蚯蚓粉、丝兰提取物对生长猪生长性能、养分消化代谢及粪尿发酵期间恶臭物质和有害气体排放的影响

引用本文

蒲施桦, 龙定彪, 刘作华, 朱佳明, 简悦, 曾雅琼, 王颖. 蚯蚓粉、丝兰提取物对生长猪生长性能、养分消化代谢及粪尿发酵期间恶臭物质和有害气体排放的影响[J]. 动物营养学报, 2021, 33(4): 2321-2334.

PU Shihua, LONG Dingbiao, LIU Zuohua, ZHU Jiaming, JIAN Yue, ZENG Yaqiong, WANG Ying. Effects of Earthworm Powder and Yucca Extract on Growth Performance, Nutrient Digestion and Metabolism, and Emissions of Repugnant Substances and Harmful Gases during Fermentation of Fecal-Urine Mixture for Growing Pigs[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2021, 33(4): 2321-2334.

蚯蚓粉、丝兰提取物对生长猪生长性能、养分消化代谢及粪尿发酵期间恶臭物质和有害气体排放的影响

蒲施桦^1,2 , 龙定彪^1,2 , 刘作华¹ , 朱佳明^1,2 , 简悦^1,2 , 曾雅琼^1,2 , 王颖³

1. 重庆市畜牧科学院, 重庆 402460;
2. 农业农村部西南地区养殖工程科学观测实验站, 重庆 402460;
3. 西南大学动物科学学院, 重庆 402460

收稿日期: 2020-06-19

基金项目: 重庆市技术创新与应用示范专项(cstc2018jscx-mszdX0045)；现代农业产业技术体系(CARS-35)；国际科技合作项目(19502)

作者简介: 蒲施桦(1986-), 女, 重庆人, 副研究员, 硕士, 从事畜牧环境研究。E-mail: opertion5@163.com.

通信作者: 龙定彪, 研究员, 硕士生导师, E-mail: 87902798@qq.com;
刘作华, 研究员, 硕士生导师, E-mail: liuzuohua66@163.com.

摘要: 本试验旨在研究饲料中添加蚯蚓粉、丝兰提取物对生长猪生长性能、养分消化代谢以及粪尿发酵期间恶臭物质和有害气体排放的影响。采用双因素随机试验设计，选取56头30~35 kg的健康杜长大(DLY)生长猪，按照体重相近、性别一致的原则分为4组，每组14个重复，每个重复1头猪。其中，对照组饲喂基础饲粮，蚯蚓粉组在基础饲粮中添加0.500%的蚯蚓粉，丝兰提取物组在基础饲粮中添加0.012%的丝兰提取物，蚯蚓粉+丝兰提取物组在基础饲粮中添加0.500%的蚯蚓粉和0.012%的丝兰提取物。试验期为80 d。结果表明：1)与对照组相比，单独添加丝兰提取物可显著降低生长猪的料重比(P < 0.05)；组合添加蚯蚓粉和丝兰提取物可显著增加粗蛋白质表观消化率及粗蛋白质表观代谢率(P < 0.05)。2)在厌氧发酵过程中，与对照组相比，单独添加丝兰提取物能显著增加粪尿中有机质含量(P < 0.05)，从而使粪尿的碳氮比增加至16，提高发酵期粪便产气量。3)与对照组相比，单独添加蚯蚓粉或者丝兰提取物均能显著降低发酵粪尿的三甲基吲哚、氨气和硫化氢浓度(P < 0.05)；这2种添加剂组合使用对减少粪尿发酵期间挥发性脂肪酸、臭味物质以及有害气体产生均有协同促进效果。由此可见，饲粮中组合添加蚯蚓粉和丝兰提取物能促进生长猪对蛋白质的消化吸收，减少粪尿发酵期间挥发性脂肪酸、恶臭物质和有害气体的排放，可作为饲料添加剂从源头上减少养殖粪污排放，对于加强养殖环境防控、缓解畜禽粪污资源化处理压力具有重要意义。

关键词: 蚯蚓粉丝兰提取物生长性能挥发性脂肪酸厌氧发酵

Effects of Earthworm Powder and Yucca Extract on Growth Performance, Nutrient Digestion and Metabolism, and Emissions of Repugnant Substances and Harmful Gases during Fermentation of Fecal-Urine Mixture for Growing Pigs

PU Shihua^1,2 , LONG Dingbiao^1,2 , LIU Zuohua¹ , ZHU Jiaming^1,2 , JIAN Yue^1,2 , ZENG Yaqiong^1,2 , WANG Ying³

1. Chongqing Academy of Animal Science, Chongqing 402460, China;
2. Scientific Observation and Experiment Station of Livestock Equipment Engineering in Southwest, Ministry of Agriculture, Chongqing 402460, China;
3. College of Animal Sciences, Southwest University, Chongqing 402460, China

Corresponding author: LONG Dingbiao, professor, E-mail: 87902798@qq.com;
LIU Zuohua, professor, E-mail: liuzuohua66@163.com.

Abstract: This experiment was conducted to investigate the effects of earthworm powder and yucca extract on growth performance, nutrient digestion and metabolism, and emissions of repugnant substances and harmful gases during fermentation of fecal-urine mixture for growing pigs. A double-factor design was adopted in this experiment. Fifty-six healthy Duroc×Landrace×Yorkshire (DLY) pigs with the body weight of 30 to 35 kg were selected and allocated to 4 groups with 14 replicates per group and 1 pig per replicate according to the principle of similar weight and consistent gender. A basal diet was the diet of control group, and the diet of earthworm powder group, yucca extract group, and earthworm powder+yucca extract group was adding 0.500% earthworm powder, 0.012% yucca extract and 0.500% earthworm powder+0.012% yucca extract into the basal diet, respectively. The experiment lasted for 80 days. The results showed as follows: 1) compared with the control group, the feed/gain of growing pigs was significantly reduced by individually adding yucca extract (P < 0.05), and the apparent digestibility of crude protein and the apparent metabolic rate of crude protein were significantly improved by simultaneously adding earthworm and yucca extract into the diets (P < 0.05). 2) In the anaerobic fermentation process, individually adding yucca extract could significantly increase the organic matter content in fecal-urine mixture, and improve the carbon/nitrogen (C/N) to 16 in the fecal-urine mixture, and promote the gas production of feces. 3) Compared with the control group, individually adding earthworm powder and yucca extract could significantly reduce the concentration of 3-methyindole, ammonia and hydrogen sulfide (P < 0.05). When those two additives combined used that had a synergistic promoting effect on reducing the production of volatile fatty acids, repugnant substances and odorous gases in the fecal-urine mixture during fermentation. In conclusion, yucca extract and earthworm powder combined used in the diet can promote the digestion and absorption of protein, and reduce the emissions of volatile fatty acids, repugnant substances and harmful gases during fermentation of fecal-urine mixture for growing pigs, which can be used as feed additives to reduce the emission of fecal pollutants from the source, the discharge of fecal pollutants at the source, and is of great significance to strengthen the management of livestock environment and relieve the pressure of livestock manure resource treatment.

Key words: earthworm powder yucca extract growth performance volatile fatty acids anaerobic fermentation

随着规模化、集约化养殖模式的快速升级，养殖业的污染排放已经成为继工业污染和城镇生活污水排放之后的第三大污染。第二次全国污染普查公报显示，畜禽养殖业排放污水的化学需氧量(COD)和氨氮分别占农业源污水排放量的93.76%和51.30%，目前仍是主要的农业污染源。饲粮营养不均衡、饲料配制加工不合理、养分吸收消化效率不高等多方面原因导致了生猪养殖粪污中恶臭气体、抗生素、微量元素和部分营养素的超标排放，尤其是养殖粪污中的4类化合物，即挥发性脂肪酸、酚类物质、吲哚类和硫醇类物质，严重威胁人畜健康^[1-2]。因此，降低养殖粪污的恶臭物质产量，对于缓解粪污处理压力，促进绿色生猪养殖具有重要意义。丝兰提取物作为一种天然植物性添加剂，能通过改善动物肠道微生态平衡，增强动物对营养物质的消化吸收，达到降低粪便氨气浓度，改善畜禽生长性能的作用^[3-5]，在畜禽养殖除臭方面的应用较为广泛。王俐^[6]研究发现，饲粮中添加丝兰提取物可使猪舍氨气浓度降低33%~46%。Matusiak等^[7]也发现，添加丝兰提取物能有效降低家禽粪便中恶臭气体浓度。蚯蚓粉作为新型动物饲料添加剂，可以提高畜禽的生长性能以及产品品质，增加畜禽的免疫力，但其在畜禽养殖除臭方面的应用仅见零星报道^[8]。曾正清等^[9]研究表明，在猪饲粮中添加蚯蚓粉能够降低猪粪尿中干物质含量和吲哚浓度。为此，本试验拟探讨在饲粮中单独添加蚯蚓粉、丝兰提取物及二者组合添加对生长猪生长性能、养分消化代谢以及粪尿发酵期间恶臭物质和有害气体排放的影响，为蚯蚓粉和丝兰提取物在养殖粪污除臭减排方面的应用提供参考依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

蚯蚓粉：粗蛋白质含量≥52.4%，干物质含量≥91.5%；丝兰提取物：皂角苷含量≥10.5%。

1.2 试验设计

采用双因素试验设计，将56头30~35 kg的健康杜长大(DLY)猪按照体重相近、性别一致等原则随机分为4组，每组14个重复，每个重复1头猪。4个组分别饲喂不同的饲粮：对照组饲喂基础饲粮，基础饲粮为参照NRC(2012)配制的粉状配合饲料，其组成及营养水平见表 1；另外3个组分别饲喂在基础饲粮中添加0.500%蚯蚓粉(蚯蚓粉组)、0.012%丝兰提取物(丝兰提取物组)以及0.500%蚯蚓粉+0.012%丝兰提取物(蚯蚓粉+丝兰提取物组)的饲粮。采用舍饲散养，自由饮水，自由采食(自动饲喂系统可准确记录每头猪每次的采食量)，保证料槽随时有料。圈舍定期冲洗打扫，湿帘-风机系统控制舍内温热环境。

表 1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (air-dry basis)

%
项目Items	含量Content
原料Ingredients
玉米Corn	69.75
豆粕Soybean meal	26.94
大豆油Soybean oil	0.91
石粉Limestone	1.12
磷酸氢钙CaHPO₄	0.13
微量元素预混料Trace-mineral premix¹⁾	0.50
维生素预混料Vitamin premix¹⁾	0.05
食盐NaCl	0.30
氯化胆碱Choline chloride (50%)	0.10
L-赖氨酸L-Lys	0.17
DL-蛋氨酸DL-Met	0.03
合计Total	100.00
营养水平Nutrient levels²⁾
消化能DE/(MJ/kg)	14.38
代谢能ME/(MJ/kg)	13.79
粗蛋白质CP	17.52
钙Ca	0.63
有效磷AP	0.25
赖氨酸Lys	0.88
蛋氨酸Met	0.52
苏氨酸Thr	0.51
色氨酸Trp	0.15
1)预混料为每千克饲粮提供The premix provided the following per kg of the diet：VA 10 000 IU，VD 2 500 IU，VE 5 mg，VK 2.5 mg，VB₁ 2.5 mg，VB₂ 6 mg，VB₆ 3.5 mg，VB₁₂ 30 μg，烟酸nicotinic acid 25 mg，D-泛酸D-antothenic acid 12 mg，叶酸folic acid 1.2 mg，生物素biotin 0.2 mg，Fe (as ferrous sulfate) 120 mg，Cu (as copper sulfate) 8 mg，Zn (as zinc sulfate) 120 mg，Mn (as manganese sulfate) 10 mg，Se (as sodium selenite) 0.2 mg，I (as potassium iodide) 0.2 mg。 2)粗蛋白质和钙为实测值，其余为计算值。CP and Ca were measured values, while the others were calculated values.

表 1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (air-dry basis)

1.3 消化代谢试验

在饲养试验第61天，每个组挑选5头中等体况的猪进行消化代谢试验，代谢笼中猪只自由采食和饮水，预试期4 d，正试期4 d。正试期准确记录投料量、剩料量和采食量，采用全收粪法，每天完整收集猪粪便和尿液，置于冷库中保存。样品采集结束后将每头猪的粪便、尿液分别混合均匀，四分法取新鲜粪样500 g，等比例取样法取尿样250 mL，分别加10%硫酸固氮，粪样放入(65±5) ℃的烘箱中烘至恒重，同时采集饲粮样粉碎过40目筛。所有样品置于-4 ℃冰柜保存备用。

1.4 发酵粪便试验

消化代谢试验结束后，06:00开始收集代谢笼中每个重复猪只的粪便和尿液，随排随收，持续至第3天06:00，将每次收集的粪尿放在-20 ℃的冷库中保存，第3天早上收集结束后将同一只猪的粪、尿分别混合均匀，每头猪的粪尿混合物(粪便: 尿液: 蒸馏水=1 : 1 : 1)分装入500 mL的抽滤瓶，每瓶装入300 g混合样品，每头猪的混合样品共分装6瓶，共计分装120个抽滤瓶。装样后的抽滤瓶用橡胶塞塞紧，用凡士林进行密封，抽滤口用乳胶管插好，利用旋片式真空泵对抽滤瓶抽真空，每个抽滤瓶抽至真空环境后将末端乳胶管用止水夹夹紧。将处理完的抽滤瓶置于温度35 ℃、相对湿度55%的恒温恒湿培养箱中进行厌氧发酵，分别在发酵第5、10、15、20、25和30天测定抽滤瓶内发酵物的pH、有机质和总氮含量以及氨气、硫化氢、乙酸、丙酸、丁酸、异戊酸、戊酸、吲哚、对甲酚和三甲基吲哚的浓度。

1.5 检测指标

生长性能：在试验第1天和第81天早上分别对每头猪空腹称重，在称重的前1天17:30停料并结算饲粮，计算平均日增重(average daily gain, ADG)、平均日采食量(average daily feed intake, ADFI)和料重比(feed/gain, F/G)。

养分消化代谢指标：饲粮和粪便中干物质含量采用常压恒温干燥法测定，参考GB/T 6435—2006；有机质含量采用重铬酸钾滴定法测定，参照NY 525—2012。饲粮和粪便中粗蛋白质和尿氮含量采用凯氏定氮法测定，参照GB/T 6432—1994。养分表观消化率和粗蛋白质表观代谢率的计算公式如下：

挥发性脂肪酸浓度：从每个抽滤瓶中取发酵物4 mL于5 mL的离心管中，在10 000 r/min下离心10 min。用移液枪取离心后样品的上清液2 mL在15 000 r/min下离心10 min，再次取离心后样品的上清液1 mL加0.4 mL的5%甲酸，装入1.5 mL的离心管，置于-20 ℃冰箱冷冻过夜，常温解冻3 h后在15 000 r/min下离心10 min，用一次性5 mL注射器吸取上清液并经0.45 mm滤膜过滤，滤液供气相色谱分析。每个样品取1 μL滤液进入气相色谱仪，测定乙酸、丙酸、丁酸、异戊酸和戊酸的浓度。

臭味物质浓度：从每个抽滤瓶中取发酵物2.2 g于5 mL的离心管中，加入2.2 mL提取液(三氯甲烷: 丙酮=1 : 1)，摇匀，置于40 ℃的水浴锅提取1 h，每间隔20 min摇匀1次，提取结束后在10 000 r/min下离心1 min，用一次性5 mL注射器吸取下层清液经0.45 mm滤膜过滤，滤液供气相色谱分析。每个样品取1 μL滤液进入气相色谱仪，测定吲哚、三甲基吲哚和对甲酚的浓度。

氨气和硫化氢浓度：用采气泵从每个抽滤瓶中抽取100 mL气体，用气体检测管测定抽样气体中氨气和硫化氢的浓度。

总氮含量：发酵物中总氮含量参照GB/T 6432—1994，使用全自动凯氏定氮仪测定(KJELTEC 2300，上海)测定。

有机质含量：发酵物中有机质含量参照《有机肥料》(NY 525—2012)，采用重铬酸钾容量法测定。

碳氮比(C/N)：指有机碳的总含量与氮的总含量的比值，有机碳计算参考《有机肥料》(NY 525—2012)中的系数1.724，即碳氮比=(有机碳/1.724)/总氮。

1.6 数据处理与分析

采用SPSS 21.0统计软件的GLM程序对数据进行单因素方差分析、Duncan氏法多重比较以及双因素有重复方差分析，P < 0.05和P < 0.01分别为差异显著和极显著标准，试验数据以平均值(mean)和均值标准误(SEM)或者平均值±标准差表示，采用Graphpad Prism 7.0进行数据图处理。

2 结果 2.1 蚯蚓粉、丝兰提取物对生长猪生长性能的影响

由表 2可知，单独添加蚯蚓粉对生长猪的末重、平均日采食量、料重比和平均日增重均无显著影响(P>0.05)；单独添加丝兰提取物可显著降低生长猪的平均日采食量和料重比(P < 0.05)，其料重比较对照组下降17%，但对末重和平均日增重无显著影响(P>0.05)；组合添加蚯蚓粉和丝兰提取物可显著降低生长猪的平均日采食量(P < 0.05)，但对末重、平均日增重和料重比无显著影响(P>0.05)。

表 2 生长猪的生长性能 Table 2 Growth performance of growing pigs

2.2 蚯蚓粉、丝兰提取物对生长猪养分消化代谢的影响

由表 3可知，单独添加蚯蚓粉或丝兰提取物对干物质和有机质表观消化率均没有显著影响(P>0.05)，但能显著提高粗蛋白质表观消化率及粗蛋白质表观代谢率(P < 0.05)，其中蚯蚓粉组较对照组分别提高了4.8%和17.5%，丝兰提取物组较对照组分别提高了3.9%和17.0%。组合添加蚯蚓粉和丝兰提取物对有机质表观消化率无显著提高作用(P>0.05)，但能显著提高干物质和粗蛋白质表观消化率以及粗蛋白质表观代谢率(P < 0.05)，较对照组分别提高了6.3%、6.5%和20.8%。

表 3 生长猪的养分消化代谢指标 Table 3 Nutrient digestion and metabolism indexes of growing pigs

2.3 蚯蚓粉、丝兰提取物对生长猪粪尿发酵期间有机质、总氮含量和碳氮比的影响

由表 4可知，各组生长猪粪尿中总氮和有机质含量随着发酵时间的延长呈整体下降趋势。在发酵期间(除第10天外)，蚯蚓粉组粪尿中总氮含量均显著高于其他组(P < 0.05)，其中发酵第15天时各试验组的总氮含量显著高于对照组(P < 0.05)，并达到最高值；在发酵第5、10、15、20天时，各试验组的有机质含量均显著高于对照组(P < 0.05)。由上述结果可知，单独添加丝兰提取物对发酵期间粪尿中碳氮比有显著的增加作用，而单独添加蚯蚓粉对发酵期间粪尿的碳氮比有显著的降低作用。组合添加蚯蚓粉和丝兰提取物对发酵期间粪尿中总氮含量的协同增加作用显著，但对有机质含量及碳氮比的协同作用不显著。

表 4 生长猪粪尿发酵期间有机质、总氮含量及碳氮比变化 Table 4 Changes of organic matter, total nitrogen contents and C/N during fermentation of fecal-urine mixture for growing pigs

%
项目 Items	组别 Groups	发酵时间Fermentation time/d
项目 Items	组别 Groups	5	10	15	20	25	30
有机质 OM	对照Control	74.67^c	74.82^d	69.27^bc	70.58^b	72.68^a	70.54^a
	蚯蚓粉Earthworm powder	81.46^b	82.47^a	71.99^b	74.89^a	64.45^b	63.66^b
	丝兰提取物Yucca extract	85.01^a	78.61^b	68.67^c	73.38^a	76.77^a	68.55^a
	蚯蚓粉+丝兰提取物 Earthworm powder+yucca extract	86.11^a	77.63^c	75.44^a	74.21^a	76.49^a	68.42^a
总氮 TN	对照Control	2.68^d	2.75^b	2.73^b	2.64^b	2.61^b	2.31^b
	蚯蚓粉Earthworm powder	3.00^a	2.76^b	3.04^a	2.95^a	2.53^a	2.77^a
	丝兰提取物Yucca extract	2.86^c	2.70^c	3.02^a	2.81^b	2.54^b	2.45^b
	蚯蚓粉+丝兰提取物 Earthworm powder+yucca extract	2.94^b	2.94^a	3.06^a	2.80^b	2.72^a	2.66^a
碳氮比 C/N	对照Control	16.16^b	15.80^c	14.70^a	15.53^a	16.15^ab	17.69^a
	蚯蚓粉Earthworm powder	15.81^b	17.31^a	13.76^a	14.71^b	14.80^c	13.39^c
	丝兰提取物Yucca extract	17.26^a	16.89^b	13.19^b	15.15^a	17.51^a	16.21^b
	蚯蚓粉+丝兰提取物 Earthworm powder+yucca extract	16.99^a	15.32^d	14.30^a	15.39^a	16.30^a	14.94^b
同列数据肩标不同字母表示差异显著(P < 0.05)，相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。下表同。 In the same column, values with different letter superscripts mean significant difference (P＜0.05), while with the same or no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05). The same as below.

2.4 蚯蚓粉、丝兰提取物对生长猪粪尿发酵期间挥发性脂肪酸浓度及pH的影响

由表 5可知，在发酵前期(第5~10天)，对照组和蚯蚓粉组粪尿中乙酸、丙酸及丁酸浓度显著高于丝兰提取物组和蚯蚓粉+丝兰提取物组(P < 0.05)，并达到最大值，同时对照组与蚯蚓粉组粪尿中异戊酸和戊酸浓度差异不显著(P>0.05)；发酵中期(第15~20天)，丝兰提取物组和蚯蚓粉+丝兰提取物组粪尿中乙酸、丙酸和丁酸浓度有所升高，并达到最大值，但仍显著低于对照组和蚯蚓粉组(P < 0.05)，蚯蚓粉组和丝兰提取物组粪尿中戊酸和异戊酸浓度有所降低，但两者差异不显著(P>0.05)；发酵后期(第25~30天)，对照组和蚯蚓粉组粪尿中乙酸、丙酸及丁酸浓度显著高于丝兰提取物组和蚯蚓粉+丝兰提取物组(P < 0.05)。从整个发酵过程来看，各组粪尿的pH均基本呈现先降低后趋于稳定的趋势，其中对照组和蚯蚓粉组在发酵第10天达到最小值，丝兰提取物组和蚯蚓粉+丝兰提取物组在发酵第15天达到最小值。从发酵期间各组粪尿中挥发性脂肪酸浓度和pH整体变化来看，单独添加丝兰提取物或组合添加蚯蚓粉和丝兰提取物能降低粪尿中乙酸、丙酸和丁酸浓度，缓解pH的降低速率，但单独添加丝兰提取物会增加粪尿中异戊酸浓度。

表 5 生长猪粪尿发酵期间挥发性脂肪酸浓度及pH变化 Table 5 Changes of pH and volatile fatty acid concentrations during fermentation of fecal-urine mixture for growing pigs

项目 Items	组别 Groups	发酵时间Fermentation time/d
项目 Items	组别 Groups	5	10	15	20	25	30
乙酸 Acetic acid/(mg/mL)	对照Control	9.58^c	13.58^a	13.19^a	12.40^a	13.14^a	12.09^ab
	蚯蚓粉Earthworm powder	11.58^a	13.64^a	11.74^b	11.68^ab	12.62^a	13.31^a
	丝兰提取物Yucca extract	8.12^d	9.49^b	10.39^c	10.43^b	8.98^c	7.96^c
	蚯蚓粉+丝兰提取物 Earthworm powder+yucca extract	10.32^b	7.92^c	9.94^c	10.31^b	10.51^b	11.21^b
丙酸 Propionic acid/ (mg/mL)	对照Control	2.21^b	2.64^a	2.48^a	2.36^a	2.40^a	2.40^b
	蚯蚓粉Earthworm powder	2.38^a	2.36^b	2.27^b	2.33^a	2.41^a	2.77^a
	丝兰提取物Yucca extract	1.70^c	1.71^c	1.76^d	1.99^b	1.70^c	1.56^d
	蚯蚓粉+丝兰提取物 Earthworm powder+yucca extract	1.26^d	1.58^c	2.03^c	1.99^b	2.03^b	2.18^c
丁酸 Butyric acid/ (mg/mL)	对照Control	2.99^a	3.00^b	2.60^b	2.93^a	2.86^a	3.51^a
	蚯蚓粉Earthworm powder	2.72^b	3.58^a	3.18^a	2.80^a	2.84^a	2.67^b
	丝兰提取物Yucca extract	1.64^c	1.80^c	1.73^c	1.96^b	1.52^b	1.62^c
	蚯蚓粉+丝兰提取物 Earthworm powder+yucca extract	1.36^d	1.23^d	1.82^c	1.67^c	1.66^b	1.84^c
戊酸 Valeric acid/(mg/mL)	对照Control	0.64^a	0.41^a	0.64^a	0.64^a	0.55^a	0.32^b
	蚯蚓粉Earthworm powder	0.60^a	0.44^a	0.33^c	0.37^c	0.36^b	0.47^a
	丝兰提取物Yucca extract	0.53^b	0.54^a	0.36^c	0.37^c	0.32^c	0.32^b
	蚯蚓粉+丝兰提取物 Earthworm powder+yucca extract	0.62^a	0.17^b	0.48^b	0.44^b	0.36^b	0.22^c
异戊酸 Isovaleric acid/ (mg/mL)	对照Control	1.16^a	1.01^b	1.09^b	1.12^b	0.79^c	0.91^c
	蚯蚓粉Earthworm powder	1.19^a	1.23^b	0.92^c	1.25^ab	1.38^a	1.58^a
	丝兰提取物Yucca extract	1.26^a	1.57^a	1.53^a	1.15^b	1.45^a	1.41^ab
	蚯蚓粉+丝兰提取物 Earthworm powder+yucca extract	1.09^a	0.77^c	0.92^c	1.41^a	1.03^b	1.16^b
pH	对照Control	7.40^a	6.10^c	7.00^b	8.00	7.40^a	7.20
	蚯蚓粉Earthworm powder	7.40^a	6.27^b	7.10^b	7.57	7.20^a	7.20
	丝兰提取物Yucca extract	7.40^a	7.03^a	7.40^a	7.80	7.10^b	7.10
	蚯蚓粉+丝兰提取物 Earthworm powder+yucca extract	7.10^b	7.03^a	7.10^b	7.70	7.20^a	7.10

表 5 生长猪粪尿发酵期间挥发性脂肪酸浓度及pH变化 Table 5 Changes of pH and volatile fatty acid concentrations during fermentation of fecal-urine mixture for growing pigs

2.5 蚯蚓粉、丝兰提取物对生长猪粪尿发酵期间对甲酚、吲哚与三甲基吲哚浓度的影响

由表 6可知，在发酵前期和中期(第5~20天)，各试验组粪尿中对甲酚(丝兰提取物组第10天除外)和三甲基吲哚浓度(蚯蚓粉组和丝兰提取物组第10天除外)显著低于对照组(P < 0.05)，其中蚯蚓粉组的对甲酚浓度最低，并显著低于丝兰提取物组(P < 0.05)；蚯蚓粉组和丝兰提取物组粪尿中吲哚浓度显著高于对照组(P < 0.05)。在发酵后期(第25~30天)，蚯蚓粉组和丝兰提取物组粪尿中三甲基吲哚和对甲酚浓度有所升高，并在发酵第30天达到最大值，且这2组的三甲基吲哚浓度显著高于对照组(P < 0.05)；丝兰提取物组和蚯蚓粉+丝兰提取物组粪尿中吲哚浓度显著高于对照组(P < 0.05)。上述结果说明，整个发酵期间，单独添加丝兰提取物或蚯蚓粉以及二者联合添加均能降低粪尿发酵过程中对甲酚的产生，且单独添加蚯蚓粉或丝兰提取物均会促进粪尿发酵过程中吲哚和三甲基吲哚的产生，而组合添加蚯蚓粉和丝兰提取物则会降低粪尿发酵过程中吲哚和三甲基吲哚的产生。

表 6 生长猪粪尿发酵期间对甲酚、吲哚与三甲基吲哚浓度变化 Table 6 Changes of p-cresol, indole and 3-methylindole concentrations during fermentation of fecal-urine mixture for growing pigs

mg/mL
项目 Items	组别 Groups	发酵时间Fermentation time/d
项目 Items	组别 Groups	5	10	15	20	25	30
对甲酚 p-cresol	对照Control	473.07^a	412.11^a	446.21^a	411.97^a	430.77^a	425.90
	蚯蚓粉Earthworm powder	314.20^c	274.73^b	244.02^d	301.70^cb	374.64^b	404.13
	丝兰提取物Yucca extract	429.57^b	382.22^a	375.50^b	363.88^b	437.88^a	438.54
	蚯蚓粉+丝兰提取物 Earthworm powder+yucca extract	344.04^c	258.26^b	313.74^c	326.76^b	371.73^b	369.33
吲哚 Indole	对照Control	61.83^b	36.44^b	34.61^b	36.61^c	35.03^c	27.96^c
	蚯蚓粉Earthworm powder	102.05^a	72.58^a	53.30^a	40.28^b	35.45^c	24.80^c
	丝兰提取物Yucca extract	93.50^a	78.98^a	57.75^a	63.46^a	71.25^a	46.74^a
	蚯蚓粉+丝兰提取物 Earthworm powder+yucca extract	15.48^c	39.23^b	36.42^b	38.17^c	44.37^b	32.29^b
三甲基吲哚 3-methylindole	对照Control	80.47^a	75.14^a	71.86^a	60.22^a	54.66^a	52.78^b
	蚯蚓粉Earthworm powder	61.21^b	69.49^a	46.24^c	40.47^b	45.78^b	69.84^a
	丝兰提取物Yucca extract	49.37^c	69.28^a	36.58^d	38.00^b	45.58^b	76.01^a
	蚯蚓粉+丝兰提取物 Earthworm powder+yucca extract	44.37^c	45.07^b	51.14^b	30.80^b	30.54^c	45.19^b

2.6 蚯蚓粉、丝兰提取物对生长猪粪尿发酵期间氨气及硫化氢浓度的影响

由表 7可知，在发酵期间，各试验组粪尿中硫化氢浓度整体呈现上升趋势，并在第20~25天内出现平缓期；而粪尿中氨气浓度则呈现先升高后降低趋势，并在第10天达到最高。在相同发酵时间点，各试验组粪尿中硫化氢浓度均显著低于对照组(P < 0.05)，以蚯蚓粉+丝兰提取物组最低，并在发酵前期(第5~10天)的协同效应显著(P < 0.05)。在发酵前期和中期(第5~20天)，各试验组粪尿中氨气浓度低于对照组，且在发酵第10天3个试验组与对照组的差异均达到显著水平(P < 0.05)；在发酵后期(第25~30天)，各组粪尿中氨气浓度差异不显著(P>0.05)。上述结果说明，在整个发酵期间，单独添加丝兰提取物或蚯蚓粉均能降低粪尿发酵过程中的氨气和硫化氢的产生，二者联合添加时协同降低效应不显著。

表 7 生长猪粪尿混合物发酵期间氨气和硫化氢浓度变化 Table 7 Changes of ammonia and hydrogen sulfide concentrations during fermentation of fecal-urine mixture for growing pigs

3 讨论 3.1 蚯蚓粉和丝兰提取物对生长猪生长性能的影响

蚯蚓粉和丝兰提取物作为饲料添加剂，在畜牧养殖领域应用较为广泛^[10]。本研究发现，在生长猪饲粮中单独添加0.500%蚯蚓粉对于生长猪的平均日采食量、平均日增重和料重比均无显著影响，单独添加0.012%丝兰提取物显著降低了生长猪的平均日采食量和料重比，对平均日增重无显著影响；而组合添加蚯蚓粉和丝兰提取物仅显著降低了生长猪的平均日采食量。张泳桢等^[11]的研究结果发现，在30~40 kg生长猪饲粮中添加0.33%、0.66%的蚯蚓粉对猪只生长性能无显著影响，而添加0.99%的蚯蚓粉显著提高了猪只的平均日增重，降低了料重比；Panetta等^[12]在41 kg生长猪饲粮中添加0.062 5%的丝兰提取物，结果发现对平均日增重、平均日采食量和料重比无显著影响；而徐麒麟等^[13]和Gebhardt等^[14]的研究结果显示，饲粮中添加蚯蚓提取物或者丝兰皂苷，能显著提高猪只的平均日增重，降低料重比。造成这种结果的差异可能与蚯蚓粉和丝兰提取物的添加量不同有关。

3.2 蚯蚓粉和丝兰提取物对生长猪养分消化代谢的影响

动物对饲粮中养分的吸收利用不仅决定动物的生长性能，还是粪便恶臭物质产生量的一个重要影响因素^[15]。研究表明，蚯蚓粉和丝兰提取物对饲粮养分的消化吸收均有促进作用^[16-17]。朱宇旌等^[18]在饲粮中添加5%蚯蚓粉后显著提高了肉鸡的粗蛋白质、粗脂肪表观代谢率。丁晓等^[19]在饲粮中添加100 mg/kg蚯蚓粉后显著提高了肉鸡的粗蛋白质表观代谢率和表观消化率。丝兰提取物中的皂角苷可增强动物肠道内微生物的作用与繁殖，促进蛋白质的消化吸收，从而起到氮减排作用^[20-23]。Min等^[24]研究显示，在饲粮中添加120 mg/kg丝兰提取物可显著提高生长猪的干物质、粗蛋白质、必需氨基酸表观消化率；以上这些结果均与本研究结果相一致。在本研究中发现，添加蚯蚓粉或者丝兰提取物，对于生长猪的干物质、有机质、粗蛋白质表观消化率以及粗蛋白质表观代谢率，较对照组均有不同程度的提高，其中粗蛋白质表观消化率及表观代谢率的提升效果显著；当两者组合添加时对于饲粮中养分的消化吸收具有协作提升效应。这可能是由于丝兰提取物与蚯蚓粉均能显著提升动物十二指肠绒毛长度和隐窝深度，提高蛋白酶、脂肪酶活性^[25]，而蚯蚓粉和丝兰提取物组合添加对促进动物肠道对蛋白质消化吸收起到了一定的协同作用。

3.3 蚯蚓粉和丝兰提取物对生长猪粪尿混合物发酵期间有机质和总氮含量的影响

厌氧发酵作为畜禽粪尿处理的有效途径之一^[26-28]，粪便中有机质和总氮含量是影响其发酵效果的2个重要因素^[29-30]。贾月慧等^[31]研究发现，猪粪便在厌氧发酵过程中有机质含量会随着发酵时间的延长而降低。这与本试验结果相一致。随着厌氧发酵时间的延长，粪尿中有机质和总氮含量均整体呈现下降趋势，这主要是由于粪便中的有机质和氮素被厌氧微生物有效利用，以甲烷、硫化氢以及挥发性有机物等形式损失。碳氮比是粪便厌氧发酵产气的重要考核指标，当厌氧发酵中碳氮比为16时^[32-33]，较适合厌氧微生物能源利用转化，促进发酵产气量。由于单一畜禽粪便原料本身缺少碳源，并不利于厌氧发酵产气，尤其是新鲜猪粪的碳氮比相对于牛粪、鸭粪更低，一般在12左右。而本试验对发酵粪尿中成分测定后发现，单独添加丝兰提取物能增加发酵粪尿中有机质含量，能维持发酵期间的平均碳氮比在16.1左右，有利于发酵后期有机气体(甲烷等)生成，减少挥发性氨气产生；而蚯蚓粉和丝兰提取物的组合添加虽能增加发酵粪尿中的碳氮比，但协同效果不显著。

3.4 蚯蚓粉和丝兰提取物对生长猪粪尿发酵期间pH、挥发性脂肪酸与恶臭物质生成的影响

粪尿厌氧发酵过程中必然会经历水解发酵、产氢产酸以及产甲烷3个阶段^[34]，而过高浓度的挥发性脂肪酸对厌氧发酵水解以及后期产甲烷阶段具有一定抑制作用^[35-36]。在本试验的厌氧发酵期间，蚯蚓粉组和对照组所产生的乙酸、丙酸以及丁酸浓度显著高于丝兰提取物组以及蚯蚓粉+丝兰提取物组。当粪尿发酵在水解阶段的微生物会将有机物大分子降解呈小分子，而产氢产酸则是将水解发酵产生的中间产物分解成大量的乙酸、丙酸和原子氢等产物，以刺激甲烷菌繁殖。从各试验组挥发性脂肪酸浓度随发酵时间的变化可以看出，对照组和蚯蚓粉组在产氢产酸期在发酵第10天左右，而丝兰提取物组和蚯蚓粉+丝兰提取物组则在发酵第15~20天。由此可见，丝兰提取物组生长猪粪尿在发酵期间的挥发性脂肪酸生成速率慢于对照组和蚯蚓粉组。但当挥发性脂肪酸的生成速度大于其被甲烷菌利用而生成甲烷的速度，会导致发酵粪尿pH降低，从而抑制甲烷产生。从各组的pH发现，对照组和蚯蚓粉组粪尿在产氢产酸期pH在6.0~6.4，而丝兰提取物组和蚯蚓粉+丝兰提取物组产氢产酸期pH在6.6~7.0。而畜禽粪尿厌氧发酵pH在6.8~7.4较为有利^[37-39]，其中猪粪尿在发酵过程中的产酸尤为明显，一般发酵液pH会降至6.4左右，从而严重制约产气^[40-41]，这与本研究的结果相一致。从厌氧发酵产生的粪臭素浓度变化来看，蚯蚓粉能显著降低粪尿在发酵期间产生的对甲酚，这可能是蚯蚓粉能够促进畜禽肠道对氨基酸的消化吸收，降低了粪尿中氨基酸的含量有关；丝兰提取物和蚯蚓粉均能显著降低粪尿发酵后期(第25~30天)三甲基吲哚浓度，增加吲哚浓度，这可能与这2组的发酵液后期pH升高至7.7~8.0，促进了大部分色氨酸转化成吲哚，抑制了色氨酸转化为三甲基吲哚有关；此外，还可能是蚯蚓粉中的抗菌肽以及丝兰提取物中的抑菌成分抑制了粪尿发酵过程中的腐败菌，从而降低了甲酚和三甲基吲哚的产生^[42-44]。综上可见，丝兰提取物对于发酵期间生长猪粪尿的过量产酸有一定的抑制作用，有利于猪粪尿发酵期间产甲烷菌的生长；蚯蚓粉则能降低发酵期间生长猪尿粪中对甲酚和三甲基吲哚浓度；而组合添加蚯蚓粉和丝兰提取物对于发酵期间生长猪尿粪挥发性脂肪酸以及恶臭物质产量有协同降低作用。

3.5 蚯蚓粉和丝兰提取物对生长猪粪尿发酵期间有害气体生成的影响

猪粪尿厌氧发酵产生的氨气主要来源氨基酸的失氨作用和尿素的分解^[45-48]。本试验中，各组氨气产生的高峰期在发酵第10和20天。当氨气浓度到达第1个高峰期(发酵第10天)之后，开始呈波动下降趋势，这可能是尿液与粪便混合初期，尿液中的尿素被粪便中的脲酶降解释放出氨气；而粪便中的含氮物质被降解的速度相对较慢^[49]，释放的时间相对尿素较长。因此，在发酵第20天粪便中含氮物被微生物降解产生氨气，达到氨气产生的第2个高峰期。而大量研究报道，丝兰提取物中皂甙成分可调节肠道，促进动物对于氮素等养分的消化吸收，从而可有效减少动物粪便中氨气、硫化氢等有害气体排放^[50-52]，Chepete等^[53]研究发现，鸡饲粮中添加100 mg/kg的丝兰提取物能减少粪便中28%~44%的氨气排放量；梁国旗等^[54]研究显示，在猪饲粮中添加丝兰提取物能降低尿素氮的分解速度和抑制可溶性硫化的产生，进而降低氨气和硫化氢的产生。王金旭等^[55]在猪饲粮中添加0.02%丝兰提取物后，舍内氨气浓度降低19.1%，硫化氢浓度降低13.5%。本试验结果与上述研究结果相一致。在整个发酵期间，单独添加蚯蚓粉能显著降低生长猪粪尿中氨气和硫化氢浓度，而而组合添加蚯蚓粉和丝兰提取物则有显著协同降低效应。目前关于蚯蚓粉在饲料除臭方面的研究尚少，但蚯蚓粪在填料除臭、堆肥除臭方面的应用较多^[56]，尚丽勤^[57]在蚯蚓粪中分离出7株除硫的细菌与4株除硫的真菌，6株除氨的细菌与3株除氨的真菌，且王颂萍^[58]研究表明，用蚯蚓粪作为鸡舍垫料，对鸡舍中硫化氢和氨气的去除率可分别达到72%和33%。因此，蚯蚓粉对发酵粪尿中氨气和硫化氢的抑制效果可能与其中含有的微生物相关，具体原因尚需要进一步研究。

4 结论

饲粮中单独添加蚯蚓粉或丝兰提取物能促进生长猪对蛋白质的消化吸收，减少粪尿发酵期间恶臭物质及有害气体的产生，二者组合添加能提高发酵粪便的生物质能源产生，协同降低粪尿发酵期间挥发性脂肪酸、恶臭物质和有害气体的产生。因此，蚯蚓粉和丝兰提取物组合饲料添加剂可作为源头减排技术，有效减少养殖粪污有害物质排放，有助于畜禽粪污资源化处理利用。

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