牡蠣是沿海地區產量最大的海洋養殖貝類之一，其中占總質量70%的牡蠣殼大多被直接丟棄，造成環境污染。作為天然生物礦化材料，牡蠣殼理化性質極為穩定，表面角質層的孔結構可以為微生物提供所需的生長空間。但牡蠣殼具有相對惰性表面，其對微生物的親和性存在一定局限。
青島能源所郭榮波研究員帶領的工業生物燃氣研究中心在前期已經實驗證明，向堆肥體系中添加合適比例的牡蠣殼粉，可以改善堆體氣質交換能力，提高有機質降解并減少氨氣排放(Environmental Science and Pollution Research, 2020, 27, 33732-33742)，并通過固相接枝改善了牡蠣殼表面活性基團，進一步提高木質素的降解率(Bioresource Technology, 2021, 329, 124834)?！?
基于上述研究，近期研究人員提出一種提高牡蠣殼微生物親和性的改性方法，制備更適用于堆肥工藝的納微孔功能型材料。將經酸蝕和超聲法制備的精氨酸改性牡蠣殼粉應用到秸稈沼渣堆肥中，基于細菌群落和代謝功能預測分析討論了其提高發酵效率的作用機制。結果表明，精氨酸改性牡蠣殼粉的添加提高木質纖維素降解，纖維素、半纖維素和木質素降解率分別達到25.49%、33.40%和44.16%，其中木質素降解效果最為顯著，與對照相比提高了31.74%。這是由于改性組中Firmicutes和Actinobacteriota等與木質素降解有關的細菌相對豐度更高。在好氧發酵過程中的一些中間產物，如氨基酸和還原糖的利用率分別提高了80.44%和37.53%，根據PICRUSt代謝功能預測結果顯示，更多的中間產物參與了碳固存途徑而不是氧化成CO2，這一結果與改性組中CO2排放量減少7.12%相符合。經過40天堆肥，改性組最終產品的腐殖質含量為對照組的1.32倍，表明改性后的牡蠣殼對提高堆肥產品腐殖酸含量具有促進意義，在木質纖維素類廢棄物堆肥領域具有良好的應用前景。
相關成果已于近日發表在國際期刊Journal of Environmental Chemical Engineering《環境化學工程》，路明藝為該論文第一作者，郭榮波研究員和師曉爽副研究員為通訊作者。該研究工作得到了山東省自然科學基金、中國科學院A類戰略性先導科技專項和青島能源所探索基金等項目支持。
Mingyi Lu, Quan Feng, Xu Li, Baochao Xu, Xiaoshuang Shi, Rongbo Guo. Effects of arginine modified additives on humic acid formation and microbial metabolic functions in biogas residue composting. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2022, 108675.
