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由规模化养猪带来大量畜禽粪便引起的恶臭已成为恶臭污染的最主要贡献之一,尤其是随着经济的发展和人们生活水平的逐步提高,对环境质量的要求也日趋强烈,由规模化养猪等所产生的恶臭越来越受到人们的关注。开展畜禽粪便恶臭污染控制,对实现我国规模化养殖场可持续健康发展具有重要意义。本论文从基于微生物之间协同关系的微生态理论出发,通过构建除臭菌剂并接种于猪粪便中,利用菌群组成、代谢类型、呼吸类型及作用功能多样的特点,进而稳定占据生态位,成为优势菌群,有效抑制土著产恶臭物质的腐败菌,实现恶臭原位控制,本论文可分三大部分:
第一部分:猪粪便产恶臭规律及微生物学特性
以综合臭气浓度(OU)、典型恶臭物质浓度(NH3、H2S和TVOC)为检测指标,系统分析不同环境条件下,猪粪产臭气规律,并通过传统MPN微生物计数和PCR-DGGE方法,系统解析猪粪产臭气的微生物群落结构,为后续除臭菌株分离、除臭菌剂构建及应用等实验奠定了基础。
(1)NH3、H2S、TVOC和OU随时间的延长,浓度先升高后降低;NH3、H2S、TVOC和OU随温度的升高,浓度升高;NH3随猪粪水分含量的升高,NH3浓度降低,H2S、TVOC和OU随猪粪水分含量的升高,其浓度升高。
(2)好氧氨化细菌数量分别在第3d和第9d出现两个顶点;厌氧氨化细菌数量随时间的延长数量逐渐增加,产硫化氢细菌数量随时间的延长数量先下降后增加,产吲哚类细菌和亚硝化细菌数量随时间的延长先增加后下降,并且整个产臭气过程中总体数量较低。
(3)PCR-DGGE图谱解析表明,猪粪产臭优势微生物条带比较明显,有5条共性优势条带,鲜猪粪与后期产恶臭猪粪样品的细菌群落差别较大;同时弄清了产臭气优势微生物的类型,对优势条带进行了割胶回收测序,在GenBank数据库进行序列比对,明确了典型条带的微生物类别。
第二部分:高效除臭菌种的筛选与菌剂构建及应用条件
从多个生境采样,采用初筛和复筛实验分离了高效除臭菌株,并对其进行了形态观察和生理生化指标测定以及分子生物学鉴定。在获得高效除臭菌株的基础上,通过拮抗性试验、正交试验优化试验和除臭菌剂效果影响条件试验等系统开展了除臭菌剂构建及其应用条件的研究。
(1)通过初筛和复筛实验,选定菌株CR、NR、ZW、NG、DY和XH为除臭菌株,作为构建除臭菌剂的组成菌株;通过16sDNA、26SD1/D2分子生物学鉴定、形态特征和生理生化指标测定综合评价,确定CR菌株为杰丁毕赤酵母Pichiajadinii,NR菌株为酿酒酵母Saccharomycescerevisiae,ZW菌株为植物乳杆菌Lactobacillusplantarum,NG菌株为德氏乳杆菌保加利亚亚种Lactobacillusdelbrueckii,DY菌株为地衣芽孢杆菌Bacilluslicheniformis,XH菌株为细黄链霉菌Streptomycsmicuoflavus。
(2)对高效除臭菌株进行了拮抗试验,结果表明,6株菌之间不存在拮抗作用,可以很好的共存;采用正交试验对菌株之间的配伍进行优化,得到菌剂最佳配比为:酵母菌类∶乳酸菌类∶芽胞菌∶放线菌=3∶2:1:2。
(3)系统研究了不同投加量、不同温度、通气量和投加方式对除臭菌剂的除臭效果影响,结果表明,3%即为除臭菌剂的最佳投加量;在30℃,除臭菌剂的除臭效果较好,15℃和45℃时均表现为很差的除臭效果;除臭菌剂在通气环境下应用时表现出很好的除臭效果,与不通气时差别不大;搅拌和喷洒两种投加方式对除臭菌剂的除臭效果影响较大,在前期,喷洒投加方式的臭气浓度降低率高于搅拌投加方式,而在后期,搅拌投加方式高于喷洒投加方式;同时除臭菌剂可以对多种畜禽粪便进行原位脱臭,具有很好的粪便基质适应性。
第三部分:除臭菌剂的除臭机理研究
采用体外抑菌试验、PCR-DGGE技术和各恶臭物质浓度以及N、S元素含量的测定,系统分析了除臭菌剂对猪粪便的除臭原因,初步探讨了除臭菌剂的除臭机理。
(1)体外抑菌试验结果表明投加菌剂的猪粪样品的提取液对重要产恶臭细菌均具有较强的抑制作用,其中对梭菌的抑制作用最强,抑菌圈直径大于10mm,对真杆菌抑制作用次之,抑菌圈直径大于5mm,对大肠菌抑制作用最弱,抑菌圈直径大于3mm。未投加菌剂的对照组样品提取液对梭菌、真杆菌和大肠菌均未抑制作用。
(2)对除臭菌剂在猪粪便中的存活情况进行了PCR-DGGE检测,结果表明酵母菌株CR和NR两菌株在猪粪便中占据绝对优势,可以很好的在猪粪便中生长;菌株ZW和菌株DY也可在猪粪便中良好生长,成为优势菌群;菌株NG和菌株XH也可以在猪粪便中生长,但种群优势相对较弱。
(3)对各试验组猪粪便内的恶臭物质浓度和N、S含量进行了测定,结果表明投加菌剂的试验组的挥发酸和吲哚类物质含量均低于对照组;投加菌剂的试验组的总N、有机N和总S含量均高于对照组,而铵态N低于对照组,N元素和S元素得到有效保留。