根據纖維素含量的檢測結果,對原始數據進行多項式擬合處理,得到纖維素含量的變化趨勢。
在儲存過程中,三種秸稈樣品纖維素含量的變化趨勢是非常相似性的。總體而言,纖維素的含量都隨著儲存時間的增加而降低,盡管它們在儲存過程中都產生了波動,出現了一個峰值。在儲存前期的兩個月,纖維素含量明顯降低,之后升高并于儲存第4、第5個月達到第一個峰值,隨后又逐漸降低,于儲存第9、第10個月降至谷底后又逐漸升高,但幅度較小。在儲存時間相同的條件下,不同方法儲存秸稈中纖維素的含量,也有明顯的不同。自然儲存秸稈中的纖維素含量,比其他兩種儲存方法秸稈中的含量低,而桶裝儲存秸稈的含量最高。儲存末期,自然儲存秸稈中纖維素含量陡然升高。
秸稈纖維素含量變化趨勢產生的原因,主要與秸稈和空氣接觸是否充分有密切的關系,接觸越充分,纖維素降解越完全、越徹底,其含量就越低。不同方式儲存的秸稈,由于秸稈有機質與空氣接觸被氧化降解而流失,致使纖維素含量總體上呈現降低趨勢。在儲存前期的兩個月,剛采收秸稈中的可溶性多糖(纖維素的一部分)分子質量較低,含量較高,此時秸稈附著相關微生物和相關酶活性較高,利用體系中殘余空氣,將纖維素降解,且速度較快,致使含量顯著降低。三種秸稈樣品中,自然儲存秸稈纖維素含量最低,其原因主要是自然儲存秸稈體系沒有與空氣隔絕,袋裝儲存體系的封裝密度比桶裝儲存秸稈的密度要低,使得自然儲存秸稈與空氣最為充分,以桶裝儲存秸稈體系空氣最少。因此,在儲存時間相同條件下,秸稈中纖維素含量以自然儲存體系最低,桶裝儲存體系最高,而袋裝儲存秸稈的含量數值居于三者的中間值。
儲存末期,在曲線圖上纖維素含量有升高的趨勢,這是相對含量的升高,不反映絕對含量的增加趨勢。出現這種現象的原因是表達方式的問題,也就是因為每個月的測量值中總量絕對量雖然相同,但含有成分的質量不同,計算出的相對值表達的內容就不一樣。例如,自然儲存法儲存的秸稈中,同一根秸稈第12個月含有的纖維素絕對值應比第1個月低得多,但在這個曲線上反映的是上升趨勢。這個上升值是當月相對值,不是絕對值變化趨勢。
2)秸稈半纖維素含量變化趨勢
根據半纖維素含量檢測結果,將其進行多項式擬合處理后,得其變化趨勢。
三種秸稈樣品中的半纖維素含量變化規律,總體上隨儲存時間的增加而降低,基本都呈現雙峰分布。在儲存前期兩個月,半纖維素的含量顯著降低,降至谷底后逐漸升高,于儲存5個月后升至最高值后又逐漸降低。三種秸稈樣品相比,自然儲存秸稈中半纖維素含量明顯低于另外兩種方法儲存秸稈中的含量,在儲存第9個月左右降至最低值后,逐漸升高,而其他兩種儲存方法卻依然呈現逐漸降低的趨勢。
秸稈中半纖維素含量出現如圖變化趨勢的原因,主要與秸稈和空氣接觸是否充分密切相關。如果與空氣接觸越充分,半纖維素降解就趨于充分、完全。儲存過程中,秸稈中半纖維素由于降解而流失,致使半纖維素含量隨著儲存時間的增加而逐漸降低。相同條件下,自然儲存的秸稈體系較為松散,密度較小,半纖維素成分與空氣接觸較為充分,分解速率較快,導致其含量最低。在儲存第8~第9個月時,自然儲存秸稈中多聚己糖包括纖維素和半纖維素中己糖類物質,降解較多(纖維素含量變化規律也說明了這一點),而其他成分如聚戊糖不易降解,使得半纖維素含量顯示逐漸升高。而另外兩種儲存方式由于空氣相對不足,在儲存8~9個月后,秸稈中還有相當多的多聚己糖尚未降解完全,隨著時間的增加而降解,致使半纖維素含量依然呈現逐漸降低的趨勢。
3)秸稈中木質素含量變化趨勢
根據秸稈木質素的含量檢測結果,將其經過多項式擬合處理后,得到木質素含量的變化趨勢。
可以看出,三種不同儲存方法秸稈中木質素含量的變化趨勢,與纖維素、半纖維素的變化趨勢明顯不同。木質素含量總體上含量17%~30%,且隨著儲存時間增加而升高,達到最高值后卻有降低的趨勢。三種秸稈樣品木質素含量相比,自然儲存秸稈的木質素含量比另外兩種儲存方式秸稈木質素的含量都高。在儲存的前兩個月,自然儲存秸稈中木質素的含量逐漸升高,而另外兩種儲存方式樣品中含量卻下降。自然儲存和袋裝儲存秸稈的木質素含量分別在儲存第9和第10個月達到最大值,此后卻呈現逐漸降低趨勢;但桶裝儲存秸稈木質素含量一直呈現上升趨勢。
形成圖中秸稈木質素含量變化趨勢的原因,不僅與纖維素和木質素結構的穩定性有關,也與纖維素和木質素接觸空氣有關。一般來說,木質素是苯丙烷類物質通過醚鍵等連接起來的三維、立體網狀結構的高分子物質,內能低,結構穩定,不易降解,而纖維素己糖類等物質卻容易降解,同時秸稈與空氣接觸越充分,降解也就越快、越完全。通常條件下,秸稈中纖維素和木質素在儲存過程中都會被逐漸降解而流失,但纖維素降解速率要比木質素降解速率要大得多,致使木質素在秸稈中的相對含量由于纖維素降解流失較多而升高。
在儲存開始前期,桶裝儲存和袋裝儲存的秸稈木質素含量顯著降低,儲存第2個月降至谷底,原因是儲存前期開始時,秸稈附著相關微生物和相關酶的活性較高,利用儲存體系內殘余空氣,可以很容易地將秸稈中較低分子質量的木質素降解,速率較快,從而木質素含量顯著降低。自然儲存秸稈木質素沒有出現陡然降低的現象。三種秸稈樣品中含量相比,自然儲存秸稈中木質素含量最高,其原因是由于該儲存方式與空氣接觸相對充分,纖維素等己糖類物質降解速率較快,比另外兩種儲存方式秸稈中纖維素降解速率快得多,導致秸稈中木質素在秸稈中相對含量逐漸升高;在纖維素降解趨于完全后,木質素含量達到最高值,此后木質素由于降解流失含量逐漸降低。中木質素含量變化趨勢也說明了這一點。自然儲存秸稈中木質素含量在儲存8~9個月后升至最高值,表明此時易降解的纖維素等糖類降解趨于完全,而袋裝儲存秸稈中木質素在儲存第11個月后達到最高值,其原因是由于在儲存過程中,殘余空氣越少,纖維索物質降解受到的阻力就越大,致使最高值向后推遲了兩個月才出現。
4)秸稈灰分含量的變化趨勢
根據對秸稈灰分含量的檢測結果,將原始數據進行多項式擬合處理后,得到其變化趨勢。
總體上,秸稈灰分含量隨著儲存時間的增加而升高,其數值在10%~21%,整個儲存過程中,灰分含量變化趨勢都出現了雙峰的的現象
三種秸稈樣品中,自然儲存和袋裝儲存秸稈灰分含量變化趨勢呈現基本相似的規律,總體趨勢逐漸上升。在儲存前期兩個月,灰分含量升至最大值后而降低,將至谷底后又逐漸升高,在儲存第8、第9個月出現第二峰值。桶裝儲秸稈在儲存前期,灰分含量變化趨勢卻陡然降低,而后總體上呈現升高趨勢,同時也出現了雙峰
秸稈中灰分變化趨勢產生的原因,主要是由灰分和有機質的穩定性決定的,同時也受到秸稈接觸空氣的多少影響。一般而言,秸稈中灰分不易降解,而有機質容易降解流失,有機質分子質量越低,降解速率就越大。儲存開始時,秸稈中可溶性物質如糖類等較多,相關酶和好氧性細菌活性較高,可以利用體系內的殘余空氣,將其迅速降解。而灰分等在秸稈中的存在形式,結構較為穩定,不易降解,由于纖維素等有機質降解速率較快、流失較多,導致灰分在秸稈中的相對含量升高。
通過對不同儲存方法秸稈主要成分的相對含量檢測,以及它們在儲存過程中隨時間變化規律的試驗研究,結果表明:秸稈纖維素和半纖維素含量的變化趨勢總體上逐漸下降,而木質素和灰分含量的變化趨勢卻逐漸升高。產生這種現象的原因主要與這些成分在秸稈中存在形式的穩定性有關,同時也與秸稈接觸空氣是否充分密切相關。一般而言,在相同條件下,纖維素和半纖維素等己糖類物質,受空氣影響較大,容易降解,且速率較快,致使其相對含量降低趨勢的幅度較大。秸稈中木質素結構以及灰分存在形式結構穩定,不易降解,受空氣影響較小,速率較慢,致使木質素和灰分等含量卻由于纖維素類物質降解趨于完全而相對含量升高。
根據不同儲存方法秸稈中主要成分含量的變化趨勢,以及峰值和谷底的位置,秸稈中有機質可以分為三大成分:可溶性成分、可降解成分、難降解成分,如纖維素分為可溶性纖維素即可溶性纖維(多糖)、可降解纖維素、難降解纖維素等。三種成分分別對應于不同的階段,秸稈剛采收后,體內有許多尚未完全形成有機高分子的物質,為可溶性成分,這部分物質分子質量較低,溶解性較好,受到相關酶、微生物等的影響較大,在適宜溫度、氧氣等條件下,最容易降解而流失,這部分物質在兩個月后降解完全,最長不會超過3個月;可降解成分是指那些分子質量已經達到高分子程度,只是屬于有機質中分子質量中等的物質,還沒有達到最大分子質量的狀態。這部分物質由于分子質量較大,不易降解,在空氣、微生物等影響下,在較長的時間內才能降解完全,在自然條件下一般在第8~第9個月降解完全。難降解成分是指有機質中分子質量最大的這部分物質,這部分物質由于分子質量最大,最難降解,在干燥的條件下,可以保存相當長的時間。
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