蚯蚓粪对家禽粪便中主要产臭气微生物的影响*
宋艳晶1,刘艳琴1*,韩立军1,张秀文2,苏清洁1,周晓平3
(1.河北农业大学动物科技学院,河北保定 070001;2.河北农业大学水产学院,河北秦皇岛 066003;
3.保定市畜牧水产局,河北保定 071000)
[摘 要] 为了探讨蚯蚓粪减少臭气产生的机理,研究了蚯蚓粪的除臭作用及对家禽粪便中主要产臭气生物的影响。结果表明:与添加灭菌土或灭菌蚯蚓粪组相比,添加30%没有灭菌的蚯蚓粪能有效的减少鸡粪氨气和硫化氢的含量,并对产生臭味的大肠杆菌和变形杆菌有明显的抑制和杀灭作用。粪便排泄物是养殖生产中造成环境污染的一个主要来源。粪便臭气污染不但给人们生活带来不便,而且其中含有多种有毒成分,其中氨气、硫化氢、硫醇和甲硫醇是主要有害气体成分,长期吸入会对人们身体健康有很大影响。
造成家禽粪堆肥恶臭的主要原因是氨的挥发以及硫化氢等气体的释放[1-3]。氨气、硫化氢、硫醇和甲硫醇等是粪便堆肥期臭气的主要成分[4]。为此,人们一直在探索鸡粪无害化、资源化处理的途径。传统的处理方法有干燥处理法、沼气发酵处理法、燃烧处理法、生物转化法、饲料化法、厌氧处理法等[5]。由于工艺不完善,普遍存在处理过程中产生臭气,资源化不彻底等缺点。蚯蚓粪是蚯蚓对有机废弃物进行生物降解的产物,其中含有大量的微生物群落和复杂的有机化学成分,并具有特殊的物理结构[6],本研究旨在探讨蚯蚓粪的抗菌机理,及除臭作用。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 试验原料 鲜鸡粪由河北农业大学标本园鸡场提供,蚯蚓粪由蚯蚓养殖厂赠送。
1.1.2 培养基
1.1.2.1 鉴定大肠杆菌用培养基:
麦康凯琼脂No. 3(MacConkey Agar No.3)[7],呈淡红或紫色。菌株接种经35℃培养18~24h,大肠埃希氏菌菌落粉红或红,有胆酸盐沉淀;普通变形杆菌菌落无色。
1.1.2.2鉴定变形杆菌用培养基:
去氧胆酸盐枸橼酸盐乳糖蔗糖琼脂(Deoxycholate Citrate LactoseSucrose Agar,DCLS Agar)[7]此培养基呈橙红色。菌株接种经35℃培养18~48h,大肠埃希氏菌生长被抑制,如有菌落为红色不透明状;普通变形杆菌生长良好,菌落呈红色。
1.2 方法
1.2.1 试验设计
(1)发酵瓶规格:
采用500mL广口瓶,瓶口用带孔胶塞塞紧,胶塞孔插玻璃管,其末端用夹子加紧,瓶口及玻璃管周围用凡士林密封。
(2)试验处理:
试验设3个处理。处理1(作为阴性对照组),鸡粪+锯末+灭菌土;处理2鸡粪+锯末+灭菌蚯蚓粪(体积比30%);处理3,鸡粪+锯末+蚯蚓粪(体积比30%)。各组发酵瓶均设3个重复,同时开始发酵。所有处理均用锯末调节混合料的C/N,使C/N为3/1。加适量水使混合料含水量为60%,见表1。
(3)堆制方法:
发酵瓶装混合料为其体积的1/2,并在每次检测时打开夹子晃动瓶体,使其有足够的氧气进行有氧发酵。所有发酵瓶放入恒温培养箱50℃进行发酵。
1.2.2 采样及测定方法
(1)采样时间及部位:装入发酵瓶当天及第3,5,7,10,15,20,25天同部位各采样1次。采样部位为料面的中间部位。
(2)氨气和硫化氢气体的测定:用GS-3型大气采样机,按照采样时间采集空气样,以硼酸吸收凯氏法测定氨气的量[8,9],用锌铵络盐吸收比色法测定硫化氢的量[10]。
(3)微生物学指标的测定:试验1,3,5,7,10,15,20,25d进行发酵物取样。利用上述两种培养基
采用平板计数法检测大肠杆菌和变形杆菌数。
2 结果与分析
2.1 各处理对氨气释放的影响
各处理氨气的释放在发酵前期都有较短的释放增加期,释放最大量氨气的时间长短因处理不同而有差异。处理3即加入30%蚯蚓粪的在第3d达到氨气释放的最大量,而处理1和处理2氨气释放量直到第7d才达到最大值。氨气虽然不是畜禽粪便致臭的唯一气体,但氨气挥发量与粪便中其他致臭气体的挥发是相关的,所以控制减少氨气的挥发,可以减少粪便产生的恶
臭[8~10]。有研究称要降低氨气释放量,时间应选择在0~15d内,且越早除臭效果越好,从曲线图上可以看到处理3达到的氨气释放最大量比其他两个处理曲线图都要低,且达到最大释放量的时间比其余两个处理分别提前两天和四天。并且在发酵的25d中,氨气的释放量一直都是最低的,在第15d时氨气的浓度已经下降了96.7%,而处理1、处理2在第15d时浓度分别下降了31.3%和33.3%。结果见图1。
不同处理对鸡粪好氧堆制过程中对大肠杆菌数量的影响结果见表3。
2.2 各处理对硫化氢释放的影响
从图2可以看出处理3和从第3天以后H2S的释放量明显降低,释放量降低速率最大。在第10天处理3H2S浓度下降了99.5%,而其他两个处理在同一时间大约下降了87.6%。H2S作为降低堆肥臭气的主要目标气体之一,是粪便堆肥期臭气的主要成分之一,要达到理想除臭效果,需在10d内控制H2S的释放[8-10]。因此,加入30%蚯蚓粪的处理3表现出对H2S的释放具有时间短且浓度低的效果。
2.3 各处理对变形杆菌和大肠杆菌数量的影响
由表2和表3可以看出,两种杆菌在开始的前3d数量增长明显,这是由于前三天温度适宜细菌生长繁殖;3~5d细菌数量急剧降低,这是由于模拟堆肥过程中升温阶段的高温而杀死病原菌。研究表明,维持3d以上60℃高温,更有利于有效杀灭致病菌,同时有利于破坏大分子物质,使堆料腐熟度更好[11]。而一般堆肥过程都能维持3d以上的高温,本设计只是以最低标准进行。处理3在第3天两种细菌的数量明显比处理1、2少,这可能是由于蚯蚓粪中的微生物与粪便中的大肠杆菌和变形杆菌两种主要产臭气菌发生了拮抗作用。拮抗微生物通过一种或几种生物学性质或生物化学性质,其中包括:营养竞争、抗生、寄生和捕食、诱导抗性等控制有害微生物的生长和繁殖[12]。在以后的几天中处理3细菌数量仍继续降低,这可能是蚯蚓粪中存活下来的耐高温菌群与大肠杆菌和变形杆菌继续发生拮抗作用的原因。处理3中的两种杆菌在第10天就已经基本全消失,说明蚯蚓粪对变形杆菌和大肠杆菌有一定的抑制杀灭作用,作用机理可能是拮抗作用,具体机理还有待进一步研究。添加灭菌蚯蚓粪的处理2同处理3相比细菌数量一直很高,这与处理2的蚯蚓粪已经被灭菌是分不开的,经过高温灭菌,已经杀灭了其中的有益微生物,丧失了有益菌对两种杆菌的拮抗作用。
3 结 论
3.1 与阴性对照的处理1和灭菌蚯蚓粪的处理2相比,加入30%蚯蚓粪的处理3能有效缩短有害气体最大释放量的时间,有效的控制有害气体氨气和H2S的释放。
3.2 蚯蚓粪对变形杆菌和大肠杆菌有一定的抑制和杀灭作用,与灭菌蚯蚓粪组相比,加入30%蚯蚓粪的处理3在第10天就基本杀灭这两种杆菌,说明蚯蚓粪中的微生物对变形杆菌和大肠杆菌有抑制和杀灭作用。
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