接種菌劑對(duì)發(fā)酵床墊料中微生物數(shù)量與酶活性的影響

肖翰+雷平++劉標(biāo)++許雋++杜東霞++尹紅梅

摘要：以發(fā)酵床墊料與豬糞為原料，研究接種微生物菌劑對(duì)發(fā)酵床墊料中微生物數(shù)量和酶活性變化的影響。結(jié)果表明，接種菌劑試驗(yàn)組微生物數(shù)量高于對(duì)照組；接種菌劑提高了發(fā)酵床墊料溫度，延長(zhǎng)了高溫保持的時(shí)間；接種菌劑有效地提高了發(fā)酵過(guò)程中各種酶的活性和峰值。酶活性的大小因酶種類和發(fā)酵時(shí)期的不同而各異，過(guò)氧化氫酶、纖維素酶在發(fā)酵初期活性高，B試驗(yàn)組、對(duì)照組過(guò)氧化氫酶活性峰值分別為8.26、4.72 U/g，纖維素酶活性峰值分別為 44.8、32.4 U/g；蛋白酶活性峰值出現(xiàn)在中期，B試驗(yàn)組、對(duì)照組蛋白酶活性峰值分別為36.2、27.6 U/g。

關(guān)鍵詞：接種菌劑；發(fā)酵床；微生物數(shù)量；酶活

中圖分類號(hào)： S815.9文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）08-0157-02

隨著我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，畜禽糞尿及污水排放造成的環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，加強(qiáng)畜禽養(yǎng)殖污染的防治已迫在眉睫[1]。發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖零污染、零排放的新型養(yǎng)殖技術(shù)。我國(guó)從20世紀(jì)90年代后期引進(jìn)和應(yīng)用該技術(shù)，隨后迅速蔓延開(kāi)來(lái)[2]。該技術(shù)將稻殼、鋸末屑、粉碎的農(nóng)作物秸稈等墊料、多種不同功能的飼料級(jí)微生物和米糠、紅糖等輔助發(fā)酵劑按一定比例混勻，鋪在發(fā)酵舍內(nèi)，自然發(fā)酵，形成微生物發(fā)酵床，將畜禽飼養(yǎng)其上，利用微生物對(duì)畜禽糞尿原位降解，達(dá)到生態(tài)環(huán)境零污染的目的。微生物對(duì)畜禽糞尿的分解代謝能力取決于酶的活性[3]，分解的底物越豐富多樣，所需要的酶系統(tǒng)就越復(fù)雜[4]。本研究初步探討接種微生物菌劑對(duì)發(fā)酵床墊料中微生物含量及部分酶活的影響，以期為微生物菌劑在發(fā)酵床墊料中的應(yīng)用提供一些的理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1菌劑

自制的A（枯草芽孢桿菌）、B（枯草芽孢桿菌+干酪乳桿菌）、C（干酪乳桿菌）3種菌劑，3種菌劑活菌總數(shù)均為1.0×109 CFU/mL。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)本試驗(yàn)在湖南省長(zhǎng)沙市長(zhǎng)沙縣某豬場(chǎng)發(fā)酵床中進(jìn)行。發(fā)酵床墊料由鋸末屑、稻殼、稻草按5 ∶3 ∶2體積比配制而成，墊料深度約為70 cm，接種的菌劑按0.1%的量噴灑到墊料中，充分拌勻，含水率保持在55%左右。發(fā)酵床在夏季采用負(fù)壓抽風(fēng)降溫。設(shè)置添加微生物菌劑A、B、C 3個(gè)處理組和不加菌劑的對(duì)照組，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.2.2采樣時(shí)間及方法本試驗(yàn)于2015年7月1日開(kāi)始，分別在5、10、30、60、90、120 d采樣，采樣點(diǎn)位于墊料表層下20 cm處，采用5點(diǎn)采樣法取樣。

1.2.3分析項(xiàng)目及方法在每個(gè)試驗(yàn)組墊料20 cm處插溫度計(jì)，每天11：30測(cè)溫度；采用平板菌落計(jì)數(shù)法測(cè)定墊料中微生物總量；采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定過(guò)氧化氫酶活性[5]；采用酪氨酸比色法測(cè)定蛋白酶活性[6]；采用DNS法測(cè)定纖維素酶活性[7]。所有檢測(cè)項(xiàng)目均為3個(gè)重復(fù)，取其平均值。

1.2.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 16.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2結(jié)果與討論

2.1發(fā)酵床墊料溫度變化

溫度是影響微生物活性的關(guān)鍵因素，且能很好地反映發(fā)酵所處的狀態(tài)[8]。從圖1可以看出，試驗(yàn)組與對(duì)照組墊料 20 cm 處溫度變化趨勢(shì)基本一致，可分為升溫階段、高溫階段、降溫階段與溫度穩(wěn)定階段；試驗(yàn)組與對(duì)照組在50 ℃以上高溫保持的時(shí)間不同，A、B、C試驗(yàn)組、對(duì)照組高溫保持的時(shí)間分別為11、13、11、4 d；進(jìn)行到20 d后，試驗(yàn)組20 cm處墊料溫度一直維持在40 ℃左右，而對(duì)照組溫度接近室溫。可見(jiàn)試驗(yàn)組溫度更利于微生物生長(zhǎng)繁殖，從而有效地促進(jìn)畜禽糞便中有機(jī)物的降解。統(tǒng)計(jì)分析表明，試驗(yàn)組A、B、C之間溫度變化無(wú)明顯差異，但試驗(yàn)組與對(duì)照組之間溫度變化差異明顯。

2.2發(fā)酵床墊料微生物含量變化

用平板計(jì)數(shù)法對(duì)發(fā)酵床墊料中微生物進(jìn)行計(jì)數(shù)。由表1可知，在試驗(yàn)初期5 d，接種了有益微生物菌種的A、B、C試驗(yàn)組微生物數(shù)量迅速達(dá)到峰值，分別為5.8×1010、9.5×1010、23×1010 CFU/g，對(duì)照組微生物含量為7.2×109 CFU/g。這可能是因?yàn)榘l(fā)酵初期墊料中富含易分解的有機(jī)物，為中溫和耐高溫微生物提供豐富的營(yíng)養(yǎng)，使其進(jìn)行快速自身增殖，從而使其數(shù)量迅速增加。當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)入15 d時(shí)，A、B、C試驗(yàn)組與對(duì)照組微生物數(shù)量分別為2.6×108、8.5×108、5.6×108、6.3×

107 CFU/g（表1），相對(duì)于初期微生物含量有大幅度下降，可能是由于連續(xù)高溫和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗，大部分中溫性微生物進(jìn)入休眠或衰亡狀態(tài)所致。試驗(yàn)進(jìn)行到30 d后，中溫微生物又開(kāi)始大量繁殖，微生物數(shù)量有所上升。試驗(yàn)進(jìn)行到90 d時(shí)，A、B、C試驗(yàn)組與對(duì)照組微生物數(shù)量分別為 9.2×108、1.6×109、6.5×108、4.8×107 CFU/g（表1），試驗(yàn)組墊料中微生物含量高，有利于畜禽糞尿的分解。試驗(yàn)過(guò)程中，A、B、C試驗(yàn)組微生物的數(shù)量始終比對(duì)照組高1個(gè)數(shù)量級(jí)以上，差異明顯。

2.3接種菌劑對(duì)墊料中酶活性的影響

在發(fā)酵床養(yǎng)豬模式中，豬糞尿降解的生物化學(xué)過(guò)程都是在相關(guān)酶參與作用下進(jìn)行的，故研究墊料中的酶活性，有助于了解墊料環(huán)境對(duì)豬糞尿降解能力的影響[9]。

2.3.1過(guò)氧化氫酶相關(guān)研究認(rèn)為，過(guò)氧化氫酶活性與有機(jī)質(zhì)及微生物含量有關(guān)。由圖2可以看出，A、B、C試驗(yàn)組與對(duì)照組墊料中過(guò)氧化氫酶均呈先上升后緩慢下降的趨勢(shì)，均在10 d達(dá)到最大值，分別為7.81、8.26、8.15、4.72 U/g，A、B、C試驗(yàn)組墊料之間的酶活性差異不明顯，而各試驗(yàn)組的酶活性明顯高于對(duì)照組。過(guò)氧化氫酶活性初期上升中后期緩慢下降，可能是因?yàn)槌跗趬|料中有機(jī)質(zhì)含量高，中后期有機(jī)質(zhì)大量降解，微生物數(shù)量和種類減少[10-11]。

2.3.2蛋白酶蛋白酶是參與環(huán)境氮循環(huán)最重要的酶類之一，主要參與含氮物質(zhì)的分解和氨基酸、蛋白質(zhì)及其他含氮有機(jī)物的轉(zhuǎn)化[12]。從圖3可知，各處理蛋白酶活性變化趨勢(shì)相同，初期墊料中蛋白酶迅速上升，中后期呈緩慢下降趨勢(shì)；試驗(yàn)組A、B、C與對(duì)照組酶活均在30 d時(shí)達(dá)到最大值，分別為36.5、36.2、38.3、27.6 U/g，各試驗(yàn)組之間的蛋白酶活性差異不明顯，但各試驗(yàn)組蛋白酶活性明顯高于對(duì)照組，表明接種菌劑能提高發(fā)酵床墊料中的蛋白酶活性。

2.3.3纖維素酶纖維素降解與碳元素代謝緊密相關(guān)，纖維素酶是碳循環(huán)中重要酶之一，其活性變化可以間接反映堆肥發(fā)酵過(guò)程中碳素物質(zhì)的降解情況[13-14]。本研究試驗(yàn)組和對(duì)照組纖維素酶活性均呈先迅速上升后逐漸下降的趨勢(shì)（圖4）。在發(fā)酵初期，微生物快速繁殖，纖維素酶活性不斷上升，由圖4可見(jiàn)，試驗(yàn)組A、B、C和對(duì)照組均在5 d達(dá)到峰值，分別為43.2、44.8、42.5、32.4 U/g，對(duì)照組與各試驗(yàn)組纖維素酶差異明顯。試驗(yàn)進(jìn)入高溫期后，纖維素酶活性迅速下降，這可能是由于纖維素的主要分解菌——真菌不耐高溫，大量死亡或者休眠所致。進(jìn)入降溫期后，酶活性下降趨勢(shì)減緩。試驗(yàn)組纖維素酶活性在各取樣點(diǎn)均明顯高于對(duì)照組，可能是由于接種的外源菌劑對(duì)纖維素酶產(chǎn)生一定的促進(jìn)作用。

3小結(jié)

接種菌劑能夠加快發(fā)酵床墊料溫度升高，延長(zhǎng)高溫保持的時(shí)間。A、B、C試驗(yàn)組與對(duì)照組高溫保持的時(shí)間分別為11、13、11、4 d，試驗(yàn)組與對(duì)照組之間高溫期間溫度變化差異明顯。

在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)組和對(duì)照組中的微生物總量變化趨勢(shì)相似，均經(jīng)歷了升高—降低—升高的過(guò)程。但試驗(yàn)期間，A、B、C試驗(yàn)組微生物的數(shù)量始終比對(duì)照組高1個(gè)數(shù)量級(jí)以上，差異明顯。

接種菌劑后能明顯提高墊料的酶活性。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)組與對(duì)照組所檢測(cè)的酶活性變化趨勢(shì)相似，但所有試

驗(yàn)組的酶活性都比對(duì)照組的高，這說(shuō)明接種菌劑可以提高墊料中相關(guān)酶的產(chǎn)生，加快有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，有效促進(jìn)豬糞尿的降解。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊朝飛. 加強(qiáng)禽畜糞便污染防治迫在眉睫[J]. 環(huán)境保護(hù)，2001（2）：32-35.

[2]黃振興，陳誼. 豬糞尿“零排放”無(wú)污染研究與可行性探討[J]. 上海畜牧獸醫(yī)通訊，2001（6）：10-11.

[3]Castaldi P，Garau G，Melis P. Maturity assessment of compost from municipal solid waste through the study of enzyme activities and water-soluble fractions[J]. Waste Management，2008，28（3）：534-540.

[4]黃得揚(yáng)，陸文靜，王洪濤. 有機(jī)固體廢物堆肥化處理的微生物學(xué)機(jī)理研究[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2004，5（1）：12-18.

[5]周禮愷. 土壤酶學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，1987：267-279.

[6]周景祥，王桂芹，余濤. 蛋白酶和淀粉酶活性檢測(cè)方法探討[J]. 中國(guó)飼料，2001（11）：23-27.

[7]中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部. 有機(jī)物料腐熟劑：NY 609—2002[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002：11.

[8]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1）：204-208.

[9]朱洪. 基于畜禽廢棄物管理的發(fā)酵床技術(shù)研究[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007：103.

[10]汪恒英，周守標(biāo)，常志州，等. 接種一株嗜熱球桿菌對(duì)堆肥腐熟進(jìn)程的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004（3）：78-81.

[11]Chang J I，Tsai J J，Wu K H. Thermophilic composting of food waste[J]. Bioresource Technology，2006，97（1）：116-122.

[12]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1）：148-151.

[13]沈其榮，王瑞寶，王巖，等. 堆肥制作中的生物化學(xué)變化特征[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，20（2）：51-57.

[14]倪治華，薛智勇. 豬糞堆制過(guò)程中主要酶活性變化[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2005，11（3）：406-411.