成 鋼，安玉玲，夏 瑩，田 娟，陳宇婷,崔京珍,高珍珍，趙 銘

(1.湖南文理學(xué)院動(dòng)物學(xué)湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,環(huán)洞庭湖生物資源保育與利用研究中心,湖南文理學(xué)院動(dòng)物健康養(yǎng)殖研究所，湖南 常德 415000；2.湖南省常德市安鄉(xiāng)縣雄韜牧業(yè)有限公司，湖南 常德 415000)

【研究意義】為了利用蚓糞縮短羊糞腐熟進(jìn)程，減少有害氣體對環(huán)境造成的污染，實(shí)現(xiàn)羊糞的無害化處理與資源化利用?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】我國集約化畜禽養(yǎng)殖日益發(fā)展，畜禽糞尿排泄量不斷增加，不僅污染環(huán)境又浪費(fèi)了資源。節(jié)能減排，畜禽糞便無害化處理和資源化利用，已成為當(dāng)前農(nóng)村畜牧養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展永恒的主題[1-3]。蚯蚓糞是蚯蚓消化分解有機(jī)廢棄物產(chǎn)生的具有較高孔隙率的顆粒狀物質(zhì),富含大量微生物,對臭氣物質(zhì)具有一定的吸附和凈化功能[4-6]。近年來日本、美國、加拿大等國在利用蚯蚓處理廢物，將其作為城市垃圾處理補(bǔ)充系統(tǒng)，解決環(huán)境污染方面走在世界前列[3]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】為充分利用蚓糞特質(zhì)以及蚓糞中天然微生物群落吸除糞便中的有害氣體，提高蚓糞利用率，課題組比較分析了添加不同比例的蚯蚓糞對羊糞、牛糞、豬糞和雞糞4種糞便中NH3和H2S的除臭效果，從畜禽糞便無害化處理與高效利用及增收創(chuàng)收的角度。【擬解決的關(guān)鍵問題】為今后生態(tài)型循環(huán)養(yǎng)殖模式的有效銜接和拓展，以及生物除臭劑研發(fā)提供科學(xué)依據(jù)和可行性參考[7]。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)用新鮮蚯蚓糞、羊糞、牛糞、豬糞和雞糞五種材料由湖南省常德市雄韜牧業(yè)有限公司提供。氯化銨、無氨水、酒石酸鉀鈉、0.005 mol/L硫酸溶液、NaOH溶液、乙酸鋅，重鉻酸鉀、無水碳酸鈉、硫代硫酸鈉、碘、碘化鉀、乙醇、鹽酸、氫氧化鉀、碘、活性炭等購置湖南常德市林志儀器設(shè)備經(jīng)銷部。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 糞便常規(guī)理化測定 糞便常規(guī)理化性質(zhì)測定主要包括：含水量、pH 值、氮(N)、磷(P2O5)、鉀(K2O)的含量，以及細(xì)菌、真菌，放線菌數(shù)量等[8-9]。其中含水率的測定方法為：準(zhǔn)確稱取適量樣品于燒杯中，在(105±2)℃的烘箱中烘至恒重，根據(jù)烘干前后樣品的質(zhì)量變化計(jì)算含水率。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀法，揮發(fā)性氮含量測定采用納氏試劑比色法，磷(P2O5)采用鉬銻抗比色法，鉀(K2O)采用NaOH熔融-火焰光度法，pH值采用pH計(jì)直接測定，細(xì)菌、放線菌、真菌含量測定利用常規(guī)土壤微生物的純系分離法進(jìn)行。

1.2.2 瓶裝糞便發(fā)酵有害氣體收集法 試驗(yàn)采用瓶裝發(fā)酵法對4種畜禽糞便進(jìn)行處理，即分別稱取適量羊糞、牛糞、豬糞和雞糞4種新鮮糞便，在每種糞便中分別添加5 %、10 %、15 %的新鮮蚓糞，混勻攪拌后分別裝入550 mL 礦泉水瓶中，旋緊瓶蓋，每種比例重復(fù)3瓶，200 g/瓶，以添加等量比例的鋸末、活性炭為陽性對照，以不添加任何輔料的新鮮羊糞、牛糞、豬糞和雞糞為空白性對照，共計(jì)180瓶，在(20±3)℃條件下，每隔3 d用50 mL注射器從各瓶中抽取50 mL氣體用于NH3和H2S濃度測定。

1.2.3 納氏試劑-分光光度法測定糞便中NH3含量 按照常規(guī)納氏試劑-分光光度法繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別在180個(gè)試驗(yàn)瓶中用注射器抽取50 mL氣體慢慢注入盛有80 mL的0.005 mol/L硫酸吸收液反應(yīng)瓶中讓其吸收后，移取10 mL待測液于25 mL具塞比色管中，加入0.5 mL酒石酸鉀鈉溶液混勻，再加0.5 mL納氏試劑混勻，放置10～15 min后，以空白無氨水作為空白對照，在420 nm波長下利用分光光度計(jì)測定溶液吸光度[10]。

1.2.4 碘量法測定糞便中H2S含量 碘量法是測量糞便中H2S的一種常用方法。在吸收管中加入20 mL乙酸鋅吸收液，并勻速抽氣于吸收管中，待沉淀生成后，在吸收液中加入20 mL碘標(biāo)準(zhǔn)溶液、10 mL 50 %的鹽酸溶液，搖勻。暗處放置5 min后，用少量水沖洗管壁，用硫代硫酸鈉滴定至淡黃色時(shí)，加入1 mL 1 %淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至藍(lán)色剛好消失，記錄用量[11-12]。

1.2.5 除臭率計(jì)算 當(dāng)天除臭率 =(空白對照NH3或H2S濃度-當(dāng)天各試驗(yàn)瓶中NH3或H2S濃度)/空白對照NH3或H2S濃度×100 %

總除臭率 = 空白對照7 d NH3或H2S總濃度-(第1+3+5+7天NH3或H2S濃度)/空白對照7 d NH3或H2S總濃度×100 %

1.2.6 數(shù)據(jù)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整處理，用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)性分析顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 糞便常規(guī)理化測定

試驗(yàn)對蚯蚓糞和4種畜禽糞便常規(guī)理化性質(zhì)及成分含量進(jìn)行了比較，4種糞便含水率由高到低的順序依次為牛糞、豬糞、羊糞和雞糞。蚯蚓糞的pH偏中性，牛糞、羊糞、豬糞，雞糞的pH均偏堿性；蚯蚓糞中有機(jī)質(zhì)的含量略低于羊糞、牛糞、豬糞和雞糞；雞糞中氮、磷、鉀的含量最高，蚓糞及其它幾種糞便中均含有大量的微生物。

2.2 蚓糞對各類糞便中NH3除臭效果

與空白對照相比，添加不同比例的蚓糞對4種畜禽糞便在不同發(fā)酵階段中的NH3均有明顯的去除效果(P<0.05)，其對NH3去除率與陽性對照活性炭和鋸末效果相當(dāng),且隨著蚓糞添加量的增加除NH3效果增強(qiáng)(圖1～4)；牛糞中添加15 %蚓糞后1～5 d，對NH3的除臭率顯著高于相同處理的羊糞、豬糞和雞糞(表2)。

表1 蚯蚓糞及4類畜禽糞便理化性質(zhì)比較

表2 蚯蚓糞對各類糞便中NH3除臭效果

續(xù)表2 Continued table 2

糞便種類Fecal species添加種類Adding type添加量( %)Adding proportion除臭率( %)Deodorization rate1 d3 d5 d7 d 平均值A(chǔ)verage value總除臭率( %)Total deodorization rate1528.2630.8936.3530.0631.39a87.35鋸末523.8425.5529.3925.2826.01a68.191027.0329.7832.7629.4129.75a77.161528.1331.4435.0533.9032.13a81.99活性炭523.5424.3329.8123.2925.24a65.441025.9429.4532.8728.0529.08a75.511526.6533.3135.6630.2531.47a81.18空白08.4610.3512.4415.2011.61b32.94雞糞Chicken manure蚓糞519.9725.4828.6025.0824.78a66.231026.8429.2831.4426.6228.55a74.411520.5134.1235.5532.9030.77a83.36鋸末524.7622.6925.2219.9923.17a61.171026.2729.9034.5325.3629.02a74.561528.4531.5833.5827.2530.22a78.03活性炭514.9018.8821.3620.9819.03a52.241021.6025.3428.5727.3125.71a68.411525.3430.3335.2330.0330.23a78.26空白09.9112.1314.6915.0812.95b36.01

注：相同字母表示各處理之間差異不顯著(P>0.05)，不同字母表示各處理與空白對照相比差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: The same letter indicates that there is no significant difference among treatments (P> 0.05), and different letters indicate that there is significant difference between treatments and blank control (P< 0.05), the same as below.

圖1 各處理對羊糞中NH3的總除臭率Fig.1 Total deodorization rate of NH3 in goat manure by different treatments

圖2 各處理對牛糞中NH3的總除臭率Fig.2 Total deodorization rate of NH3 in cow dung by different treatments

圖3 各處理對豬糞中NH3的總除臭率Fig.3 Total deodorization rate of NH3 in pig manure by different treatments

圖4 各處理對雞糞中NH3的總除臭率Fig.4 Total deodorization rate of NH3 in chicken manure by different treatments

由圖1～4可知，在4種畜禽糞便中隨著添加蚓糞、鋸末和活性炭比例的增加，對NH3去除效果增強(qiáng)，總除臭率明顯高于空白對照(P<0.05)。對照組鋸末和活性炭對4種畜禽糞便的除臭效果與添加不同比例蚯蚓糞的除臭效果差異不顯著(P>0.05)。添加15 %蚓糞各處理的NH3除臭效果較鋸末和活性炭高，最高達(dá)90 %以上(圖5)。

2.3 蚯蚓糞對各類糞便中H2S除臭效果

在羊糞、牛糞、豬糞和雞糞中，添加5 %、10 %、15 %不同比例的蚓糞、鋸末和活性炭對4種畜禽糞便在不同發(fā)酵階段中的H2S氣體均有明顯的去除效果，除臭率明顯高于空白對照(P<0.05)，添加不同比例的蚓糞試驗(yàn)組對H2S氣體去除率與活性炭和鋸末效果相當(dāng),且隨著蚓糞添加量的增加除H2S效果逐漸增強(qiáng)(圖6～9)；羊糞中添加15 %蚓糞后1～7 d，對H2S的除臭率較相同處理的其它類型糞便高(表3，圖10)。

圖5 添加量為15 %時(shí)各處理對4種畜禽糞便NH3的總除臭率Fig.5 Total deodorization rate of NH3 in four livestock and poultry feces treated with 15 % addition

糞便種類Fecal species添加種類Adding type添加量( %)Adding proportion除臭率( %)Deodorization rate1 d3 d5 d7 d 平均值A(chǔ)verage value總除臭率( %)Total deodorization rate羊糞Goat manure蚓糞534.1340.8041.2835.8438.01a89.041035.9642.1745.7437.1640.26a90.921538.5042.9350.2137.9642.40a95.48鋸末531.5036.1337.6632.9634.56a87.701033.6238.0540.0635.1636.72a89.221535.3939.6341.6632.6037.32a92.09活性炭529.7432.0435.7231.0732.14a82.011030.7431.0736.1930.8432.21a81.251532.6233.9735.0031.2833.22a84.50空白010.2512.3815.3716.9413.74b38.26牛糞Cow dung蚓糞519.7128.8329.9724.3125.71a69.291020.1822.3931.4725.4624.88a70.901526.2230.4040.0127.1330.94a77.55鋸末520.1223.9624.9824.3123.34a63.331025.3235.8240.3124.4331.47a82.431521.9639.1840.5025.4331.77a83.54活性炭515.6920.6630.4727.1623.50a61.191017.9327.7332.5025.7225.97a69.021527.1235.8241.0127.1332.77a74.46空白010.3413.5914.5114.9813.36b44.94豬糞Pig manure蚓糞527.1627.8429.8826.0627.74a72.461027.1231.0433.1625.6329.24a76.211528.9532.2833.4628.4930.80a80.13鋸末522.9126.8026.8423.5525.03a67.151021.0528.1633.2726.6327.28a71.521523.0931.2835.3825.3428.77a74.98活性炭524.8826.4830.8027.0627.31a71.021023.2729.0430.1628.3427.70a73.071528.6133.6033.7224.2030.03a77.86空白010.1212.9814.4315.0113.14b36.79雞糞Chicken manure蚓糞522.9525.9627.6625.7425.58a68.28

續(xù)表3 Continued table 3

糞便種類Fecal species添加種類Adding type添加量( %)Adding proportion除臭率( %)Deodorization rate1 d3 d5 d7 d 平均值A(chǔ)verage value總除臭率( %)Total deodorization rate1023.8627.9530.7926.4427.26a71.741526.9530.4434.5425.4529.35a72.19鋸末517.6419.9624.4516.4419.62a51.601024.5928.9529.2923.4626.57a65.971526.8628.9530.7927.6928.57a74.65活性炭522.8626.4728.4522.6225.10a66.451024.6829.4530.0326.4427.65a73.211529.9030.5031.1627.4429.75a75.90空白08.159.8312.3713.3010.91b30.15

與空白對照相比，添加不同比例的蚓糞對4種畜禽糞便在不同發(fā)酵階段中的H2S均有明顯的去除效果(P<0.05)，與相同處理的鋸末和活性炭對照組對H2S的除臭效果差異不顯著(P>0.05)。對羊糞中H2S的除臭效果較牛糞、豬糞和雞糞高，最高達(dá)90 %以上(圖6～10)。

圖6 各處理對羊糞中H2S的總除臭率Fig.6 Total deodorization rate of H2S in goat manure by different treatments

圖7 各處理對牛糞中H2S的總除臭率Fig.7 Total deodorization rate of H2S in cow dung by different treatments

圖8 各處理對豬糞中H2S的總除臭率Fig.8 Total deodorization rate of H2S in pig manure by different treatments

圖9 各處理對雞糞中H2S的總除臭率Fig.9 Total deodorization rate of H2S in chicken manure by different treatments

圖10 添加量為15 %時(shí)各處理對4種畜禽糞便H2S的總除臭率Fig.10 Total deodorization rate of H2S in four kinds of livestock and poultry manure treated with 15 % addition

3 討 論

試驗(yàn)利用蚯蚓糞疏松多孔、無異味和富含微生物的特性采用瓶裝發(fā)酵法對羊糞、牛糞、豬糞和雞糞腐熟發(fā)酵過程中產(chǎn)生的NH3和H2S氣體進(jìn)行了除臭效果測定，旨在利用蚓糞縮短羊糞腐熟進(jìn)程，減少有害氣體對環(huán)境造成的污染，實(shí)現(xiàn)羊糞的無害化處理與資源化利用。納氏試劑分光光度法與碘量法是檢測空氣或水體中氨、氮與H2S含量的一種靈敏且常用的方法[10-12]，試驗(yàn)采用上述方法對各瓶中NH3和H2S氣體檢測后發(fā)現(xiàn)，與空白對照相比，蚓糞對4類糞便中NH3和H2S均有明顯的吸收去除效果，且NH3和H2S的去除率與生產(chǎn)中常用的活性炭和鋸末效果相同。運(yùn)用嗅覺檢驗(yàn)法，進(jìn)一步證實(shí)了在各類畜禽糞便中添加適量比例蚓糞可去除NH3和H2S氣體的科學(xué)性和可行性，試驗(yàn)結(jié)果與多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道基本一致。試驗(yàn)對NH3和H2S氣體去除率均約50 %左右，顯著低于汪孫軍等人利用蚓糞按照50 %添加量到牛糞中的90 %除臭率[13]，分析原因可能與蚯蚓糞的添加量有關(guān)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，隨著蚓糞添加量的增加，各瓶中不同發(fā)酵腐熟階段產(chǎn)生的NH3和H2S氣體去除率逐漸增加，且與糞便種類無顯著相關(guān)性，蚓糞除臭的效果可能與蚓糞疏松多孔特質(zhì)有關(guān)，也可能與蚓糞中降解氨、氮微生物有關(guān)，加入不同比例蚓糞在試驗(yàn)7 d后仍具有較高的NH3和H2S氣體去除率證實(shí)了上述推斷。為了充分利用蚓糞中天然微生物群落促進(jìn)羊糞腐熟發(fā)酵及除臭，課題組以展開對羊糞養(yǎng)殖蚯蚓后蚓糞中促腐除臭微生物的分離與篩選工作，并已取得相關(guān)進(jìn)展。