一种测定发酵肥料中纤维结构物质降解率的方法与流程

[0001]
本发明涉及一种纤维结构物质降解率的测定方法，具体地涉及一种测定发酵肥料中纤维结构物质降解率的方法。


背景技术：

[0002]
绝大多数农业废弃物以植物源物质，其中富含木质纤维素等纤维状结构物质，其特点是营养成分含量低，且难以直接被利用，需要经过处理后才可以一定程度上对其进行利用。过去，这类农业废弃物如秸秆等均经过火烧等处理，不仅利用度低，且污染环境，这种粗放的处理模式和我国当前经济社会发展的趋势严重不符。而如何有效对这类物质进行处理，成为了目前亟待解决的农业生产中的重要问题之一。目前，在这类植物源的农业废弃物资源化利用过程中，因为其所含有的木质纤维素等纤维结构会保护其他有机质成分，从而使得这类农业废弃物难于被降解或被处理，影响了其处理和资源再利用。这导致了大量植物源农业废弃物不能得到有效处理，会对后续农业生产造成严重影响，同时其堆放也会引起其他环境问题。追溯问题的根源，如何有效处理好纤维结构物质的降解，是解决这类农业废弃物中关键环节。因此，在发酵处理这类富含纤维结构的农业废弃物过程中，如何定量测定试样中的纤维状结构物质含量变化情况，是监测和衡量处理效果的重要指标之一，在实际生产过程中相关测定测定纤维状结构物质含量的方法具有十分重要的实际应用意义。
[0003]
因此测定纤维状结构物质含量是检测植物源农业废弃物处理效果的不可或缺的一个项目。目前，人们常通过化学的方法对木质纤维素这类纤维结构物质含量进行检测。木质纤维素包括木质素、纤维素和半纤维素等成分，结构和组成十分复杂，需要将其加和才能得到木质纤维素的总含量。如果样品数量较多，分项测定各种成分含量的工作量会急剧攀升，对生产管理调控十分不利。


技术实现要素：

[0004]
为了克服纤维结构物质降解率的定量方法的上述缺点，本发明提供一种物理方法对处理前后的菌渣中纤维结构物质的降解情况进行测定。
[0005]
一种测定发酵肥料中纤维结构物质降解率的方法，包括如下步骤：获得未经发酵样品中纤维结构面积占比，包括：(a)取预定体积的纤维结构样品在45℃下干燥5-6小时，将纤维结构样品置于熔化的石蜡内，然后冷却至室温，静置24小时，制备成包埋样品，使用切片机对所述包埋样品进行切片，获得石蜡切片，将所述石蜡切片置于载玻片上，使用二甲苯进行脱蜡，使用阿拉伯树胶进行封片，以获得纤维结构样品切片；(b)使用光学显微镜在第一预定放大倍数下对整个纤维结构样品切片进行拍摄，以得到包括整个纤维结构样品切片的图像；(c)对包括整个纤维结构样品切片的图像中由纤维结构样品切片的边界所围成的区域进行计算，以得到纤维结构样品切片的总面积；(d)使用光学显微镜在比第一预定放大倍数大的第二预定放大倍数下对纤维结构样品切片进行划区来拍摄纤维结构样品切片的一部分，且在第二预定放大倍数下对纤维结构样品切片的其它部分进行拍摄直至获得在第
二预定放大倍数下的整个纤维结构样品切片，以得到能够形成整个纤维结构样品切片的多个图像；(e)对能够形成整个纤维结构样品切片的所述多个图像中阴影的区域进行计算，以得到纤维结构样品切片中的纤维状结构面积；以及(f)利用下面的等式1来计算纤维结构面积占比：
[0006]
等式1
[0007][0008]
执行上述步骤(a)至步骤(f)来获得发酵后样品纤维结构面积占比；以及利用下面的等式2来计算发酵肥料中纤维结构物质降解率：
[0009]
等式2
[0010][0011]
根据本发明的实施例，纤维结构样品的预定体积为为1mm
3-5mm3。
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根据本发明的实施例，第一预定放大倍数为150倍，第二预定放大倍数为600倍。
[0013]
根据本发明的实施例，所述多个图像基于第二预定放大倍数来确定。
[0014]
根据本发明的实施例，所述光学显微镜的在第二预定放大倍数下的亮度由光栅调节，并且光栅调节至开放光圈至全部开放光圈的1/2-1/3处。
[0015]
根据本发明的实施例，所述石蜡切片的厚度为20μm-25μm。
[0016]
本发明在使用不同放大倍数拍摄样品图片时，由于600倍下视野所拍摄的面积减少，因此需要不断变换视野将600倍下所有的样品结构都进行拍摄。
[0017]
本发明是一种测定发酵肥料中纤维结构物质降解率的方法，属于“有机肥料及微生物肥料制造(国民经济行业分类gbt 4754—2017中2625)”中生物有机肥检测体系中一种检测方法。第一，跟传统测定方法相比，本方法对于木质纤维素中纤维结构物质进行直接观测，因此，本方法具有测试结果全面且直观和操作简便的特点。第二，在传统方法测定过程中，对于植物源的木质纤维素的含量的测定，需要分别测定木质素、纤维素和半纤维素，然后对其加和才能计算出木质纤维含量，因此测试工作量较大，例如，样品前处理进行过程十分繁琐的，需要在测定前去除样品中的淀粉、蛋白和脂肪等物质，以免在后续滴定过程中影响结果测定，即使采用高效液相色谱等对木质纤维素进行测定，其前处理也必不可少。据此可知传统测定方法的各个处理环节和检测环节都极其繁琐，且需要较多试剂，测试成本较高。因此，从操作角度，本专利的样品前处理较传统方法工作量减少；从测试成本角度，本方法具有解约成本等特点，特别是对于大批量样本进行测定时，检测通量更大，效率更高。第三，随着国内化学药品监管力度的提升，购买很多实验用药品将越来越困难，例如，半纤维素是木质纤维素重要的组成成分，其测定过程中需要大量用到高浓度的硝酸钙，而硝酸钙国内已经接近禁售，极难购买，而对于木质纤维含量测定中缺失了半纤维素含量，也就意味着测定结果严重偏小，且不全面，所以，随着化学测定方法不能有效且全面进行的时候，用本方法检测纤维结构的变化情况，更有利于对保障生产顺利进行。
附图说明
[0018]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
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图1是示出未发酵蘑菇菌渣照片；
[0020]
图2是示出经过处理的未发酵蘑菇菌渣照片；
[0021]
图3是示出发酵后的蘑菇菌渣照片；以及
[0022]
图4是示出经过处理的的发酵后的蘑菇菌渣照片。
具体实施方式
[0023]
下面将参照附图对本发明的示例性实施例进行更详细地描述。
[0024]
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
[0025]
木质纤维素由木质素、纤维素和半纤维素三者在植物源农业废弃物种是以相互交联的复杂形态存在的，这三者相互交织的存在形式起到了保护作用，保护彼此免受单一种类的降解酶的降解，因此在自然界中木质纤维素的降解速率很慢。而富含木质纤维结构的物质，特别是植物源农业废弃物，会在长时间内处于较为稳定的状态，从而占据空间，如果富含木质纤维素的物质存在于土壤中，则会严重妨碍农作物生长，造成经济损失和土地资源浪费。本发明旨在提供一种通过纤维结构来评价木质纤维素综合降解率的一种简便方法。
[0026]
实施例1
[0027]
以堆肥发酵处理的富含纤维物质的菌渣为例。
[0028]
取1mm3发酵处理后的菌渣样品，在45℃下干燥5小时，将干燥后试样置于融化后的石蜡中，使得试样保持在包埋盒石蜡中间部位，室温下静置24小时，完成样品包埋。将完成包埋的样品，置于石蜡切片机上，调整切片厚度到20μm，对样品进行切片，将所述石蜡切片置于载玻片上，使用二甲苯进行脱蜡，使用阿拉伯树胶进行封片，以获得纤维结构样品切片。
[0029]
使用光学显微镜在150倍下对整个纤维结构样品切片进行拍摄，以得到包括整个纤维结构样品切片的图像；对包括整个纤维结构样品切片的图像中由纤维结构样品切片的边界所围成的区域进行计算，以得到纤维结构样品切片的总面积；而后使用光学显微镜在600倍下对纤维结构样品切片进行划区来拍摄纤维结构样品切片，光栅调节至开放光圈至全部开放光圈的1/2，通过微调样品位置，将600倍下样品总体结构完全拍摄，以得到能够形成整个纤维结构样品切片的多个图像；对能够形成整个纤维结构样品切片的所述多个图像中阴影的区域进行计算，以得到纤维结构样品切片中的纤维状结构面积；采用软件imagej对上述采集的图像进行处理，在image dialog选项下选择8bit选项，在process dialog选项下选择outline option in binary选项，在analyze dialog选项下选择summarize and include holes选项，对试样中纤维结构进行定量分析，得到图片中纤维结构的面积以及总面积(图片细节可参照图1-图4)。利用下面的等式1来计算纤维结构面积占比：
[0030][0031]
求得纤维结构面积占比为25.5％，即发酵后样品纤维结构面积占比。
[0032]
使用同样的方法获得未经发酵样品中纤维结构面积占比，结构为78.7％，
[0033][0034]
将发酵后样品纤维结构面积占比和未经发酵样品中纤维结构面积占比带入式2中
得到发酵肥料中纤维结构物质降解率为66.1％，即纤维素、半纤维素、木质素综合降解率为66.1％。
[0035]
实施例2
[0036]
以堆肥发酵处理的富含纤维物质的菌渣为例。
[0037]
取5mm3发酵处理后的蘑菇菌渣样品，在45℃下干燥6小时，将干燥后试样置于融化后的石蜡中，使得试样保持在包埋盒石蜡中间部位，室温下静置24小时，完成样品包埋。将完成包埋的样品，置于石蜡切片机上，调整切片厚度到25μm，对样品进行切片，将所述石蜡切片置于载玻片上，使用二甲苯进行脱蜡，使用阿拉伯树胶进行封片，以获得纤维结构样品切片。
[0038]
使用光学显微镜在150倍下对整个纤维结构样品切片进行拍摄，以得到包括整个纤维结构样品切片的图像；对包括整个纤维结构样品切片的图像中由纤维结构样品切片的边界所围成的区域进行计算，以得到纤维结构样品切片的总面积；而后使用光学显微镜在600倍下对纤维结构样品切片进行划区来拍摄纤维结构样品切片，光栅调节至开放光圈至全部开放光圈的1/3，通过微调样品位置，将600倍下样品总体结构完全拍摄，以得到能够形成整个纤维结构样品切片的多个图像；对能够形成整个纤维结构样品切片的所述多个图像中阴影的区域进行计算，以得到纤维结构样品切片中的纤维状结构面积；采用软件imagej对上述采集的图像进行处理，在image dialog选项下选择8bit选项，在process dialog选项下选择outline option in binary选项，在analyze dialog选项下选择summarize and include holes选项，对试样中纤维结构进行定量分析，得到图片中纤维结构的面积以及总面积。利用下面的等式1来计算纤维结构面积占比：
[0039][0040]
求得纤维结构面积占比为42.75％，即发酵后样品纤维结构面积占比。
[0041]
使用同样的方法获得未经发酵样品中纤维结构面积占比，结构为75.2％，
[0042][0043]
将发酵后样品纤维结构面积占比和未经发酵样品中纤维结构面积占比带入式2中得到发酵肥料中纤维结构物质降解率为43.2％，即纤维素、半纤维素、木质素综合降解率为43.2％。
[0044]
实施例3
[0045]
以堆肥发酵处理的富含纤维物质的菌渣为例。
[0046]
取3mm3发酵处理后的蘑菇菌渣样品，在45℃下干燥6小时，将干燥后试样置于融化后的石蜡中，使得试样保持在包埋盒石蜡中间部位，室温下静置24小时，完成样品包埋。将完成包埋的样品，置于石蜡切片机上，调整切片厚度到23μm，对样品进行切片，将所述石蜡切片置于载玻片上，使用二甲苯进行脱蜡，使用阿拉伯树胶进行封片，以获得纤维结构样品切片。
[0047]
使用光学显微镜在150倍下对整个纤维结构样品切片进行拍摄，以得到包括整个纤维结构样品切片的图像；对包括整个纤维结构样品切片的图像中由纤维结构样品切片的边界所围成的区域进行计算，以得到纤维结构样品切片的总面积；而后使用光学显微镜在600倍下对纤维结构样品切片进行划区来拍摄纤维结构样品切片，光栅调节至开放光圈至
全部开放光圈的1/3，通过微调样品位置，将600倍下样品总体结构完全拍摄，以得到能够形成整个纤维结构样品切片的多个图像；对能够形成整个纤维结构样品切片的所述多个图像中阴影的区域进行计算，以得到纤维结构样品切片中的纤维状结构面积；采用软件imagej对上述采集的图像进行处理，在image dialog选项下选择8bit选项，在process dialog选项下选择outline option in binary选项，在analyze dialog选项下选择summarize and include holes选项，对试样中纤维结构进行定量分析，得到图片中纤维结构的面积以及总面积。利用下面的等式1来计算纤维结构面积占比：
[0048][0049]
求得纤维结构面积占比为42.8％，即发酵后样品纤维结构面积占比。
[0050]
使用同样的方法获得未经发酵样品中纤维结构面积占比，结构为78.7％，
[0051][0052]
将发酵后样品纤维结构面积占比和未经发酵样品中纤维结构面积占比带入式2中得到发酵肥料中纤维结构物质降解率为45.6％，即纤维素、半纤维素、木质素综合降解率为45.6％。
[0053]
本发明的实施例和对比较常用的van soest方法可以明显的发现本发明提供的测定发酵肥料中纤维结构物质降解率的方法明显简便、快捷。不仅如此，传统测定半纤维素时通常需要使用浓度为80％的硝酸钙，且用量很大，因为硝酸钙属于易爆炸药品，受到管制，普通单位不能购买和使用，从而导致无法测定样品中半纤维素含量。即使相关单位具有管制药品硝酸的采购和使用资质，采用硝酸和氢氧化钙的方法配置溶液，也会因为浓硝酸只有与68％的浓度，不能达到方法所需的高浓度硝酸钙而无法顺利进行实验。因此传统方法对于半纤维素含量无法测定。
[0054]
木质纤维素由木质素、纤维素和半纤维素组成，这三者经过复杂的交联而形成难降解的木质纤维素，因此任何缺少某一成分含量后，对于木质纤维素总量的计算都是会对检测和评估工作造成十分巨大的影响的。而本发明提供的方法从影像学的角度解决了以上问题，避免了复杂的操作环节，通常求图像中纤维结构的面积来计算出纤维素、半纤维素、木质素综合降解率，快速简便的对植物源农业废弃物进行了降解效果的评估。可以同时满足高效、准确的生产要求。