用已有很长时间,在传统利用方式基础上,形成了新的方式，为农作物秸秆的利用开辟了新的途径：1.传统利用方式农作物秸秆主要的利用方式有：用于农村房屋建筑材料（现在已少用
25、）；直接燃烧用作农村生活能源（比例日益降低）；用作动物饲料；还田用作农家肥料。这些传统利用方法都是就地、简单、低值利用，虽然从生态学角度讲具有一定价值和优势,但随着社会经济的发展和生活水平提高,逐步被放弃或被其它利用方式替代。2.现代利用方式：农业利用农村能源利用：主要是利用植物秸秆生产洁净的可燃气体,主要包括厌氧发酵生产甲烷气、热解生产混合可燃气、通过化学或生物方法制氢气。动物饲料利用有机肥料利用工业化利用：传统制浆造纸：经过化学和生物方法,将生物质材料中的三大组分木质素、纤维素和半纤维分离,利用纤维素造纸。生物质能源利用：工业化沼气、工业化热解集中供气、工业化制氢、工业酒精环保材料 其它：
26、制木糖醇、木质素、活性炭29第2章 材料与方法2.1 试验技术路线本实验按照以下试验过程进行.活性污泥秸秆烘干粉碎发酵测定氮磷糖类 表2-1 试验技术路线2.1.1 试验材料本次试验选择的是粉碎过，粒径为0.1mm的水稻秸秆和大豆秸秆。分别称取3kg为厌氧发酵和好氧发酵的原材料。活性污泥，取自西南科技大学污水处理厂。2.1.2 试验器材表2-2 主要器材试 验 器 材数 目凯 氏 定 氮 仪1消 化 炉1分 光 光 度 计1水 浴 锅1电 子 天 平1温 度 计125ml 比 色 管25100ml三 角 瓶30100ml容 量 瓶2650ml容 量 瓶26消 化 瓶16滴 定 瓶42.1.3
27、试验药剂表2-3 试验主要药剂配制试剂 所需试剂硼酸指示剂混合液 硼酸、溴甲酚绿、甲基红、乙醇甲基红指示剂 甲基红、乙醇酚酞酚酞10mol/L氢氧化钠氢氧化钠0.01mol/L硫酸浓硫酸钼锑抗试剂抗坏血酸、酒石酸氧钼锑、钼锑铵2，4-二硝基酚指示剂二硝基酚4mol/L氢氧化钠 氢氧化钠3，5-二硝基水杨酸氢氧化钠、结晶酚、亚硫酸钠等葡萄糖标准液分析纯葡萄糖磷标准液 磷酸二氢钾、浓硫酸2.2 测定指标及方法秸秆主要物质是纤维素，半纤维素和木质素，它们都是由葡萄糖组成的大分子多糖，在发酵过程中就选择总糖，还原糖，总氮，总磷为测定指标来表示秸秆由大分子物质转化为小分子物质的过程。2.2.1 总氮测定
28、1消煮称取研磨烘干的水稻秸秆和大豆秸秆0.5000g，加入到100mL的开氏瓶中，先用水湿润样品，然后加浓硫酸8mL，轻轻摇匀，瓶口放一个弯颈漏斗，在消化炉上先低温缓缓加热，待浓硫酸分解冒白烟逐渐升高温度。当溶液全部呈棕黑色时，从消化炉上取下开氏瓶，稍冷，逐渐加入300gL-1 H2O210滴，并不断摇动开氏瓶，以利反应充分进行。再加热至微沸10到20min，稍冷后再加热5到10min，以除尽过剩的H2O2。取出开氏瓶冷却，用少量水冲洗小漏斗，洗液洗入瓶中。将消煮液用水定容至100mL。取2mL用于总碳测定。用定量滤纸过滤于锥形瓶中，封口保存。在样品分解的同时做一个空白试验，所用试剂同上，但不
29、加样品，同样消煮得空白消煮液。2测定 吸取过滤液1-5mL至消化管内，再加入约60mL水，摇匀，置于定氮仪上。于三角瓶中加入25mL20gL-1硼酸指示剂混合液，将三角瓶置于定氮仪冷凝器的承接管下，管口插入硼酸溶液中，以免吸收不完全。然后向消化管内缓缓加入35mL400gL-1氢氧化钠溶液，蒸馏约5min后停止。用少量水洗涤冷凝管的末端 ，洗液收入三角瓶内。用0.01molL-1硫酸标准溶液滴定流出液，由蓝绿色至刚变为红紫色。记录所用硫酸标准溶液的体积。同样，取空白消煮液按以上顺序测定空白所用硫酸标准溶液的体积，一般不得超过0.40mL。2.2.2 总磷测定1. 制作标准曲线准确吸取5gmL-
30、1，P标准溶液0、0.5、1、3、5、10、15mL，分别放入50mL容量瓶中，加水稀释至30mL左右，加2，4二硝基酚指示剂2滴，滴加4molL-1NaOH溶液直至溶液变成微黄色。再加入钼锑抗试剂5mL，加水定容，摇匀。各瓶比色液浓度分别为0、0.05、0.1、0.3、0.5、1、1.5gmL-1P。30min后于700nm波长比色。记录吸光度值，绘制标准曲线。2 测定将过滤消煮液静置过夜。吸取过滤液1mL注入50mL容量瓶中，加水稀释至30mL左右，加2，4二硝基酚指示剂2滴，滴加4molL-1NaOH溶液直至溶液变成微黄色。再加入钼锑抗试剂5mL，加水定容，摇匀。30min后于700nm
31、波长比色。记录吸光度值。同样取空白试验，按上述顺序比色，测出空白试验吸光度值，计算两值之差，根据标准曲线计算出含磷量5。2.2.3 总糖和还原糖的测定1.制作葡萄糖标准曲线 取7支25ml刻度试管，编号，按下表操作。 管号0123456葡萄糖标准液00.20.40.60.81.01.2蒸馏水2.01.81.61.41.21.00.83，5-二硝基水杨酸1.51.51.51.51.51.51.5将各管摇匀，在沸水浴中加热5min ，取出后立即冷却至室温，再以蒸馏水定容25ml混匀。在540nm波长下，用0号管调零，分别读取1-6号管的吸光度。以吸光度为纵坐标，葡萄糖毫克数为横坐标，绘制标准曲线。
32、 2.样品中还原糖和总糖含量的测定 样品中还原糖的提取：准确称取3g发酵样，放在100ml三角瓶中，然后加50ml 蒸馏水，搅匀，置于50恒温水浴中保温20min，使还原糖浸出。离心或过滤，用20ml 蒸馏水洗残渣，再离心或过滤，将两次离心的上清液或滤液全部收集在100ml的容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度，混匀，作为还原糖待测液。 样品中总糖的水解和提取：准确称取1g发酵样，放在100ml的三角瓶中，加入10ml 6mol/L的HCl及15ml蒸馏水，置于沸水浴中加热水解30min,待三角瓶中的水解液冷却后，加入1滴酚酞指示剂，以6mol/L的NaOH中和至微红色，过滤，再用少量蒸馏水冲洗三角瓶
33、及滤纸，将滤液全部收集在100ml的容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度，混匀。精确吸取10ml定容过的水解液，移入另一100ml的容量瓶中，以水稀释定容，混匀，作为总糖待测液。 显色和比色，取4支25ml刻度试管，编号，各自加入对应的总糖和还原糖待测液。 其余操作均与制作葡萄糖标准曲线时相同4。 第3章 结果与分析3.1 水稻秸秆发酵过程物质转化分析3.1.1总糖在发酵过程中分析总糖和还原糖，总氮，总磷的测定能反应出秸秆在发酵过程中大分子物质转化成小分子物质这一过程。以下总糖的数据分析：根据处理数据，作图得出一下曲线：以总糖为指标，以3，5-二硝基水杨酸水解法为测定方法，测量在发酵过程中其含量的变化
34、。得出以上图表。从图中可以看出在发酵过程中不论好氧发酵和厌氧发酵，总糖含量都是呈现逐渐下降的趋势。秸秆组成物质中主要含纤维素、半纤维素，它们都属于总糖。随着发酵的进行，微生物在酶的活性条件下，纤维素、半纤维素等被微生物利用分解，总糖含量也随之下降。随着发酵的进行，总糖含量梯度在逐渐的减小，说明发酵过程是处于一个逐渐稳定的阶段，结合图表分析，现阶段发酵还没有完成。3.1.2 发酵过程中对还原糖数据的分析以还原糖为指标，以3，5-二硝基水杨酸水解法为测定方法，测量在发酵过程中其含量的变化。根据处理数据，作图得出一下曲线：水稻好氧发酵中还原糖的含量分布先是增加到最大值即发酵12天的时候，然后还原糖的
35、含量就开始下降。而在同期的水稻厌氧发酵中，还原糖的含量是稳定的逐步增加的。对比好氧发酵，厌氧发酵的过程更加的缓慢，这也是造成还原糖含量没有下降的趋势的原因。预计到后期的发酵，还原糖的含量达到最大值后会逐渐的减少。观察烘干基还原糖的含量分布，水稻厌氧发酵第24天和好氧发酵第12天的含量基本达到一致。所以可以预计厌氧发酵中还原糖已经达到最大值，而后期还原糖含量就呈减小的趋势。造成还原糖上升的原因是秸秆的降解将纤维素，半纤维素等大分子物质转化成小分子物质，从而使还原糖量增加。而到后期还原糖含量下降的原因是当秸秆降解到一定程度，还原糖含量增多，微生物开始利用还原糖来作为营养原料，所以含量下降。3.1.
36、3 发酵过程中对总磷数据的分析以总磷为指标，利用分光光度计测定，测量在发酵过程中其含量的变化。得出以上图表。根据处理数据，作图得出一下曲线：水稻好氧发酵鲜基总磷的含量是逐渐减小的。厌氧发酵中则是发酵进行到12天有个凸点，总磷的含量有所增加。去除鲜基中的水份，观察。无论是在好氧发酵还是厌氧发酵都是从先减小后增加，最后减小直至稳定的过程。在发酵前期，磷是微生物生长代谢所必需的元素。所以磷的含量开始是减少，在发酵进行时，秸秆在微生物分解的作用下，使的磷的含量上升，。微生物利用磷的数量也相应的减少。所以磷的含量逐渐上升。3.1.4发酵过程中对总氮测定的分析以总氮为指标，利用浓酸水解法测定，测量在发酵过
37、程中其含量的变化。得出以上图表。根据处理数据，作图得出一下曲线：从图中曲线可以看出总氮的含量随着发酵的进行，是呈逐渐递减的。总氮含量的减少一部分原因是被微生物所利用吸收，还有一部分原因是在发酵过程中，产生一含氮的气体，比如氨气等，所以总氮的含量在逐渐的减少。对比水稻好氧发酵和水稻厌氧发酵，前者氮含量在发酵前期（16天左右）比后者含量更高。在发酵16天的阶段。总氮含量接近平行。在发酵后期厌氧发酵相比好氧发酵总氮含量更高。3.1.5发酵过程中对钾测定的分析以钾为指标，以火焰光度计测定，测量在发酵过程中其含量的变化。得出以下图表：根据处理数据，作图得出一下曲线：从图3-17和图3-18分析，水稻秸秆
38、发酵过程中钾的含量是逐步上升的。并且钾含量在好氧发酵中上升的趋势比相同时期厌氧发酵更快。造成钾上升的原因分析：在一个总体的发酵环境下，钾的含量是没有变化的，然而随着发酵的进行，发酵底物被降解，生成CO2 ，H2O，NH3等气体，使得发酵底物总质量减少，所以钾的含量上升。对比两条曲线好氧发酵总钾含量大于厌氧发酵总钾含量说明：好氧发酵速率大于厌氧发酵速率。3.2大豆秸秆在发酵过程物质转化分析总糖和还原糖，总氮，总磷的测定能反应出秸秆在发酵过程中大分子物质转化成小分子物质这一过程。试验每隔6天为一个周期，共测定了5批数据。以下是数据分析：3.2.1 发酵过程对总糖的分析以总糖为指标，以3，5-二硝基
39、水杨酸水解法为测定方法，测量在发酵过程中其含量的变化。根据处理数据，作图得出一下图表：从图分析在现阶段中，总糖的含量并没有达到稳定，说明现阶段发酵还没有完成。对比水稻秸秆发酵，两者的总糖含量都是随着发酵的进行逐渐减小的。好氧发酵中的总糖含量比厌氧发酵中总糖含量在发酵的相同时期对比都是前者小于后者，说明好氧发酵纤维素，半纤维素降解速率大于后者。3.2.3发酵过程中还原糖的分析以还原糖为指标，以3，5-二硝基水杨酸水解法为测定方法，测量在发酵过程中其含量的变化。根据处理数据，作图得出一下图表：大豆好氧发酵中还原糖的含量分布在第9天先是增加到最大值，然后还原糖的含量就开始下降，这说明大豆好氧发酵是进
40、行的很快的。比较大豆厌氧发酵，还原糖的含量先是增加到减小，第18天的时候，还原糖含量最小，然后逐渐的增加。从图3-12中可以看出好氧发酵比厌氧发酵进行的更快。造成还原糖上升的原因是秸秆的降解将纤维素，半纤维素等大分子物质转化成小分子物质，从而使还原糖量增加。而到后期还原糖含量下降的原因是当秸秆降解到一定程度，还原糖含量增多，微生物开始利用还原糖来作为营养原料，所以含量下降。3.2.3发酵过程对总磷的分析以总磷为指标，利用分光光度计测定，测量在发酵过程中其含量的变化。得出以上图表。根据处理数据，作图得出一下图表：大豆好氧发酵鲜基总磷的含量是逐渐增加，然后稳定。厌氧发酵则是先增加再减小到稳定的过程
41、。而烘干基对比，好氧发酵中总磷的含量分布曲线不规则，第12天总磷的含量急剧减少，造成这样的原因可能是微生物大量利用磷来合成代谢。然而厌氧发酵中的总磷含量是稳定的减少过程，但减少的含量不太明显这原因可能是微生物反应比较缓慢。3.2.4发酵过程对总氮的分析以总氮为指标，利用浓酸水解法测定，测量在发酵过程中其含量的变化。根据处理数据，作图得出一下图表：从图中曲线可以看出总氮的含量随着发酵的进行，是呈逐渐递减的。总氮含量的减少一部分原因是被微生物所利用吸收，还有一部分原因是在发酵过程中，产生一含氮的气体，比如氨气等，所以总氮的含量在逐渐的减少。对比大豆好氧发酵和大豆厌氧发酵，前者氮含量在发酵前期（16
42、天左右）比后者含量更高。在发酵16天的阶段。总氮含量接近平行。在发酵后期厌氧发酵相比好氧发酵总氮含量更高。3.2.5发酵过程对总钾的分析以钾为指标，以火焰光度计测定，测量在发酵过程中其含量的变化。根据处理数据，作图得出一下图表：从图3-19和图3-20分析，水稻秸秆发酵过程中钾的含量是逐步上升的。并且钾含量在好氧发酵中上升的趋势比相同时期厌氧发酵更快。造成钾上升的原因分析：在一个总体的发酵环境下，钾的含量是没有变化的，然而随着发酵的进行，发酵底物被降解，生成CO2 H2O，NH3等气体，使得发酵底物总质量减少，所以钾的含量上升。对比两条曲线好氧发酵总钾含量大于厌氧发酵总钾含量说明：好氧发酵速率
43、大于厌氧发酵速率。结 论1.在大豆秸秆和水稻秸秆发酵过程中，好氧发酵还原糖增加量明显大于厌氧发酵，也间接说明好氧发酵速率快于厌氧发酵速率。2.无论是在水稻秸秆发酵还是大豆秸秆发酵，总钾的百分比含量都是逐渐上升的。3.在水稻秸秆发酵中总氮含量不论是在好氧发酵和厌氧发酵各个时期都是有规律的减少。4.对比好氧发酵和厌氧发酵的总氮含量曲线，可以看出好氧发酵比厌氧发酵进行的更快。致 谢当整篇论文快完成之际，我有太多的感触，回想大学这四年的时光，有很多美好的回忆，也有很多帮助过我，需要我感谢的人。本篇论文是在徐健蓉的细心指导下顺利完成的。在本篇论文之前的最初定题，研究资料的收集整理，到试验方法的确定，老师
44、都给了我极大的帮助。老师不拘一格的治学态度，严以律己的工作作风，在本次试验上给了我不少的建议和不少的帮助，我想没有老师的悉心指导，我就不可能很顺利的完成这次试验。在这里我要感谢老师的辛苦付出，感谢老师无微不至的关怀，有时候甚至牺牲自己的休息时间来帮助我们，使我们受益匪浅。同时在试验进行过程中，我要特别感谢研究生师兄牛文亮，刘俊和朋友田然，王星宇，全梅，胡建红，刘丹,李慧丽，代蓉，胡昔根以及大二，大三学弟学妹.他们在试验的时候给了我很多的协助。在这里真诚的感谢他们!最后，向四年来在生活和学习过程中给予我巨大帮助的亲人、朋友们致以衷心的谢意！参考文献1 孟海兵，许飞鸣.秸秆还田及综合利用技术J.中
45、国农业技术科技出版社，2008:12 2 孙可伟,柴希娟.秸秆的综合利用J.中国资源综合利用.2006，24（1）：1012 3 李浩波.秸秆饲料学J.西安地图出版社.2003.7 4 西北农业大学. 基础生物化学实验指导J.西安：陕西科学技术出版社. 1986. 5 刘德斌.土壤农化分析J.南京大学出版社，1986：152158.6 江伟，汪方.我国秸秆资源开发综合利用J.四川省好氧资源研究院.2008：991017 党配珍.秸秆养牛技术J.江西南昌：江西科学出版社.1998：23268 李国顺，顾平道.温度和生物预处理对稻草秸秆厌氧产气特性的影响J.农业化研究.20119 Sarun Su
46、mriddetchkajorn, Kajpanya Suwansukho, and Prathan Buranasiri. Identification of Thai Hom Mali rice using a refractometerJ. SPIE 7315, 73150F (2009).10 温从雨，周庆.农作物秸秆还田还地的几种模式与成效J.安徽农学通报.2011.第3期11 苏其兰.秸秆资源综合利用发展对策J.云南农业.2011：252612 K. R. Camann, D. C. Jansen, C. B. Chadwell, and B. Z. Korman. Design and Performance of Load Bear