光合细菌对畜禽粪便中三种成分物质的降解作用

金 梅 唐湘华 刘 磊 徐国良 黄遵锡

畜禽粪便是有机肥料的重要组成部分，是我国自古以来就普遍施用的一类有机肥料。但随着我国畜禽养殖业朝着规模化、集约化、现代化的方向快速发展，畜禽的粪便和污水排放量急剧增加，大量的粪便污水和恶臭有毒有害污染物集中在有限的土地上，这些污染物对生态环境造成了严重的损害。畜禽粪便是由碳、氢、氧、氮等元素组成的，畜禽粪的氮素主要以低分子的氨态氮的形式挥发，除了产生氨氮化合物外，还会产生硫化氢、甲硫醇、硫化甲醇、二硫化甲醇等，是形成恶臭的主要成分，会对空气造成污染；粪便中的磷会造成土壤板结或进入水体使水体发生富营养化，所以畜禽粪便中氨态氮、磷、硫化物的污染是最主要的问题。

光合细菌（photosynthetic bacteria,PSB）是一种微生物类饲料添加剂，在以往研究中发现，光合细菌添加入饲料后，畜禽粪便产生的臭味会有所下降。但光合细菌进入畜禽体内后，在消化道内及排出体外的粪便中对氮、磷、硫等成分有何具体作用并未见详细报道。由于光合细菌在不同的自然条件下，具有固氮、脱氢、固碳、氧化硫化物等多种功能，而且饲料中添加光合细菌具有明显提高增重、提高机体免疫力、拮抗病原菌等作用。本试验旨在筛选出既能够提高动物生产性能和宿主免疫功能，又能有效降低畜禽粪便污染的光合细菌。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 菌种来源

本实验室保存紫色非硫细菌。

1.1.2 培养基（液态）

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

1.1.3 主要使用仪器

GDYS-101M多参数水质分析仪及配套试剂（长春吉大小天鹅仪器有限公司）。

1.2 研究方法

1.2.1 菌株筛选

对本试验室保存的紫色非硫细菌进行活化培养，并进行硫化物耐受性试验，挑选生长旺盛、对硫化物耐受性好的10株菌进行试验。

1.2.2 测定项目

1.2.2.1 测定菌株对氨氮的降解情况

（1）配制培养基，分装于15×150的小试管内，每管9 ml，灭菌；测定空白培养基中的氨氮含量。

（2）分别在试管中按10%的接种量接入不同菌种,橡皮塞密封，放入30℃光照条件下培养，接种后第2 d开始每天取样测定其中氨氮含量变化,连续测5 d。

1.2.2.2 测定菌株对磷的降解情况

步骤同上，但测定的是培养基中总磷含量变化。

1.2.2.3 测定菌株对硫化物的降解情况

（1）配制浓度为2 g/l的Na2S溶液（无菌水中加入Na2S）作为培养液，测定空白培养液中硫化物含量。

（2）将溶液分装于15×150的灭菌小试管中，每管9 ml，按10%的接种量接入菌种，橡皮塞密封。（以上步骤无菌操作）

（3）放入30℃光照条件下培养，接种后第2 d开始每天取样测定其中硫化物含量变化,连续测5 d。

1.2.2.4 空白对照

为防止培养基中物质因自然降解的因素影响实验结果,以上各项都保留2管没有接种的空白培养基对照管,在同样密封、30℃光照条件下放置,5 d后测定其中氨态氮、磷、硫化物含量。

2 结果与分析

2.1 菌株对氨态氮的降解情况

畜禽粪的氮素主要以低分子的氨态氮的形式挥发，主要有氨、三甲胺、二甲胺、一甲胺等，是形成恶臭的主要成分，如果能迅速有效地将粪便中的氨态氮利用，则能有效减少恶臭的发生。试验中观察到，10株菌对氨态氮的降解能力不同（见表1），其中Z12、C1两株菌的降解程度最高，分别为49%和46.2%。

表1 培养过程中培养基氨氮浓度的变化（mg/l）

2.2 菌株对磷的降解情况

畜禽粪便中，磷主要是对土壤和水体造成污染。磷在土壤中的移动性较差，容易在土壤中累积，磷、铜等吸附在土壤表面，与土壤中的钙、铜、铝等元素结合生成不溶性的复合物，造成土壤板结，使土壤的通透性降低，危害植物；畜禽粪尿中的一部分磷通过物理的、化学的、生物的反应过程，随地表径流流入江河湖泊，使水体发生富营养化。试验中发现，不同菌株对培养基中的磷都能加以利用，从而使磷的浓度降低（见表2），其中Z15和Z6的降解效果显著,达到了94.3%和89.8%。

表2 培养过程中培养基总磷浓度的变化（mg/l）

2.3 菌株对硫化物的降解情况

畜禽粪在贮存过程中除了排放氨氮化合物外,还会产生排放硫化氢、甲硫醇、硫化甲醇、二硫化甲醇恶臭物质，如果能有效减少粪便中硫化物的含量，则能有效减少恶臭的产生。在试验中发现，菌株对培养液中的硫化物有很好的降解作用（见表3），其中Z15和Y3的效果最好，降解率达到94.3%和70.1%。

表3 培养过程中培养基硫化物浓度的变化（mg/l）

2.4 空白对照测定结果

氨态氮含量5 d后测定结果为338 mg/l，总磷含量5 d后测定结果为425 mg/l，硫化物含量5 d后测定结果为144 mg/l。

3 讨论

2003年我国畜禽粪便产生量约为31.90亿t，畜禽粪便中的总氮量为1394.60万t，总磷量为378.50万t。畜禽粪便的产生量已经超过工业固体废物，成为环境污染的主要来源。试验中可以看出，光合细菌对氨态氮、磷、硫化物有较好的降解作用。筛选出几株有较强降解作用的光合细菌，进一步研究将其组合试验后作为饲料添加剂使用，对提高畜禽养殖成效、降低畜禽粪便的处理成本、解决畜禽养殖的环境污染问题等方面具有很好的应用前景。

4 小结

4.1 从空白对照管测定结果来看，培养基中三种物质在密封、30℃光照条件下放置5 d后含量略有下降，但对测定结果无明显影响。

4.2 10株菌对氨态氮、磷、硫化物都有降解作用，其中Z15对总磷和硫化物的降解效果最好，Z12、C1、Z6、Y3对氨态氮、磷、硫化物有较好降解作用。

10篇，刊略，需者可函索）