规模化养殖场畜禽粪便发酵还田负荷估算及风险评价——以四川省邛崃市为例

以邛崃市为研究对象,结合其规模化畜禽养殖量、畜禽粪便排放量以及农作物氮肥需求量等,对研究区域耕地畜禽粪便最大氮负荷量进行了估算,将其与畜禽粪便发酵副产物沼渣沼液还田产生的实际氮负荷量进行比较,由此对现有养殖规模下的环境风险进行了评价.结果表明,当前邛崃市除孔明乡、火井镇、回龙镇受到沼渣沼液还田污染以外,其他各养殖区域沼渣沼液还田尚未造成明显污染.因此,邛崃市规模化养殖还存在较大的发展空间,但必须从实际出发,合理规划,才能实现农业和环境的可持续发展.     

人工湿地植物生物质资源能源化利用潜力评估

通过测定不同人工湿地植物的纤维素组分和热值,并采用NaOH–酶解工艺研究不同人工湿地植物水解液组分,对在人工湿地技术体系中起重要作用的湿地植物能源化利用潜力进行系统评估.结果显示,15种人工湿地植物的纤维素含量在19.78%～36.9%之间,半纤维素含量在4.51%～19.67%之间,木质素含量在10.79%～20.47%之间,具有与玉米秸秆相当的热值,其热值在14.002～17.839 MJ/kg之间.在NaOH–酶解工艺条件下,不同人工湿地植物水解液中存在5种糖类组分,主要为葡萄糖和木糖.研究表明,人工湿地植物是一种较好的生物质资源,可通过生物质固体成型燃料技术、沼气技术和燃料乙醇技术加以利用,进而建立人工湿地植物生物质资源能源化藕联利用模式.图2表2参22     

利用木质纤维素类生物质发酵生产乙醇重组菌株研究进展

要实现木质纤维素类生物质的有效利用,当前还面临很多瓶颈问题亟待解决,而缺乏能够同时高效利用纤维素类水解物的发酵菌株是制约纤维素乙醇生产的最关键因素.目前对发酵菌种的研究主要集中在酿酒酵母、运动发酵单胞菌、大肠杆菌和克雷白氏杆菌这4种菌上,已取得大量研究进展,为纤维素乙醇的产业化奠定了一定的基础.本文综述了这4种菌发酵纤维素水解物的基因工程改造研究进展,并对组学时代进一步优化发酵菌株进行了展望.图2表2参51     

牛粪生物质资源综合利用研究进展

畜禽粪便是一种重要的廉价生物质资源,含有丰富的木质纤维素和矿质营养,但随意堆弃必然会对环境形成污染,同时造成资源浪费.为促进实现畜禽粪便的循环再生利用,从牛粪肥料化利用、能源化利用和化学品生产原料3个方面综述牛粪生物质资源的研究进展,分析不同处理方式对牛粪利用效率的影响.肥料化利用在一定程度上能消解环境中的牛粪,但因生产成本高、资源利用率低等问题限制了其大规模推广.而牛粪厌氧发酵能产生清洁能源沼气,结合厌氧共发酵方式可以提高甲烷产率,并且发酵后的沼液可用于浸种和生物农药利用;同时牛粪可以作为制取乙醇的新型原料,通过分子生物学手段构建重组运动发酵单胞菌,扩大菌株的底物利用范围.此外,牛粪作为乳酸、富马酸、纤维素等生物基产品的生产原料,丰富了牛粪利用方式.最后提出在牛粪利用过程中加强对重金属和抗生素的脱除,着力研究沼气工程建设技术,稳定发酵温度,提高产率,同时构建糖利用范围广、乙醇得率高的菌株,发展多重牛粪利用方式,以实现牛粪生物质资源的高值高效利用.     

一株耐受糠醛的纤维素降解菌Bacillus siamensis BREC-11的分离与鉴定

糠醛是木质纤维素转化过程中产生的有毒的代谢抑制物,能阻碍菌株正常发酵,增加发酵成本.为提高发酵菌株耐受糠醛的能力,促进对木质纤维素的高效转化,以糠醛为耐受物添加到培养基中,竹虫幼虫肠道作为分离源,经刚果红染色法初步筛选,分离到一株可耐受糠醛的纤维素降解菌株BREC-11;通过形态学观察、生理生化分析、细胞化学分析、16S rDNA序列比对等多相分类学方法鉴定;进一步进行了不同浓度糠醛耐受试验研究,并测定菌株的滤纸酶活(FPA)、CMC酶活、纤维二糖酶活(β-G).确定菌株BREC-11属于芽孢杆菌属的一个种,将其定名为Bacillussiamensis BREC-11.菌株BREC-11在含3.5 g/L糠醛的培养基中可以生长;在3.5 g/L糠醛的耐受浓度下,在30℃、150 r/min培养2 d后,滤纸酶活达到0.1 U/m L,CMC酶活达到0.21 U/m L,纤维二糖酶活达到0.07 U/m L.本研究表明BREC-11是一株耐受糠醛的纤维素降解菌株,在生物炼制过程中具有一定的应用潜力.     

四川省水资源生态足迹与生态承载力的时空分析

根据水资源生态足迹的基本原理和计算模型,对四川省2001-2009年水资源生态足迹、生态承载力进行分析。结果表明,在2001-2009年间四川省人均水资源生态足迹总体上呈上升趋势,万元GDP生态足迹呈下降趋势,水资源利用率在逐步提高;干旱灾害对水资源生态承载力影响较大,四川省历年水资源生态承载力均大于生态足迹,存在一定的生态盈余,水资源可持续开发利用情况较好。四川省水资源存在严重分布不均的现象,经济较为落后,对水资源需求量较小的西部高原地区水资源丰富,水资源生态盈余较大;经济较为发达,对水资源的需求量大的东部盆地地区水资源量小,生态盈余较低,在绵阳、遂宁、内江、自贡等地出现生态赤字,水资源利用呈现不安全状态。水资源生态足迹的变化与社会经济发展密切相关,应该充分考虑四川省水资源的时空分布情况,调整产业结构,合理调度、利用水资源,促进四川省整个社会经济的持续发展。     

纤维素类草本能源植物的研究现状

纤维素类草本能源植物具有很高的生物质产量、纤维素和半纤维素含量,对环境友好,是目前最有发展前途的生物质资源之一,欧洲和美国将其作为首选的生物质能源植物.本文介绍了柳枝稷(Panicum virgatum)、芒草(Miscanthus spp.)、芦竹(Arundo donax Linn)等几种主要纤维素类草本能源植物具有产量高、适应性强、用途广泛等特点;综述了纤维素类草本能源植物在国内外的研究概况,以及基因工程技术在降低植物木质素含量及在植物中过表达纤维素降解酶类方面的应用;进一步指出在我国存在纤维素类草本能源植物资源评估、选育滞后,相关技术还不完善等问题,进行充分开发利用将在缓解能源紧张、解决环境问题、促进农业和经济发展等方面有着良好的前景.     

竹子生物质废弃物前处理技术比较研究

为开发高效、低成本的预处理技术,促进竹子生物质及其废弃物资源的能源化利用,采用3种不同纤维素预处理方法分别对竹子生物质废弃物——笋壳和竹叶(茎)进行比较研究,同时与玉米秸秆相比较.结果表明,在稀H2SO4–酶解工艺、浓H3PO4–酶解工艺和NaOH–酶解工艺条件下,几种样品水解液中分别存在3、4和5种糖类组分.在稀H2SO4–酶解工艺中,木糖为主要成分,其次为葡萄糖;在浓H3PO4–酶解工艺中,葡萄糖为主要成分,其次为木糖;而在NaOH–酶解工艺,葡萄糖和木糖含量基本相当.同时对样品处理前后的表面结构变化分析表明,不同处理工艺均改变了竹叶(茎)、笋壳和秸秆等样品的表面结构,其结构更为松散,从而有利于纤维素的酶解.     

基于去污效果和气候适应性的湿地植物筛选研究

通过模拟垂直潜流人工湿地系统,在对菖蒲(Acorus calamus)、芦竹(Arundo donax)、茭白(Zizania latifolia)、旱伞草(Cyperus alternifolius)和再力花(Thalia dealbata)5种湿地植物的去污能力进行分析的基础上,利用最大熵(MAXENT)模型对它们在中国西南地区的适生区和分布的气候影响因子进行了综合分析。结果表明,5种湿地植物都有较高的去污能力,且不同植物的去污能力存在一定差异,对氮、磷去除效果较好的为旱伞草,茭白、再力花和菖蒲次之,芦竹较差;旱伞草在中国西南地区有着广泛的适生区,并可以越冬,是一种去污能力较好并可以全年使用的人工湿地植物。菖蒲、茭白、再力花也有较强的去污能力和气候适应能力,但是过冬效果相对较差,在西南地区大部分区域的春、夏、秋季适用于人工湿地栽种。芦竹虽然在西南地区适生区较广,但它在淹水环境中的去污能力相对较弱,可以适当地应用于人工湿地周边的湿生环境中。     

从原料到产品:生物基丁二酸研究进展

丁二酸作为一种重要的有机化工原料及中间体,广泛用于生物高分子、食品与医药等行业,市场潜在需求量巨大;同时作为一种优秀的C4平台化合物,被认为是未来12种最具发展前景的生物炼制产品之一.近年来随着石化资源的日益枯竭及环境污染问题的日益严峻,以生物质为原料生产丁二酸等生物基产品的研究备受国内外研究者的关注.本文从产丁二酸菌种的种类及常见菌株产丁二酸的代谢途径、产丁二酸工程菌的改造、丁二酸发酵过程控制与优化、丁二酸的分离提取工艺等4个方面综述近年来国内外生物基丁二酸研究进展,其中以产丁二酸工程菌的改造为重点展开详细阐述.为提高菌株产丁二酸的能力,研究者们常采用代谢工程技术改造菌株,皆取得显著效果.近来也出现了利用ARTP法和基因组重排技术选育高产丁二酸的菌株.此外,高效的丁二酸发酵与其发酵原料,发酵过程中相关控制因素如p H、CO2和H2浓度以及发酵方式密切相关;相比其他的丁二酸分离法,原位分离法回收丁二酸具备优势.最后对产丁二酸菌种的改造进行展望,认为利用适应性进化和最小基因组等技术筛选优良丁二酸生产菌是未来的趋势.