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循环农业高产高效种养模式与技术研究
Research on High Yield and Efficient Breeding Models and Technologies of Circular Agriculture

和 H2、CO2 等；最后产甲烷菌再把乙酸、H2 转化为 CH4，剩余的液体和固体
出料为沼液和沼渣。实际上，各阶段间不存在明显的界限，而是同时进行，并保
持动态平衡，前阶段的产物作为后阶段的底物，微生物群落的稳定也是由各阶段

菌株的协同和拮抗作用共同维系。其中，产甲烷菌是决定消化速率的主要微生物，
产甲烷阶段是消化过程的限速步骤。值得注意的是，若不进行有效预处理，秸秆
的复杂结构将严重影响水解酶的降解性，水解阶段也将成为限制速率的关键步骤。
目前，除常用的碱法、加热等厌氧消化预处理方法外，秸秆粉碎也被证明是简单

有效的预处理手段，它能通过增强纤维素的降解性，达到提升沼气产量的目的。
发酵性能的优化。协同发酵是现今常用的发酵方式。由于秸秆的碳氮比较高，
将其作为单一发酵底物时常因氮源不足而抑制微生物的同化和异化作用，同时也

会对产酸菌和产甲烷菌的群落稳定性造成破坏。另外，如果缺乏氮素缓冲，酸化
阶段产生的大量有机酸最终会导致系统酸化。因此，在发酵时常添加尿素、碳酸
氢铵等富含氮素的试剂原料，或者直接混合人畜粪便、果蔬废物、生活垃圾等有
机废弃物进行协同发酵，可达到碳氮平衡。与简单的累加效应不同，协同效应不
是仅凭底物量增加引发沼气量的累加，而是通过克服单一底物消化的固有局限性，

提高特定底物的甲烷产率或造成消化动力学方面的提升。实验表明，协同效应能
够使秸秆和鸡粪共消化时最高达到 94% 的生物降解率，远高于秸秆（45%）和
鸡粪（47%）的单消化生物降解率。

协同发酵中底物和接种比的选择会直接影响厌氧消化的效果，通过调整共发
酵底物、优化接种比可缩短启动时间，弥补单一原料消化短板。Paranhos 对玉米
秸秆、水稻秸秆等 6 种典型木质纤维生物质与畜禽粪便的混合发酵进行对比，发
现在玉米秸秆与粪便接种比为 0.5 时沼气产率最高。现阶段，研究人员热衷于从
动力学和微生物学等多学科角度思考效益更佳的共发酵方式，同时加强了对拮抗

作用产生机理的研究，相关研究成果更新迅速，将对提高秸秆厌氧消化产气率有
很大帮助。除了优化协同发酵条件外，有效利用添加剂也可以改善整体发酵性能。
例如某些植物的叶、纳米磁性颗粒和生物炭等添加剂能通过增加消化系统的微生

物吸附位点，提高沼气产率。Xu 等将含磷蛭石加入秸秆与牛粪的厌氧消化系统，
累计产气量上升 26% ～ 51%。Co、Fe、Cu、Zn、Ni 等微量元素也对厌氧消化
有积极作用，它们作为微生物的营养物质，能通过影响微生物产酶种类来催化厌
氧反应。Wu 等发现，混合铜盐比单一铜盐的促进效果明显，可使甲烷产量提高

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