低溫沼氣發酵微生物群落結構及多樣性 楊斌 著 9787122430700 【台灣高等教育出版社】

編輯推薦
1 本書是作者及雲南師範大學沼氣工程實驗室多年的研究總結，數據和圖表是一手的研究數據，可參考性強。
2 低溫沼氣是制約沼氣在寒冷地區大規模應用的瓶頸技術，如何遴選出低溫沼氣發酵的微生物是關鍵所在，本書對低溫沼氣系統中的微生物種群進行了對比研究，對沼氣發酵遴選微生物有較好的參考價值。
3 微生物是農業環境工程技術中的關鍵資源，對解決農業環境工程、生態環境工程的資源高效利用有一定的參考價值。

內容簡介
《低溫沼氣發酵微生物群落結構及多樣性》從低溫沼氣發酵過程的微生物學角度，分析低溫沼氣發酵系統中微生物群落結構與多樣性的時間動態、非生物因子的時間動態以及微生物與非生物因子的相關性，揭示低溫沼氣發酵系統這一「黑箱」所蘊藏的微生物群落結構與多樣性、微生物群落演替及時間動態變化，及其與環境因子之間的相關性等生態學基本問題，以期為優良低溫沼氣發酵微生物資源的挖掘和高效低溫沼氣發酵接種物的獲得提供一定幫助。
本書可供農業生物環境與能源工程、微生物學、生態學、環境工程專業的本科生、研究生及相關專業的教師、研究人員參考和使用。

作者簡介
無

目錄
第1章沼氣發酵的研究及應用概述001
1 1沼氣發展現狀 002
1 1 1國外沼氣發展現狀 002
1 1 2中國沼氣發展現狀 003
1 1 3雲南省沼氣發展現狀 003
1 2沼氣發酵的研究 003
1 2 1沼氣發酵的機理 003
1 2 2沼氣發酵微生物 005
1 2 3沼氣發酵系統中微生物的群落結構與多樣性 009
1 3低溫沼氣發酵的研究 012
1 3 1低溫是限制沼氣推廣的重要影響因素 012
1 3 2低溫沼氣發酵微生物的基礎研究 013
1 4低溫沼氣發酵微生物群落結構多樣性分析的意義、內容及實現路徑 014
1 4 1低溫沼氣發酵微生物群落結構及多樣性分析的研究思路 014
1 4 2低溫沼氣發酵微生物群落結構及多樣性分析的研究內容 015
1 4 3低溫沼氣發酵微生物群落結構及多樣性分析的研究目標 015
1 4 4低溫沼氣發酵微生物群落結構及多樣性分析的實現路徑 015
第2章低溫沼氣發酵微生物研究的材料與方法017
2 1低溫沼氣發酵的研究裝置 018
2 2低溫沼氣發酵的原料和接種物 018
2 2 1低溫沼氣發酵的原料選擇與研究 018
2 2 2低溫沼氣發酵的接種物選擇與研究 018
2 3低溫沼氣發酵的研究方案 019
2 3 1低溫沼氣發酵的研究工藝和溫度 019
2 3 2低溫沼氣發酵料液的配製方案 019
2 3 3低溫沼氣發酵系統中非生物因子及其測定 019
2 3 4低溫沼氣發酵系統中生物因子及其測定 020
2 3 5低溫沼氣發酵系統中環境因子相關性分析方法的選擇 023
第3章低溫沼氣發酵系統微生物群落結構多樣性研究025
3 1低溫沼氣發酵過程中非生物因子的時間動態分析 026
3 1 1低溫沼氣發酵料液理化指標結果分析 026
3 1 2低溫沼氣發酵產氣情況及結果分析 033
3 2低溫沼氣發酵過程中生物因子的時間動態分析 037
3 2 1細菌群落結構與多樣性的研究 037
3 2 2古菌群落結構與多樣性的研究 074
3 3低溫沼氣發酵系統中環境因子的相關性分析 094
3 3 1非生物因子之間的相關性 094
3 3 2非生物因子與細菌類群之間的相關性 095
3 3 3細菌類群之間的相關性 096
3 3 4非生物因子與古菌類群之間的相關性 097
3 3 5古菌類群之間的相關性 097
3 3 6細菌類群與古菌類群之間的相關性 098
第4章低溫沼氣發酵綜合分析與討論117
4 1不同低溫沼氣發酵系統的產氣性能比較研究 118
4 1 1不同低溫沼氣發酵系統產氣速率比較研究 118
4 1 2不同低溫沼氣發酵系統沼氣產量、CH4產量比較研究 118
4 2氨氮對低溫沼氣發酵系統的影響 119
4 3乙酸、丙酸對低溫沼氣發酵系統的影響 119
4 4低溫沼氣發酵系統中的微生物類群 120
4 4 1低溫沼氣發酵系統中的細菌類群 120
4 4 2低溫沼氣發酵系統中的產甲烷菌優勢類群 121
4 4 3低溫沼氣發酵系統中的其他微生物類群 122
4 5批量式沼氣發酵系統中微生物群落的動態變化 122
4 6低溫產甲烷菌研究討論 123
4 7低溫沼氣發酵食物鏈的構建研究 123
4 8雲南沼氣發酵生態系統中微生物的群落結構 125
4 9不同溫度類型沼氣發酵系統中微生物的群落結構 125
4 10低溫沼氣發酵系統中乙酸的利用途徑分析 126
4 11低溫沼氣發酵系統中的反硝化細菌假單胞菌屬 127
第5章總結與展望129
5 1低溫沼氣發酵微生物群落結構多樣性分析的研究結論 130
5 1 1非生物因子 130
5 1 2生物因子 130
5 2低溫沼氣發酵微生物群落結構多樣性分析研究的創新之處 131
5 3展望與設想 132
參考文獻133

前言/序言
低溫是限制沼氣發酵技術向高緯度地區和高原地區推廣的重要因素，有研究顯示，中國75%以上的戶用沼氣池受到低溫的影響而運行不良。從畜禽糞便和農作物秸稈等沼氣原料資源量的角度看，黑龍江、吉林、遼寧等高緯度省份屬於資源量豐富地區，雲南等高原省份屬於資源量中等地區，均具備了大規模推廣沼氣的原料條件；但這些地區沼氣發展的實際情況卻遠遠落後于全國平均水平。在低溫沼氣發酵系統中，低溫環境不僅會抑制沼氣菌群的代謝活性，使生化反應的速率降低，同時還使發酵料液的黏度增加、有機質的降解效率降低。為提高低溫環境下沼氣發酵系統的運行效率，在工程上主要採用各種加熱保溫設備來提高沼氣發酵系統的運行溫度，但加溫裝置無疑大大增加了工程投資和運行成本，同時加熱處理並沒有完全消除低溫對沼氣發酵的影響。因而，如何因地制宜地找到一種實用且具有可操作性的方法來提升低溫沼氣發酵系統的運行效率，是本書在工程應用方面的選題背景。
近年來高效低溫沼氣技術的研究與設計成為關注的熱點，由於沼氣發酵是微生物代謝的過程，因而其性能與微生物密切相關。眾多研究人員對低溫沼氣發酵系統這一「黑箱」所蘊藏的微生物進行了深入的研究，並初步揭示了低溫沼氣發酵微生物的群落組成與功能；但在低溫沼氣發酵系統中，諸如微生物優勢種群的演替（時間動態）、環境因子（生物因子和非生物因子）對微生物群落結構與多樣性的影響、環境因子之間的相互關係等生態學基本問題，還不是很清楚，有待進一步研究、闡明。為此，本書作者分別在15℃、9℃和4℃的低溫條件下馴化沼氣發酵接種物；然後採用批量發酵工藝，將馴化得到的15℃低溫接種物、9℃低溫接種物和4℃低溫接種物，分別接種至豬糞原料中，進行9℃低溫發酵，形成3個低溫沼氣發酵系統（對應A系統、B系統、C系統），並綜合應用非生物因子分析法、生物因子分析法（16S rDNA擴增子測序）和SPSS相關性分析法，對供試驗的低溫沼氣發酵系統中的微生物生態學基本問題進行研究，以期為優良低溫沼氣發酵微生物資源的挖掘和高效低溫沼氣發酵接種物的獲得提供一定幫助。
《低溫沼氣發酵微生物群落結構及多樣性》系統論述了低溫沼氣發酵系統中細菌和古菌的群落結構與多樣性，揭示了低溫沼氣發酵系統中低溫功能微生物隨發酵時間的變化及演替規律（時間動態），以及生物因子（細菌、古菌）和非生物因子（沼氣產量、CH4產量、CO2產量、產氣速率、pH值、TS、VS、VFAs、sCOD、NH3-N）對微生物群落的影響，生物因子之間的相關性、非生物因子之間的相關性、生物因子與非生物因子之間的相關性等生態學基本問題。本書第1章概述了沼氣發酵的研究及應用，第2章介紹了低溫沼氣發酵微生物研究的材料與方法，第3章研究了低溫沼氣發酵系統微生物群落結構多樣性，第4章對低溫沼氣發酵微生物及其影響因子進行了討論，第5章總結了低溫沼氣發酵微生物的研究並對進一步研究的方向提出了展望。目前市面上出現了較多關於沼氣技術的書籍，但大多涉及的是工藝方面的研究，而本書主要從微生物的角度來探討沼氣發酵系統中的生態學基本問題，類似專著較少，且現在國家大力提倡交叉學科建設，本書較好地體現了生物學與農業工程學科的交叉，可為相關學科專業的本科生、研究生及教師提供有意義的參考。
本書的研究內容是在雲南師範大學張無敵研究員、雲南大學崔曉龍研究員和雲南師範大學尹芳教授的精心指導下完成的，在此，我謹向張老師、崔老師和尹老師表達我衷心的感恩之情。本書的研究得到了雲南省基礎研究計劃面上項目（2019FB074、202001AT070094）、雲南省萬人計劃產業技術領導人才項目（20191096）以及雲南省沼氣工程技術研究中心的支持和資助，在此一併表示感謝。
由於本書內容涉及面較為廣泛，著者水平有限，書中難免存在不足之處，歡迎讀者批評指正。
著者
2023年1月