Микробный ценоз навоза

Под навозом обычно понимается смесь твердых экскрементов и подстилки. При использовании навоза и птичьего помета под сельскохозяйственные культуры необходимо помнить о бактериологическом составе удобрительных средств. Содержание микроорганизмов зависит от химического состава исходных компонентов навоза, рационов кормления животных, их физического состояния и др.

Свежие стоки свиноферм могут содержать огромное количество аэробных и анаэробных бактерий, из которых подавляющее большинство относится к энтеробактериям. Кроме того, в стоках свиноводческих комплексов могут содержаться возбудители болезней, опасных для человека.

Преобладающими в навозе КРС и помете птиц являются аммонифицирующие и автохтонные микроорганизмы (табл. 33). Количество их значительно снижается с увеличением влажности субстрата.

Бактериологический анализ кала животных показывает, какое колоссальное количество бактерий выделяется наружу вместе с экскрементами. Для определения бактерий в кале метод питательных пластин совершенно неприменим, так как главная масса бактерий находится в виде зооглей, плотно прилегающих к остаткам полупере- варенной пищи и отслоившихся эпителиальных клеток. Хорошие результаты дает непосредственный подсчет под микроскопом и весовое определение бактериальной массы. Такие определения показывают, что на долю бактерий приходится довольно значительный процент сухого вещества экскрементов. По определениям Лисаусра, бактериальная масса составляет: у человека - 4-15,67%, у рогатого скота - 14,73-18,75%, у собаки - 3,54-9,08% общего веса экскрементов. Количество бактерий на 1 мг определяется в 20-165 млн; взрослый человек выделяет ежедневно 17,2 • 1010 клеток бактерий.

Таблица 33

Содержание микроорганизмов в органическом сырье и навозе, млн/г (Рабинович, 1999)

Вид органического сырья, навоза

Аммон ифи- каторы

Денитри-

фикаторы

Автохтонные

Грибы

Аэробные

целлюло-

зоразру-

шаюшие,

тыс./г

Навоз КРС жидкий

491,5

122,2

1897,4

324,4

22,8

Навоз КРС полужидкий

192,5

29,2

463,8

110,8

57,3

Навоз КРС бесподстилочный

241,5

5,5

453.5

77,5

52,0

Помет жидкий

26,5

0,009

2,6

9,6

19,8

Помет сухой

932,1

0,4

406,3

4,8

149,2

Торф низинный

1 1.Х

0,7

13,0

25,4

16,4

Торф переходный

4,9

0,003

7,1

15,3

4,2

Опилки

10,5

0,0003

0,1

0

0

Натуральный навоз образуется в результате совокупности сложных процессов брожения, происходящих в подстилке животных. Искусственный навоз получается из растительных остатков и других углеродсодержащих компонентов, к которым добавляются азотосодержащие ингредиенты. В обоих случаях за счет сложных субстратов и их биологической трансформации образуются новые соединения, которым навоз в значительной степени и обязан своими ценными качествами.

На состав натурального навоза влияют добавки неорганических веществ, которые включают в корм для увеличения привеса животных: антибиотики, ферменты, микроэлементы и т. д. Некоторые из этих добавок угнетают развитие микроорганизмов желудочно-кишечного тракта и тем самым изменяют химический состав навоза и эффективность биохимической его переработки. В то же время органические вещества могут образовывать комплексные соединения с некоторыми микроэлементами, металлами, в результате чего также будет изменяться биохимическая активность микроорганизмов в навозе.

Ветеринарно-гигиенические мероприятия животноводческих ферм отражаются на химических свойствах навоза. Дезинфицирующие средства и антибиотики представляют собой новый необычный субстрат для микроорганизмов. В качестве дезинфекторов используют разнообразные соединения: щелочи, кислоты, хлорсодержащие препараты, формалин и т. д.

В последние годы в животноводстве применяют модифицированные антибиотики, судьба которых во вторичных продуктах спорна. Инактивация антибиотиков требует адаптационного периода микроорганизмов. Хорошо известно, что микроорганизмы многих таксономических групп способны атаковать молекулы разнообразных антибиотиков и проводить ряд энзиматических трансформаций их молекул. В некоторых случаях микроорганизмы даже полностью де- структурируют модифицированные соединения, используя их в качестве источника углерода и энергии.

Устойчивость микроорганизмов к антибиотикам может иметь разную природу. В одних случаях меняется проницаемость оболочки клетки для антибактериального вещества, в других - клетка увеличивает синтез веществ, противостоящих химиотерапевтическим препаратам. У резистентных микроорганизмов могут возникать новые пути обмена, которые компенсируют подавленные антибиотиками функции. Иногда инактивация антибиотика связана с полной деградацией молекулы, т. е. представляет собой типичную реакцию микробиологической трансформации. Однако инактивация антибиотиков изучена весьма детально на уровне ферментных препаратов. Некоторые реакции в оптимальных условиях идут очень быстро, в течение нескольких часов происходит инактивация до 95% антибиотика.

Очень трудно выяснить пути инактивации антибиотиков, попавших во вторичные продукты животноводства, особенно в навозные стоки. Можно предположить, что результатом этих реакций (энзиматическая трансформация) явится образование биологически инертных веществ, не представляющих практической ценности.

В навозе содержится большое количество полезных микроорганизмов. Их численность велика - в 1 т навоза может находиться до 10 кг микробной массы, а в 1 г-до 90 млрд живых микробных клеток. Микробы не только используют питательные вещества навоза, но и формируют его качественный состав. Благодаря жизнедеятельности микробов навоз приобретает свойство высококачественного органического удобрения. Аммонификаторы, нитрификаторы, дени- трификаторы, возбудители брожений, плесневые грибы и актиноми- цеты - далеко не полный перечень микроорганизмов, участвующих в трансформации азотосодержащих соединений навоза.

В целом же качественный состав бактериального населения навоза определяется химическими свойствами пищи животных и теми условиями, которые создаются в пищеварительном тракте, причем здесь главную роль играет характер выделений кишечника и формирование аэробных и анаэробных условий. Так как свежие экскременты содержат уже в себе массу различных организмов, получивших развитие в кишечном канале животных, то знакомство, хотя бы в общих чертах, с микрофлорой и фауной пищеварительного тракта является необходимым для изучения микробиологии навоза.

В навозе происходят активные биохимические процессы благодаря наличию сложных углеродсодержащих компонентов и их биологической трансформации. В результате синтезируются новые органические соединения сложной полимерной структуры, которым навоз в значительной степени и обязан своими ценными качествами.

Таким образом, на состав навоза влияют добавки веществ, которые включают в корм с целью увеличения привеса животных: антибиотики, ферменты, микроэлементы и т. д. Некоторые из этих добавок угнетают развитие микроорганизмов желудочно-кишечного тракта животных и тем самым изменяют химический состав экскрементов. Органические вещества, образуя комплексные соединения с некоторыми микроэлементами, металлами, в конечном счете меняют биохимическую активность микроорганизмов и эффективность биотехнологической переработки навоза. В связи с этим методы биоконверсии навоза одного вида животных не всегда могут быть применимы к навозу или помету других животных. В целом отходы животноводства находятся в разном физическом состоянии: твердом, полутвердом и жидком, что соответственно требует подбора определенной технологии их переработки.

Характеристика навоза животных зависит от состава и усвояемости кормового рациона. В навоз попадает нспереваримый корм, который не подвергся микробному воздействию в желудочно-кишечном тракте, главным образом волокна целлюлозы. Непереваримые протеины выделяются с калом, а обменный азот - с мочой в виде мочевой кислоты у птиц и в виде мочевины - у скота. Остатки пищеварительных соков, минеральные вещества, отмершие клетки эпителия кишечного тракта, слизь, бактерии, простейшие и посторонние субстраты, например грязь, проглоченная вместе с кормом, входят в состав навоза. Предупредить потери ценных веществ в навозе и синтез нежелательных соединений можно путем использования правильных методов его хранения.

Вполне возможно выявить микроорганизмы, участвующие в превращении соединений углерода и азота в навозе, а также оценить скорость процессов, протекающих под их влиянием, и определить продукты их жизнедеятельности. Структура и разнообразие бактериальных сообществ навоза определяется его спецификой как среды обитания микроорганизмов.

Навоз как субстрат, имеющий трехфазную систему (твердую, жидкую и газообразную), представляет собой комплекс одновременно существующих совершенно различных микросред. Эти микросреды сменяются не только в пространстве, но и во времени. При этом одна микросреда превращается в другую, часто противоположную по своим характеристикам. Особенно это наглядно видно при хранении навоза, его компостировании или утилизации. Обычно в микрозонах навоза присутствуют микроорганизмы, относящиеся к разнообразным группам и способные использовать любой питательный субстрат при определенных окислительно-восстановительных условиях, pH, температуре.

Благодаря многообразию микроорганизмов в навозе формируется своеобразный микробный пул (по Д. Г. Звягинцеву) и сообщества, внутри которых складываются разные типы взаимоотношений между членами этих сообществ. Развитие микробного сообщества (мы будем использовать этот термин в самом широком смысле, не вдаваясь в терминологическую дискуссию) лимитируется недостатком или недоступностью органического вещества или других питательных веществ, температурой и т.д., что определяет валовую минерализацию органического вещества. Активность микроорганизмов, их сукцессии при трансформации веществ и перестройка интенсивности микробиологических процессов, протекающих в навозе,- явление вполне закономерное и регулируемое.

Известно, что навоз животных имеет разную химическую характеристику, активность микроорганизмов, их разнообразие (мезо- фильных и термофильных, аэробных и анаэробных). Это определяет не только распад органических веществ (целлюлозы, лигнина, хитина и т. д.) в навозе и их трансформацию, но и образование побочных продуктов (органофосфатов, биогаза и др.).

Аэробный процесс осуществляет аэробное микробное сообщество, представленное разнообразными грибами, актиномицетами, бактериями, по схеме

С6 Н12 06 + 6 02 = 6 С02 + 6 Н, О + энергия (теплота 41%) + микробная масса (59%).

Анаэробный процесс:

С6Н,206 = 3 СН4 + 3 С02 + энергия (теплота 3%) + микробная масса (8%).

Анаэробное разложение органических веществ в метантенках осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие различных групп микроорганизмов: гидролитиков, бродил ьщиков, ацетогенов и мстаногенов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >