Z-27菌剂对猪舍有害气体排放及育肥猪生长性能的影响

庞广辉，齐莉莉，姜军坡，倪 俊，王 伟，朱宝成，冯丽丽，王世英*

(1.河北农业大学 生命科学学院，河北 保定 071001；2.河南省农业科学院 农业经济与信息研究所，河南 郑州 450002)

随着养殖向集约化和高密度方向发展，圈舍环境污染已经成为制约我国生猪健康养殖的重要因素，环境对畜禽生产力的贡献率可达30%～40%[1-2]。猪粪尿产生的有害气体对环境、养猪生产及人类的危害已引起人们的普遍关注[3-4]。降低粪尿污染、减少NH3和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10万头的猪场每小时排放约158 kg的NH3[7]、13.5 kg的H2S，污染半径达5 km[8]。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[9]。

为了降低猪舍有害气体的含量，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[10]、降低饲料中粗蛋白水平[11]、定期清理圈舍粪便及使用气体吸附剂等措施。枯草芽孢杆菌(B.subtilis)等微生物可以通过饲喂途径在肠道或在体外起到降低有害气体排放的作用[2,12]，且可利用微生物的生理代谢作用减少有害气体产生，具有效率高、无二次污染等优点，已成为当前有害气体减排的重要途径之一[13]。枯草芽孢杆菌Z-27菌株是河北农业大学制药工程系实验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[14],具有提高猪肠道消化酶活力、维护肠道微生态、防治腹泻、提高饲料利用率等作用[15-16]。将0.1%的Z-27菌剂按添加至育肥猪饲料中，现场检测猪舍空气中NH3、H2S的含量，检测猪舍空气中的细菌总数和大肠杆菌数量，测定粪、尿pH值，测定新鲜粪尿混合物中NH3、H2S的释放量，以探讨该菌剂对猪舍内环境及育肥猪生长性能的影响，为生猪健康生产奠定基础。

1 材料和方法

1.1 菌剂和培养基

Z-27饲用微生态制剂，简称Z-27菌剂，为枯草芽孢杆菌制剂，活菌(芽孢)含量为1.0×1010cfu/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。育肥猪饲料中最适添加量为0.1%[15]。

营养琼脂(NA)培养基配制参照文献[17]，用于计数猪舍空气中细菌总数。伊红美蓝(EMB)琼脂培养基配制参照文献[18]，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、H2S、温度、湿度等指标。NH3、H2S的检测量程均为0～100 mg/m3，分辨率为0.1 mg/m3。

1.3 试猪分组和管理

饲喂试验于12月1日—15日在河北省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%的麸皮)，试验组在基础日粮中添加0.1%的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，试验期间均正常开启。人工清粪，每天上午8:00—9:00清粪一次。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。每天早晨8:00观察记录这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。

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中，每组(栋)至少取3栏，每栏至少取3头猪的粪便；分别于试验开始的第0、3、6、9、12、15天早晨(猪刚睡醒时)采集猪尿，每组(栋)至少取3栏，每栏至少取3头猪的尿样。将猪粪、尿样品采集后及时送至河北农业大学制药工程系试验室进行检测。

1.5 猪舍空气中NH3、H2S含量现场检测

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含量3次，即7:00—8:00、13:00—14:00和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，待数据稳定后记录并取平均值。

1.6 猪舍空气中细菌总数和大肠杆菌数量的检测

分别于试验开始的第0、3、6、9、12、15天上午清粪前，按照文献[17]中的自然沉降法检测猪舍空气中细菌总数和大肠杆菌数量。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l 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(37±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。结果以每平皿菌落数(cfu)表示。

利用EMB培养基平板进行以上步骤操作后，选择30～300个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，然后采用文献[18]中的大肠杆菌MPN法计数确定大肠杆菌数量。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。结果以每平皿菌落数(cfu)表示。

1.7 猪粪、尿样品pH值检测

每天称取对照组和试验组猪粪样品各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的pH值。

1.8 新鲜猪粪尿混合物中NH3、H2S的48 h释放量检测

采集猪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[19]和碘量法[20]测定粪尿NH3和H2S的释放量。

1.9 猪生长性能测定

于试验开始(第1天)和试验结束(第16天)的早晨8:00—9:00分别对试验组3个栏和对照组的3个栏的猪进行称质量。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。统计这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，结果以平均数±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 猪舍温度变化

猪舍空气中NH3、H2S的含量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速度越快，也越容易挥发。从图1可知，试验期间试验组猪舍和对照组猪舍的温度基本一致。由此认为，猪舍温度对2组猪舍空气中NH3、H2S的含量不会造成差异。

图1 猪舍温度变化

2.2 Z-27菌剂对猪舍空气中NH3和H2S含量的影响

2.2.1 Z-27菌剂对猪舍空气中NH3含量的影响 从图2可以看出，饲料中添加Z-27菌剂后，随着时间的推移，试验组空气中的NH3含量逐渐降低，8 d达到较低水平，之后基本保持稳定；对照组在整个试验期内NH3含量均保持高位水平。这与饲喂Z-27菌剂后，育肥猪或仔猪肠道消化酶活力、粪便残留营养物质等的消长规律相一致[15-16]。由表1可知，试验组8～15 d猪舍空气中NH3平均含量较对照组降低了63.27%(P<0.01)。

图2 Z-27菌剂对猪舍空气中NH3含量的影响

表1 Z-27菌剂对试验后期猪舍空气中NH3含量的影响 mg/m3

注：同列中不同大、小写字母分别表示在0.01、0.05水平差异极显著、显著，表2、表4、表5、表7同。

2.2.2 Z-27菌剂对猪舍空气中H2S含量的影响 从图3可以看出，饲料中添加Z-27菌剂后，猪舍空气中H2S含量的变化规律与NH3含量的变化规律基本相同，随着时间的推移，试验组空气中的H2S含量逐渐降低，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期内H2S含量均保持高位水平。由表2可知，试验组8～15 d空气中H2S的平均含量较对照组降低了54.61%(P<0.01)。

图3 Z-27菌剂对猪舍空气中H2S含量的影响

表2 Z-27菌剂对试验后期猪舍空气中H2S含量的影响 mg/m3

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，对肠道中不同的菌群产生促进或抑制作用，会对猪舍空气中的不同微生物数量产生影响。从表3可知，与对照组相比，试验组猪舍空气中细菌、大肠杆菌的数量逐渐减少，6 d时达到显著水平(P<0.05)，9、12、15 d均达到极显著水平(P<0.01)。试验组9～15 d猪舍空气中细菌总数和大肠杆菌总数较对照组分别降低了46.68%(P<0.01)和59.89%(P<0.01)。

表3 Z-27菌剂对猪舍空气中细菌总数和大肠杆菌数量的影响 cfu

注：同列相同项目中不同大、小写字母分别表示在0.01、0.05水平差异极显著、显著，表6同。

2.4 Z-27菌剂对猪粪、尿pH值的影响

2.4.1 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释放速度和挥发量。利用酸度计每天测定试验组和对照组猪粪的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。从图4可以看出，与对照组相比，试验初期试验组猪粪的pH值呈逐渐降低的趋势，到试验中后期试验组猪粪的pH值基本保持稳定。由表4可知，试验组猪粪的pH值比对照组降低0.54(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，对降低猪舍空气中NH3的含量有一定作用。

图4 Z-27菌剂对猪粪pH值的影响

组别时间/d89101112131415平均值对照组7.14±0.37a7.08±0.64a6.92±0.38a7.09±0.46a6.96±0.46a7.13±0.21a7.10±0.52a7.08±0.34a7.06±0.42a试验组6.49±0.37b6.41±0.33b6.58±0.42b6.57±0.38b6.52±0.29b6.56±0.64b6.47±0.23b6.58±0.27b6.52±0.37b

2.4.2 对猪尿pH值的影响 分别于0、3、6、9、12、15 d取试验组和对照组的猪尿样品，测定并计算当天的平均pH值(表5)。试验组9～15 d尿液的pH值较对照组降低0.86(P<0.05)。这可能与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值的降低不利于尿中氨的形成与挥发，从而降低猪舍空气中NH3的含量。

表5 Z-27菌剂对猪尿pH值的影响

2.5 Z-27菌剂对新鲜猪粪尿NH3和H2S释放量的影响

从表6中可知，试验组9～15 d新鲜猪粪尿混合物中NH3、H2S的48 h释放量较对照组分别下降了32.76%(P<0.01)、35.69%(P<0.01)。可见，Z-27菌剂除了能在猪肠道起作用外，在猪体外还可抑制粪尿有害气体产生和挥发。

表6 Z-27菌剂对猪粪尿NH3和H2S释放量的影响 mg/L

2.6 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，计算料重比，结果见表7。养猪生产中饲料成本占总成本的比例约为60%～80%[21]，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。由表7可知，与对照组相比，试验组均增质量提高10.38%(P<0.05)，料重比降低9.05%(P<0.05)；试验组腹泻率降低了60.06%(P<0.01)。说明Z-27菌剂能够显著提高育肥猪的生长性能。

表7 Z-27菌剂对育肥猪生长性能的影响

3 结论与讨论

生猪的规模化生产不可避免会产生NH3、H2S等有害气体。在猪舍内这些气体不仅影响猪的正常生长，还可诱发疾病，给养猪业带来经济损失。同时，NH3排出舍外会引起大气环境污染，NH3中的氮沉降后还可引起土壤和水体酸化[5]。由枯草芽孢杆菌等微生物制成的微生态制剂具有对动物无毒无害、无残留等优点，可以降低畜禽粪便NH3、H2S的排放，已经成为畜牧业减排的研究方向之一。王晓霞等[22]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，试验组NH3和H2S的3 d散发量较基础日粮组分别降低62.14%和28.49%。刘鸫等[12]将含有枯草芽孢杆菌的复方制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%。杨峰[23]在仔猪饲料中添加枯草芽孢杆菌制剂，研究了其对NH3排放的影响，试验结果表明，添加量为0.3%和0.5%时，可使猪尿中总氮、氨氮及粪便脲酶活性显著降低；添加量为0.1%、0.3%和0.5%时，猪舍空气中NH3含量分别降低34.1%、48.6%和50.3%；添加量为0.5%时，猪粪pH值由7.56降为7.03。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，全面提高饲料中包括蛋白质在内的各种营养成分的利用率[15-16,24]，可提高氮素在猪体内的沉积，降低含氮素物质通过粪尿的排泄量，最终可降低猪舍空气中NH3等有害气体的含量。

本研究结果表明，饲喂Z-27菌剂能显著降低育肥猪新鲜粪尿混合物中NH3和H2S的48 h释放量，其原因可能有以下几方面。首先，Z-27菌株在猪肠道食糜中生长繁殖，产生蛋白酶等消化酶，提高肠道消化酶活力，提高了饲料蛋白等营养物质的消化利用率[15]，减少含氮、含硫物质的排放，从源头减少了形成NH3、H2S的物质基础。其次，pH值是影响粪便氨态氮挥发的主要因素之一，影响着溶解氨和气态氨之间的平衡。pH值降低有利于粪便中溶解氨的存在，减少气态氨向空气中的挥发，降低NH3释放量。此外，Z-27菌剂是从健康猪肠道分离得到的菌株，可以利用溶解氨作为氮源[14]，当其随粪便排出体外后，能继续利用粪便中的溶解氨及其他营养物质进行生长繁殖，使氨态氮转变为菌体蛋白氮，从而降低粪便中氨态氮的总量，减少氨气排放。

综上，在基础日粮中添加0.1%的Z-27菌剂可降低猪舍空气中NH3、H2S含量、细菌总数和大肠杆菌总数，降低猪粪、尿的pH值，降低猪粪尿混合物中NH3、H2S释放量，还能提高育肥猪的生长性能、防治腹泻。