蚯蚓粪对不同畜禽粪便除臭效应

成 钢，安玉玲，夏 莹，田 娟，陈宇婷,崔京珍,高珍珍，赵 铭

(1.湖南文理学院动物学湖南省高校重点实验室,环洞庭湖生物资源保育与利用研究中心,湖南文理学院动物健康养殖研究所，湖南 常德 415000；2.湖南省常德市安乡县雄韬牧业有限公司，湖南 常德 415000)

【研究意义】为了利用蚓粪缩短羊粪腐熟进程，减少有害气体对环境造成的污染，实现羊粪的无害化处理与资源化利用。【前人研究进展】我国集约化畜禽养殖日益发展，畜禽粪尿排泄量不断增加，不仅污染环境又浪费了资源。节能减排，畜禽粪便无害化处理和资源化利用，已成为当前农村畜牧养殖业经济实现可持续发展永恒的主题[1-3]。蚯蚓粪是蚯蚓消化分解有机废弃物产生的具有较高孔隙率的颗粒状物质,富含大量微生物,对臭气物质具有一定的吸附和净化功能[4-6]。近年来日本、美国、加拿大等国在利用蚯蚓处理废物，将其作为城市垃圾处理补充系统，解决环境污染方面走在世界前列[3]。【本研究切入点】为充分利用蚓粪特质以及蚓粪中天然微生物群落吸除粪便中的有害气体，提高蚓粪利用率，课题组比较分析了添加不同比例的蚯蚓粪对羊粪、牛粪、猪粪和鸡粪4种粪便中NH3和H2S的除臭效果，从畜禽粪便无害化处理与高效利用及增收创收的角度。【拟解决的关键问题】为今后生态型循环养殖模式的有效衔接和拓展，以及生物除臭剂研发提供科学依据和可行性参考[7]。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验用新鲜蚯蚓粪、羊粪、牛粪、猪粪和鸡粪五种材料由湖南省常德市雄韬牧业有限公司提供。氯化铵、无氨水、酒石酸钾钠、0.005 mol/L硫酸溶液、NaOH溶液、乙酸锌，重铬酸钾、无水碳酸钠、硫代硫酸钠、碘、碘化钾、乙醇、盐酸、氢氧化钾、碘、活性炭等购置湖南常德市林志仪器设备经销部。

1.2 试验方法

1.2.1 粪便常规理化测定 粪便常规理化性质测定主要包括：含水量、pH 值、氮(N)、磷(P2O5)、钾(K2O)的含量，以及细菌、真菌，放线菌数量等[8-9]。其中含水率的测定方法为：准确称取适量样品于烧杯中，在(105±2)℃的烘箱中烘至恒重，根据烘干前后样品的质量变化计算含水率。有机质采用重铬酸钾法，挥发性氮含量测定采用纳氏试剂比色法，磷(P2O5)采用钼锑抗比色法，钾(K2O)采用NaOH熔融-火焰光度法，pH值采用pH计直接测定，细菌、放线菌、真菌含量测定利用常规土壤微生物的纯系分离法进行。

1.2.2 瓶装粪便发酵有害气体收集法 试验采用瓶装发酵法对4种畜禽粪便进行处理，即分别称取适量羊粪、牛粪、猪粪和鸡粪4种新鲜粪便，在每种粪便中分别添加5 %、10 %、15 %的新鲜蚓粪，混匀搅拌后分别装入550 mL 矿泉水瓶中，旋紧瓶盖，每种比例重复3瓶，200 g/瓶，以添加等量比例的锯末、活性炭为阳性对照，以不添加任何辅料的新鲜羊粪、牛粪、猪粪和鸡粪为空白性对照，共计180瓶，在(20±3)℃条件下，每隔3 d用50 mL注射器从各瓶中抽取50 mL气体用于NH3和H2S浓度测定。

1.2.3 纳氏试剂-分光光度法测定粪便中NH3含量 按照常规纳氏试剂-分光光度法绘制标准曲线，分别在180个试验瓶中用注射器抽取50 mL气体慢慢注入盛有80 mL的0.005 mol/L硫酸吸收液反应瓶中让其吸收后，移取10 mL待测液于25 mL具塞比色管中，加入0.5 mL酒石酸钾钠溶液混匀，再加0.5 mL纳氏试剂混匀，放置10～15 min后，以空白无氨水作为空白对照，在420 nm波长下利用分光光度计测定溶液吸光度[10]。

1.2.4 碘量法测定粪便中H2S含量 碘量法是测量粪便中H2S的一种常用方法。在吸收管中加入20 mL乙酸锌吸收液，并匀速抽气于吸收管中，待沉淀生成后，在吸收液中加入20 mL碘标准溶液、10 mL 50 %的盐酸溶液，摇匀。暗处放置5 min后，用少量水冲洗管壁，用硫代硫酸钠滴定至淡黄色时，加入1 mL 1 %淀粉指示剂，继续滴定至蓝色刚好消失，记录用量[11-12]。

1.2.5 除臭率计算 当天除臭率 =(空白对照NH3或H2S浓度-当天各试验瓶中NH3或H2S浓度)/空白对照NH3或H2S浓度×100 %

总除臭率 = 空白对照7 d NH3或H2S总浓度-(第1+3+5+7天NH3或H2S浓度)/空白对照7 d NH3或H2S总浓度×100 %

1.2.6 数据分析 试验数据采用 Microsoft Excel 2010软件对数据进行整处理，用SPSS22.0统计软件进行相关性分析显著性检验。

2 结果与分析

2.1 粪便常规理化测定

试验对蚯蚓粪和4种畜禽粪便常规理化性质及成分含量进行了比较，4种粪便含水率由高到低的顺序依次为牛粪、猪粪、羊粪和鸡粪。蚯蚓粪的pH偏中性，牛粪、羊粪、猪粪，鸡粪的pH均偏碱性；蚯蚓粪中有机质的含量略低于羊粪、牛粪、猪粪和鸡粪；鸡粪中氮、磷、钾的含量最高，蚓粪及其它几种粪便中均含有大量的微生物。

2.2 蚓粪对各类粪便中NH3除臭效果

与空白对照相比，添加不同比例的蚓粪对4种畜禽粪便在不同发酵阶段中的NH3均有明显的去除效果(P<0.05)，其对NH3去除率与阳性对照活性炭和锯末效果相当,且随着蚓粪添加量的增加除NH3效果增强(图1～4)；牛粪中添加15 %蚓粪后1～5 d，对NH3的除臭率显著高于相同处理的羊粪、猪粪和鸡粪(表2)。

表1 蚯蚓粪及4类畜禽粪便理化性质比较

表2 蚯蚓粪对各类粪便中NH3除臭效果

续表2 Continued table 2

粪便种类Fecal species添加种类Adding type添加量( %)Adding proportion除臭率( %)Deodorization rate1 d3 d5 d7 d 平均值Average value总除臭率( %)Total deodorization rate1528.2630.8936.3530.0631.39a87.35锯末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鸡粪Chicken manure蚓粪519.9725.4828.6025.0824.78a66.231026.8429.2831.4426.6228.55a74.411520.5134.1235.5532.9030.77a83.36锯末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：相同字母表示各处理之间差异不显著(P>0.05)，不同字母表示各处理与空白对照相比差异显著(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.

图1 各处理对羊粪中NH3的总除臭率Fig.1 Total deodorization rate of NH3 in goat manure by different treatments

图2 各处理对牛粪中NH3的总除臭率Fig.2 Total deodorization rate of NH3 in cow dung by different treatments

图3 各处理对猪粪中NH3的总除臭率Fig.3 Total deodorization rate of NH3 in pig manure by different treatments

图4 各处理对鸡粪中NH3的总除臭率Fig.4 Total deodorization rate of NH3 in chicken manure by different treatments

由图1～4可知，在4种畜禽粪便中随着添加蚓粪、锯末和活性炭比例的增加，对NH3去除效果增强，总除臭率明显高于空白对照(P<0.05)。对照组锯末和活性炭对4种畜禽粪便的除臭效果与添加不同比例蚯蚓粪的除臭效果差异不显著(P>0.05)。添加15 %蚓粪各处理的NH3除臭效果较锯末和活性炭高，最高达90 %以上(图5)。

2.3 蚯蚓粪对各类粪便中H2S除臭效果

在羊粪、牛粪、猪粪和鸡粪中，添加5 %、10 %、15 %不同比例的蚓粪、锯末和活性炭对4种畜禽粪便在不同发酵阶段中的H2S气体均有明显的去除效果，除臭率明显高于空白对照(P<0.05)，添加不同比例的蚓粪试验组对H2S气体去除率与活性炭和锯末效果相当,且随着蚓粪添加量的增加除H2S效果逐渐增强(图6～9)；羊粪中添加15 %蚓粪后1～7 d，对H2S的除臭率较相同处理的其它类型粪便高(表3，图10)。

图5 添加量为15 %时各处理对4种畜禽粪便NH3的总除臭率Fig.5 Total deodorization rate of NH3 in four livestock and poultry feces treated with 15 % addition

粪便种类Fecal species添加种类Adding type添加量( %)Adding proportion除臭率( %)Deodorization rate1 d3 d5 d7 d 平均值Average value总除臭率( %)Total deodorization rate羊粪Goat manure蚓粪534.1340.8041.2835.8438.01a89.041035.9642.1745.7437.1640.26a90.921538.5042.9350.2137.9642.40a95.48锯末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牛粪Cow dung蚓粪519.7128.8329.9724.3125.71a69.291020.1822.3931.4725.4624.88a70.901526.2230.4040.0127.1330.94a77.55锯末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猪粪Pig manure蚓粪527.1627.8429.8826.0627.74a72.461027.1231.0433.1625.6329.24a76.211528.9532.2833.4628.4930.80a80.13锯末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鸡粪Chicken manure蚓粪522.9525.9627.6625.7425.58a68.28

续表3 Continued table 3

粪便种类Fecal species添加种类Adding type添加量( %)Adding proportion除臭率( %)Deodorization rate1 d3 d5 d7 d 平均值Average value总除臭率( %)Total deodorization rate1023.8627.9530.7926.4427.26a71.741526.9530.4434.5425.4529.35a72.19锯末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

与空白对照相比，添加不同比例的蚓粪对4种畜禽粪便在不同发酵阶段中的H2S均有明显的去除效果(P<0.05)，与相同处理的锯末和活性炭对照组对H2S的除臭效果差异不显著(P>0.05)。对羊粪中H2S的除臭效果较牛粪、猪粪和鸡粪高，最高达90 %以上(图6～10)。

图6 各处理对羊粪中H2S的总除臭率Fig.6 Total deodorization rate of H2S in goat manure by different treatments

图7 各处理对牛粪中H2S的总除臭率Fig.7 Total deodorization rate of H2S in cow dung by different treatments

图8 各处理对猪粪中H2S的总除臭率Fig.8 Total deodorization rate of H2S in pig manure by different treatments

图9 各处理对鸡粪中H2S的总除臭率Fig.9 Total deodorization rate of H2S in chicken manure by different treatments

图10 添加量为15 %时各处理对4种畜禽粪便H2S的总除臭率Fig.10 Total deodorization rate of H2S in four kinds of livestock and poultry manure treated with 15 % addition

3 讨 论

试验利用蚯蚓粪疏松多孔、无异味和富含微生物的特性采用瓶装发酵法对羊粪、牛粪、猪粪和鸡粪腐熟发酵过程中产生的NH3和H2S气体进行了除臭效果测定，旨在利用蚓粪缩短羊粪腐熟进程，减少有害气体对环境造成的污染，实现羊粪的无害化处理与资源化利用。纳氏试剂分光光度法与碘量法是检测空气或水体中氨、氮与H2S含量的一种灵敏且常用的方法[10-12]，试验采用上述方法对各瓶中NH3和H2S气体检测后发现，与空白对照相比，蚓粪对4类粪便中NH3和H2S均有明显的吸收去除效果，且NH3和H2S的去除率与生产中常用的活性炭和锯末效果相同。运用嗅觉检验法，进一步证实了在各类畜禽粪便中添加适量比例蚓粪可去除NH3和H2S气体的科学性和可行性，试验结果与多数文献报道基本一致。试验对NH3和H2S气体去除率均约50 %左右，显著低于汪孙军等人利用蚓粪按照50 %添加量到牛粪中的90 %除臭率[13]，分析原因可能与蚯蚓粪的添加量有关。从试验数据看，随着蚓粪添加量的增加，各瓶中不同发酵腐熟阶段产生的NH3和H2S气体去除率逐渐增加，且与粪便种类无显著相关性，蚓粪除臭的效果可能与蚓粪疏松多孔特质有关，也可能与蚓粪中降解氨、氮微生物有关，加入不同比例蚓粪在试验7 d后仍具有较高的NH3和H2S气体去除率证实了上述推断。为了充分利用蚓粪中天然微生物群落促进羊粪腐熟发酵及除臭，课题组以展开对羊粪养殖蚯蚓后蚓粪中促腐除臭微生物的分离与筛选工作，并已取得相关进展。