厌氧发酵技术助力农业绿色低碳高质量发展

农、林、牧、渔的每个生产环节都会产生一定量的生物质废弃物，其中秸秆和畜禽粪便是产量最大的两类。我国是一个人口众多的农业大国，生物质废弃物的总量惊人，如何实现生物质废弃物的高效利用及生态高水平保护是一项艰巨且长远的任务。

在能源紧张和环境保护的双重压力下，特别是“双碳”战略背景下，生物质废弃物的再利用途径被赋予了新的内涵，不但要解决生物质废弃物利用不足带来的污染问题，更要使其产业成为强农富农的重要抓手，最终实现生物质废弃物“零污染、高产值”的目标，以期形成以绿色生态经济为导向的生产体系，实现乡村地区“生态美、产业兴、百姓富”的美好愿景。

图 1 发展绿色循环农业，保护生态环境（图片源自作者）

厌氧发酵是一种重要的微生物过程，它驱动生物质废弃物变“废”为宝，向微生物要“粮食”，用微生物技术打“好粮”，在保护生态环境，构建生态循环农业链，实现生物质废弃物高值化利用方面具有显著优势。在厌氧微生物的新陈代谢下，生物质中的有机质被有效转化，最终生成具有经济价值的甲烷及部分二氧化碳。作为一种高效的生物能源，甲烷可以直接用于发电、供热，甚至用于汽车燃料。此外，发酵后的残渣经过处理后可以作为高品质的有机肥料，促进农作物生长，提高土壤肥力，进一步实现农业的绿色低碳高质量发展。

厌氧发酵工艺流程简单，但多菌群、多层次的厌氧发酵过程构成了一个复杂的系统，内部反应影响因素较多。随着技术的不断进步和应用经验的积累，通过技术研发与创新，优化发酵工艺，提升处理效率，厌氧发酵技术在生物质废弃物高值化利用方面必将发挥更大的作用。

研究表明，选择合适的原料预处理方式和添加物对显著提高沼气产量和有机物的降解率以及缩短消化时间至关重要。其中，预处理工艺可以分为机械预处理、化学预处理、生物预处理。机械预处理和化学预处理主要是将复杂有机物转化成易生化降解的小分子有机物，增加比表面积，提高微生物与底物接触的几率。生物预处理则主要为添加高浓度生物菌种，利用微生物来水解底物。与此同时，适当的添加物可以促使微生物群体的富集，提高微生物的停留时间以及微生物浓度，增加沼气产量。例如，适当的添加甲烷菌载体能增强反应体系中微生物间的协同作用，优化厌氧发酵过程，提高甲烷产量。

图 2 技术创新（图片源自作者）

图 3 农业废弃物厌氧发酵的应用示范（图片源自作者）

当前，本文作者的研究团队基于以废治废的循环经济理念，已在“西北农村沼气科技创新与示范基地”和“农业农村部梁家河沼气示范工程”开展了示范工作，为国内的畜禽粪污和秸秆型生物燃气工程提供技术支持，对开辟工业和农业废弃物的协同高效处置与高值化利用途径具有重要意义。

作者 | 姚义清 周紫嫣

作者简介：

姚义清，西北农林科技大学教授、博士生导师，中国微生物学会会员、陕西省微生物学会会员，从事农林业生物质低碳增值理论与技术研究。

周紫嫣，西北农林科技大学在读博士生。