徐東楓等

摘 要：為了利用微生物發(fā)酵雞糞生產(chǎn)高質(zhì)量的有機(jī)肥料，為雞糞資源的合理利用和減少環(huán)境污染提供有效的解決途徑。本文以從五龍鵝腸道分離的草酸青霉為發(fā)酵菌株，通過(guò)對(duì)鵝源草酸青霉發(fā)酵雞糞生產(chǎn)生物肥料和減少環(huán)境污染的研究，來(lái)探討發(fā)酵雞糞的工藝條件。結(jié)果表明：利用草酸青霉為發(fā)酵菌株發(fā)酵雞糞，使雞糞中的氮、無(wú)機(jī)磷、有機(jī)質(zhì)的含量分別提高12.13%、74.7%、15.6%；粗纖維的含量降低39.15%；氨氣濃度降低了55.12%；發(fā)酵后的雞糞大腸桿菌菌值為0.04，明顯高于未發(fā)酵雞糞（0.0004）；寄生蟲(chóng)卵死亡率為96%。通過(guò)正交優(yōu)化試驗(yàn)確定的發(fā)酵雞糞的工藝為：氮增幅最大時(shí)的發(fā)酵時(shí)間為60h，料水比為1：2，料層厚度為45cm，發(fā)酵溫度為32℃；無(wú)機(jī)磷增幅最大時(shí)的發(fā)酵時(shí)間為60h，料水比為1：2，料層厚度為35cm，發(fā)酵溫度為32℃；氨氣濃度降低幅度最大時(shí)的發(fā)酵時(shí)間為60h，料水比為1：3，料層厚度為35cm，發(fā)酵溫度為32℃。

關(guān)鍵詞：鵝源草酸青霉；雞糞；發(fā)酵；工藝

隨著我國(guó)集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，畜禽糞便量急劇增加[1]。糞便中含有大量的病原微生物、寄生蟲(chóng)、球蟲(chóng)及其蟲(chóng)卵，在自然堆放的環(huán)境條件下，不斷向周圍環(huán)境釋放硫化氫、氨氣、吲哚等物質(zhì)，造成養(yǎng)殖場(chǎng)周圍環(huán)境臭氣熏天，蚊蠅孳生，污水橫流，污染環(huán)境，并引起疾病的傳播。因此，合理、高效地處理畜禽糞便問(wèn)題成為影響我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，對(duì)雞糞的科學(xué)利用和無(wú)害化處理研究迫在眉睫[2]。同時(shí)發(fā)酵好的家禽糞也是一種優(yōu)質(zhì)速效的有機(jī)肥，可作為蔬菜或其他經(jīng)濟(jì)作物的基肥和追肥，不僅能提高產(chǎn)量，而且能改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效益大大提高[3]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 發(fā)酵底物 小麥秸由山東省萊陽(yáng)市郊區(qū)購(gòu)進(jìn)，選用當(dāng)年產(chǎn)的、同一土壤類型、籽實(shí)收獲后無(wú)霉?fàn)€變質(zhì)的風(fēng)干小麥秸，切斷成5cm長(zhǎng)的小段，粉碎，粒度為40目。麩皮：市售。雞糞：購(gòu)自青島田瑞牧業(yè)科技有限公司。

1.1.2 發(fā)酵菌株 草酸青霉（Penicillium oxalicum Currie & Thom）

1.1.3 發(fā)酵培養(yǎng)基 改良馬丁液體、固體培養(yǎng)基：用于培養(yǎng)草酸青霉。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 發(fā)酵雞糞培養(yǎng)基底物的組成為：雞糞70%，小麥秸25%，麩皮5%；氮源為硫酸銨，添加量1.0%；草酸青霉菌液的接種量為10%。

1.2.1 發(fā)酵溫度篩選的試驗(yàn)設(shè)計(jì) 分別設(shè)計(jì)25、35、45、55℃的溫度，通過(guò)檢測(cè)氮、磷、無(wú)機(jī)磷、鉀含量、氨氣濃度、大腸桿菌菌值和寄生蟲(chóng)卵計(jì)數(shù)，確定發(fā)酵雞糞的最佳溫度。

1.2.2 發(fā)酵時(shí)間篩選的試驗(yàn)設(shè)計(jì) 分別設(shè)計(jì)3、5、7、10d的時(shí)間，通過(guò)檢測(cè)氮、磷、無(wú)機(jī)磷、鉀含量、氨氣濃度、大腸桿菌菌值和寄生蟲(chóng)卵計(jì)數(shù)，確定發(fā)酵雞糞的最佳時(shí)間。

1.2.3 料水比篩選的試驗(yàn)設(shè)計(jì) 分別設(shè)計(jì)1：1、1：2、1：3、1：4的料水比，通過(guò)檢測(cè)氮、磷、無(wú)機(jī)磷、鉀含量、氨氣濃度、大腸桿菌菌值和寄生蟲(chóng)卵計(jì)數(shù)，確定發(fā)酵雞糞的最佳料水比。

1.2.4 料層厚度篩選的試驗(yàn)設(shè)計(jì) 分別設(shè)計(jì)10、20、30、40cm的料層厚度，通過(guò)檢測(cè)氮、磷、無(wú)機(jī)磷、鉀含量、氨氣濃度和大腸桿菌菌值和寄生蟲(chóng)卵計(jì)數(shù)，確定發(fā)酵雞糞的最佳料層厚度。

1.2.5 正交優(yōu)化 通過(guò)正交優(yōu)化試驗(yàn)確定最終的發(fā)酵雞糞的工藝。

1.2.6 成分比較 將新鮮雞糞和發(fā)酵雞糞的主要營(yíng)養(yǎng)成分含量進(jìn)行比較，包括粗蛋白、粗纖維、氮、磷、無(wú)機(jī)磷、鉀和有機(jī)質(zhì)的檢測(cè)比較。

1.3 測(cè)定方法 ①Ca測(cè)定采用K2MnO4滴定法；②P、無(wú)機(jī)磷的測(cè)定采用分光光度法；③粗纖維（CF）、酸性洗滌纖維（ANF）、中性洗滌纖維（NDF）用纖維分析儀分析；④粗蛋白（CP）、N含量采用從Sweden進(jìn)口的FOSS TECATOR QUALITY ASSURANCE進(jìn)行檢測(cè)；⑤K的測(cè)定采用火焰光度法；⑥氨氣采用納氏試劑比色法；⑦寄生蟲(chóng)卵計(jì)數(shù)采用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)法；大腸桿菌檢測(cè)采用實(shí)驗(yàn)室常規(guī)腸桿菌科檢測(cè)方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)利用SAS 8.1軟件包中的平衡試驗(yàn)設(shè)計(jì)方差分析過(guò)程（ANOVA）進(jìn)行，均值的多重比較采用Duncan法進(jìn)行，試驗(yàn)數(shù)據(jù)以“±s”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)發(fā)酵雞糞效果的影響 見(jiàn)表1、表2。

由表1、表2可知，隨著溫度的升高，發(fā)酵產(chǎn)物氮、無(wú)機(jī)磷含量逐漸升高，其增加量在35℃達(dá)到最高值，增加量分別為6.28‰、4.36‰，顯著（P<0.05）高于1組，極顯著（P<0.01）高于其余各組。發(fā)酵產(chǎn)物的氨氣濃度先降低后增高，在35℃達(dá)到最低濃度，顯著（P<0.05）低于1組，極顯著（P<0.01）低于其余各組；磷、鉀含量在35℃時(shí)與各組間差異不顯著（P>0.05）；大腸桿菌值、寄生蟲(chóng)卵死亡率分別達(dá)到0.04、95%。溫度高于35℃之后，氨氣濃度的降低幅度和氮、無(wú)機(jī)磷含量的增長(zhǎng)幅度開(kāi)始下降，所以繼續(xù)升高溫度，反而不利于草酸青霉的生長(zhǎng)，故在生產(chǎn)中采用35℃較為合適。

2.2 時(shí)間對(duì)發(fā)酵雞糞效果的影響 見(jiàn)表3、表4。

由表3、表4可以看出，隨著發(fā)酵時(shí)間的增長(zhǎng)，發(fā)酵產(chǎn)物氮、無(wú)機(jī)磷含量的增幅呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，發(fā)酵3d，產(chǎn)物的氮、無(wú)機(jī)磷增加量最大，分別為6.22‰、4.40‰，顯著（P<0.05）高于2組，極顯著（P<0.01）高于其余各組。發(fā)酵產(chǎn)物氨氣濃度的降幅呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，發(fā)酵3d，氨氣濃度降低量最大，為23.42 mg/kg，顯著（P<0.05）高于2組，極顯著（P<0.01）高于其余各組，磷、鉀含量在3d時(shí)與各組間差異不顯著（P>0.05）；大腸桿菌值、寄生蟲(chóng)卵死亡率分別達(dá)到0.042、96%。從發(fā)酵結(jié)果可以看出發(fā)酵最適時(shí)間應(yīng)為3d。

2.3 料水比對(duì)發(fā)酵雞糞效果的影響 見(jiàn)表5、表6。

由表5、表6可以看出，隨著料水比的增加，氮、無(wú)機(jī)磷含量先增加后降低，磷、鉀含量變化不大。在料水比為1：2的時(shí)候，發(fā)酵產(chǎn)物中的氮、無(wú)機(jī)磷的增加量最大，分別為6.24‰、4.40‰，且與3組差異顯著（P<0.05），與其他各組差異極顯著（P<0.01）。氨氣濃度先降低后增加，在料水比為1：2的時(shí)候，氨氣濃度降低量最大，為25.41mg/kg，且與4組差異顯著（P<0.05），與其他各組差異極顯著（P<0.01）。此時(shí)，大腸桿菌值、寄生蟲(chóng)卵死亡率分別達(dá)到0.04、96%。從發(fā)酵結(jié)果可以看出發(fā)酵的最佳料水比應(yīng)為1：2。

2.4 料層厚度對(duì)發(fā)酵雞糞效果的影響 見(jiàn)表7、表8。

從表7、表8可看出，隨著料層厚度的增加，發(fā)酵產(chǎn)物的氮、無(wú)機(jī)磷含量的增幅逐漸變大，磷、鉀含量變化各組間差異不顯著（P>0.05）。當(dāng)料層厚度為40cm時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)物的氨氣濃度降低量最大，為24.13mg/kg，此時(shí)，大腸桿菌值、寄生蟲(chóng)卵死亡率分別達(dá)到0.04、96%。從發(fā)酵結(jié)果可以看出發(fā)酵的最佳料層厚度應(yīng)為40cm。

2.5 擴(kuò)大培養(yǎng)中工藝條件的研究 為了檢驗(yàn)上述條件對(duì)氮、無(wú)機(jī)磷含量、氨氣濃度的影響，選擇正交試驗(yàn)以確定發(fā)酵的最佳工藝條件，此次試驗(yàn)設(shè)計(jì)的是四因素三水平正交試驗(yàn)，采用L9（34）正交表，分析結(jié)果見(jiàn)表9、表10、

由表10中R值分析可知，影響氮增幅正交試驗(yàn)結(jié)果的因素的主次順序依次為A>C>D>B，即對(duì)氮增幅的影響因素依次為發(fā)酵時(shí)間、料層厚度、發(fā)酵溫度、料水比。

從K值分析可知，因素A中，KG1最大，則取水平1；因素B中，KG1最大，則取水平1。同理，因素C取水平3；因素D取水平2。綜合起來(lái)，A1B1C3D2組合氮增幅最大，即發(fā)酵時(shí)間為60h，料水比為1：2，料層厚度為45cm，發(fā)酵溫度為32℃。

由表11中極差R值分析可知，影響無(wú)機(jī)磷增幅正交試驗(yàn)結(jié)果的因素的主次順序依次為A>C>D>B，即對(duì)氮增幅的影響因素依次為發(fā)酵時(shí)間、料層厚度、發(fā)酵溫度、料水比。

由表12中極差R值分析可知，影響氨氣濃度降低幅度正交試驗(yàn)結(jié)果的因素的主次順序依次為A>C>B>D，即對(duì)氮增幅的影響因素依次為發(fā)酵時(shí)間、料層厚度、料水比、發(fā)酵溫度。

從K值分析可知，A1B2C1D2組合氨氣濃度降低幅度最大，即發(fā)酵時(shí)間為60h，料水比為1：3，料層厚度為35cm，發(fā)酵溫度為32℃。

綜上可知，鵝源草酸青霉發(fā)酵雞糞生產(chǎn)生物肥料發(fā)酵條件的優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明：氮增幅、無(wú)機(jī)磷增幅、氨氣濃度降低幅度最大時(shí)的最適發(fā)酵時(shí)間均為60h；料水比分別為1：2、1：2、1：3；料層厚度分別為45、35、35cm；發(fā)酵溫度均為32℃。

2.6 新鮮雞糞和發(fā)酵雞糞的各成分比較 見(jiàn)表13。

由表13可知，經(jīng)過(guò)菌體發(fā)酵的雞糞比新鮮雞糞的粗蛋白、氮、有機(jī)質(zhì)、無(wú)機(jī)磷的含量提高較大，磷、鉀的含量及大腸桿菌值也有所提高。發(fā)酵雞糞的粗纖維含量和氨氣的濃度都大大的下降，大腸桿菌值、寄生蟲(chóng)卵死亡率也顯著提高。

結(jié)果表明：發(fā)酵后的雞糞使其氨味大幅度減少，并保持有較多的氮素、有機(jī)質(zhì)及磷，其中所含的蟲(chóng)卵及病原菌也大大減少。這既杜絕對(duì)環(huán)境的污染，又減少畜禽疫病的流行，還增加雞糞的肥效。

3 討論

3.1 溫度 溫度是影響有機(jī)體存活與生長(zhǎng)的重要因素之一[4]。在微生物發(fā)酵過(guò)程中，溫度對(duì)其的影響主要體現(xiàn)于兩個(gè)方面：①隨著溫度的升高，微生物細(xì)胞的生物化學(xué)速率和生長(zhǎng)速率均加快；②微生物菌體中核酸、蛋白質(zhì)都對(duì)溫度極其敏感，尤其是蛋白質(zhì)，過(guò)高的溫度可使蛋白質(zhì)初步變性，維持其高級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力受到不同程度的破壞，使得微生物繁殖速度有所降低，溫度過(guò)低又抑制了酶的活性[5]，蛋白質(zhì)的合成速度降低。因此，溫度過(guò)高、過(guò)低均不利微生物的生長(zhǎng)[6]。

3.2 時(shí)間 微生物發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間不同所得到的發(fā)酵產(chǎn)物也會(huì)有所區(qū)別。對(duì)于雞糞秸稈發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間不夠，菌體生長(zhǎng)不完全，發(fā)酵產(chǎn)物中菌體蛋白含量較低，發(fā)酵物料沒(méi)有被微生物分解完全[7]。發(fā)酵時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，菌體自溶現(xiàn)象迅速出現(xiàn)，使得發(fā)酵產(chǎn)物質(zhì)量不高，酸度過(guò)大。發(fā)酵周期長(zhǎng)短是影響設(shè)備利用率、生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，本試驗(yàn)結(jié)果表明：最佳發(fā)酵時(shí)間為60h。

3.3 含水量 發(fā)酵基質(zhì)中含水量過(guò)低，造成基質(zhì)膨脹程度低，微生物生長(zhǎng)受抑制，后期由于微生物生長(zhǎng)及蒸發(fā)造成物料較干，微生物難以生長(zhǎng)，產(chǎn)量降低；含水量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)多孔性降低，發(fā)酵物粘度過(guò)大[8]，減少基質(zhì)內(nèi)氣體的體積和氣體交換，難以通風(fēng)、降溫，產(chǎn)品氮含量明顯降低。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著料水比的增加，氮、無(wú)機(jī)磷含量增幅先增加后降低，在料水比為1：2的時(shí)候，發(fā)酵效果最佳。這是因?yàn)殡S發(fā)酵基質(zhì)中水分的增加，其粘度增大，因而發(fā)酵物料的通氣量受到影響，當(dāng)料水比為1：2時(shí)，正適合草酸青霉的生長(zhǎng)，所以此時(shí)氮含量增幅達(dá)到較高的水平；這時(shí)不要額外加水，發(fā)酵底物所含水分適合發(fā)酵，這樣既節(jié)約了資源，又節(jié)省了發(fā)酵生產(chǎn)的工作量，達(dá)到本文節(jié)省成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。綜合經(jīng)濟(jì)和實(shí)踐方面考慮，在生產(chǎn)上采用1：2的料水比是適合的。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)雞糞秸稈發(fā)酵的工藝條件的研究結(jié)果表明：氮增幅、無(wú)機(jī)磷增幅、氨氣濃度降低幅度最大時(shí)的最適發(fā)酵時(shí)間均為60h；料水比分別為1：2、1：2、1：3；料層厚度分別為45、35、35cm；發(fā)酵溫度均為32℃。對(duì)發(fā)酵后雞糞的營(yíng)養(yǎng)成分分析表明，雞糞經(jīng)發(fā)酵后，感官指標(biāo)、理化成分和微生物指標(biāo)均有較大提高。

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