堆肥系統(tǒng)中木質(zhì)素關(guān)鍵降解酶的作用規(guī)律及其在堆肥基質(zhì)中的吸附特性研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,我國的農(nóng)業(yè)廢物急劇增加,作為農(nóng)業(yè)廢物處理方法之一,堆肥化因其能同時(shí)實(shí)現(xiàn)垃圾的無害化、減量化和資源化,越來越受到人們的重視。然而傳統(tǒng)方法堆制肥料常因含有大量木質(zhì)素、纖維素而致使堆肥效果不佳,木質(zhì)纖維素是農(nóng)業(yè)廢物堆肥化過程中的主要限速有機(jī)物,其降解被認(rèn)為是快速堆肥的關(guān)鍵,而木質(zhì)纖維素主要靠酶作用來降解,因此堆肥中關(guān)鍵降解酶的動(dòng)態(tài)變化及其在堆肥系統(tǒng)中的作用規(guī)律研究顯得十分必要。同時(shí),堆肥過程是由大量微生物活動(dòng)組成的一個(gè)復(fù)雜的生

2、物化學(xué)過程,堆肥的物料成分復(fù)雜,除一小部分小分子的物質(zhì)可以被微生物直接利用以外,大部分的有機(jī)物是以高聚物的形式存在,只有通過微生物所分泌的胞外酶將其分解為溶解性有機(jī)物質(zhì),才能滲入到細(xì)胞中供微生物代謝利用,故胞外酶在基質(zhì)表面的吸附將影響木質(zhì)纖維素的原位降解和向堆體的深層傳輸。因此研究木質(zhì)素關(guān)鍵降解酶在堆肥基質(zhì)中的吸附特性必能更深入的了解其作用機(jī)理,從而加快堆肥的進(jìn)程,提高堆肥的效率。
　　 本實(shí)驗(yàn)通過研究添加酶液到堆體基質(zhì),以未添

3、加酶液做空白對比,監(jiān)測不同時(shí)期有機(jī)質(zhì)的變化和微生物對纖維素、半纖維素、木質(zhì)素降解情況,以及堆肥進(jìn)程中各種關(guān)鍵酶的酶活等生化參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化,考察添加酶液對微生物產(chǎn)酶和木質(zhì)纖維素降解的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:外源酶液促進(jìn)微生物分泌LiP、MnP和PPO,但卻在一定程度上抑制微生物產(chǎn)POD。添加酶液的堆料中,木質(zhì)纖維素的含量和有機(jī)質(zhì)的含量明顯低于未添加酶液的堆料,這說明添加酶液有利于木質(zhì)纖維素的降解。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)木質(zhì)纖維素的降解是在多種酶的協(xié)同作用

4、下完成的,也受其它因素的影響。
　　 為了深入探討木質(zhì)素關(guān)鍵降解酶在不同堆肥基質(zhì)中的吸附特性,本研究中通過批量實(shí)驗(yàn)對比了土壤、菜葉、稻草和米糠對木質(zhì)素關(guān)鍵降解酶的吸附性能,并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析和等溫吸附模型擬合,并研究了溫度和pH值對基質(zhì)吸附降解酶的影響。結(jié)果表明,堆肥基質(zhì)對木質(zhì)素關(guān)鍵降解酶的吸附與基質(zhì)種類有關(guān),土壤、菜葉、稻草和米糠對木素過氧化物酶(LiP)和錳過氧化物酶(MnP)的吸附量分別約為1.22、1.27、1.13、1

5、.22和5.09、4.88、4.43、3.95 U/g；30℃和pH值為4～5為堆肥基質(zhì)吸附降解酶的最適條件；比較LiP和MnP吸附的動(dòng)力學(xué)模型,準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)方程為表征木質(zhì)素關(guān)鍵降解酶吸附的最佳模型,其R2在O.9732～0.9997,Elovich方程擬合較差,準(zhǔn)一級動(dòng)力學(xué)方程擬合最差；Langmuir模型對等溫吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合效果最好,而試驗(yàn)數(shù)據(jù)不適合用Freundlich方程表征.土壤、菜葉、稻草和米糠對LiP和MnP飽和吸附容量