菊芋秸秆富含木质纤维素，是极佳的生物质资源。前期研究发现，菊芋秸秆具有很强的产甲烷潜力，但秸秆等木质纤维素类废弃物因其原料结构的特殊性，当其通过发酵转化为甲烷时，可能会受到化学键和强化学结构的阻碍。尽管在厌氧消化前进行适宜的预处理可解决上述问题，但往往效率高的化学预处理在带来环境污染的同时也会增加回收预处理试剂的成本。现阶段，使用外源添加剂强化废弃物的厌氧消化性能已经成为研究热点，而高效、廉价易得的零价铁和生物炭被普遍应用。
甲烷代谢途径分析
研究团队利用响应面法得到了菊芋秸秆厌氧消化的最佳工艺条件，为铁屑和生物炭混合比2.45∶7.55、初始pH 7.59、含固率 8.80%，该条件下获得的菊芋秸秆累积甲烷产量为278.11 mL/g，且该处理具有较好的经济效益。同时，优化条件下的混合添加铁屑和生物炭样品中具有水解酸化功能和与产甲烷菌存在互营关系等，细菌类群的相对丰度较高，且甲烷丝菌属（ Methanothrix ）在该样品中也得到了富集。甲烷代谢途径分析显示，混合添加铁屑和生物炭的菊芋秸秆厌氧消化系统强化了乙酸营养型产甲烷途径，从而提高了甲烷产量。研究成果为木质纤维素类废弃物厌氧消化系统的稳定高效运行提供了理论支持。
该研究是园艺作物栽培研究团队在木质纤维素类废弃物资源化利用方面取得的一个重要进展，获得了青海省应用基础研究计划项目和国家重点研发计划项目的共同资助。相关研究结果以“Optimization of the anaerobic digestion process and the metabolic pathway of methanogenesis of Jerusalem artichoke straw with the mixed addition of iron filings and biochar”为题发表于Industrial Crops & Products (JCR 1区，影响因子5.6)。
供稿：农林科学院
【编辑：邹林有 责任编辑：金萍】