猪粪厌氧发酵的有机酸代谢与微生物群落相关性分析

张丹志; 尹强; 徐文静; 方勇; 焦郑同; 马诗淳; 刘祚军; 章力干; 《分析化学 》 2022 EI SCI 北大核心 CSCD

摘要：有机酸代谢和微生物菌群结构稳定性是维持厌氧消化系统高效运行的关键.为研究该理化物质代谢与微生物群落变化之间的关系,本研究以猪粪发酵体系为例,设置3个搅拌梯度(0、80和200 r/min),分别代表无搅拌、适度搅拌和过度搅拌条件,监测猪粪厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸等理化性质的变化,再结合高通量测序技术,进一步分析微生物种群多样性变化.结果表明,发酵体系以厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和广古菌门(Euryarchaeota)为优势菌.适度搅拌可在一定程度上促进微生物分解有机质的效率,形成稳定高效的微生物群落,其中,总固体、挥发性固体和化学需氧量去除率分别达到79.15%、63.63%和87.89%.有机质分解代谢产物以乙酸和丙酸为主,其浓度与拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度呈正相关性,与变形菌门(Proteobacteria)呈负相关性.过度搅拌使产氢产乙酸菌(如互养菌门(Synergistetes))丰度增加,引起耗氢产乙酸菌酸杆菌门(Acidobacteria)丰度随之增加,导致乙酸和丙酸浓度分别提高21.09%和6.44%,氢营养型产甲烷菌甲烷粒菌属(Methanocorpusculum)丰度随之增加31.95%,但甲烷产量反而下降,说明过度搅拌显著提高了乙酸和丙酸浓度,促进产甲烷途径由乙酸裂解型向低效的乙酸氧化产甲烷转化.本研究结果对于理解猪粪厌氧消化过程的有机酸代谢与产甲烷途径的调控具有重要的参考意义.

关键词： 厌氧发酵 搅拌 有机酸代谢 微生物群落