麦秸表面预处理对其光-生物降解响应机制研究的文献综述

摘要：在陆地生态系统中，农业废弃物的自然分解主要是依靠生物作用，而土壤表面的农业废弃物非生物降解过程往往会被忽视。然而，农业废弃物通常受到直接来自于自然光的辐射，产生光氧化降解，来自于这部分的非生物降解过程对于农业废弃物降解速率和最终碳元素、营养物质的循环过程产生的影响当下还未有合适的评价体系。

我国每年产生大量的麦秸秆、稻秸秆、玉米秸秆等，除部分用于饲料、燃料、还田外，大部分被直接焚烧，不仅浪费资源，甚至引发火灾，未焚烧的秸秆往往随意丢弃田头、路边、沟渠等导致环境污染。而秸秆本身以及所制备的复合材料都面临降解的难题。秸秆不同于木本科材料，内部存在较大的淀粉含量有利于微生物的侵蚀，而内外表面的硅质层和栓质层孔腔内填充大量的硅质细胞阻碍了紫外光线的破坏。因此，如何对秸秆进行合适的预处理维持秸秆结构和形貌，又对秸秆的光-生物降解产生促进作用是本次研究的重点。

关键词：麦秸、预处理、降解、力学性能、纤维素结构

1. 研究的目的及意义

在维持秸秆形貌和结构的前提下，通过对秸秆表面预处理，增加微生物侵蚀的通道及紫外光能量破坏的可能，并通过光能及微生物的控制调节，实现秸秆的快速降解，扩大秸秆基降解材料的应用。意义在于：秸秆内外壁表面具有疏水，抗紫外的硅质层和栓质层，影响其紫外光对其结构的破坏和降解与微生物的侵蚀。在维持结构与形貌的前提下，如何实现秸秆的快速降解，是扩大秸秆基材料使用前景的重要前提。

1. 国内外研究进展

国内对秸秆表面预处理，通过酸处理，碱处理酸碱复合或者水热处理来降解生物质的纤维素，半纤维素以及木质素的影响。对秸秆进行合适的预处理维持秸秆结构和形貌，又对秸秆的光-生物降解产生促进作用。

1. 国外研究概况

Laura Garciacute;a（2016）等对难降解生物量分析研究报告中指出小麦秸秆和芒使用不同的酶后对于样品的制备进行热化学预处理、糖化试验已经完成了对难抗性物质的酶促分析和组分分析。enzyme cocktail 提高了酶的效率。结果表明，麦秸的使用效果明显改善。

1. 国内研究概况
2. 酸处理化学材料研究

陈尚钘等人研究了稀硫酸预处理对玉米秸秆化学组成变化及纤维素酶水解得率的影响，并采用扫描电镜( SEM) 、X 射线衍射仪( XRD) 、红外光谱( IR) 和热重分析( TG) 对玉米秸秆纤维结构特性进行了分析。结果表明随着硫酸浓度的增大、温度的升高和时间的延长，纤维素和木质素含量有所增加，而半纤维素含量大幅度降低，且预处理后纤维素酶水解得率也逐渐增大。当处理条件为硫酸质量分数 0． 75% 、温度 150 ℃、时间 80 min时，半纤维素降解率为 98． 02% ，所得固体渣纤维素酶水解得率为 66． 95% ( 纤维素酶用量 20 FPUI/g 纤维素)。稀酸预处理后玉米秸秆纤维表面和细胞壁受到不同程度的破坏，表面积增大，孔洞增加，纤维素的结晶度降低，有利于纤维素酶水解作用的进行。

1. 碱处理化学材料研究

邓小莉等人为高效利用玉米等作物秸秆中的纤维素，研究通过对玉米秸秆进行粉碎 60 目、膨化粉碎 200 目、超细200 目、膨化超细 400 目、超声波预处理，并对其预处理结果采用扫描电镜观察分析得知，经膨化超细 400 目处理后的秸秆纤维素丝状结晶结构解体最明显。进一步对其中 4 种不同预处理后的秸秆做碱法水解，以获得可溶性糖的质量分数为指标，考察不同组合固液比、温度、碱质量浓度、水解时间对 4 种预处理秸秆的作用情况，确定玉米秸秆纤维素最佳预处理方法及碱法水解的最优条件。结果显示，超细 200 目预处理后的玉米秸秆碱水解液可溶性糖质量分数最高。优化的碱法水解条件为: 水解时间 90 min; 温度 110℃ ; NaOH 质量浓度 0. 02 g /mL，固液比 1∶23。在此条件下，可溶性糖的质量分数最高可达 12. 1% 。