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20世纪90年代以来,我国畜牧业发展取得了举世瞩目的成就,但随着养殖量的增大,畜禽粪便的量也与日俱增,给环境带来巨大压力。本研究利用固相微萃取-气相色谱-质谱法(SPME-GC/MS)分析证明了亮斑扁角水虻(Black soldier fly,Hermetia illucensL.)对猪粪便中的有机挥发性气体VOA(挥发性脂肪酸、3-甲基吲哚、吲哚、对甲苯酚、乙基苯酚)有很好的去除效果,并利用DGGE技术初步探究了黑水虻幼虫的除臭机理。粪便中挥发性脂肪酸(VFA)含量与粪便的臭味呈正相关,且脂肪酸支链越多、碳链越长,气味越不容易去除。本研究证明,与对粪便中其他VOC的去除效果相比,水虻幼虫对挥发性脂肪酸的去除效果最好,对于短链脂肪酸,如乙酸、丙酸48h内即可去除,长链脂肪酸如丁酸、戊酸在72 h内可完全去除,己酸120 h之前可完全去除,而对照组中,除乙酸、丙酸可在60h左右去除外,其他长链脂肪酸在9d内仍存在。72 h开始,粪便中对甲基苯酚、乙基苯酚、吲哚、3-甲基苯酚的含量即发生较明显变化,除3-甲基吲哚外其他三种物质168 h左右即可去除完全,与对照相比提前两天完成臭味去除。3-甲基吲哚(粪臭素)存在于粪便中浓度最高且最不易去除,而水虻对粪臭素的除臭效果很好(P<0.05),9d已经将粪臭素含量降到最低,而此时对照组中粪臭素含量是实验组的4倍。
本文结合无菌幼虫体系验证结果、固相微萃取-气相色谱-质谱结果、DGGE(变性凝胶电泳)结果及进化树分析可知,黑水虻肠道微生物的去除不影响其对猪粪便的转化,反而对除臭功能有较小影响,但不是影响幼虫除臭的主要原因。水虻通过以下几种方式达到除臭效果:在取食粪便的过程中不断上下翻动粪便,促进粪便中有机气体的挥发;水虻幼虫在取食粪便的同时,增加了粪便中一些有益菌群(如瘤胃菌属、乳酸杆菌属)的数量,这些菌群可以抑制有害菌、产臭菌群的产生和增值;水虻幼虫的引入,对梭菌属、不动杆菌属、假单胞菌属及微杆菌属等产臭微生物有抑制作用,此外本研究证明黑水虻幼虫还可以抑制粪便中有害菌群的增殖。因此利用水虻幼虫处理猪粪便,既能有效利用资源、变废为宝、缓解环境压力,为畜禽粪便除臭研究提供了新的思路,也可从另一方面缓解我国日益紧张的资源压力。