光合細(xì)菌對畜禽糞便中三種成分物質(zhì)的降解作用

金 梅 唐湘華 劉 磊 徐國良 黃遵錫

畜禽糞便是有機(jī)肥料的重要組成部分，是我國自古以來就普遍施用的一類有機(jī)肥料。但隨著我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)朝著規(guī)模化、集約化、現(xiàn)代化的方向快速發(fā)展，畜禽的糞便和污水排放量急劇增加，大量的糞便污水和惡臭有毒有害污染物集中在有限的土地上，這些污染物對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的損害。畜禽糞便是由碳、氫、氧、氮等元素組成的，畜禽糞的氮素主要以低分子的氨態(tài)氮的形式揮發(fā)，除了產(chǎn)生氨氮化合物外，還會產(chǎn)生硫化氫、甲硫醇、硫化甲醇、二硫化甲醇等，是形成惡臭的主要成分，會對空氣造成污染；糞便中的磷會造成土壤板結(jié)或進(jìn)入水體使水體發(fā)生富營養(yǎng)化，所以畜禽糞便中氨態(tài)氮、磷、硫化物的污染是最主要的問題。

光合細(xì)菌（photosynthetic bacteria,PSB）是一種微生物類飼料添加劑，在以往研究中發(fā)現(xiàn)，光合細(xì)菌添加入飼料后，畜禽糞便產(chǎn)生的臭味會有所下降。但光合細(xì)菌進(jìn)入畜禽體內(nèi)后，在消化道內(nèi)及排出體外的糞便中對氮、磷、硫等成分有何具體作用并未見詳細(xì)報(bào)道。由于光合細(xì)菌在不同的自然條件下，具有固氮、脫氫、固碳、氧化硫化物等多種功能，而且飼料中添加光合細(xì)菌具有明顯提高增重、提高機(jī)體免疫力、拮抗病原菌等作用。本試驗(yàn)旨在篩選出既能夠提高動物生產(chǎn)性能和宿主免疫功能，又能有效降低畜禽糞便污染的光合細(xì)菌。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 菌種來源

本實(shí)驗(yàn)室保存紫色非硫細(xì)菌。

1.1.2 培養(yǎng)基（液態(tài)）

MgCl20.8 g，NaCl 0.8 g，NH4Cl 1 g，KH2PO40.2 g，NaHCO30.4 g，YE 4 g，丁二酸鈉 5 g，水 1000 ml，pH=7.0。

1.1.3 主要使用儀器

GDYS-101M多參數(shù)水質(zhì)分析儀及配套試劑（長春吉大小天鵝儀器有限公司）。

1.2 研究方法

1.2.1 菌株篩選

對本試驗(yàn)室保存的紫色非硫細(xì)菌進(jìn)行活化培養(yǎng)，并進(jìn)行硫化物耐受性試驗(yàn)，挑選生長旺盛、對硫化物耐受性好的10株菌進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2.2 測定項(xiàng)目

1.2.2.1 測定菌株對氨氮的降解情況

（1）配制培養(yǎng)基，分裝于15×150的小試管內(nèi)，每管9 ml，滅菌；測定空白培養(yǎng)基中的氨氮含量。

（2）分別在試管中按10%的接種量接入不同菌種,橡皮塞密封，放入30℃光照條件下培養(yǎng)，接種后第2 d開始每天取樣測定其中氨氮含量變化,連續(xù)測5 d。

1.2.2.2 測定菌株對磷的降解情況

步驟同上，但測定的是培養(yǎng)基中總磷含量變化。

1.2.2.3 測定菌株對硫化物的降解情況

（1）配制濃度為2 g/l的Na2S溶液（無菌水中加入Na2S）作為培養(yǎng)液，測定空白培養(yǎng)液中硫化物含量。

（2）將溶液分裝于15×150的滅菌小試管中，每管9 ml，按10%的接種量接入菌種，橡皮塞密封。（以上步驟無菌操作）

（3）放入30℃光照條件下培養(yǎng)，接種后第2 d開始每天取樣測定其中硫化物含量變化,連續(xù)測5 d。

1.2.2.4 空白對照

為防止培養(yǎng)基中物質(zhì)因自然降解的因素影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以上各項(xiàng)都保留2管沒有接種的空白培養(yǎng)基對照管,在同樣密封、30℃光照條件下放置,5 d后測定其中氨態(tài)氮、磷、硫化物含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌株對氨態(tài)氮的降解情況

畜禽糞的氮素主要以低分子的氨態(tài)氮的形式揮發(fā)，主要有氨、三甲胺、二甲胺、一甲胺等，是形成惡臭的主要成分，如果能迅速有效地將糞便中的氨態(tài)氮利用，則能有效減少惡臭的發(fā)生。試驗(yàn)中觀察到，10株菌對氨態(tài)氮的降解能力不同（見表1），其中Z12、C1兩株菌的降解程度最高，分別為49%和46.2%。

表1 培養(yǎng)過程中培養(yǎng)基氨氮濃度的變化（mg/l）

2.2 菌株對磷的降解情況

畜禽糞便中，磷主要是對土壤和水體造成污染。磷在土壤中的移動性較差，容易在土壤中累積，磷、銅等吸附在土壤表面，與土壤中的鈣、銅、鋁等元素結(jié)合生成不溶性的復(fù)合物，造成土壤板結(jié)，使土壤的通透性降低，危害植物；畜禽糞尿中的一部分磷通過物理的、化學(xué)的、生物的反應(yīng)過程，隨地表徑流流入江河湖泊，使水體發(fā)生富營養(yǎng)化。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，不同菌株對培養(yǎng)基中的磷都能加以利用，從而使磷的濃度降低（見表2），其中Z15和Z6的降解效果顯著,達(dá)到了94.3%和89.8%。

表2 培養(yǎng)過程中培養(yǎng)基總磷濃度的變化（mg/l）

2.3 菌株對硫化物的降解情況

畜禽糞在貯存過程中除了排放氨氮化合物外,還會產(chǎn)生排放硫化氫、甲硫醇、硫化甲醇、二硫化甲醇惡臭物質(zhì)，如果能有效減少糞便中硫化物的含量，則能有效減少惡臭的產(chǎn)生。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，菌株對培養(yǎng)液中的硫化物有很好的降解作用（見表3），其中Z15和Y3的效果最好，降解率達(dá)到94.3%和70.1%。

表3 培養(yǎng)過程中培養(yǎng)基硫化物濃度的變化（mg/l）

2.4 空白對照測定結(jié)果

氨態(tài)氮含量5 d后測定結(jié)果為338 mg/l，總磷含量5 d后測定結(jié)果為425 mg/l，硫化物含量5 d后測定結(jié)果為144 mg/l。

3 討論

2003年我國畜禽糞便產(chǎn)生量約為31.90億t，畜禽糞便中的總氮量為1394.60萬t，總磷量為378.50萬t。畜禽糞便的產(chǎn)生量已經(jīng)超過工業(yè)固體廢物，成為環(huán)境污染的主要來源。試驗(yàn)中可以看出，光合細(xì)菌對氨態(tài)氮、磷、硫化物有較好的降解作用。篩選出幾株有較強(qiáng)降解作用的光合細(xì)菌，進(jìn)一步研究將其組合試驗(yàn)后作為飼料添加劑使用，對提高畜禽養(yǎng)殖成效、降低畜禽糞便的處理成本、解決畜禽養(yǎng)殖的環(huán)境污染問題等方面具有很好的應(yīng)用前景。

4 小結(jié)

4.1 從空白對照管測定結(jié)果來看，培養(yǎng)基中三種物質(zhì)在密封、30℃光照條件下放置5 d后含量略有下降，但對測定結(jié)果無明顯影響。

4.2 10株菌對氨態(tài)氮、磷、硫化物都有降解作用，其中Z15對總磷和硫化物的降解效果最好，Z12、C1、Z6、Y3對氨態(tài)氮、磷、硫化物有較好降解作用。

10篇，刊略，需者可函索）