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Z-27菌剂对猪舍空气NH3、H2S浓度及排泄物含氮量的影响

范文

梁亚男姜军坡王世英朱宝成王伟

摘要：为验证微生态制剂Z-27（以下简称Z-27菌剂）对猪舍空气中有害气体减排的效果，选取400头50 kg左右健康杜长白三元杂交育肥猪，随机平均分为对照组和试验组，每组1栋猪舍，每栋20栏，每栏10头猪。对照组饲喂基础日粮，试验组在基础日粮中添加0.1% Z-27菌剂。试验共15 d，期间检测猪舍空气中NH3、H2S浓度及细菌、大肠杆菌数量，测定猪粪和尿中总氮含量、氨态氮含量和pH值，检测粪尿混合物NH3、H2S的48 h排放量;观察每组腹泻情况，计算腹泻率;每组分出3栏（30头）分别于试验开始和结束时空腹12 h称体质量并结算剩余料，计算均增质量和料质量比。试验结果表明，试验前期试验组各参数有一个渐变过程，7 d后方能达到稳定，故以第8天（含）后的数据将试验组和对照组进行比较。试验组猪舍空气中NH3、H2S含量比对照组分别下降63.27%、54.61%，细菌、大肠杆菌总数比对照组分别下降46.68%、59.89%;试验组猪粪总氮含量和氨氮含量比对照组分别下降46.32%、65.83%，猪粪的pH值比对照组降低0.54;试验组猪尿总氮含量和氨氮含量分别降低26.47%、27.59%，尿液pH值比对照组降低0.86;试验组新鲜猪粪尿混合物的NH3、H2S的48 h释放量比对照组分别下降32.76%、35.69%;同时试验组均增质量比对照组提高10.38%，料质量比降低9.05%，腹泻率降低60.06%。表明该菌剂具有降低育肥猪氮素排泄的作用，可从源头降低猪排泄物NH3、H2S等有害气体排放，还能够显著提高育肥猪的生长性能，防治腹泻。

关键词：微生态制剂;育肥猪;粪;尿;NH3;H2S

中图分类号： S816.7? 文献标志码： A? 文章编号：1002-1302（2019）05-0148-05

收稿日期：2017-12-21

基金项目：河北省石家庄市科学技术研究与发展计划（编号：151500062A）;教育部、河北省教育厅“生物技术”专业综合改革试点项目（编号：201202）;河北省高等学校科学技术研究项目（编号：Z2015037）。

作者简介：梁亚男（1994—），女，河北张家口人，主要从事飼用益生菌研究。E-mail：865872710@qq.com。

通信作者：王世英，教授，主要从事农牧微生物研究。E-mail：wsy99999@126.com。

随着生猪养殖规模化和集约化程度的不断提高，猪粪尿产生的臭味气体对环境、养猪生产及人类的危害已引起人们的普遍关注[1-2]。研究发现，环境对畜禽生产力的贡献率可达30%～40%[3-4]。降低粪尿污染、减少氮气（NH3）和硫化氢（H2S）等有害气体的产生与排放已成为发展养殖业的迫切需求，也是当前畜牧领域研究的热点之一[5-6]。据测算，1个年出栏10万头的猪场排放NH3约148 kg/h、H2S约 13.5 kg/h，污染半径达5 km[7]。为此我国规定保育猪舍、哺乳猪舍NH3含量不超过20 mg/m3，H2S的含量不超过 8 mg/m3，其他阶段要求猪舍NH3含量不超过25 mg/m3，H2S含量不超过10 mg/m3[8]。

为了降低猪舍臭味气体的浓度，可以采取通风换气、饲粮中添加吸附性除臭剂、氨基酸平衡日粮[9]、降低饲料粗蛋白水平[10]、定期清理圈舍粪便及使用气体吸附剂等措施。饲喂枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）等微生物可以在肠道或在体外起到降低臭味气体排放的作用[11，2]，利用微生物的生理代谢作用减少臭味气体的产生，具有效率高、无二次污染等优点，已成为当前治理臭气的重要途径之一[12]。枯草芽孢杆菌Z-27菌株是笔者所在研究室以产蛋白酶等多种消化酶和抑制腹泻病原菌等为主要筛选指标，从健康猪粪便中分离得到的[13-14]。本研究将0.1% Z-27菌剂添加至育肥猪饲料中，现场检测猪舍空气中NH3、H2S的浓度，测定粪、尿中总氮含量、氨氮含量和pH值，测定新鲜粪尿混合物的NH3、H2S释放量，检测猪舍空气中的细菌和大肠杆菌数量，综合考察该菌剂对猪舍内环境的影响。

1 材料与方法

1.1 菌剂和培养基

Z-27饲用微生态制剂为枯草芽孢杆菌制剂，活菌（芽孢）含量为1.0×1010 CFU/g，由河北农业大学生命科学学院制药工程系研制，河北众邦生物技术有限公司生产提供。简称Z-27菌剂。

营养琼脂（NA）培养基参见文献[15]。用于计数猪舍空气中的细菌数量。

伊红美蓝（EMB）琼脂培养基参见文献[16]，用于鉴别、计数猪舍空气中大肠杆菌数量。

1.2 主要仪器

便携式智能环境气体检测仪，可同时记录空气中的NH3浓度、H2S浓度、CO2浓度、温度、湿度等数值。NH3、H2S的检测量程均为0～100 μL/L，分辨率为1 μL/L。

1.3 试猪分组和管理

饲喂试验于2017年12月1—15日在保定市侯村大庄养殖有限公司进行，共15 d。按体质量、日龄相近的原则，选取400头50 kg左右健康杜长白三元杂交育肥猪，随机平均分为对照组和试验组，每组1栋猪舍，每栋20栏，每栏10头猪。对照组饲喂基础日粮（河北方田饲料有限公司提供的T3-25A通用型猪用25%浓缩料，配以68%玉米粉和7%麸皮），试验组饲喂的基础日粮中添加0.1% Z-27菌剂。每栋猪舍整体东西长约100 m，南北宽约10 m，猪栏分列南、北2排，每排10个猪栏，中间为约1.5 m的过道。在猪舍顶部设有主动通风换热系统，由带夹层的管道和排风扇组成，试验期间2组均正常开启。采用人工干清粪，每天08：00—09：00清粪1次。每天定时添料，旋转式漏料器和挤压式饮水器可以使猪自主采食、饮水。每天08：00观察记录2组（栋）猪舍温度，温度计放在猪舍中间和东西两头，离地面高度0.7 m。2组在其他管理方面保持一致。

1.4 猪粪、尿样品的采集

每天采集猪粪样品于灭菌牛皮纸袋，每组（栋）至少取3个栏，每栏至少取3头猪的粪便;分别于试验开始后0、3、6、9、12、15 d早晨（猪刚睡醒后）采集猪尿，每组（栋）至少取3个栏，每栏至少取3头猪的尿样。粪尿样品采集后及时送至河北农业大学制药工程系实验室进行相关检验。

1.5 猪舍空气中NH3、H2S浓度现场检测

在猪舍中轴线上，等间距选取3个点，分别位于东、中（过道中间）、西（猪舍门附近），垂直方向2个，分别为接近地面和距离地面1.0 m。每天测NH3、H2S浓度3次，即 07：00—08：00、13：00—14：00、19：00—20：00各测1次。测定前猪舍门窗呈关闭状态，将监测仪置于空气中，等数据稳定后记录并取平均值。

1.6 猪舍空气中细菌和大肠杆菌数量的检测

分别于试验开始后0、3、6、9、12、15 d上午清粪前按照文献[15]中的自然沉降法进行，具体做法如下。

选择5个采样点，即室内墙角对角线交点为1个采样点，该交点与4个墙角连线的中点为另外4个采样点。采样高度为1.2～1.5 m。采样点均远离墙壁1 m以上，并避开了空调、门窗等空气流通处。将NA培养基平板置于采样点处，打开皿盖，暴露5 min，盖上皿盖，翻转平板，置（36±1） ℃恒温箱中，培养48 h，计数每块平板上生长的菌落数，求出每天全部5个采样点的平均菌落数，以此代表该日猪舍空气中细菌总数。以每平皿菌落数（CFU/皿）报告结果。

利用EMB培养基平板按以上步骤操作后，选择30～300菌落的平板，根据菌落大小、颜色、边缘、表面及透明度等计数可疑菌落数，然后按照文献[17]中的第一法大肠杆菌最大或然数（most probable number，简称MPN）计数确认大肠杆菌数量。求出当天全部5个采样点的平均大肠杆菌菌落数，以此代表该日猪舍空气中大肠杆菌总数。以每平皿菌落数（CFU/皿）报告结果。

1.7 猪粪和猪尿总氮、氨氮含量和pH值检测

1.7.1 总氮含量测定每天分别称取对照组和试验组新鲜粪样各3份，每份1.0 g，采用凱氏定氮法进行总氮含量测定;量取2组新鲜尿液各3份，每份5.0 mL，采用凯氏定氮法进行总氮含量测定。称取样品的总氮量应该在30～300 mg范围内。

1.7.2 氨态氮含量测定采用文献[17]所述方法原理进行检测，具体步骤为称取对照组和试验组粪样各3份，每份 1.0 g，分别加蒸馏水稀释至10倍。置于离心管中，5 000 r/min 离心5 min，上清液即为粪便待测液。

取适量体积（使D420 nm在0.25～0.65之间）的粪便待测液或新鲜尿液，加蒸馏水至10 mL，加入0.50 mL酒石酸钾钠溶液，摇匀，再加入0.50 mL纳氏试剂，摇匀，放置10 min后，在D420 nm时，用10 mm比色皿，以水为参比，测定吸光度。通过标准曲线换算并以绝干含量报告粪便试验结果。猪粪绝干物质含量测定采用文献[18]所述方法进行含水量测定后再进行换算。

1.7.3 pH值检测每天称取对照组、试验组猪粪样品各3份，每份2.5 g，加10.0 mL蒸馏水，充分混合，利用雷磁 PHS-3C 酸度计测定pH值。利用酸度计直接测定猪尿液的pH值。

1.8 新鲜猪粪尿混合物NH3、H2S的48 h释放量检测

将试验组1 h内的新鲜粪便，与等质量的新鲜猪尿充分混匀，准确称取50.0 g装入250 mL三角瓶中，25 ℃密封静置，48 h后抽取三角瓶中50 mL的气体，以小于0.005 L/min的速度注入0.005 mol/L的H2SO4和0.005 mol/L的碘溶液中吸收，分别采用纳氏比色法[17]和碘量法[19]测定粪尿中NH3和H2S的释放量。对照组猪粪尿作同样的处理和检测。

1.9 Z-27菌剂对猪生长性能的影响

于试验开始（0 d）和试验结束（15 d）的08：00—09：00分别对试验组3个栏和对照组3个栏的猪进行称质量。称质量方法为将数只猪放进专用铁车，在地磅上称取总质量后减去运送车的质量即为数只猪的总质量。每天记录这6栏猪的采食量，观察并记录猪的腹泻和健康情况。

1.10 数据记录及处理

试验数据采用Excel软件整理，SPSS 18.0软件进行单因素方差分析，LSD法进行组间差异显著性检验。数据以“平均数±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 猪舍温度变化

猪舍内NH3、H2S浓度与舍内温度有一定的关系。在冬季温度越高粪尿中的微生物越活跃，生成NH3和H2S越快，生成的臭味气体也越容易挥发。试验组、对照组猪舍的温度随时间变化见图1。

从图1可以看出，试验组猪舍、对照组猪舍的温度基本一致，对2组NH3、H2S的生成和挥发没有影响，也不会影响2组猪舍的NH3、H2S浓度。

2.2 Z-27菌剂对猪舍空气中NH3、H2S浓度的影响

2.2.1 Z-27菌剂对猪舍空气中NH3浓度的影响在猪舍过道东、中、西3个点，分别测定接近地面和距离地面1.0 m的NH3浓度，每天分时段测3次，记录得到18个数据并取平均值，作为当天该栋猪舍的NH3浓度，NH3浓度变化见图2。

饲料中添加Z-27菌剂后，在试验开始的7 d内，随着时间的推移，试验组的NH3浓度逐渐降低，7 d 后达到较低水平，之后基本保持稳定，而对照组在整个试验的15 d内NH3浓度均保持高位水平。

根据以上规律和试验后8～15 d数据，试验组后期的空气中平均NH3浓度为16.77 μL/L比对照组6.16 μL/L降低了63.27%。

2.2.2 Z-27菌剂对猪舍空气中H2S浓度的影响取得到的18个数据的平均值，作为当天该栋猪舍的H2S浓度。试验结果见图3。饲料中添加Z-27菌剂后，猪舍内H2S浓度的变化规律与NH3浓度的变化规律基本相同，即在试验开始的7 d内，随着时间的推移，试验组的H2S浓度逐渐降低，7 d后达到较低水平，之后基本保持稳定，而对照组在整个试验的15 d内H2S浓度均保持高位水平。

通过对试验后8～15 d猪舍内H2S浓度数据的计算，试验后期试验组空气中H2S平均浓度为8.90 μL/L，比对照组4.04 μL/L降低了54.61%。

2.3 Z-27菌剂对猪舍空气中细菌和大肠杆菌数量的影响

Z-27菌剂具有抑制腹泻病原菌的作用，对猪肠道中不同的菌群产生促进或抑制作用，势必会对猪舍空气中的不同微生物数量产生影响。利用NA平板、EMB平板结合MPN计数法，对猪舍空气中细菌、大肠杆菌总数进行检测。均以CFU/皿为单位报告结果，试验结果见表1、表2。

从表1、表2后3次平均值可得出，试验组猪舍空气中细菌总数、大肠杆菌总数比对照组分别降低46.68%（P<001）、59.89%（P<0.01）。

2.4 Z-27菌剂对猪粪总氮含量、氨氮含量和pH值的影响

2.4.1 Z-27菌剂对猪粪总氮含量的影响采用凯氏定氮法进行试验组、对照组猪粪残留总氮含量的检测，换算成绝干含氮量并取其平均值作为2个组当天猪粪总氮含量。试验期间猪粪总氮含量的变化见图4。试验后7 d试验组猪粪总氮含量逐渐降低，7 d后基本稳定。从8～15 d 2组数据可知，试验组猪粪总氮平均含量（1.46±0.15）%比对照组（2.72±019）%降低46.32%。这应该与Z-27菌剂在猪肠道中利用肠道内环境生长繁殖，同时产生蛋白酶提高饲料蛋白的利用率有关。

2.4.2 Z-27菌剂对猪粪氨氮含量的影响将每天试验组、对照组的数据分别取平均数并换算成绝干含量，即为当天2组猪粪的氨氮含量。从图5可以看出，试验7 d试验组猪粪氨氮含量逐渐降低，7 d后基本稳定。从2组猪粪氨氮含量数据可知，8～15 d试验组猪粪平均氨氮含量为3.01 g/kg比对照组8.81 g/kg降低65.83%（P<0.01）。猪粪中氨氮含量的高低直接关系到从猪粪中NH3的挥发量，试验结果表明，Z-27 菌剂能够极显著降低猪粪中氨氮的含量。

2.4.3 Z-27菌剂对猪粪pH值的影响猪粪的pH值高低会影响NH3、H2S等有害气体从猪粪中的溢失速度和挥发量。利用酸度计每天测定试验组、对照组猪粪5倍稀释液的pH值，并分别计算平均pH值，以此代表当天2组猪粪的pH值。试验期内2组粪便pH值变化规律见图6。试验初期试验组猪粪的pH值与对照组相比有一个逐渐降低的趋势，到试验中后期试验组猪粪的pH值基本保持稳定。因此，以8～15 d的平均pH值数据相比较，试验组猪粪的pH值比对照组降低0.54，比对照组降低了7.65%（P <0.05）。pH值降低使猪粪中以NH4+形式存在的氮素得以保留，不利于NH3的形成和挥发，对降低猪舍内NH3浓度有一定作用。

2.5 Z-27菌剂对猪尿总氮含量、氨氮含量及pH值的影响

2.5.1 对猪尿总氮含量、氨氮含量的影响试验期间共采猪尿样6次，每次每组至少采尿样9个。测定每个猪尿样品总氮含量、氨态氮含量，2组样品分别取平均数作为当天该组猪尿的总氮含量、氨氮含量。从猪舍气体含量和猪粪含氮量等试验结果，饲喂Z-27菌剂后，其作用有一个逐渐提高的过程，需要在7 d后达到最好且稳定下来。根据这一规律，为了体现试验组、对照组的区别，笔者所在课题组取最后3次（9、12、15 d）数据的平均值进行比较，结果见表3、表4。Z-27菌剂对2组猪尿总氮含量、氨氮含量的影响按后3次平均值进行比较，试验组猪尿总氮含量比对照组降低 26.47%（P<005），氨氮降低27.59%（P<0.05）。

2.5.2 对猪尿pH值的影响分别于试验后0、3、6、9、12、15 d 取试验组、对照组的猪尿样品，测定并计算当天试验组、对照组的平均pH值，以此代表当天2组猪尿的pH值。试验结果见表5。比较最后3次检测的pH值平均值可知，试验组尿液的pH值比对照组降低0.86，降低了11.32%（P<005）。這可能与Z-27菌株除了能产生蛋白酶外，还能产生淀粉酶、脂肪酶及纤维素酶等多种消化酶，提高饲料中供能物质的利用率，降低氨基酸分解代谢有关。pH值的降低不利于猪尿中氨的形成与挥发，从而降低猪舍NH3的含量。

2.6 Z-27菌剂对新鲜猪粪尿NH3、H2S释放量的影响

Z-27菌剂能降低猪舍空气中NH3、H2S等臭味气体的浓度，而这些臭味气体主要来自于粪尿。因此笔者所在试验组将试验组、对照组的粪和尿各50%分别混合均匀，在密闭的容器中做了48 h气体释放量对比试验，结果见表6、表7。试验组新鲜猪粪尿混合物NH3、H2S的48 h释放量比对照组分别下降32.76%（P<0.01）、35.69%（P<0.01）。说明 Z-27 菌剂除了能在猪肠道起应有的作用外，在猪体外可继续起到抑制粪尿有害气体产生和挥发的效果。

2.7 Z-27菌剂对猪生长性能的影响

称取猪只始质量和末质量，统计各组采食量，计算料质量比，结果见表8。

养猪生产中饲料成本占总成本的比例约为60%～80%[20]，因此提高饲料利用率是许多微生态制剂需要追求的功能之一。从表8可以看出，与对照组相比，试验组均增质量提高10.38%（P<0.05），料质量比降低9.05%（P<0.05）。说明Z-27菌剂能够显著提高育肥猪的生长性能。在试验期间，对照组30头猪中有5头分别出现大约3 d的稀便现象，而试验组30头猪中只有2头出现3 d的稀便，腹泻率降低了60.06%（P<0.01）。

3 结论与讨论

在基础日粮中添加0.1% Z-27菌剂可显著降低猪舍空气中NH3、H2S浓度、细菌和大肠杆菌总数，显著降低猪粪、尿中的总氮、氨氮含量及pH值，显著降低猪粪尿混合物的NH3、H2S释放量。还能显著提高育肥猪的生长性能，防治腹泻。

生猪的规模化生产不可避免地会产生NH3、H2S等臭味气体。在猪舍内这些气体不仅影响猪的正常生长、诱发疾病、给养猪业带来经济损失，而且影响饲养人员的健康。同时，NH3排出舍外会引起大气环境污染，NH3的氮沉降后还可引起土壤和水体酸化[5]。由益生菌制成的微生态制剂具有对动物无毒无害、无残留等优点，从有害气体产生源头减少NH3、H2S的排放，已经成为畜牧业减排的主要研究方向之一。王晓霞等在肉鸡基础日粮中添加果寡糖和枯草芽孢杆菌，取新鲜鸡粪放入三角瓶中密闭自然发酵，结果表明，NH3和H2S的3 d散发量比基础日粮组分别降低62.14%和 28.49%[21]。刘鸫等将含有枯草芽孢杆菌的复方除臭剂添加到仔猪饲料中，对猪舍NH3的平均除臭率为33%，最高除臭率可达61%[11]。杨峰在仔猪饲料中添加枯草芽孢杆菌制剂研究其对NH3排放的影响，试验结果表明，添加量为0.3%、0.5%时，可使猪尿液总氮含量、氨氮含量及粪便脲酶活性显著降低;添加量为0.1%、0.3%、0.5%时，猪舍NH3浓度分别降低34.1%、48.6%、50.3%;添加量为0.5%时，猪粪pH值由7.56降为7.03[22]。Z-27菌剂添加至饲料中，可以利用胃肠道内环境生长繁殖，产生蛋白酶、淀粉酶、纤维素酶和脂肪酶等外源消化酶，全面提高饲料中各种营养成分的利用率[14]，从而可以提高氮素等在猪体内的沉积，降低氮素通过粪尿的排放量。因此，可以显著降低猪舍空气中NH3等臭味气体的浓度，同时使猪生长速率提高，显著降低料质量比。

本试验中笔者所在课题组只称取了猪的始质量和末质量，整个试验期15 d内的平均增质量和料质量比，试验组与对照组相比，平均增质量提高10.38%，料质量比降低9.05%。如按照试验中发现的各种参数前7 d和7 d后的变化规律，并参考往年饲喂试验中Z-27菌剂对育肥猪和仔猪肠道消化酶活力、消化性能影响的变化规律[14，23]分析，试验组在试验前期育肥猪的生长性能应该有一个逐渐提高的过程。因此推测在本试验后期，该菌剂在提高猪生长性能和降低料质量比方面的效果可能比以上计算的结果更好。

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