碳氮比对模拟水稻秸秆田间厌氧发酵系统甲烷生产和秸秆降解的影响

Effects of carbon nitrogen ratio on methane production and straw degradation in a simulated field anaerobic fermentation system of rice straw

摘要

利用自制的厌氧发酵装置模拟田间厌氧发酵产生物甲烷的条件，通过添加不同量的尿素，研究C/N对水稻秸秆厌氧发酵产生物甲烷和秸秆降解的影响。设置了C/N为15∶1、20∶1、25∶1、30∶1和对照（53∶1）等五个处理，测定各处理的产气量、甲烷含量和秸秆木质纤维素含量。结果表明C/N对厌氧发酵产气进程有一定影响，峰值出现的时间、峰值的大小在不同处理之间均有差异：以C/N为25∶1的处理峰值出现的最早，较对照早5 d出现；以C/N为20∶1的峰值最高，较对照提高了27.55%。C/N对厌氧发酵累积产气量和累积甲烷产量有显著影响，以C/N为20∶1的处理累积产气量（4 235.00 mL）和累积甲烷产量（1526.34mL）最高，相比对照组的累积产气量和累积甲烷产量分别提高了30.78%和51.31%。C/N对水稻秸秆降解也有显著影响。以20∶1和25∶1处理对秸秆降解的效果最好，其中20∶1处理的总降解率、纤维素降解率和半纤维素降解率分别达到了51.33%、55.31%和53.05%，25∶1处理分别为50.00%、53.08%和49.42%。上述结果表明通过添加尿素调节C/N能够提高水稻秸秆厌氧发酵的产生物甲烷效率和促进秸秆降解，以C/N为（20~25）∶1处理的促进效果最好。

Abstract

In order to uncover the effects of C/N on methane production and straw degradation， an anaerobic fermentation experiment with rice straw and different amounts of urea was carried out using a self⁃made anaerobic fermentation device to simulate field anaerobic fermentation conditions. Five C/N ratio treatments， including 15∶1， 20∶1， 25∶1， 30∶1 and the control （53∶1）， were set up. The gas production， methane content and straw degradation rate were determined. C/N influenced the process of anaerobic fermentation to a certain extent. The time and value of reaction peak differed among treatments. The reaction peak of the 25∶1 treatment appeared earliest， 5 days earlier than that the control. The reaction peak value of the 20∶1 treatment was the highest， which was 27.55% higher than that of the control. C/N had a significant effect on the cumulative gas production and the cumulative methane production in anaerobic fermentation. The cumulative gas production （4 235.00 mL） and the cumulative methane production （1526.34 mL） of the 20∶1 treatment reached the highest， which were 30.78% and 51.31% higher than that of the control， respectively. C/N also had a significant impact on the degradation of rice straw. The treatments of 20∶1 and 25∶ 1 significantly promoted straw degradation. The total degradation rate， cellulose and hemicellulose degradation rate of treatment 20∶1 reached 51.33%， 55.31% and 53.05%， respectively，treatment 25∶1 were 50.00%，53.08% and 49.42%. The above results indicate that the regulation of C/N by adding urea can improve the methane production efficiency and promote the degradation of rice straw， and the treatment of C / N within （20⁃25）∶1 range has the best promoting effect.

Graphical abstract

关键词

厌氧发酵 / 碳氮比 / 秸秆降解 / 水稻秸秆 / 生物甲烷

Key words

anaerobic fermentation / C/N / straw degradation / rice straw / biomethane

0 引 言

利用厌氧发酵技术处理秸秆生产甲烷，既可以解决秸秆过剩以及因焚烧而产生的环境问题，又可以生产清洁的生物能源，实现秸秆的资源化利用^［1，2］。秸秆由于过高的碳氮比（C/N）和复杂的木质纤维结构，以单一秸秆为原料的发酵技术存在发酵效率低、发酵周期长以及甲烷转化率低等实际问题^［3］。为解决这一问题，通常的做法是加入外来氮源调节C/N至适宜范围（20~30），如尿素、禽畜粪便等有机氮源，氯化铵以及硝酸盐等无机氮源^［3~5］。在我国传统发酵工程中，通常以禽畜粪便和秸秆为原料进行混合厌氧发酵来调节发酵基质的C/N，提高秸秆发酵的转化效率^［6］。该方法在促进秸秆的分解和转化的同时，还能解决禽畜粪便对环境的污染^［7］，但存在禽畜粪便收集与运输困难以及劳动强度大等问题^［8］。相对而言，利用氮肥作为外来氮源调节发酵基质C/N在操作上具有更大的便利性。研究与探讨适宜的C/N，进而明确适当的氮肥添加量是该项技术推广应用的关键。

秸秆厌氧发酵产生物甲烷的方式可分为设施发酵（发酵罐和沼气池）和田间实地发酵^［9，10］。田间实地发酵产甲烷技术是利用特制的膜系统在田间营造无氧环境，将秸秆和土壤混合后进行厌氧发酵生产生物甲烷，再通过收集系统将气体收集起来加以利用。该技术既能把秸秆转化为清洁能源，改善土壤结构，又避免了传统发酵工程中存在的运输难、成本高等问题，具有良好的应用前景^{［10，11］}。目前，田间实地厌氧发酵产甲烷技术主要研究了添加禽畜粪便对秸秆产甲烷及秸秆降解的影响^［4，11］，但未见以氮肥作为外来氮源调节发酵基质C/N的研究。

为此，本研究选取尿素作为氮源开展了C/N对模拟水稻秸秆田间厌氧发酵系统甲烷生产和秸秆降解作用的研究。实验通过添加不同量的尿素改变发酵基质C/N，测定各处理的产气量、甲烷含量以及秸秆降解率，揭示C/N对秸秆实地厌氧发酵产甲烷及秸秆降解的影响，以期对田间实地发酵产甲烷技术提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用水稻秸秆取自湖北省枝江农科院，经自然风干后取回，切碎至3~5 cm小段备用。研究表明在诸多氮源中，以尿素对秸秆厌氧发酵的促进效果最好^［12］，因此本实验选用尿素作为外来氮源。试验所用的尿素为分析纯。各实验材料的理化特性见表1。为避免土壤营养及其吸附能力对试验结果造成影响，实验以土壤浸出液作为接种物以模拟厌氧发酵的微生物环境。土壤取自于湖北枝江农科院长期种植水稻的稻田，以每1 kg土壤添加1 L去离子水浸泡，均匀搅拌0.5 h，待充分浸出后，静置1 d后过滤，留取清液备用^［13］。

1.2 试验设计

试验在模拟田间实地厌氧发酵原理的发酵装置内进行，包括有效容积分别为2 L的发酵瓶和550 mL的集气瓶。其中发酵瓶用于混装秸秆、土壤浸出液，用瓶盖密封以营造发酵无氧环境。发酵瓶瓶盖上钻出2孔，分别作为取样孔和集气孔，用硅胶管连接集气孔与集气瓶收集产气。取样孔平日用止水夹封闭。

试验以C/N为试验因子，通过添加尿素来调节C/N，分别设置了15∶1、20∶1、25∶1、30∶1以及不添加尿素的空白对照组（C/N为53∶1）等五个处理，分别记为A、B、C、D和CK。每个处理水平各设置3个重复。试验中每个处理秸秆的干物质质量均为80 g，按照上述C/N，添加相应质量的尿素以300 mL尿素溶液的方式调节发酵基质C/N，同时设置添加300 mL蒸馏水的对照组，与粉碎后的水稻秸秆充分混合均匀，在35 ℃下进行为期5 d的预处理。将经预处理后的秸秆添加到发酵瓶中，加入1 000 mL土壤浸出液作为接种物，混匀后密封置于（35±1） ℃恒温气候箱内进行厌氧发酵试验。试验期间每日观察产气情况，当产气量降至一定水平，并不再增加时，结束试验，整个发酵试验为期90 d。

1.3 实验指标的测定

在试验前分别测定了发酵原料的总有机碳（TOC）、总氮（TN）、原料总固体（TS）和原料挥发性固体（VS）。其中TOC用K₂Cr₂O₇‒外热源法测定，TN采用全自动凯氏定氮仪测定，TS的测定用干燥恒重法，VS的测定用灼烧恒重法。厌氧发酵期间每5 d对各处理的产气量和甲烷含量进行测定，产气量测定方法为排水法，甲烷含量测定用气相色谱法，同时吸取少量发酵液利用比色法测定其挥发性脂肪酸（Volatile fatty acids， VFAs）含量^［14］。在试验后，过滤将残余秸秆分离出来，并用清水清洗，然后烘干测定其干物质质量。在试验前后分别从各处理取秸秆样品测定其纤维素、半纤维素和木质素含量，测定方法分别为72%浓硫酸水解法、2 mol/L盐酸水解法和浓硫酸法^［15］。秸秆木质纤维素降解率和总降解率的计算公式如下：

R_{\mathrm{h}}=\frac{S_{\mathrm{0}}-S_e}{S_{\mathrm{0}}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（1）

R_{\mathrm{d}}=\frac{m_{\mathrm{0}}-m_e}{m_{\mathrm{0}}}\times \mathrm{100}\mathrm{\%}（2）

式中R_{\mathrm{h}}为秸秆木质纤维素降解率（%）；S_{\mathrm{0}}为试验前秸秆木质纤维素质量分数（%）；S_e为试验后秸秆木质纤维素质量分数（%）；R_{\mathrm{d}}为秸秆总降解率（%）；m_{\mathrm{0}}为试验前秸秆干物质质量（g）；m_e为试验后秸秆干物质质量（g）。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010软件对数据进行统计与初步分析，以平均值和标准差绘制曲线图，分析不同C/N厌氧发酵进程中甲烷产气量、甲烷含量、累积产气量、pH值、VFAs的动态变化。以C/N为变量，累积产气量、累积甲烷产量和秸秆木质纤维素含量为因变量，采用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析，分析C/N对累积产气量、累积甲烷产量和秸秆降解的影响，当单因子作用效果影响达到显著水平时（P<0.05），采用S⁃N⁃K法进行多重比较，分析各处理之间的差异水平。

2 结果与分析

2.1 C/N对水稻秸秆厌氧发酵产甲烷进程的影响

各试验组甲烷产气量、甲烷含量、累积产气量随时间变化均呈大致相同的变化趋势，VFAs含量和pH变化趋势则有较大差异（图1）。其中甲烷产气量和甲烷含量均呈先上升后下降的变化趋势，累积产气量呈“S”型增长。因C/N不同，各处理相关参数峰值出现的时间、峰值的大小均有差异。在甲烷产气量方面（图1a），各处理在第5 d即开始产气，随后进入产气高峰期，峰值出现在第15~30 d之间，以C处理最先达到峰值（第15 d），相比CK提前5 d，其余处理则晚于CK。各处理的峰值以B和C处理最高，分别为247.92 mL和239.73 mL，以CK最低（194.37 mL），前两者分别比CK高27.55%和23.34%。在甲烷含量方面（图1b），以A处理的峰值最高（49.82%），以CK处理的峰值最低（44.92%），前者比后者高10.91%。在累积产气量方面（图1c），前40 d各处理均快速增长，其后B处理仍保持快速增长的态势，而其它处理的增长速率相对放缓。

VFAs含量不同处理间变化趋势差异较大，A、B处理呈先上升后下降的变化，C和CK呈下降趋势，而D处理则在较小范围内波动。在VFAs含量方面（图1d），A和B处理在第15 d均有一个峰值，分别为4.84 g/L和3.24 g/L，随后开始下降，而其余处理VFAs含量则在较小范围内波动，各处理VFAs含量最终均稳定在0.4~0.7 g/L。在pH值方面（图1e），A、B和CK处理的pH值呈先下降后上升的变化，C和D处理则呈上升趋势。各处理以A和B初始pH最高，下降幅度最大。各处理pH变化幅度均在6.45~7.49。

2.2 C/N对水稻秸秆厌氧发酵产甲烷的作用

C/N对水稻秸秆厌氧发酵产甲烷的作用存在显著性差异（P<0.05）（图2）。B和C处理对水稻秸秆厌氧发酵产甲烷具有促进作用，相比于CK，其累积产气量分别提高了30.78%和16.68%，累积甲烷产量提高了51.31 %和10.70%。相比于CK，A处理累积产气量降低了2.93%，但累积甲烷产量提高了3.35%； D处理累积产气量提高了13.07%，累积甲烷产量仅提高了3.58%。

2.3 C/N对水稻秸秆厌氧发酵秸秆降解的作用

C/N对水稻秸秆的木质纤维素含量和干物质质量都有着显著影响（P<0.05）（表2）。经厌氧发酵后，秸秆纤维素和半纤维素被厌氧微生物大量分解，其含量大幅降低，而木质素因难以降解，其含量反而升高。A、B、C、D各处理纤维素降解率分别为41.13%、55.31%、53.08%和47.53%，而CK组仅为21.72%；A、B、C、D各处理半纤维素降解率分别为42.04%、53.05%、49.42%和37.06%，CK组仅为28.94%；B、C、D各处理秸秆总降解率分别为51.33%、50.00%和49.78%，A和CK组仅为43.90%和43.69%。各处理中，以B处理的纤维素降解率、半纤维素降解率和总降解率均最高，相比CK组分别提高了154.65%、83.31%和17.49%。

3 讨 论

3.1 添加尿素调节C/N对秸秆厌氧发酵进程的影响

影响秸秆厌氧发酵产甲烷进程的因素较多，如预处理、C/N、接种物、底物浓度、温度等^［16~18］，对影响厌氧发酵的诸多因素进行合理有效地调控是提高甲烷产率的重要途径。发酵基质C/N过高或过低都不利于厌氧发酵的进行^{［19，20］}，C/N 过低，会导致pH过高，发生氨抑制现象^［21］；C/N过高，会导致pH过低，发生酸累积现象。厌氧发酵适宜的C/N一般在20~30^［22］。在厌氧发酵时添加适量尿素调节C/N既可以加快厌氧发酵启动速度，又可以为厌氧微生物提供充足的氮源，提高厌氧发酵产气率^{［23，24］}。相比于对照，添加尿素调节C/N会改变发酵系统初始pH以及氨氮含量^［12］，改变产甲烷峰值大小和及其出现的时间^［25］。

本试验中，添加尿素调节C/N后，各处理甲烷产气量和甲烷含量的变化趋势相同，均呈先上升后下降的变化，但产甲烷高峰值出现的时间、峰值的大小均有较大差异。各处理中以C/N为25∶1的处理最先达到峰值，以C/N为20∶1的处理峰值最高，说明C/N在20∶1~25∶1比较有利于秸秆厌氧发酵产甲烷进程。低C/N（15∶1）和高C/N（30∶1）均会对产甲烷进程造成一定程度的影响。低C/N（15∶1）会导致氨抑制现象，游离氨（NH₃）和NH₄⁺会抑制甲烷合成酶的活性，以及造成厌氧微生物细胞内外质子平衡和钾的缺乏，最终导致发酵系统VFAs累积和产气量降低^{［26，27］}；高C/N（30∶1）则会因氮源不足抑制厌氧微生物生长从而导致发酵系统酸化，同样极易造成产气量降低。

3.2 添加尿素调节C/N对甲烷生产和秸秆降解的影响

秸秆中含有大量的纤维素、半纤维素和木质素，三者相互缠绕，构成了致密的空间结构，是限制厌氧发酵效率的主要因素之一。破坏秸秆的致密结构可促进秸秆的降解，达到提高甲烷产量的目的^［28］。添加尿素调节C/N对厌氧发酵的促进作用体现在碱化、氨化和中和三方面^{［25，29］}：（1）尿素水解后可产生氨，电离出OH^-和NH₄⁺，OH^-可打破纤维素和木质素之间的化学键，使纤维素水解膨胀，破坏秸秆的致密结构，更利于微生物的分解利用；（2）尿素产生的氨与有机物结合形成铵盐，为厌氧微生物提供了充足的氮源，从而提高了厌氧发酵的效率，保证了发酵系统的稳定运行；（3）尿素产生的氨与发酵系统中的有机酸反应，中和发酵系统酸度，为厌氧发酵微生物提供良好的环境。高浓度的尿素溶液能更好地破坏秸秆的致密结构，促进秸秆降解，但高浓度的氨氮同样会抑制厌氧微生物的生长，尤其是抑制产甲烷菌的生长，从而影响甲烷的生产^［30］。添加适量的尿素，其碱化作用可破坏秸秆致密结构，促进秸秆降解，氨化作用可为厌氧微生物提供氮源，提高产气量^［3］，中和作用则可缓解厌氧发酵系统酸累积，保证厌氧发酵的进行。

本试验表明，添加尿素调节C/N能促进秸秆降解，促进秸秆厌氧发酵产甲烷。其中以添加尿素调节C/N为20∶1和25∶1的处理对秸秆降解和产气的促进效果最为显著。C/N在20∶1~25∶1范围内，发酵基质的碱化、氨化和中和作用较强，且氨抑制现象较弱，能够较好地促进秸秆降解和产气量的提高。在高C/N（30∶1）处理的条件下，秸秆降解率和产气量均高于对照，但促进效果有限。在低C/N（15∶1）处理的条件下，秸秆的降解率高于对照，但产气量却低于对照。其原因是在于高浓度氨氮有助于破坏秸秆致密结构，但对水解菌、产酸菌和产甲烷菌产生了抑制作用，且对产甲烷菌的抑制最显著^［31］，一定程度上影响了甲烷的产生。

4 结 论

本研究选取尿素作为氮源，开展了C/N对模拟水稻秸秆田间厌氧发酵系统甲烷生产和秸秆降解作用的研究。试验结果表明，与单一秸秆的厌氧发酵相比，添加尿素调节C/N会对水稻秸秆厌氧发酵甲烷高峰期出现的时间和峰值的高低产生影响。添加适宜尿素可有效缓解厌氧发酵前期的酸化程度，促进甲烷产气峰值提前出现和提高峰值。添加尿素对厌氧发酵累积产气量、累积甲烷产量和秸秆降解均有显著影响。其原因在于添加尿素有助于破坏秸秆的致密结构，为厌氧微生物生长提供氮源以及缓解酸化。但在各试验处理中，C/N为20∶1的处理累积产气量、累积甲烷产量和秸秆降解率均显著高于其它处理，而高C/N（30∶1）和低C/N（15∶1）处理的实验效果均不理想。表明20∶1是水稻秸秆厌氧发酵产生物甲烷的最适C/N。在田间水稻秸秆厌氧发酵产生物甲烷的生产中可通过施加尿素调节发酵系统的C/N达到该水平来促进秸秆降解和甲烷生产。

参考文献

[1] Hills D J. Biogas from a high solids combination of dairy manure and barley straw [J]. Trans ASAE, 1980, 23(6): 1500⁃1504.

[2] 丁绍兰, 蒋术林, 董凌霄, 等. 预处理对麦秆厌氧发酵产气特性的影响[J]. 陕西科技大学学报, 2019, 37(4): 17⁃22.

[3] Ding S L, Jiang S L, Dong L X, et al. Effect of pretreatment on gas production characteristics of wheat straw anaerobic fermentation [J]. Journal of Shaanxi University of Science & Technology,2019, 37(4): 17⁃22.

[4] 马茹霞, 赵一全, 李家威,等. 玉米秸秆厌氧发酵过程中的氮源优化[J]. 可再生能源, 2018, 36(11): 1593⁃1599.

[5] Ma R X, Zhao Y Q, Li J W, et al. The optimization of nitrogen sources in anaerobic digestion of corn stover [J]. Renew Energy Resour, 2018, 36(11): 1593⁃1599.

[6] 王弯, 陈芳清, 黄永文,等. 基于GET技术的混合厌氧发酵产甲烷研究[J]. 生物资源, 2019, 41(5): 450⁃457.

[7] Wang W, Chen F Q, Huang Y W, et al. Study on methane produced by mixed anaerobic fermentation based on GET technology [J]. Biotic Resources, 2019, 41(5): 450⁃457.

[8] 张彤彤, 顾平道, 黄跃武. 碳氮比对法国梧桐落叶、香樟青叶与猪粪混合厌氧发酵特性的影响[J]. 河南农业大学学报, 2019, 53(1): 99⁃105.

[9] Zhang T T, Gu P D, Huang Y W. Effects of carbon/nitrogen ratio on characteristics of anaerobic co⁃digestion of fallen leaves of French paulownia and green leaves of camphor with pig manure [J]. Journal of Henan Agricultural University, 2019, 53(1): 99⁃105.

[10] 王世伟,马放, 麻微微, 等. 中低温条件下牛粪秸秆混合沼气发酵的研究[J].环境保护科学, 2019, 45(5): 20⁃24.

[11] Wang S W, Ma F, Ma W W, et al. Study on mixed fermentation of straw and cattle manure under medium and low temperature[J]. Environmental Protection Science,2019,45(5):20⁃24.

[12] Lv Z, Feng L, Shao L, et al. The effect of digested manure on biogas productivity and microstructure evolution of corn stalks in anaerobic cofermentation [J]. BioMed Research International, 2018, 2018:1⁃10.

[13] 杨茜, 鞠美庭, 李维尊. 秸秆厌氧消化产甲烷的研究进展[J]. 农业工程学报, 2016, 32(14): 232⁃242.

[14] Yang Q, Ju M T, Li W Z. Review of methane production from straws anaerobic digestion [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2016, 32(14): 232⁃242.

[15] 李伟, 吴树彪, Hamidou Bah, 等. 沼气工程高效稳定运行技术现状及展望[J]. 农业机械学报, 2015, 46(7): 187⁃196, 202.

[16] Li W, Wu S B, Hamidou B, et al. Status analysis and development prospect of biogas engineering technology [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(7): 187⁃196, 202.

[17] Chiaki H, Tatsuga H, Hiroto T, et al. GET system: Establishment of renewable energy bio⁃methane, production system from rice straw in fallow paddy field [J]. Bioindustry,2012,29(12):13⁃22.

[18] 耿启明, 黄永文, 陈芳清. GET技术应用中农家肥与水稻秸秆混合发酵对土壤肥力的影响[J]. 河南农业科学, 2019, 48(7): 68⁃73.

[19] Geng Q M, Huang Y W, Chen F Q. Effects of mixed fermentation of rice straw and livestock manure on soil fertility in GET technology application [J]. Journal of Henan Agricultural Sciences, 2019, 48(7): 68⁃73.

[20] 陈广银, 郑正, 常志州, 等. 不同氮源对麦秆厌氧消化过程的影响[J]. 中国环境科学, 2011, 31(1): 73⁃77.

[21] Chen G Y, Zheng Z, Chang Z Z, et al. Effects of nitrogen sources on anaerobic digestion process of wheat straw [J]. China Environmental Science, 2011, 31(1): 73⁃77.

[22] 杨军, 田香华, 罗朝鹏, 等. 烟草根际土壤浸出液刺激烟草疫霉产孢和接种研究[J]. 中国烟草学报, 2011, 17(2): 71⁃74.

[23] Yang J, Tian X H, Luo C P, et al. Methods for inoculation and inducing sporogenesis of Phytophthora parasitica var.nicotianae by soil suspension from tobacco rhizosphere [J]. Acta Tabacaria Sinica,2011, 17(2): 71⁃74.

[24] Zou S Z, Wang X J, Chen Y L. Enhancement of biogas production in anaerobic co⁃digestion by ultrasonic pretreatment [J]. Energy Convers Manag, 2016, 112(1): 226⁃235.

[25] 熊素敏, 左秀凤, 朱永义. 稻壳中纤维素、半纤维素和木质素的测定[J]. 粮食与饲料工业, 2005(8): 40⁃41.

[26] Xiong S M, Zuo X F, Zhu Y Y. Determination of cellulose, hemi⁃cellulose and ligin in rice hull [J]. Cereal & Feed Industry, 2005(8): 40⁃41.

[27] Choi J M, Han S K, Lee C Y. Enhancement of methane production in anaerobic digestion of sewage sludge by thermal hydrolysis pretreatment [J]. Bioresour Technol, 2018, 259: 207⁃213.

[28] Kainthola J, Kalamdhad A S, Goud V V. Optimization of methane production during anaerobic co⁃digestion of rice straw and Hydrilla verticillata using response surface methodology [J]. Fuel, 2019, 235: 92⁃99.

[29] Chapleur O, Mazeas L, Godon J J, et al. Asymmetrical response of anaerobic digestion microbiota to temperature changes [J]. Appl Microbiol Biotechnol, 2016, 100(3): 1445⁃1457.

[30] Ehimen E A, Sun Z F, Carrington C G, et al. Anaerobic digestion of microalgae residues resulting from the biodiesel production process [J]. Appl Energy, 2011, 88(10): 3454⁃3463.

[31] Sterling M C, Lacey R E, Engler C R,et al. Effects of ammonia nitrogen of H₂ and CH₄ production during anaerobic digestion of dairy cattle manure [J]. Bioresour Technol, 2001, 77(1): 9⁃18.

[32] Jiang Y, McAdam E, Zhang Y, et al. Ammonia inhibition and toxicity in anaerobic digestion: A critical review [J]. J Water Process Eng, 2019, 32: 100899.

[33] 李玉春, 陈广银, 常志州, 等. 碳氮比对稻秸厌氧发酵过程的影响[J]. 中国沼气, 2012, 30(4): 25⁃29.

[34] Li Y C, Chen G Y, Chang Z Z, et al. Effect of C/N on anaerobic digestion of rice straw [J]. China Biogas,2012, 30(4): 25⁃29.

[35] 张鸣, 高天鹏, 李康兰, 等. 不同氮源对常中温条件下麦秆厌氧发酵的影响[J]. 环境工程学报, 2013, 7(9): 3589⁃3593.

[36] Zhang M, Gao T P, Li K L, et al. Effects of different nitrogen sources on anaerobic fermentation of wheat straw at normal and mesophilic temperatures [J]. Chinese Journal of Environmental Engineering, 2013, 7(9): 3589⁃3593.

[37] 白洁瑞, 李轶冰, 郭欧燕, 等. 不同温度条件粪秆结构配比及尿素、纤维素酶对沼气产量的影响[J]. 农业工程学报, 2009, 25(2): 188⁃193.

[38] Bai J R, Li Y B, Guo O Y, et al. Effects of ratios of manure and straw, urea and cellulose on biogas yields at different temperatures [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2009, 25(2): 188⁃193.

[39] 段娜, 林聪, 田海林, 等. 添加尿素和无机盐土对秸秆厌氧消化的影响[J]. 农业工程学报, 2015, 31(S1): 254⁃260.

[40] Duan N, Lin C, Tian H L, et al. Effects of urea and inorganic saline soil on anaerobic digestion of straw [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015, 31(S1): 254⁃260.

[41] Gallert C, Bauer S, Winter J. Effect of ammonia on the anaerobic degradation of protein by a mesophilic and thermophilic biowaste population [J]. Appl Microbiol Biotechnol, 1998, 50(4): 495⁃501.

[42] Müller T, Walter B, Wirtz A, et al. Ammonium toxicity in bacteria [J]. Curr Microbiol, 2006, 52(5): 400⁃406.

[43] 任晓冬, 史旭洋, 尚鑫, 等. 木质纤维素预处理研究进展[J]. 吉林农业大学学报, 2016, 38(5): 567⁃570.

[44] Ren X D, Shi X Y, Shang X, et al. Research progress of lignocellulose pretreatment [J]. Journal of Jilin Agricultural University, 2016, 38(5): 567⁃570.

[45] 丁绍兰, 张敏娜, 黄振侠, 等. 尿素氨化预处理对稻秆厌氧发酵产气特性的影响[J]. 生态环境学报, 2018, 27(1): 18⁃23.

[46] Ding S L, Zhang M N, Huang Z X, et al. Effect of urea ammoniation pretreatment on anaerobic fermentation characteristics of rice straw [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2018, 27(1): 18⁃23.

[47] 胡崇亮, 张栋, 戴翎翎, 等. 厌氧消化过程氨抑制研究进展[J].环境工程,2016,34(12): 23⁃27, 63.

[48] Hu C L, Zhang D, Dai L L, et al. Research progress of inhibitory effects of ammonia in an anaerobic digestion system [J]. Environmental Engineering, 2016,34(12): 23⁃27, 63.

[49] Niu Q G, Qiao W, Qiang H, et al. Microbial community shifts and biogas conversion computation during steady,inhibited and recovered stages of thermophilic methane fermentation on chicken manure with a wide variation of ammonia [J]. Bioresour Technol, 2013, 146: 223⁃233.

基金资助

湖北省科技创新专项重点项目(2016AHB014)