刈割时间对杂交狼尾草成分及厌氧发酵性能影响试验*
李连华 孙永明 孔晓英 袁振宏 甄 峰 李 东
【摘 要】摘要:以杂交狼尾草为原料，采用批式中温厌氧发酵工艺，研究生长期为30、60、91、128、175 d的杂交狼尾草的成分及厌氧发酵沼气产量。研究结果表明:刈割时间对原料成分有较大的影响，原料中C质量分数、碳氮比，干物质(TS)、挥发性固体物(VS)和木质素的质量分数随着刈割时间的延长呈升高的趋势。杂交狼尾草在单位土地面积上的干物质产量随刈割时间的延长先增加而后降低，其中生长128 d时刈割干物质产量最高，可达15.01 t/hm2。原料的产气率也随刈割时间的延长先升高而后降低，其中生长60 d的杂交狼尾草的产气性能最高，其挥发性固体物的产气率和产甲烷率分别为0.68、0.37 L/g。综合干物质产量和原料产气率，杂交狼尾草在不同刈割时间下单位面积土地上的生物质量可产沼气量为848.07～6 279.73 m3/hm2，相应的年产能为165.49～292.66 GJ，可见杂交狼尾草是一种有潜力的厌氧发酵原料。 【期刊名称】农业机械学报 【年(卷),期】2014(045)001 【总页数】7
【关键词】关键词:杂交狼尾草 刈割时间 厌氧发酵 沼气
引言
能源草本植物由于具有高太阳能转化和水分利用效率，高生物质产量、高适应性、强抗逆能力、环境友好而成为重要的能源植物被开发利用［1～3］。 自20世纪80年代中期以来，对多年生能源草本植物的研究不断增加。前期的研究主要针对适宜草本植物的筛选，美国和欧洲分别选取柳枝稷(Panicum
virgantum L．)和芒属植物(Miscanthus)作为重点模式植物展开研究［4］。目前已开展的多年生能源草本植物的转化利用方式有燃烧［5］、生物乙醇［6］ 和 沼 气［1］ 等。 国 外 已 对 柳 枝 稷［7］、鸭 茅(Dactylis glomerata L．)、高羊茅(Fetuca arundinaceae Schreb．)、蒂 莫 (Phleum pratenseL．)［8］、草 芦(Phalaris arundinaceae L．)等［9］能源草的厌氧发酵性能进行了研究。研究的方向主要有:能源草的高效预处理方式、能源草的收割时间和收割频率、单位土地面积能源草生物质产量、能源草可产沼气量和两相反应器的应用等。国内相关研究主要针对不同能源草种类产气潜力的分析，如聚合草(Symphytum asperum)［10］、香根草(Vetiveria zizanicides)［11］和皇竹草(Herba Andrographitis)［12］的厌氧发酵性能研究。迄今国内外对杂交狼尾草的厌氧产气性能研究较少，还未见相关的刈割时间对单位面积上杂交狼尾草生物质产量和沼气产量影响的报道。
通常为了获取高产优质的牧草，适宜刈割时间必须考虑2项指标:草产量和可消化的营养物质的含量，可根据禾本科植物生长期来确定，一般认为禾本科牧草单位面积的干物质和可消化营养物质总收获量以抽穗至开花期为最高。此外，因品种、种植地气候条件和用途的不同导致草本植物适宜的刈割时期也不同。目前对于以厌氧消化为目的的刈割时间的研究还未见报道。通常6～7月份为生长旺盛期，7～8月份是华南地区的高热高湿季节，这样的天气不利于植物的生长。且木质纤维素类原料的厌氧消化较慢，根据消化工艺的不同一般为30～50 d。结合杂交狼尾草的生长特性、华南地区的气候条件和厌氧消化特性，设定采样间隔为30～47 d，研究在生长期为30、60、91、128、175 d 时杂交狼尾草的成分变化、单位面积鲜草产量、干物质产量及其厌氧发酵性能和产沼
气潜力。以确定不同刈割时间对单位面积土地上的杂交狼尾草生物质产量和原料厌氧发酵性能的影响，为杂交狼尾草在沼气工程上的应用提供参考。
1 试验材料和方法
1.1 原料
杂交狼尾草于2010年5月在广东省广州市增城宁西实验基地(23°24'N，113°64'E)种植，该地区属亚热带季风气候，年降雨量为1 600～1 800 mm，主要集中在4～9月，年平均气温为22.2℃，绝对最高气温38.7℃。土壤pH值为5.93±0.02，有效磷和速效钾质量比分别为(73.1±0.5)mg/kg和(64.5±0.5)mg/kg。杂交狼尾草的种植间距为120 cm×60 cm，相应的种植密度为13 889株/hm2。试验小区面积为1 000 m2(50 m×20 m)。整个生长期内不基施磷肥，不追施氮肥，不进行人工浇水灌溉，不施农药、除草剂等化学药剂。试验采用的原料分别为2011年3月29日(生长30 d)、4月29日(生长60 d)、5月30日(生长91 d)、7月6日(生长128 d)和8月22日(生长175 d)刈割的鲜草。每次刈割从实验基地随机选取5～10株，留茬10 cm。从实验地刈割取回后首先称量，计算其鲜草质量，再切成3～4 cm的小段，然后在斩拌机中粉碎，粉碎粒径为3～4 mm。粉碎后的原料放在－20℃冰箱中保存。用粉碎后的原料分析化学成分，结果见表1。 1.2 接种污泥来源及理化性状
初始接种污泥取自广东省博罗某养猪场沼气工程厌氧发酵污泥。使用前经1 mm筛网过滤除去接种物中大颗粒杂质。初始接种污泥的pH值为7.30，TS及VS质量分数分别为3.59%和2.32%。 1.3 试验装置与操作条件
刈割时间对杂交狼尾草成分及厌氧发酵性能影响试验
