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汪孙军蚯蚓对牛粪的转化作用及其产物的初步应用效果 蚯蚓对牛粪的转化作用及其产物的初步应用效果 摘要 近年来，我国的畜牧业得到了迅速的发展，特别是在城郊、农村、工矿区， 畜牧场规模越来越大。大量畜禽粪便直接排放成为引起农业生态环境恶化的一个 主要原因，已经引起公众的普遍关注。 本文对畜禽粪便的特征、畜禽粪便的臭气污染及其控制和蚯蚓粪的作用进行 了综述。为了明确牛粪经蚯蚓转化作用后性质的变化，在实验室对牛粪和蚯蚓粪 的部分理化性质进行了测定比较。试验重点研究了蚯蚓粪对臭味气体的去除效果。 采用新鲜蚯蚓粪、陈放1 0 天的蚯蚓粪和高温灭菌的蚯蚓粪为原料，设置不同的覆 盖数量，分别测定与比较其对氨气、硫化氢等臭味气体的吸收量。试验还采用盆 栽试验初步研究了蚯蚓粪的肥效。分析测定不同数量比例的蚯蚓粪对青菜的生长 发育及产量、品质的部分指标的影响。 通过对试验数据的分析，得出主要结论如下： ( 1 ) 与牛粪相比，蚯蚓粪中的含水率、p h 值、有机质含量、全氮含量、速效 磷含量占全磷含量的比例有所降低。蚯蚓粪的全磷含量、全钾含量、速效氮含量 和硝态氮含量所占全氮含量的比例均有所提高。 ( 2 ) 与牛粪相比，蚯蚓粪中的放线菌和真菌的数量显著增加，蚯蚓粪具有较低 的脲酶活性和较高的过氧化氢酶活性。 ( 3 ) 和牛粪相比，蚯蚓粪中的f e 、m n 、c u 、z n 全量有所上升，但有效f e 、 m n 、c u 、z n 的含量显著降低。蚯蚓粪中的p b 、c d 、c r 全量有所下降。 ( 4 ) 蚯蚓粪对以氨气和硫化氢为代表的臭气的去除效果良好，且随着蚯蚓粪添 加量的增加去除效果提高。新鲜的蚯蚓粪，陈放1 0 天后的蚯蚓粪与高温灭菌后的 蚯蚓粪的除臭效果没有显著差异。 ( 5 ) 施用适当比例的蚯蚓粪有利于青菜出苗、幼苗生长、产量与品质等，过高 或过低比例影响其效果的发挥。 2扬州大学硕士学位论文 关键词：蚯蚓、牛粪，蚯蚓粪，除臭 汪孙军蚯蚓对牛粪的转化作用及其产物的初步应用效果 j 叫 n o u o n v e r s i o no ie a r t h w o r mt oc o wd u n l la n n t h eo r e l i m i n a r ya p p l i c a t i ( e 。thethe p r e l i m i n a r ya o o l l c a t m ne l l e c to it l l e i p r o d u c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，c h i n a sl i v e s t o c kf a n n i n gh a sb e e nd e v e l o pr a p i d l y , e s p e c i a l l yi n t h es u b u r b s ，t h ec o u n t r y s i d e ，a n dm i n i n ga r e a s ，t h el i v e s t o c kf a r m sa r eg e t t i n gb i g g e r a n db i g g e r , al a r g en u m b e ro fl i v e s t o c ka n dp o u l t r ym a n u r ec a u s e db yd i r e c td i s c h a r g e o fa g r i c u l t u r a le c o l o g i c a le n v i r o n m e n th a sb e c o m eam a jo rc a u s eo fd e t e r i o r a t i o n ，a n d t h ep r o b l e mh a sa r o u s e dw i d e s p r e a dp u b l i cc o n c e r n i nt h i sp a p e r , t h ec h a r a c t e r i s t i c so fl i v e s t o c ka n dp o u l t r ym a n u r e ，p o u l t r ym a r l u r ea n dt h e s t e n c ho fp o l l u t i o nc o n t r o la n dt h er o l eo fe a r t h w o r me a s th a db e e nr e v i e w e d i no r d e rt oc l a r i f y t h ec h a n g e so ft h ec h a r a c t e r i s t i c so fc o wd u n gb ye a r t h w o r md i g e s t i o n , t h ep a r t i a l p h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r sh a db e e nd e t e r m i n e di nl a b o r a t o r y t h ee x p e r i m e n t h a ss t u d i e dt h ee l i m i n a t i o ne f f e c to fw o r m c a s tt ot h es t i n kg a s t h r e ek i n d so f p r e t r e a t e de a r t h w o r mc a s t ，f r e s he a r t h w o r mc a s t ，10d a y sp l a c e de a r t h w o r mc a s ta n d a u t o c l a v ee a r t h w o r mc a s tw e r eu s e da sm a t e r i a l s ，t h ed e o d o r i z a t i o ne f f e c t so fd i f f e r e n t d o s a g eo fe a r t h w o r mc a s tt ot o t a la b s o r b e da m o u n to fn h 3a n dh 2 sh a db e e n m e a s u r e di ne x p e r i m e n t p o te x p e r i m e n th a db e e na l s oc a r r i e do u tt od i s c u s st h ee f f e c t s o fe a r t h w o r mc a s to nt h ev e g e t a b l e s s o m ei n d e x e so ft h ey i e l da n dq u a l i t yo f v e g e t a b l e st r e a t e dw i t hv a r i o u sa m o u n to fe a r t h w o r mc a s th a db e e nd e t e r m i n e di nt h e e x p e r i m e n t t h em a i nc o n c l u s i o n sw eo b t a i n e da r ea sf c l l l o w s ： ( 1 ) c o m p a r e dw i t ht h ec o wd u n g ，w a t e rc o n t e n t ，t h ep hv a l u e ，o r g a n i cm a t t e r c o n t e n t ，t o t a ln i t r o g e nc o n t e n t ，t h er a t i oo fr a p i da v a i l a b l ep h o s p h o r u sc o n t e n tt ot o t a l p h o s p h o r u sc o n t e n tr e d u c e di nt h ee a r t h w o r mc a s t o nt h ec o n t r a r y , t o t a lp h o s p h o r u s c o n t e n t ，t o t a lp o t a s s i u mc o n t e n t ，t h er a t i o so fb o t hr a p i da v a i l a b l en i t r o g e nc o n t e n ta n d 4 扬州大学硕士学位论文 n i t r a t ec o n t e n tt ot o t a ln i t r o g e nc o n t e n ti n c r e a s e di nt h ee a r t h w o r mc a s t ( 2 ) c o m p a r e dw i t ht h ec o wd u n g ，t h ep o p u l a t i o no fa c t i n o m y c e t e sa n df u n g i r e m a r k a b l yi n c r e a s e di nt h ee a r t h w o r mc a s t t h eu r e a s ea c t i v i t yo f e a r t h w o r mc a s tw a s l o w e rt h a nt h a to ft h ec o wd u n g o nt h ec o n t r a r y , t h ec a t a l a s ea c t i v i t yo fe a r t h w o r m c a s tw a sh i g h e rt h a nt h a to ft h ec o wd u n g ( 3 ) c o m p a r e dw i t hc o wd u n g ，t h et o t a lc o g e n to f f e 、m n 、c ua n dz ni ne a r t h w o r m c a s ti n c r e a s e d ，b u ta v m l a b l ea m o u n to ff e 、m n 、c ua n dz nd e c r e a s e d t h et o t a lh e a v y m e t a l sc o n t e n to fp b 、c d 、c rr e d u c e di ne a r t h w o r mc a s t ( 4 ) ag o o dd e o d o r i z i n ge f f e c to fe a r t h w o r mc a s tt ot h es m e l lg a s ，s u c ha sh 2 s ，h a d b e e np r o v e di nt h ee x p e r i m e n t a n dt h em u c ha m o u n to fe a r t h w o r mc a s th a db e e nu s e d ， t h eb e t t e rd e o d o r i z i n ge f f e c to fe a r t h w o r mc a s tt ot h es m e l lg a sw a sa c h i e v e d n o e v i d e n td i f f e r e n c e sh a db e e nf o u n da m o n gt h ed e o d o r i z i n ge f f e c t so f3k i n d so f p r e t r e a t e de a r t h w o r mc a s t s ，t h ef r e s he a r t h w o r mc a s t s ，t h e10d a y sp l a c e de a r t h w o r m c a s ta n dt h ea n t i s e p t i ce a r t h w o r mc a s tb yh i g ht e m p e r a t u r e ( 5 ) e m e 唱e s ，t h es e e d l i n gg r o w t h ，t h ey i e l da n dt h eq u a l i t yo f 伊e e n 目o c e 巧 ( b r a s s i c ac a m p e s t r i sl s s p c h i n n e s i s ) w e r ee v i d e n t l yi m p r o v e db ya p p l y i n go fa s u i t a b l ea m o u n to fe a r t h w o r mc a s ta sf e r t i l i z e r h o w e v e r , t h eg o o de f f e c to fe a r t h w o r m c a s ta sf e r t i l i z e rt og r e e n g r o c e r yw a sw e a k e n e db yt h eu s a g eo fe x c e s s i v e l yh i g ho rl o w p r o p o r t i o no f e a r t h w o r mc a s t k e yw o r d s ：e a r t h w o r m ，c o wd u n g ，e a _ 曲w o r mc a s t ，d e o d o r i z a t i o n 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下独立进行研究工作所取得的研 究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：多王扣善 签字日期：2 0 0 9 年6 月f s 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向 国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。 本人授权扬州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向 社会公众提供信息服务。 学位论文作者签名：i 扣- 咨导师签名： 龋嚆 签字日期：2 0 0 9 年6 月f 泊签字日期：2 0 0 9 年6 月6 日 汪孙军蚯蚓对牛粪的转化作用及其产物的初步应用效果 第一章文献综述弟一早义i 颚练逊 1 1 研究背景 改革开放以来，随着集约化养殖业的发展，畜禽饲养密度的提高，我国的畜 牧业取得了突破性进展。与此同时，也产生了大量的畜禽排泄物，并且由于规模 化养殖场畜禽粪便过于集中，同时受运输和无法就地消纳等原因的影响，这些排 泄物中的污染物质( 如氮、磷、部分重金属、有害气体等) 不仅严重影响了饲养 人员及周围居民的身心健康，而且是大气污染、土壤污染及江河、湖泊、水库等 面源以及地下水源污染的重要来源 1 - 8 】。因此畜牧业生产过程中对环境造成的污染 必须引起人们的高度重视 9 棚】。 可持续农业和生态农业都强调资源的循环利用，利用蚯蚓的生命活动对农牧 业废弃物进行无害化处理是一项古老的技术，其不仅是处理有机废弃物( 包括生 活垃圾) ，实行废弃物资源化的有效途径，也是当前环保产业研究的一个新热点 1 8 - 2 0 】。近几年，蚯蚓产业在国内外蓬勃兴起，与此同时也对蚯蚓深加工和蚯蚓产 品的开发提出了更高的要求。蚯蚓粪是蚯蚓消化有机废弃物生产的细小而疏松的 颗粒，没有异味，主要含有机碳素和矿物营养元素，粒径大小在1 3 r m m 左右，呈 现多孔质结构。以蚯蚓处理有机废弃物的方式分，有简单的露天堆养、箱养、池 养及复杂的自动连续生物反应器等几种【2 1 1 。一些蚯蚓品种对作物秸秆、动物畜禽 粪便及工业废弃物等有机废弃物的分解、处理具有一定潜力 2 2 】。随着大量有机废 弃物处理的迫切需求与人类寻求新的解决办法滞后矛盾的日益突出，蚯蚓养殖业 正在逐渐发展并壮大，蚯蚓及蚯蚓粪在各方面的综合利用研究也越来越多。 1 2 畜禽粪便的产生及其对环境的压力 近年来，我国的畜牧业得到了迅速的发展，特别是在城郊、农村、工矿区， 畜牧场规模越来越大，集约化程度越来越高，大量畜禽粪便直接排放成为引起农 业生态环境恶化的一个主要原因，已经引起公众的普遍关注。 6 扬州大学硕士学位论文 1 2 1 畜禽粪便的特征 1 2 1 1 畜禽粪便产生情况 畜禽的粪尿排泄量与动物种类、品种、性别、生长期等因素有关【2 3 】。根据各 类畜禽的粪便产生量并参考农业部全国农业技术推广服务中心关于畜禽粪便量的 计算方法，计算出2 0 0 2 年我国畜禽粪便产生量为2 7 5 亿吨。当年我国各工业行业产 生的工业固体废弃物为9 4 5 亿吨，畜禽粪便的产生量为工业固体废弃物产生总量的 2 9 1 倍，河南、湖南等部分地区的比例还在5 倍以上 2 4 】。而n 2 0 0 7 年底全国畜禽粪 便年排放量超过4 0 亿吨，是工业有机污染物的4 1 倍。畜禽粪便年排放量不仅增长 迅速，而且大多未经处理直接排放，对农业环境与生态安全带来极大威胁。随着 我国畜禽养殖业的进一步发展，畜禽粪便年排放量还将继续上升。生产的高度密 集，使畜禽粪便量大大超过其周围环境的处理和消纳能力。 1 2 1 2 畜禽粪便的养分含量 畜禽粪便中含有大量的氮、磷等营养物质，是一种优良的有机肥。数千年来， 我国一直将畜禽粪便作为提高土壤肥力的重要肥源。 我国猪粪的氮、磷、钾养分含量总和为4 1 1 9 k g ，牛粪为3 0 5 9 & g ，羊粪为 1 7 6 9 k g ，鸡粪为4 8 8 9 , k g 。从养分的平均含量来看，鸡粪的氮、磷、钾含量最高， 猪粪、牛粪次之，而羊粪最低。 2 0 0 2 年，我国畜禽粪便的总氮、总磷、总钾产生量分别为1 5 3 0 、6 4 0 、1 0 6 万 吨，猪粪的总氮、总磷、总钾产生量均最大，其次为牛粪和羊粪。我国畜禽粪便 中氮、磷、钾产生量相当于同年我国施用化肥中氮( 2 1 5 7 3 万吨) 、磷( 7 1 2 2 万 吨) 、钾( 4 2 2 5 万吨) 的7 0 9 、8 9 8 和2 5 1 【2 】。可见，畜禽粪便是我国农业生 产中的一种重要资源。 1 2 2 畜禽粪便对环境的污染 我国的养殖业规模及产值近年来均发生了巨大的变化，许多城郊建立了大中 型集约化养殖场，畜禽数量猛增，粪便的排放量也在增加。畜禽粪便的排放已成 为与工业废水、生活污水相并列的三大水污染源之一。随着养殖业的进一步发展， 畜禽粪便排放量还会进一步增大，由此造成的环境污染将会更加严重。畜禽粪便 汪孙军蚯蚓对牛粪的转化作用及其产物的初步应用效果 中含有大量的未被动物消化吸收的有机物质等，对大气、水体和土壤均能产生严 重的危害。 1 2 2 1 对空气环境的污染 奶牛、猪、鸡饲料中的7 0 左右的含氮物质被排泄出来。肉鸡饲料中5 0 的 含氮物质变成了粪便，猪粪中氨氮含量为1 0 0 6 0 0m g l ，牛粪中为3 0 0 - 1 4 0 0m g l 2 5 1 。大量的畜禽粪便如果不及时处理，在高温下发酵和分解易产生有害气体，如 氨气、硫化氢、二氧化碳、甲烷等污染空气，使动物及人群的免疫力下降，呼吸 道疾病频发。 1 2 2 2 对水环境的污染 粪便和冲洗粪便废水中含有n 、p 及粪渣等物质，可以通过地表径流污染地 表水，也可以通过土壤渗入地下污染地下水。地表水中过多的n 、p 会使水体富 营养化，影响水体的生态环境。粪便中的n 、p 等物质渗人地下水，将导致地下 水中n 0 2 。、n 0 3 浓度的升高，人若长期或大量饮用，可能诱发人体多种肠、胃等 消化器官癌症 2 6 1 。 1 2 2 3 对土壤环境的污染 畜禽粪便中含有大量的钠盐和钾盐，如果直接用于农田，过量的钠和钾通过 反聚作用而造成某些土壤的微孔减少，使土壤的通透性降低，破坏土壤结构。不 适当地使用畜禽粪便可导致土壤的n 、p 污染，矿质元素污染，重金属污染，药 物残留污染以及微生物污染等。 1 3 畜禽粪便的臭气污染及其控制 1 3 1 臭气及臭气控制 臭气化合物( o d o r o u sc o m p o u n d s ) 是微生物厌氧发酵产生的不完全代谢产 物，这些物质刺激人的嗅觉感受器，产生令人不愉快的感受，人们通常将这些物 质称为臭气化合物。据报道来自畜禽粪便的臭味物质有1 6 8 种，其中包括挥发性 脂肪酸类、醇类、醛类、羰基类、醚类、胺类、硫醇类及含氮的杂环化合物等。 这些臭气化合物臭味的强弱主要决定于它们的臭气阈值和在空气中的浓度，所谓 臭气阈值( t h r e s h o l d ) 是指这种臭气化合物能引起臭味的最低浓度。臭气阈值越低， 8 扬州大学硕士学位论文 在相同浓度下其引起的臭味强度越强，根据猪场周围臭气化合物的浓度和臭气阈 值，其主要的臭气化合物有4 类：挥发性脂肪酸、酚类、吲哚类和硫醇类。主要 化合物有乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸、酚、对甲酚、吲哚、3 一甲 基吲哚、甲硫醇、硫化氢、二甲基硫醇、二甲基二硫醇、二甲基三硫醇等。 1 3 1 1 臭气的主要来源 畜舍臭气是由粪便厌氧分解、家畜排泄和呼吸产生的，其成分多种多样，如 甲烷、有机酸、各种醇类、氨、乙烯醇、硫化氢、甲胺、三甲基胺、吲哚、粪臭 素等，带有各种臭味和酸味。一般用n h 3 、h 2 s 浓度表示畜舍的臭气含量。n h 3 是由含氮有机物分解而来，承担这些分解作用的主要是些革兰氏阴性细菌，如肠 内的大肠杆菌，h 2 s 是由含硫有机物分解而来，二者都和饲料中蛋白质含量及家 畜的消化率有关。资料还表明，粪便的p h 值和氨的释放有直接的关系，当p h 小 于7 时，氨释放量很少，当p h 大于7 时，氨释放加快。 1 3 1 2 臭气化合物的危害 臭气化合物对人畜身心健康的危害主要表现在以下几个方面：( 1 ) 引起眼、 鼻、咽喉等器官的不适。臭气化合物能降低肺活量，畜禽粪尿中的臭气化合物以 气体或吸附粒子传输给动物，刺激动物黏膜表面，包括眼、鼻和上呼吸道的黏膜， 而产生一种强烈的刺激性感觉。当臭气化合物的浓度高到引起刺激性浓度时，就 会产生呼吸系统症状，以及发音的障碍。( 2 ) 畜禽粪尿中的臭气还能引起鼻炎 ( r h i n t i s ) 、哮喘( a s t h m a ) 、支气管炎( b r o n c h i t i s ) 和其它免疫抑制疾病。( 3 ) 臭气 化合物通过肺、消化道和皮肤吸收进入血液，影响机体的代谓j i 和其它生理过程。 ( 4 ) 臭气化合物还能影响大脑的活动，人经常处于高于臭气阈值的环境条件下， 会产生情绪上的波动，引起脑细胞活动异常。另外，臭气化合物对记忆力有明显 的影响，在臭气较浓的环境条件下，会加速记忆力的衰退。( 5 ) 臭气化合物还明 显影响人的情绪。生活在集约化养殖场附近的人们容易产生情绪激动、消沉、发 怒和疲劳等症状。( 6 ) 臭气化合物影响机体抵抗力。王新谋等认为，恶臭的刺激 性和毒性作为化学刺激源，当其作用达到一定的强度时，可引起刺激，通过神经 和内分泌途径，使机体的抵抗力和免疫力下降，发病率和死亡率提高。 汪孙军蚯蚓对牛粪的转化作用及其产物的初步应用效果 1 3 1 3 畜舍除臭技术 除臭技术主要通过两方面来实现，即阻止它们的产生和降低它们的挥发。很 明显前一个途径是最理想的。由于臭气化合物是由微生物的厌氧发酵产生的，为 此，科学家们进行了大量的研究，如臭气掩盖剂、酶的使用、微生物预混物、饲 料添加剂、其他一些化学试剂和氧化处理工艺、空气净化机( a i rs c r u b b e r s ) 、生 物膜( b i o f i l t e r s ) 和一些通风系统的采用等。这些措施都是为了创造一个不适应 这种微生物生长的条件，降低厌氧微生物的活动，从而降低粪尿中臭气化合物的 产生。 要达到良好的除臭效果，必须做到以下几点。第一，畜牧场必须做好牧场的 基本管理工作。如牧场的畜舍和养殖设备的日常管理，要具有良好的通风系统、 合理的畜禽舍地板设计、尽量降低空气中的灰尘含量，良好的粪尿施用措施等。 第二，要有科学的畜禽粪尿处理措施。畜禽的粪尿处理在除臭中具有重要作用， 总体上可归纳为物理方法、化学方法和生物方法。 1 3 1 3 1 通过日粮调控降低畜禽粪尿中臭气的产生 近年来，研究通过日粮调控降低猪排泄物中臭气产生取得了较好的效果。一 种方式是根据猪的基因型和生长阶段尽可能地提供基本的、全价的营养物质，以 减少营养物质的排出量，进而减少臭气化合物的产生量。研究表明，如果缺乏特 异性的、可发酵的非淀粉多糖或大肠中蛋白质较多，而食糜的p h 值较高的情况 下，臭气化合物的产生量将会增加，而营养物质的利用率将下降，而添加可发酵 碳水化合物来改变粪尿中的氮比例，可降低排泄物中氨气浓度 2 再3 5 1 。 随着动物营养学对蛋白质、氨基酸研究的不断深入，畜禽日粮配制逐步由“粗 蛋白”向“总氨基酸一可消化利用氨基酸一理想蛋白质氨基酸模式”过渡，在不影 响畜禽生产性能的前提下，满足低蛋白条件下的氨基酸平衡，避免日粮蛋白质的 安全边际量过大而造成的浪费，既节约了蛋白质资源又降低了氮的排泄。袁建敏 报道，补充赖氨酸使仔猪日粮粗蛋白减少2 0 ，粪尿中氮减少2 5 ，而使用赖氨 酸、蛋氨酸、色氨酸、酪氨酸等几种人工合成的氨基酸代替粗蛋白用量，可使猪 粪尿中氮减少5 0 。肖长艇研究了低蛋白日粮中补充赖氨酸、苏氨酸和色氨酸对 1 0扬州大学硕士学位论文 生长猪的影响，发现日粮苏氨酸含量最佳为o 5 4 ，赖氨酸：苏氨酸为1 0 0 ：6 7 5 ， 在日粮中添加合成赖氨酸，使其日粮粗蛋白降低2 ，那么在猪的粪尿中排出的 氮可降低2 5 。郑春田等在低蛋白质肥育猪日粮中补充合成氨基酸，发现生产性 能不受影响，但氮排出量减少2 8 3 ，磷排出量减少1 4 5 。 经过一系列深入研究，人们逐渐认识到畜禽对氨基酸的需要不能全部由日粮 氨基酸来满足，寡肽在满足畜禽对氨基酸的需要方面有着重要作用。随着寡肽作 为添加剂的应用，日粮粗蛋白质水平有望进一步下降，也将潜在减少氮的排泄量。 此外，提高日粮能量浓度也可使经由粪便排除的氮减少。 另一种方式是控制猪消化道中某些微生物的生长而改变微生物的发酵特点， 减少臭气的产生量。微生物发酵，特别是产气微生物的发酵是畜禽排泄物中臭气 的主要来源。因此，一切影响这些微生物代谢活动的物质和条件都能影响臭气的 产生。有很多报道认为在日粮中添加完整的碳水化合物和有机酸能改变猪肠道内 的微生物区系。试验证明寡果糖能够改变猪后段肠道的挥发性脂肪酸之间的比例 ( 降低乙酸的比例、增加丙酸的比例) ，降低总需氧菌( 主要是大肠杆菌数量) ， 增加双岐杆菌的数量，。降低猪粪便中臭气化合物的产量。此外，酵母菌和产酸乳 酸杆菌也能明显降低仔猪粪便中吲哚和粪臭素的产量。 还有就是改变日粮的组成，以图改变粪、尿的物理特性，从而控制臭气的产 生。大多数植物性饲料作物及其加工副产品如豆类及其饼粕等存在抗营养因子， 抗营养因子可以使饲料中营养物质的利用率降低，从而增加禽氮、磷的排泄量。 饲料颗粒化过程中，高温可以使其中的淀粉和蛋白质熟化，因而可以改善蛋白质 的消化率，从而减少氮的排泄量。另外，饲料膨化处理，可以改善猪的饲料转化 率和氮的表观消化率及利用率。研究表明，日粮中添加活性碳、沙皂素等除臭剂， 可明显减少粪中的氨气及硫化氢等臭气的产生，减少粪中的氨气量4 0 5 0 。研 究表明日粮中添加2 5 m g g 的乳糖后，能降低粪臭素的浓度。 2 9 , 3 0 1 3 1 3 2 应用除臭剂除臭 常用的除臭剂包括：吸附型除臭剂、香料掩蔽型除臭剂、化学除臭剂、酶制 品除臭剂、微生物型除臭剂、植物型除臭剂、复合型除臭剂。 汪孙军蚯蚓对牛粪的转化作用及其产物的初步应用效果 1 1 ( 1 ) 吸附型除臭剂：吸附型除臭是采用比表面积大、孔容大的具有优异吸附 能力的物质，利用分子间的范德华力将恶臭分子吸附于多孑l 性物质( 吸附剂) 中 的除臭方法【3 6 硼，种类有很多，畜牧场常用的吸附型除臭剂主要是沸石。据报道， 在肉鸡日粮中添加5 的沸石，可提高增重6 7 ，提高成活率2 一3 4 8 4 9 1 。吸 附型除臭剂大多数是通过物理吸附起作用，因此，脱臭效果不充分，除臭率较低， 吸附能力随时间的推移而降低，温度上升时，还会放出吸附物。 ( 2 ) 香料掩蔽型除臭剂：用天然芳香油、香料等芳香物质掩蔽恶臭。对h 2 s 可用松叶油、香叶油、橙皮油等d 对甲基硫醇可用薄荷油、甜橙油等。对含氮的 可用薄荷油、肉桂油等。另外，香料有大蒜、甘草、白术、苍术、茴香等 5 0 1 。这 类除臭剂大多成本较高，不容易被人们接受。 ( 3 ) 化学除臭剂：化学除臭剂是利用氧化、还原、分解、中和反应、加成反 应、缩合反应、离子交换反应等将产生的恶臭物质变成无臭物质从而消除臭气。 盐类化合物：二价铁离子和抗坏血酸共同使用、三价铁氰衍生物 5 1 ，5 2 1 、金属络 合物的配位体、绿矾、硫酸钙、氯化钙和苯丙酸钙。酸制剂：木醋酸液【5 3 1 、 有机酸如柠檬酸、酒石酸等、咖啡酸、氯原酸、环保安( 由纯净的有机化学药品 和组合物制成) 【5 4 等。 ( 4 ) 酶制品除臭剂：酶制剂在生产中应用较多的是复合酶和植酸酶。 ( 5 ) 微生物型除臭剂：e m 制剂，由日本琉球大学比嘉照夫教授经3 0 多年 研制开发的新型复合微生物菌剂 5 5 - 6 3 ，e m 为有效生物群( e f f e c t i v e m i c r o o r g a n i s m s ) 的英文缩写，2 0 世纪9 0 年代初由日本引入我国。李维炯认为 e m 可以明显降低污水和其他废弃物中的臭气物质畔】，黄宏坤报道用e m 制剂发酵 饲料，能明显降低猪舍中氨气的浓度，降低幅度在1 7 0 1 2 1 9 4 之间。也有资 料表明，微生物除臭剂的效果并不稳定，需要与其他除臭剂联合使用。其它，近 年来国外学者已从鸡舍排出的恶臭成分中培养出除臭菌【6 5 7 8 1 ，这类除臭菌能将粉 尘和恶臭成分当作营养源加以吸收利用，当气体通过附有除臭菌的过滤器时即可 除去鸡舍内产生的恶臭味，但这项措施在技术、经济等方面尚有待进一步研究。 ( 6 ) 植物型除臭剂：植物型除臭剂包括很多种，主要有：丝兰提取物【7 9 , 8 1 】， 1 2扬州大学硕士学位论文 如除臭灵的除臭效果在大量的试验研究中得到了证实。丝兰提取物在国外已广泛 用来做畜舍的除臭剂。茶叶提取物 8 2 - 8 4 ，其有效成分可能为茶多酚，在粗老茶 叶或低档绿茶中含量较高。菊芋，是原产于加拿大的一种植物，有人报道，猪 饲喂了含有菊糖的饲料后，促进了双歧杆菌的生长，从而减少了猪的腹泻，降低 了粪便的恶臭。植物的发酵与老化物除臭剂，天然植物的落叶 8 5 】及枯草中含 有多糖类物质，它在水、土中发酵及老化后生成的物质具有分解并除去臭味的功 能。天然植物精油和环状糊精组合除臭剂，天然植物精油中含有多种香料成分 ( 如正己醛、p 一己烯醇、水杨酸甲醋等) ，当它和环状糊精组合后，是一种极为 理想的除臭剂。中草药8 6 】，其有效成分包括有机酸类、多酚类化合物、挥发 油类等。 ( 7 ) 复合型除臭剂：复合除臭添加剂的生产将是今后的一个发展方向。 k o m a l i n e 将天然沸石和硫酸亚铁混合用作除臭剂获得专利。姜满净化剂是以纯挥 发性药材为原料制成的多功能复合除臭剂，根据需要它可制成粉剂、片剂、水剂 和膏剂，非常适于畜舍场应用，是目前养殖业中消除畜禽粪尿臭气较好的一种除 臭剂。意大利一家公司研制出一种用于肉鸡饲养的垫棚，由强吸水材料组成，内 含用基因工程培养出的微生物菌群。使用这种垫棚的养鸡场，基本上无明显臭味。 国外报导了一种吸附一反应型除臭剂，该吸附一反应型除臭剂的优点是吸附的臭味 物质立即与载体上的除臭物质进行化学反应从而使臭味除去。 1 4 蚯蚓粪的的作用及其用作除臭物质的可能性 1 4 1 蚯蚓粪的基本性质 1 4 1 1 蚯蚓粪的物理性质 蚯蚓粪是一种黑色、均一、有自然泥土昧的细碎类物质。其物理性质由原材 料的性质及蚯蚓消化的程度决定。蚯蚓粪具有很好的孔性、通气性、排水性和高 的持水量。蚯蚓粪有很大的表面积，使得许多有益微生物得以生存并具有良好的 吸收和保持营养物质的能力，同时经过蚯蚓消化，有益于蚯蚓粪中水稳性团聚体 的形成【8 7 1 。 汪孙军蚯蚓对牛粪的转化作用及其产物的初步应用效果 1 3 1 4 1 2 蚯蚓粪的化学性质 蚯蚓粪与蚯蚓饵料相比，其可溶性盐的含量、阳离子交换性能和腐殖酸含量 有明显增加，有机质转化为稳定的腐殖质类复合物质【8 引。有机废弃物一般呈碱性， 而多数植物喜好的生长环境偏酸性( p h6 0 6 5 ) 。通过蚯蚓的消化，在微生物新 陈代谢过程中分泌有机酸，从而使偏碱性的畜禽粪便经过处理而趋于中性【8 9 】。蚯 蚓粪中营养物质的含量因原材料不同而有差异，同时也与蚯蚓活性有关【9 0 】。 1 4 1 3 蚯蚓粪的生物学性质 蚯蚓粪中富含细菌、放线菌和真菌。蚯蚓能减轻由病原真菌引起的病害，在 通过蚯蚓消化道时，随食物进入体内的真菌营养体及大部分细菌被杀死，只有真 菌的孢子和部分细菌仍可保持生活力。真菌是蚯蚓食物的一部分，消化道内某些 消化酶可能来源于微生物，因此微生物在蚯蚓同化吸收有机物中起着重要作用 【9 1 】。赤霉素、生长素、细胞分裂素等激素在植物的新陈代谢中发挥着重要作用， 能影响植物生长和作物品质，早期的研究表明蚯蚓粪中富含多种植物激素 蚴。蚯 蚓粪同时富含腐殖酸类物质，腐殖酸能影响植物营养吸收和蛋白合成。 1 4 2 蚯蚓粪的应用现状 1 4 2 1 在育苗上的应用 我国蔬菜种植特别是大棚蔬菜大多采用育苗移栽的办法，近年来国内外不同 的研究均发现，蚯蚓粪在园艺作物等的育苗方面有一定的利用价值。美国俄亥俄 州立大学a t i y e h 等在温室育苗基质( m e t r o m i x3 6 0 ) 中添加不同量蚯蚓粪，研究 西红柿苗的生长状况。2 5 一5 0 添加量( 体积比) 的处理西红柿苗的生长量显著 高于其他处理【9 3 】。a t i y e h 等在法国万寿菊的育苗试验研究中发现添加蚯蚓粪后 除1 0 0 ( 体积比) 蚯蚓粪处理外，万寿菊的根系都显著多于对照，而4 0 蚯蚓 粪添加量处理万寿菊的生长和生产力都显著高于对照 9 4 】。由此可见适量添加蚯蚓 粪可以缩短育苗时间，对于工厂化育苗具有极大的经济价值。 尚庆茂等探讨了蚯蚓粪作为育苗基质的可行性。以蚯蚓粪为主要原料配合不 同体积比的蛭石作为育苗基质，研究了此复合基质对辣椒、茄子、西瓜、甘蓝等 种子萌发及幼苗生长发育的影响。结果表明：与草炭相比，蚯蚓粪具有容重较大、 1 4 扬州大学硕士学位论文 孔隙度和持水力较小，高磷、钾含量和低氮含量等特性。蚯蚓粪复合基质育苗效 果最佳，既提高了西瓜种子出苗率，又促进了幼苗生长发育，与对照相比，根体 积、全株干重：壮苗指数分别增加了1 2 9 1 7 、2 2 9 5 、2 11 8 9 5 , 9 6 。张志刚等 的研究证明蚯蚓粪作育苗基质时对茄果类蔬菜穴盘苗的耐热性有一定影响，蚯蚓 粪基质通过对茄果类蔬菜穴盘苗抗氧化体系的保护或提高相关抗氧化酶活性可以 提高茄果类蔬菜穴盘苗的耐热性 9 7 1 。以上研究表明，利用蚯蚓粪作为育苗基质进 行育苗，可以显著提高秧苗质量，缩短育苗时间，有利于培育壮苗及工厂化育苗。 1 4 2 2 作为生物有机肥料 由于蚯蚓粪在物理、化学、微生物性质方面优良的肥料特点，在园艺和种植 业中的应用已进行过大量研究，蚯蚓粪能不同程度地提高多种作物包括谷物、豆 科植物、花卉、蔬菜及其他大田作物的种子发芽率，促进其生长，提高产量，改 善品质 9 8 1 。a t i y e h 等在温室西红柿栽培中添加蚯蚓粪发现，添加1 0 、2 0 和4 0 ( 体积比) 蚯蚓粪后西红柿的商品率显著升高，畸形果显著减少，且2 0 添加量 下西红柿的产量最高，达5 1k g 株，单果重比对照高1 2 4 。a r a n c o n 等的研究 证明蚯蚓粪可以通过增加微生物的数量和活性来影响氮循环速度和分泌植物生长 激素，对草莓的生长发育、产量有显著的促进作用【9 9 】。 蚯蚓粪可以提高土壤有机质含量，单施蚯蚓粪土壤有机质与全n 、全p 含量 分别增加7 8 7 、4 7 9 、4 0 8 ，单施蚯蚓粪微生物总量增加1 0 8 2 。促进叶面 积增长与干物质积累，与不施肥相比增产4 5 5 ，7 7 5 ，差异达极显著水平。 施用蚯蚓粪改善甘蓝品质，降低甘蓝硝酸盐含量、提高维生素c 含量 1 0 0 】。施用 蚯蚓粪还可提高土壤中性磷酶、蛋白酶、脲酶和蔗糖等的活性，增强土壤供肥性 能。a t i y e h 将蚯蚓粪浸提的腐殖酸加入到栽培基质中，显著增加了西红柿和黄瓜 的株高、叶面积和根干重等指标 1 0 1 1 。应用到草莓可显著提高草莓鲜果产量，并能 改善其品质，配施蚯蚓粪处理的肥料效应明显优于对照处理和单施n p k 化肥处理 i 0 2 o 1 4 2 3 可抑制土传病虫害 适量添加蚯蚓粪可以抑制土壤害虫和土传病害【1 0 3 1 。a r a n c o n 等发现添加蚯 汪孙军蚯蚓对牛粪的转化作用及其产物的初步应用效果 1 5 蚓粪后与对照相比，可显著降低植物寄生线虫的数量，降低植物的感病率 1 0 4 。 a r a n c o n 等证实添加适量的蚯蚓粪可以增强草莓的抗病性，使草莓能够抵御病原 菌和线虫的侵害。蚯蚓粪控制病害的程度与蚯蚓粪的量有一定的关系，当蚯蚓粪 与土体积比为2 0 时，控制病害的程度最大，防效达9 6 1 。蚯蚓粪的这种作用 与蚯蚓粪中的微生物有关，蚯蚓粪能大大提高土壤中的微生物量和微生物活性， 进而大大增强病土中与病原菌进行能源竞争的微生物的竞争能力。胡艳霞等从新 鲜蚯蚓粪中成功分离到拮抗活性强、抗菌谱广的拮抗微生物。蚯蚓粪可诱导黄瓜 产生炭疽病系统抗性，蚯蚓粪通过启动黄瓜体内的防御酶系，诱导黄瓜产生系统 抗性，控制病害的发生【1 0 5 , 1 0 6 】，从而初步解释了蚯蚓粪的抑病机理。 1 4 2 4 蚯蚓粪用于养殖业 据报道，蚯蚓粪可以在畜禽和鱼类的配合饲料中添加1 0 1 5 ，畜禽和鱼类 生长良好，在蛋鸡限饲和强制换羽期间，用4 0 以上的蚯蚓粪代替配合饲料，作 为填充剂可以达到理想的目的【1 0 7 , 1 0 8 】。在蛋鸡饲料中添加2 0 的蚯蚓粪和3 5 的蚯蚓粉，可以使蛋鸡产红心蛋 1 0 9 1 。蚯蚓粪是鸡的好饲料，蚯蚓粪能降低厌氧发 酵的猪排泄物中部分臭气化合物的含量【1 1 们，蚯蚓粪代替部分能量饲料，用于肥育 猪，比不用蚯蚓粪的对照组差异显著【1 1 ，报道说明蚯蚓粪用于养殖业可以收到良 好的效果。 1 4 2 5 蚯蚓粪作为除臭剂 蚯蚓粪具有高孔隙率和比表面积，是各种臭气的高效吸附剂。蚯蚓粪中含有 的大量微生物对臭气物质具有良好的吸收净化功能。蚯蚓粪经简单加工可作为生 物除臭剂，在养殖场脱臭等方而具有广阔的市场应用前景。添加蚯蚓粪能降低猪 排泄物中对甲酚、3 甲基吲哚和部分挥发性脂肪酸的浓度，从而有效降低厌氧发 酵的猪排泄物中部分臭气化合物的含量【1 1 2 】。蚯蚓粪可代替锯屑作养鸡场鸡舍垫 料。试验证明用蚯蚓粪做垫料可以明显减少鸡舍内臭气的主要成分氨气和硫化氢 气体，比锯屑作垫料氨气和硫化氢浓度明显下降，且未发现鸡群有异常表现【1 1 3 】。 据日本最新技术情报志报道，日本科学技术厅为资助实用化的试验装置， 于1 9 7 8 年拨出发明补助金，研制了蚯蚓粪粒除臭小型化装置，并进行了多次除臭 1 6 扬州大学硕士学位论文 试验，目前，此项技术在神奈川县三浦市的污水处理场进行现场应用，再次证实 了蚯蚓粪的除臭作用。另外，在日本国内川崎钢铁公司的千叶钢铁厂也进行过类 似的试验，目1 前，该场净水场一直使用蚯蚓粪粒作为除臭剂【n 4 。1 1 8 】。 日本北岛蚯蚓养殖场成功利用蚯蚓粪作高效畜用除臭剂，方法是将蚯蚓粪收 集后筛掉杂质，干燥至含水率为3 5 以下，用于去除牲畜粪便恶臭，效果好，价 格低，适合牲畜、家禽的圈舍、粪场等地使用。 汪孙军蚯蚓对牛粪的转化作用及其产物的初步应用效果 1 7 第二章牛粪与蚯蚓粪性质的比较 当前对畜牧废弃物进行无害化处理的方法很多，而利用蚯蚓进行处理是很受 人们欢迎的一种，因为利用这种处理方法不仅花费低廉的清除了废弃物，防止了 对环境的污染，保护了生态环境，而且还能获得优质有机肥料。本试验利用蚯蚓 对牛粪的转化作用，对牛粪和蚯蚓粪的性质进行了比较。试验在扬州大学农牧场 有机固体废弃物生物处理示范基地进行。 2 1 材料与方法 2 1 1 材料 试验材料为扬州大学农牧场的新鲜牛粪。消解牛粪的蚯蚓为大平二号，由扬 州市金科循环经济技术服务中心提供。 2 1 2 方法 试验选择长2 0 m 、宽2 5 m 的长方形地块作为消解床，整平、压实，