微生物治理畜禽粪便臭味的作用机理

徐晓燕 贾恩泽

1.江苏省南通市如皋市东陈镇畜牧兽医站，江苏南通226571；2.江苏省南通市如皋市丁堰镇畜牧兽医站，江苏南通226521

畜禽粪便是一种营养丰富的培养基，大量微生物可以利用畜禽粪便进行繁殖，如果不及时利用，就会成为有害微生物的繁殖地。解决畜禽粪便污染的方法主要分为3 类：物理方法，即经适当处理后，将畜禽粪便中现有养分转化为二次使用的饲料，或者通过直接燃烧来发电；化学方法，即通过厌氧细菌的分解，将畜禽粪便中的有机物转化为沼气；生物方法，即通过微生物作用，提高饲料中氮、磷的利用率，减少畜禽粪便的污染排放[1]。本文拟对微生物处理畜禽粪便恶臭的机制进行探讨，以期为养殖场粪便处理提供参考。

1 畜禽粪便的产量现状

改革开放以来，我国农业总产值越来越高，畜牧业已成为农业中一个非常重要的支柱产业。随着畜禽产品需求量的逐年增加，我国猪、牛、羊、鸡、水产养殖业向集约化发展，养殖规模越来越大，与此同时，畜禽粪便的产量也越来越多。回顾过去，在传统的畜禽养殖业中，小规模养殖是主要方式，产生的粪便量很小，主要用于返回田间当作肥料用，畜禽粪便对环境的污染相对较小。看看现在，自20 世纪60年代以来，粪肥和其他有机肥逐渐被化肥替代，大量的畜禽粪便未得到适当利用，以致严重污染环境、危害牲畜和人类的健康。根据第一次（2007年）全国污染源调查，我国大规模畜禽养殖于2007年产生畜禽粪便2.43 亿t，又据据农业部数据（2017年），当前我国每年畜禽粪污产生量约38 亿t，但综合利用率不足60%，给环境带来的污染问题日益严重。

2 畜禽粪便的组成成分

畜禽粪便中的化学成分非常复杂，受饲料水平、日粮组成和个体动物消化能力的影响很大，不同动物粪便的化学成分差别很大。例如，不同家畜和家禽的粪便含水量和矿物质元素是不同的。牛粪的含水量最高，在80%～85%之间，羊粪的含水量约为68%。一般来说，家畜和家禽排泄物的粗蛋白含量高于其饲料，氨基酸含量也很丰富。此外，牲畜粪便中还含有粗脂肪、钙、钠、铁、铜、锌等营养成分。

3 微生物治理畜禽粪便臭味的作用机理

3.1 降 氨

畜禽生产过程中产生的粪便对环境造成一系列问题，包括养分的过滤、污染物表面的流失和氨气的挥发。畜禽粪便中氨的挥发增加了空气中的酸性沉积和地表水的土壤沉积，导致养分富集和土壤酸化，而氨经硝化转化而来的硝酸盐可以浸泡在地表水中，一旦被人饮用后会给人们的健康造成极大的危害[2]。因此，通过微生物治理降低畜禽粪便中氨的挥发对优化环境和维护人与动物的健康具有重要意义。NH4+-N 是粪便挥发前氨气的主要形式，通过微生物治理将粪便中的NH4+-N 转化为硝酸盐或亚硝酸盐，改变粪便中NH4+和NO3-+H+之间的动态平衡是降低粪便中氨气挥发的有效途径。

3.2 氨硝化

为了经济地利用牲畜和家禽的粪便，并为人和动物维持良好的环境，需要有效管理牲畜和家禽的粪便。将畜禽粪便中的NO3-氧化为NO2-有利于粪便管理。NO3在O2的作用下被氧化为NO2-，然后被NO2-氧化为NO3-，这种生物过程被称为硝化。氨是畜禽粪便中有机氮化合物分解的副产物，而硝化是氮循环中的一个重要步骤，高效氧化和硝化细菌在其中发挥着重要作用，因此，家禽饲养场所氮化具有降低氨、降低家禽饲养场所管理成本、提高家禽健康水平的优点。大量的NO3被土壤硝化细菌氧化为NO2，最终转化为NO3-。将NO3氧化为NO2的两种酶是NO3加上单氧基因酶，用于将NO3氧化为羟胺和羟胺氧化还原酶，进一步将羟胺氧化为NO2-。在家禽粪便中使用土壤硝化细菌后，氧化为NO2-，最后氧化为NO3-，可以有效地还原NO3。利用土壤硝化细菌促进畜禽粪便中NO3的硝化，可促进NO3蒸发的减少。然而，土壤中的普通细菌是否能将NO3转化为NO3-还需要大量的研究来证明，还需要在家禽房中找到适合有效微生物硝化的硝化细菌[3]。以硝化为基础的微生物调控技术具有成本低、操作简单、无二次污染的优点，值得推广。

3.3 NO3 挥发

氨是畜禽粪便中有机氮化合物分解的副产物，畜禽粪便中的微生物活性能增加NO3挥发。在有氧和无氧条件下，随着粪便的微生物分解，NO3不断生成，而硝基丙醇和硝基丙酸可作为粪便处理剂，降低NO3挥发。不同水平的锌处理可以抑制利用微生物的尿素的生长，减少NO3的挥发和氮的损失。在饲料中加入锌，通过抑制微生物尿酶的活性，可以有效地减少氮的总损失。无论是在饲料中还是粪便中，加入锌不仅可以通过降低尿酸的分解来抑制微生物尿酸酶的活性，还可以降低其他微生物酶参与粪便中尿酸的有氧分解为NO3的活性。因此，通过抑制微生物的生长和将尿酸转化为NO3的酶的活性，微生物酶抑制剂在减少NO3的产生和挥发方面起了明显的作用。

4 微生物治理畜禽粪便污染的发展方向

随着养殖业的不断发展，畜禽粪便排放的污染物越来越多，而畜牧业和家禽养殖业是农业的重要组成部分，是农业和农村经济的支柱产业。虽然牲畜和家禽排泄物可以污染环境，但它也是一个巨大的资源宝库。如何通过科学方法提高饲养管理水平，减少粪便中有害成分的含量，开发新的粪便处理技术，更充分利用畜禽粪便，是一项未来研究的重要方向。

目前对这方面的研究很多，但效果并不十分理想。今后将筛选出更有效的除臭菌株，用于畜禽粪便污染的微生物处理。在筛选出兼性厌氧NH4+-N降解细菌的基础上，选择2～3 种降解细菌，以减少土壤污染[4]。采用所选微生物区系降低鸡粪中的氮含量，减少氨气的排放。此外，结合中药的助消化功能，可提高饲料报酬、蛋白质和含氮氨基酸的利用率，降低饲料中的臭素先决条件含量，减少粪便的臭味。找出除臭细菌与中草药的合理比例，从而达到除氨的最佳效果，将是今后畜禽粪便污染微生物处理的发展方向。