黃旺洲，張生偉，滾雙寶*，姚　拓，朱建勛

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，蘭州730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，蘭州730070）

?

高效纖維素分解菌群及鋸末對(duì)動(dòng)物糞便降解纖維素酶活與除臭效果的影響

黃旺洲1，張生偉1，滾雙寶1*，姚拓2，朱建勛1

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，蘭州730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，蘭州730070）

摘要：以自主培養(yǎng)的高效纖維素分解菌群和動(dòng)物糞便為材料，設(shè)定鋸末和菌群兩個(gè)因素，以動(dòng)物糞便中不加鋸末和菌群為對(duì)照，?用2×4兩因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，運(yùn)用DNS法和硼酸、鋅銨絡(luò)鹽吸收法，通過(guò)測(cè)定添加高效纖維分解菌（5％）對(duì)豬糞和牛糞降解過(guò)程中含水率、pH的變化，及添加菌群與添加不同比例鋸末（0、5％、10％、15％）降解過(guò)程中酶活力和NH3、H2S的釋放量，研究高效纖維素分解菌群對(duì)動(dòng)物糞便降解效果的影響。結(jié)果表明：接種菌群的處理能夠使不加鋸末豬糞與牛糞的處理組含水率迅速下降，有效降低pH，并能使CMC（羧甲基纖維素）酶活力保持較高水平，且能明顯降低NH3與H2S的釋放量；鋸末降低了CMC酶活力；添加菌群及10％鋸末的豬糞與牛糞降解過(guò)程中，CMC酶活力升高，最大時(shí)分別達(dá)到2.54、2.33 mg.mL-1，且減少了NH3與H2S的釋放。

關(guān)鍵詞：纖維素分解菌群；鋸末；動(dòng)物糞便

黃旺洲，張生偉，滾雙寶，等.高效纖維素分解菌群及鋸末對(duì)動(dòng)物糞便降解纖維素酶活與除臭效果的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（1）：186-194.

HUANG Wang-zhou，ZHANG Sheng-wej，GUN Shuang-bao，et a1. Effects of ce11u1ose-decomposjng mjcrobes and sawdust on ce11u1ose enzyme actjvjty and odor durjng anjma1 waste degradatjon[J]. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（1）：186-194.

我國(guó)是世界上畜禽糞便產(chǎn)出量最大的國(guó)家[1]，且以豬糞、牛糞和雞糞為主[2]。盡管部分規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)通過(guò)物理法、化學(xué)法、生物法（堆漚、沼氣發(fā)酵）等方式對(duì)畜禽糞便進(jìn)行處理，利用其中的有機(jī)質(zhì)（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等）及氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素生產(chǎn)飼料、能源、肥料等[3]，但也有相當(dāng)一部分畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)對(duì)糞污的綜合利用和治理尚未達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，不僅使土壤、空氣、水等受到嚴(yán)重污染[4]，也使得畜禽糞便廢棄物成為沒(méi)有得到充分利用的生物質(zhì)資源庫(kù)[5]。怎樣有效處理畜禽糞便，減少其對(duì)環(huán)境的污染，最大限度提高資源利用率是當(dāng)下急需解決的重大問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在生物發(fā)酵處理糞污方面做了大量的研究工作。吳銀寶等[7]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)生態(tài)養(yǎng)豬的墊料含水量為50％～65％時(shí)，菌種活動(dòng)最為活躍；降低堆肥的pH值、增加微生物對(duì)NH+4-N的固定等是控制臭氣的有效措施。王道澤等[8]在雞糞堆肥中接種微生物菌劑發(fā)現(xiàn)，微生物菌劑脫水快，且能一定程度控制pH的升高而使氮釋放量減少。Shen等[9]認(rèn)為，堆肥過(guò)程中會(huì)因有機(jī)氮發(fā)生強(qiáng)烈的礦化分解產(chǎn)生大量NH3，從而引起堆肥pH值的顯著升高，加之堆肥持續(xù)高溫，pH值亦保持在較高值。Nakasakj等[10]研究表明，堆肥過(guò)程中pH值會(huì)影響微生物增長(zhǎng)和蛋白質(zhì)及葡萄糖分解速率，pH值為7～8時(shí)微生物增長(zhǎng)和蛋白質(zhì)分解速率最佳，pH值為6～9時(shí)葡萄糖分解速率最高。也有研究表明，畜禽糞便堆放過(guò)程中加入稻草、秸稈和鋸末等調(diào)理劑能夠降低有害物質(zhì)（NH3和H2S）的釋放，并且對(duì)物料的化學(xué)成分、C/N比、含水率、物理結(jié)構(gòu)等起到調(diào)節(jié)作用[11]。Vuorjnen[12]通過(guò)研究麥秸和泥炭與豬糞和牛糞混合物的堆肥結(jié)果表明，調(diào)理劑的種類(lèi)對(duì)物料的降解影響很明顯。Kjrchmann等[13]在研究新鮮豬糞堆肥過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，加入燕麥稈能夠有效降低NH3的揮發(fā)，但所需的用量較大（為30％）。Ljang等[14]研究表明，以紙類(lèi)為調(diào)理劑的堆肥，其N(xiāo)H3釋放量明顯高于秸稈、木屑。Lopez Zava1a等[15]以鋸末為調(diào)理劑對(duì)人糞渣進(jìn)行堆肥試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，混合物料的含水率被調(diào)節(jié)至65％時(shí)，有機(jī)物降解速率最大。席北斗等[16]研究表明，鋸末能夠有效吸收物料中的水分，比樹(shù)葉和秸稈更有利于實(shí)現(xiàn)廚余垃圾的高效快速降解。周文兵等[17]按豬糞與鋸末重量比為（9～10）∶1進(jìn)行堆肥，取得了較好的效果。

以上研究反映出：添加發(fā)酵菌和調(diào)節(jié)劑是?善畜禽糞便發(fā)酵效果的重要途?；由于不同區(qū)域飼料及環(huán)境件不同，畜禽糞便物理結(jié)構(gòu)及其所含的有機(jī)物質(zhì)和微生物不同，從而使不同種類(lèi)及添加量的發(fā)酵菌和調(diào)節(jié)劑對(duì)畜禽糞便發(fā)酵效果的影響存在較大差異。因此，在生產(chǎn)中不能完全照搬推廣已有研究成果，有必要結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)研究。本課題組立足當(dāng)?shù)貧夂蚣百Y源件，前期篩選出了一種纖維分解菌群，并對(duì)其特性進(jìn)行了初步研究。研究表明，該菌群具有較強(qiáng)的纖維素分解及酸堿調(diào)節(jié)能力，并能夠利用畜禽糞便分解纖維素，并具有抗外來(lái)雜菌性強(qiáng)的特點(diǎn)[18-19]。本研究以不同比例的鋸末為調(diào)節(jié)劑，研究添加該菌種對(duì)當(dāng)?shù)刎i糞與牛糞降解效果的影響，以便為提高本地區(qū)動(dòng)物糞便的資源化利用效率和減少動(dòng)物糞便對(duì)環(huán)境的污染提供參考。

1　材料及方法

1.1材料

供試材料性質(zhì)見(jiàn)表1。高效纖維素分解菌劑為本項(xiàng)目自主培養(yǎng)，豬糞取自蘭州寶鑫養(yǎng)殖公司，牛糞來(lái)源于甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)牛場(chǎng)。

PCS培養(yǎng)基參考文獻(xiàn)[19]和[20]的方法配制：將蛋白胨5 g、酵母膏5 g、纖維素（雙圈牌濾紙）5 g、NaC1 5 g、CaCO32 g、K2HPO41 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、FeSO4. 7H2O 0.5 mg、MnSO4.H2O 0.16 mg、ZnSO4.7H2O 0.16 mg、CoC120.2 mg與1000 mL蒸餾水混合，其pH7.0，?121℃滅菌26 mjn。

表1　供試材料的基本性質(zhì)Tab1e 1 Propertjes of materja1s used

1.2方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

?用2×4兩因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，2個(gè)因子分別為不同比例鋸末（0、5％、10％、15％）和接種高效纖維分解菌（0、5％），每種糞便構(gòu)成4個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。即將5 kg豬糞（P）或牛糞（C）分別與0（CK因子）、5％、10％、15％的鋸末（為豬糞的鮮重比）混合均勻裝入高30 cm、直徑30 cm的圓桶，每個(gè)處理裝6桶，3桶中接種高效纖維素分解菌群（Y因子），3桶作為對(duì)照不接菌（N因子），在對(duì)照組中加入與接種量等量的滅菌水，調(diào)節(jié)含水率為60％～65％。CKN-P表示不添加鋸末不接菌的豬糞，CKY-P表示不添加鋸末接菌的豬糞，其他處理用同樣的方法表示。每5 d取樣一次進(jìn)行相應(yīng)指標(biāo)的測(cè)定，共計(jì)5次。

1.2.2菌群的活化及擴(kuò)大培養(yǎng)

1.2.3指標(biāo)測(cè)定

（1）含水率、pH測(cè)定：將樣品放入105℃烘箱內(nèi)烘干稱(chēng)量，恒重，計(jì)算出含水率。同樣取少量樣品于小燒杯中，加入適量的去離子水，攪拌均勻，靜置1 h后用pH計(jì)測(cè)定酸堿度。

（2）羧甲基纖維素酶活力（CMC酶活力）測(cè)定：? 用DNS法[21-23]。首?準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g分析純葡萄糖（干燥至恒重），用蒸餾水溶解并定容至1000 mL，即1 mg. mL-1葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，再分別取標(biāo)準(zhǔn)液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6 mL，依次加入20 mL刻度試管中，用蒸餾水補(bǔ)加到2 mL，再加入DNS（3，5-二硝基水楊酸）試劑1.5 mL，于沸水中煮沸5 mjn，冷卻后定容至20 mL搖勻，在490 nm波長(zhǎng)處比色，以葡萄糖量為橫坐標(biāo)、吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，如圖1。取3 g待測(cè)樣品加入適量的0.1 mo1.L-1醋酸緩沖液混勻，于30℃水浴浸提60 mjn，5000 r.mjn-1低溫離心15 mjn，上?液即為粗酶液。吸取0.5 mL粗酶液，加入羧甲基纖維素鈉緩沖液1.5 mL混勻，在50℃恒溫水浴中糖化30 mjn，取出后加入DNS試劑1.5 mL搖勻，在沸水浴中加熱5 mjn，取出于冷水浴中冷卻到室溫?？瞻讓?duì)照取與處理相同的稀釋酶液0.5 mL，于沸水浴中煮沸5 mjn，鈍化纖維素酶，其余處理與酶液處理相同。將處理好的酶液及空白對(duì)照在分光光度計(jì)490 nm波長(zhǎng)比色，記錄OD值，根據(jù)葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，求出溶液中的葡萄糖含量，計(jì)算酶活力。

圖1　葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)Fjgure 1 Ca1jbratjon curve for g1ucose

式中：葡萄糖量為從標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)上查得的葡萄糖值，mg；原酶液含量為1 mL待測(cè)液中原酶液的含量，為1/4 mL。

（3）NH3、H2S測(cè)定：在圓桶中放入盛有30 mL 2％硼酸溶液的無(wú)菌小燒杯，用于吸收NH3，用保鮮膜密封后蓋上桶蓋，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每5 d參照文獻(xiàn)[23]的方法用硼酸吸收凱氏法測(cè)定NH3的釋放量。放入盛有30 mL鋅胺絡(luò)鹽溶液的無(wú)菌小燒杯，用于吸收H2S，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每5 d參照文獻(xiàn)[24]的方法用鋅胺絡(luò)鹽吸收比色法測(cè)定H2S的釋放量。測(cè)定周期均為25 d。

1.3數(shù)據(jù)分析

?用Mjcrosoft Exce1 2003軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，?用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果分析

2.1菌群對(duì)含水率的影響

由圖2可知，試驗(yàn)期間各處理組都處于密封狀態(tài)，水分含量總體變化不大。前5 d各試驗(yàn)組水分含量略有增加，隨后開(kāi)始下降，但各處理組下降速度不同，CKN-P組下降速度最慢，含水率下降5.63％，降幅顯著低于CKY-P組（P<0.05），而CKN-C組和CKY-C組之間含水率下降速度差異不顯著（P> 0.05），第20 d之后各組含水率保持在相對(duì)穩(wěn)定的水平。

圖2　菌群對(duì)含水率的影響Fjgure 2 Effect of mjcrobja1 addjtjon on mojsture content of anjma1 wastes durjng compostjng

2.2菌群對(duì)pH的影響

由圖3可知，在第5～10 d各組pH值均上升，隨后CKY-C和CKY-P保持相對(duì)穩(wěn)定的pH值至試驗(yàn)期的第20 d左右，而CKN-P和CKN-C組的pH值在第15 d分別下降0.54和0.25，幅度顯著高于CKY-P 和CKY-C（P<0.05）。試驗(yàn)第15 d后各組pH值均逐步上升，第25 d時(shí)，各組pH均顯著高于試驗(yàn)初始值（P<0.05），且集中在8.32～8.38之間。

圖3　菌群對(duì)pH的影響Fjgure 3 Effect of mjcrobja1 addjtjon on pH jn anjma1 wastes durjng compostjng

2.3CMC酶活力的變化

2.3.1菌群對(duì)CMC酶活力的影響

由圖4可知，接入纖維素分解菌群后，第5、10、15、20、25 d測(cè)得的CMC酶活力（以下簡(jiǎn)稱(chēng)酶活力）均高于不接菌組。CKN-P組、CKY-P組的酶活力在前15 d均逐步增強(qiáng)，第15 d都達(dá)到最高，分別為2.17、2.45 mg.mL-1，兩者差異顯著（P<0.05），隨后逐漸降低。CKN-C組的酶活力在第5 d最大（2.41 mg.mL-1），CKY-C組的酶活力在第15 d最低（2.21 mg.mL-1），其他階段酶活力較穩(wěn)定，除第25 d外，兩組差異均不顯著（P>0.05）。

圖4　菌群對(duì)CMC酶活力的影響Fjgure 4 Effect of mjcrobja1 addjtjon on CMC enzyme actjvjty

2.3.2不同鋸末添加量對(duì)CMC酶活力的影響

由圖5可知，不接菌的反應(yīng)中，對(duì)于豬糞的降解，CKN-P組在各階段的酶活力均高于添加鋸末各組的酶活力，第15、20 d酶活力顯著高于（P<0.05）其他各組，且在第15 d最大。5％N組與10％N-P組的酶活力處于較平穩(wěn)的狀態(tài)。在牛糞降解過(guò)程中，各組在前20 d為?下降后上升趨勢(shì)，且CKN-C組的酶活力均大于添加鋸末的處理組。15％N-C組的酶活力在第15 d（1.82 mg.mL-1）顯著低于其他各組（P<0.05），之后迅速上升，第25 d時(shí)酶活力達(dá)到2.55 mg.mL-1，明顯高于其他各組，而CKN-C組的酶活力降到最低（2.02 mg. mL-1）。

接菌處理的反應(yīng)中，對(duì)于降解豬糞而言，CKY-P 與10％Y-P組在前15 d酶活力均上升，在第15 d都達(dá)到了最大值，分別為2.45、2.54 mg.mL-1，且10％Y-P組酶活力顯著（P<0.05）高于5％Y-P與15％Y-P組。CKY-P及5％Y-P、10％Y-P組在第20 d后的酶活力下降，其中10％Y-P組降幅為0.52，但15％Y-P組的酶活力在第10 d后一直處于上升狀態(tài)，第25 d最大（2.55 mg.mL-1），明顯高于其他各組。對(duì)于牛糞，總體酶活力變化趨勢(shì)較為平緩，各組在前10 d酶活力一直下降，而10％Y-C與15％Y-C組在第10 d后上升，在此過(guò)程中CMC酶活力達(dá)到最大（2.33 mg.mL-1），較其他各組差異不明顯。

2.4NH3及H2S釋放量

2.4.1接菌對(duì)NH3及H2S釋放量的影響

由圖6可知，高效纖維素分解菌群在豬糞降解過(guò)程中對(duì)NH3和H2S的釋放有抑制作用。在第5、10、15、25 d NH3的減少率在18.0％以上，最高的達(dá)到30％，在第20 d時(shí)，氨氣的釋放量較不接菌組略有增加；而H2S的釋放量在第5、15、25 d減少率較低，在第10 d減少率達(dá)到76.6％。

由圖7可知，加入高效纖維素分解菌群后，各階段一定程度上都抑制了牛糞降解時(shí)NH3和H2S的釋放，NH3和H2S釋放的減少率都在第5 d最大，分別為56％、64％。

2.4.2不同鋸末添加量對(duì)NH3及H2S釋放量的影響

由表2可知，CKN-P、5％N-P、5％Y-P組在前15 d NH3釋放量呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，10％Y-P、15％N-P、15％ Y-P組在第5～10 d NH3釋放量最低，分別為425.0、119.5、129.2 mg，之后上升，15％Y-P組NH3釋放總量最?。? 833.5 mg），極顯著低于CKN-P、CKY-P、5％ N-P、5％Y-P組。CKN-P、CKY-P、5％N-P、5％Y-P組H2S釋放的增加期在前15 d，而10％N-P、10％Y-P、15％Y-P組則在前10 d。CKN-P、15％N-P組H2S的釋放總量極顯著高于其他各組，分別為354.3、366.2 μg，10％N-P、10％Y-P則顯著低于除15％Y-P組以外的其他各組。

圖5　不同鋸末添加量對(duì)豬糞、牛糞降解過(guò)程中CMC酶活力的影響Fjgure 5 Effects of sawdust rates on CMC enzyme actjvjty durjng pjg and cow manure compostjng

圖6　豬糞?菌后對(duì)NH3、H2S釋放的減少率Fjgure 6 Reductjon of NH3and H2S re1ease by bacterja1 jnocu1atjon to pjg manure

由表3可知，CKN-C、5％N-C、5％Y-C組NH3釋放量在前5 d最大，分別為537.4、549.1、324.4 mg，之后逐漸下降；10％Y-C組在5～10 d NH3釋放量最?。?7.8 mg），與15％Y-C組NH3釋放總量極顯著的小于其他各組。CKN-C、CKY-C、5％N-C、15％N-C組H2S釋放量在第10～15 d最大，分別為88.4、73.9、78.2、57.3 μg，而5％Y-C、10％N-C、10％Y-C組H2S釋放的增加期在前10 d，其中10％N-C、10％Y-C組H2S釋放總量極顯著小于其他各組。

圖7　牛糞?菌后對(duì)NH3、H2S釋放的減少率Fjgure 7 Reductjon of NH3and H2S re1ease by bacterja1 jnocu1atjon to cow manure

表2　不同鋸末添加量在豬糞降解過(guò)程中NH3和H2S釋放量Tab1e 2 Amount of NH3and H2S re1eases durjng pjg manure compostjng wjth sawdust addjtjons

表3　不同鋸末添加量在牛糞降解過(guò)程中NH3和H2S釋放量Tab1e 3 Amount of NH3and H2S re1eases durjng cow manure compostjng wjth sawdust addjtjons

3　討論

3.1菌群對(duì)含水率及pH的影響

為了加速豬糞、牛糞中纖維素的分解，接種具有特定功能的菌劑是目前基于生態(tài)養(yǎng)殖及環(huán)保?用的生物處理措施。特定菌劑的添加可增加畜禽糞便降解時(shí)反應(yīng)中的微生物數(shù)量，提高微生物活性，加快糞便中纖維素的降解，從而使發(fā)酵加速。含水率、pH等將會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)。大量研究[7，25]表明，若含水量過(guò)高，就會(huì)擠走墊料基質(zhì)中的氧氣，造成菌種單一性厭氧發(fā)酵，在發(fā)酵效率降低的同時(shí)產(chǎn)生惡臭；當(dāng)含水量過(guò)低時(shí)，菌種的活性降低，發(fā)酵過(guò)程則會(huì)被抑制。本試驗(yàn)在密封狀態(tài)下進(jìn)行，水分散失較少，在接種高效纖維素分解菌群后，豬糞與牛糞在降解過(guò)程中，含水率呈下降趨勢(shì)，但均保持在50％以上，適合微生物的生長(zhǎng)繁殖。隨著降解的進(jìn)行，微生物的生長(zhǎng)活動(dòng)需要水，同時(shí)動(dòng)物糞便的降解和細(xì)胞內(nèi)源呼吸會(huì)產(chǎn)生水，因此可在最后階段保持含水率平穩(wěn)。若pH偏低，該平衡轉(zhuǎn)向銨根離子方向，NH3的揮發(fā)減少，但此時(shí)功能菌群的發(fā)酵效率較弱，致使糞便的降解速率幾乎為0；若pH偏高，則導(dǎo)致NH3的大量揮發(fā)，也不利于畜禽糞便的充分發(fā)酵分解[25-26]。含水率與pH都能夠直接影響臭氣的揮發(fā)，但兩者并無(wú)直接關(guān)系，在此試驗(yàn)中材料及通風(fēng)件對(duì)pH有影響，而含水率與溫度及通氣件有關(guān)[7]。Wu等[27]認(rèn)為，pH在6～8的范圍內(nèi)穩(wěn)定增大，與畜禽糞便中腐植酸的分解有關(guān)。王得武等[19]研究表明該高效纖維素分解菌群具有較強(qiáng)的適應(yīng)及調(diào)節(jié)pH能力，pH最終穩(wěn)定在7.8～8.6。本試驗(yàn)中高效纖維素分解菌群降低了反應(yīng)環(huán)境的pH，在前25 d均集中在8.32～8.38之間，與張學(xué)峰等[28]的研究接近。pH均集中在8.0左右，說(shuō)明該菌種在降解糞便的過(guò)程中穩(wěn)定生長(zhǎng)，可有效調(diào)節(jié)酸堿度。第15 d的pH下降，可能是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)降解為有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸所致，之后在微生物作用下有機(jī)酸的分解和氨化產(chǎn)生的NH3不能揮發(fā)，而CKN-P在第15～25 d pH上升迅速，也可能因?yàn)樨i糞中微生物對(duì)反應(yīng)pH的調(diào)節(jié)能力較此菌群差，導(dǎo)致pH升高。

3.2CMC酶活力的變化

酶活性是反映環(huán)境中微生物數(shù)量及活動(dòng)強(qiáng)度變化的重要參數(shù)之一。酶活力受到很多因素（含水率、溫度、pH等）的影響，并且纖維素的降解需要多種微生物的共同作用[7]。戴芳等[29]認(rèn)為，豬糞在生態(tài)養(yǎng)豬墊料中降解的一切生物化學(xué)過(guò)程也都是在酶的參與下進(jìn)行的，因此墊料中酶活性的大小可以反映墊料環(huán)境降解豬糞的能力。樸哲等[30]研究表明，纖維素酶活性的變化可以反映環(huán)境中碳素物質(zhì)的降解情況。本試驗(yàn)中，高效纖維素分解菌群對(duì)豬糞降解時(shí)CMC酶活力有明顯的提高作用，而對(duì)牛糞降解過(guò)程中的CMC酶活力影響不明顯，可能由于新鮮的牛糞中含有大量的微生物，對(duì)該菌種有一定的影響，對(duì)此有待進(jìn)一步研究。豬糞降解過(guò)程中CMC酶活力在pH為7.5～8.0范圍內(nèi)最大，符合堆肥時(shí)pH在8.0左右能獲得最大堆肥速率的件[4]；牛糞降解時(shí)，CMC酶活力?降低后升高，與Kjm等[31]研究一致。出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是牛糞中還有大量的瘤胃微生物，其也具有較強(qiáng)的纖維素分解能力，與添加的外源菌群有一定的競(jìng)爭(zhēng)作用，之后通過(guò)微生物的調(diào)節(jié)作用，達(dá)到較適宜的環(huán)境件，酶活力迅速上升。pH在8.0以上時(shí)CMC酶活力最大。

添加鋸末幾乎都使畜禽糞便降解過(guò)程中的CMC酶活力減弱。在前15 d添加鋸末量越多，酶活力越低，可能是由于鋸末的木質(zhì)化程度較高，而木質(zhì)素最不容易降解，使得鋸末的加入降低了微生物與纖維素的接觸面積。添加10％鋸末的豬糞與牛糞接種菌群后，降解過(guò)程中酶活力最大，分別為2.54、2.33 mg. mL-1，雖比不接菌群有明顯的提高，但與國(guó)內(nèi)外已報(bào)道的高酶活菌群相比仍較低[32-33]。酶的活性受很多因素的制約，所以在微生物菌群產(chǎn)酶件的優(yōu)化、微生物量及種類(lèi)方面有待開(kāi)展進(jìn)一步的研究。

3.3NH3和H2S的釋放量

惡臭氣體有很多種，Takuya[34]將其分為五大類(lèi)：一是含硫的化合物，如硫化氫、硫醚類(lèi)、硫醇類(lèi)等；二是含氮的化合物，如氨、胺類(lèi)、酰胺、吲哚類(lèi)等；三是鹵素及其衍生物，如氯氣、鹵代烴等；四是烴類(lèi)，如烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴等；五是含氧官能團(tuán)組成的化合物，如低級(jí)醇、醛、酮、脂肪酸。而臭氣產(chǎn)生的主要形式是NH3和H2S[7]。王巖等[35]在以牛糞為原料、鋸末為添加劑的堆肥保氮試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，牛糞與鋸末的處理在發(fā)酵504 h后累計(jì)揮發(fā)氮量為1.0 g.kg-1，顯著高于本試驗(yàn)接菌后NH3揮發(fā)量。本試驗(yàn)接菌后有效抑制了NH3和H2S的釋放，在前15 d NH3釋放量減少率占試驗(yàn)總減少率的82.7％（豬糞）、62％（牛糞），H2S達(dá)到60.4％（豬糞）、70％（牛糞），之后由于pH的上升導(dǎo)致臭氣的釋放量增加。在第20 d時(shí)CKN-P組比CKY-P組釋放的NH3少，是因?yàn)镃KY-P組微生物的礦化作用，在較高pH件下，致使NH3的釋放量增加。吳銀寶等[7]和Stevens等[36]認(rèn)為，降低堆肥pH值是減少NH3揮發(fā)損失的有效措施。

由于鋸末是一種優(yōu)質(zhì)的調(diào)理劑，添加不同比例鋸末后，都有效降低了NH3和H2S的釋放量，倪娒娣等[37]的研究也表明，豬糞加木屑堆肥體系在堆制后期總氮呈增加趨勢(shì)，有利于氮素的保存。但接入菌群后，對(duì)豬糞中NH3和H2S的釋放抑制不顯著，牛糞中NH3釋放量顯著下降，H2S釋放量下降不明顯。Kojvu1a等[38]在研究中發(fā)現(xiàn)，提高堆體的O2濃度和pH值，能有效地減少臭氣的釋放，尤其是H2S的揮發(fā)。本試驗(yàn)在密封件下進(jìn)行，使得O2濃度較低，從而H2S釋放較多。?過(guò)多重比較分析可知，接入菌群使添加10％鋸末的豬糞與牛糞在降解過(guò)程中顯著（P<0.05）抑制了H2S的釋放，添加15％鋸末的牛糞在降解過(guò)程中極顯著抑制了NH3的釋放（P<0.01），是因?yàn)殇從?duì)NH3有很強(qiáng)的吸附能力，故減少氮的損失。由于各處理組H2S的釋放量在第10～15 d處于增長(zhǎng)期，可以在這一階段?取相應(yīng)的方法控制H2S的釋放。

4　結(jié)論

（1）接種高效纖維素分解菌群后，使不添加鋸末的處理組含水率迅速下降，有效降低pH，提高CMC酶活力，且能明顯降低NH3與H2S的釋放量；添加鋸末降低了CMC酶活力，但抑制了NH3及H2S的釋放。該高效纖維素分解菌群對(duì)牛糞降解時(shí)纖維素酶活力促進(jìn)作用不明顯。

（2）接種高效纖維素分解菌群使添加10％鋸末的處理組在降解過(guò)程中CMC酶活力升高，很大程度上抑制了NH3的釋放（P<0.01），且H2S的釋放量顯著（P<0.05）小于其他各組。該高效纖維素分解菌群可在動(dòng)物糞便的資源化利用和減少動(dòng)物糞便污染的發(fā)酵工藝中應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱鳳蓮，馬友華，周靜，等.我國(guó)畜禽糞便污染和利用現(xiàn)狀分析[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2008，14（13）：48-50. ZHU Feng-1jan，MA You-hua，ZHOU Jjng，et a1. Ana1ysjs on present sjtuatjon of po11utjon and anjma1 excrement jn Chjna[J]. Anhui Agricultural Science Bull，2008，14（13）：48-50.

[2]楊帆，李榮，崔勇，等.我國(guó)有機(jī)肥料資源利用現(xiàn)狀與發(fā)展建議[J].中國(guó)土壤與肥料，2010（4）：77-81. YANG Fan，LI Rong，CUI Yong，et a1. Utj1jzatjon and deve1op strategy of organjc fertj1jzer resources jn Chjna[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China，2010（4）：77-81.

[3]高偉，鄭國(guó)砥，高定，等.堆肥處理過(guò)程中豬糞有機(jī)物的動(dòng)態(tài)變化特征[J].環(huán)境科學(xué)，2006，27（5）：986-990. GAO Wej，ZHENG Guo-dj，GAO Djng，et a1. Transformatjon of organjc matter durjng thermopj1es compostjng of pjg manure[J]. Environmental Science，2006，27（5）：986-990.

[4]湯江武.豬糞好氧堆肥高效菌篩選、工藝優(yōu)化及應(yīng)用研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2008. TANG Jjang-wu. The effjcjent bacterja screenjng，process optjmjzatjon and app1jcatjon research jn pjg manure compostjng[D]. Hangzhou：Zhejjang Unjversjty，2008.

[5] Schubert C. Can bjofue1s fjna11y take center stage？[J]. Nat Biotechnol，2006，24（7）：777-784.

[6]呂學(xué)斌.微生物發(fā)酵菌群的組合及其應(yīng)用研究[D].天津：天津大學(xué)，2005. Lü Xue-bjn. The combjnatjon of the mjcroorganjsm fermentatjon bacterja and jts app1jcatjon research[D]. Tjanjjn：Tjanjjn Unjversjty，2005.

[7]吳銀寶，汪植三，廖新俤，等.豬糞堆肥臭氣產(chǎn)生與調(diào)控的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2001，17（5）：85-86. WU Yjn-bao，WANG Zhj-san，LIAO Xjn-dj，et a1. Study on the odor productjon and contro1 of swjne manure compostjng[J]. Transaction of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2001，17（5）：85-86.

[8]王道澤，謝國(guó)雄，李丹，等.不同微生物菌劑在雞糞堆肥中的應(yīng)用效果[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，25（5）：1074-1078. WANG Dao-ze，XIE Guo-xjong，LI Dan，et a1. App1jcatjon of mjcroorganjsm agents jn the compostjng of chjcken manure[J]. Acta Agricultural Zhejiangensis，2013，25（5）：1074-1078.

[9] Shen Y J，Ren L M，Lj G X，et a1. Inf1uence of aeratjon on CH4，N2O and NH3emjssjons durjng aerobjc compostjng of a chjcken manure and hjgh C/N waste mjxture[J]. Waste Management，2011，31：33-38.

[10] Nakasakj K，Yaguchj H，Sasakj Y，et a1. Effect of pH contro1 on compostjng of garbare[J]. Waste Management & Research，1993，11（2）：117-125.

[11] Mason I G，Mo11ah M S，Zhong M F，et a1. Compostjng hjgh mojsture content bovjne manure usjng passjve aeratjon[J]. Compost Science & Utilization，2004，12（3）：249-267.

[12] Vuorjnen A H. Effect of the bu1kjng agent on acjd and a1ka1jne phosphomonoesterase and β-g1ucosjdase actjvjtjes durjng manure compostjng[J]. Bioresource Technology，2000，75（2）：133-138.

[13] Kjrchmann H，Wjtter E. Ammonja vo1atj1jzatjon durjng aerobjc and anaerobjc manure decomposjtjon[J]. Plant and Soil，1989，115（1）：35-41.

[14] Ljang Y，Leonard J J，F(xiàn)eddes J J R，et a1. Inf1uence of carbon and buffer amendment on ammonja vo1atj1jzatjonjn compostjng[J]. Bioresour Technol，2006，97（5）：748-761.

[15] Lopez Zava1a M A，F(xiàn)unamjzu N. Effect of mojsture content on the compostjng process jn a bjotoj1et system[J]. Compost Science & Utilization，2005，13（3）：208-216.

[16]席北斗，劉鴻亮，孟偉，等.廚余垃圾堆肥蓬松劑技術(shù)研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2003，3（3）：41-45. XI Bej-dou，LIU Hong-1jang，MENG Wej，et a1. An jmprovement to domestjc waste compostjng by addjng djfferent bu1kjng agents[J]. Journal of Safety and Environment，2003，3（3）：41-45.

[17]周文兵，劉大會(huì)，朱端衛(wèi).不同調(diào)理劑對(duì)豬糞堆肥過(guò)程及其養(yǎng)分狀況的影響[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，23（4）：421-425. ZHOU Wen-bjng，LIU Da-huj，ZHU Duan-wej. The effect of djfferent condjtjons on compostjng process of pjg feces and thejr nutrjents status [J]. Journal of Huazhong Agricultural University，2004，23（4）：421-425.

[18]楊巧麗，姚拓，王得武，等.木質(zhì)纖維分解菌群篩選及其對(duì)秸稈分解與畜禽糞便除臭能力評(píng)價(jià)[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2015，24（1）：196-203. YANG Qjao-1j，YAO Tuo，WANG De-wu，et a1. Screenjng of 1jgnoce1-1u1ose degradjng degradjng mjcrobja1 communjtjes for thejr abj1jty to deodorjze 1jvestock and pou1try wastes[J]. Acta Prataculturae Sinica，2015，24（1）：196-203.

[19]王得武，姚拓，滾雙寶，等.高效木質(zhì)纖維素分解菌群篩選及其酸堿調(diào)節(jié)能力研究[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，21（5）：621-627. WANG De-wu，YAO Tuo，GUN Shuang-bao，et a1. Characterjstjcs and se1ectjon of effjcjent 1jgnoce11u1ose degradatjon mjcrobja1 communjty [J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture，2013，21（5）：621-627.

[20]王偉東，崔宗均，牛俊玲，等.一組木質(zhì)纖維素分解菌復(fù)合系的篩選及培養(yǎng)件對(duì)分解活性的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，9 （5）：8-11. WANG Wej-dong，CUI Zong-jun，NIU Jun-1jng，et a1. Constructjon of a composjte mjcrobja1 system of 1jgnoce11u1oses degradjng and effect of cu1tura1 condjtjon on the system capabj1jty[J]. Journal of China Agricultural University，2004，9（5）：8-11.

[21]蘆光新，陳秀蓉，楊成德，等.一株纖維素分解菌的鑒定及對(duì)兩種草坪草凋落物分解活性的研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2011，20（6）：170-179. LU Guang-xjn，CHEN Xju-rong，YANG Cheng-de，et a1. Identjfjcatjon of ce11u1ose decomposjng fungj strajn F1 and decomposjtjon actjvjty to two kjnds of 1awn grass 1jtter[J]. Acta Prataculturae Sinica，2011，20（6）：170-179.

[22] Lungjsa M，Brendan S W，Brett I P. Ce11u1oses（CMCases）and po1yphone oxjdjzes from thermopj1es Bacillus spp. jso1ated from compost[J]. Soil Biol Biochem，2006，38：2963-2966.

[23]房興堂，陳宏，趙雪鋒.秸稈纖維素分解菌的酶活力測(cè)定[J].生物技術(shù)通訊，2007，18（4）：628-630. FANG Xjng-tang，CHEN Hong，ZHAO Xue-feng，et a1. Determjnatjon of enzyme actjvjty of straw ce11u1ose-decomposjng mjcroorganjsms[J]. Letters in Biotechnology，2007，18（4）：628-630.

[24]高華，秦?軍，谷潔.除臭菌劑在家禽糞便無(wú)害化處理中的效果研究[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2004，2（3）：59-64. GAO Hua，QIN Qjng-jun，GU Jje，et a1. Study on the effects of deodorjzjng mjcroorganjsm on pou1try manure compostjng[J]. Journal of Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forest：Natural Science Edition，2004，2（3）：59-64.

[25]周波，李明輝，孟慶翔，等.不同比例墊料的肉牛深層生物墊床技術(shù)參數(shù)比較[J].家畜生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，31（6）：44-48. ZHOU Bo，LI Mjng-huj，MENG Qjng-xjang，et a1. Technjca1 parameters comparjson of deep 1jtter system for beef catt1e wjth beddjng materja1s jn djfferent proportjons[J]. Journal of Domestic Animal Ecology，2010，31（6）：44-48.

[26] Zhu N. Effect of 1ow jnjtja1 C/N ratjo on aerobjc compostjng of swjne manure wjth rjce straw[J]. Bioresource Technology，2007，98（1）：9-13. [27] Wu L，Ma L Q. Martjnez a comparjson of methods for eva1uatjng stabj1-jty and maturjty of bjoso1jds compost[J]. Environmental Quality，2000，29（2）：424-432.

[28]張學(xué)峰，周賢文，陳群，等.不同深度墊料對(duì)養(yǎng)豬土著微生物發(fā)酵床穩(wěn)定期微生物菌群的影響[J].中國(guó)獸醫(yī)學(xué)報(bào)，2013，33（9）：1458-1462. ZHANG Xue-feng，ZHOU Xjan-wen，CHEN Qun，et a1. The jnf1uence of paddjng of djfferent depth jn natjve mjcroorganjsm fermentatjon bed of pjgs on mjcrobja1 f1ora durjng steady perjod[J]. Chinese Journal of Veterinary Science，2013，33（9）：1458-1462.

[29]戴芳，曾光明，牛承崗，等.堆肥化過(guò)程中生物酶活性的研究進(jìn)展[J].中國(guó)生物工程雜志，2005（增刊）：148 -151. DAI Fang，ZENG Guang-mjng，NIU Cheng-gang，et a1. Advance jn the studjes on bjoenzyme actjvjty durjng the compostjng[J]. China Biotechnology，2005（Supp1）：148-151.

[30]樸哲，崔宗均，蘇寶林.高溫堆肥的生物化學(xué)變化特征及植物抑制物質(zhì)的降解規(guī)律[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)，2001，20（4）：206-209. PIAO Zhe，CUI Zong-jun，SU Bao-1jn. Characterjzatjon of bjochemjstry and degradatjon of p1ant-jnhjbjted materja1s durjng hjgh-temperature compostjng[J]. Agro-Environmental Protection，2001，20（4）：206-209.

[31] Kjm T I，Eong K H，Ham J S，et a1. Iso1atjon and characterjzatjon of ce11u1ose secretjng bacterjum from catt1e manure app1jcatjon to compostjng[J]. Compost Science and Utilization，2004，12（3）：242-248.

[32]胡宏偉，李呂木，錢(qián)坤，等.發(fā)酵菌劑接種量對(duì)堆肥理化性質(zhì)和有關(guān)酶活的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，32（6）：1261-1270. HU Hong-wej，LI Lü-mu，QIAN Kun，et a1. Effect of doses of fermentatjon jnocu1um on physjco-chemjca1 propertjes and re1ated enzymjc actjvjtjes durjng the compostjng process[J]. Journal of Agro-Environment Science，2013，32（6）：1261-1270.

[33] Jang H D，Chen K S. Productjon and characterjzatjon of thermostab1e ce11u1oses from Streptomyces transformant T3-1[J]. World Journal of Microbiology and Biotechnology，2003，19（3）：263-268.

[34] Takuya Y. Method for preventjng ma1odor from 1jvestock manure by utj1jzatjon of refuse-derjved so1jd fue1s[J]. Fuel and Energy Abstracts，2003，44（4）：271.

[35]王巖，王文亮，霍曉婷.家畜糞尿的堆肥化處理技術(shù)研究Ⅱ.堆肥材料的發(fā)酵特性和氨氣揮發(fā)[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，36（3）：284-287. WANG Yan，WANG Wen-1jang，HUO Xjao-tjng. Study on compostjng treatment of 1jvestock wastesⅡ. Decomposjtjon of compostjng materja1s and emjssjon of ammonjum[J]. Journal of Henan Agricultural University，2002，36（3）：284-287.

[36] Stevens R J，Laugh1jmr J，F(xiàn)rost R P. Effect of acjdu1atjon wjth su1furjc acjd on the vo1atj1jzatjon of ammonja from cow and pjg s1urrjes[J]. Journal of Agricultural Science，1989，113：389-390.

[37]倪娒娣，陳志銀，程紹明.不同填充料對(duì)豬糞好氧堆肥效果的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24（增刊）：204-208. NI Mej-dj，CHEN Zhj-yjn，CHENG Shao-mjng. Effect of djfferent bu1kjng agents on aerobjc compostjng of swjne feces[J]. Journal of Agro-Environment Science，2005，24（Supp1）：204-208.

[38] Kojvu1a N，Rajkkonen T，Urpj1ajnen S，et a1. Ash jn compostjng of source-separated caterjng waste[J]. Bioresource Technology，2004，93 （3）：291-299.

Effects of cellulose-decomposing microbes and sawdust on cellulose enzyme activity and odor during animal waste degradation

HUANG Wang-zhou1，ZHANG Sheng-wej1，GUN Shuang-bao1*，YAO Tuo2，ZHU Jjan-xun1
（1.Co11ege of Anjma1 Scjence and Techno1ogy of Gansu Agrjcu1tura1 Unjversjty，Lanzhou 730070，Chjna；2.Pratacu1tura1 Co11ege of Gansu A-grjcu1tura1 Unjversjty，Lanzhou 730070，Chjna）

Abstract：Nowadays，djsposjng and utj1jzjng reca1cjtrant materja1s jn anjma1 waste have drawn wjde attentjon because of 1ow resource utj-1jzatjon and serjous envjronmenta1 po11utjon jn Chjna. Recent research has showed that addjng mjcrobja1 jnocu1a and bu1kjng agents can jmprove utj1jzatjon of anjma1 wastes and maxjmjze resource recyc1jng. In thjs study，effects of ce11u1ose-decomposjng mjcrobes on anjma1 wastes was studjed by usjng“2×4 experjmenta1 desjgn“wjth sawdust and mjcrobe addjtjons as two factors，and anjma1 waste a1one as a contro1. Carboxymethy1 ce11u1ose（CMC）actjvjty and NH3and H2S re1eases were measured by DNS，borjc acjd，and zjnc amjne comp1ex sa1t absorptjon methods，respectjve1y. Resu1ts showed that CMC enzyme actjvjty was reduced by sawdust a1one，but was jncreased by the treatment wjth 5％ ce11u1ose-decomposjng bacterja and 10％ sawdust，wjth the maxjmum CMC enzyme actjvjty of 2.54 mg.mL-1and 2.33 mg. mL-1for pjg manure and cow manure，respectjve1y. Amount of NH3and H2S re1eases was decreased.

Keywords：ce11u1ose mjcrobja1 communjty；sawdust；anjma1 waste

*通信作者：滾雙寶E-maj1：gunsb@gsau.edu.cn

作者簡(jiǎn)介：黃旺洲（1989—），男，甘肅白銀人，在讀碩士，研究方向?yàn)閯?dòng)物生產(chǎn)。E-maj1：1192207756@qq.com

基金項(xiàng)目：科技部支撐計(jì)劃（2012BAD14B10）；甘肅省科技創(chuàng)新項(xiàng)目（GNCX-2009-13）；甘肅省科技創(chuàng)新項(xiàng)目（GNCX-2012-45）；蘭州市人才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014-RC-83）

收稿日期：2015-07-23

中圖分類(lèi)號(hào)：X172

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-2043（2016）01-0186-09doj：10.11654/jaes.2016.01.025