摘要：將豬糞液酸化至pH 5.5是減少糞坑和儲存設施中氨排放的一種手段。通過在一個處理罐中使用硫酸對糞便進行酸化，然后將其泵送回糞坑或儲存罐。我們研究了酸化對微生物活性的影響。與未經處理的糞便相比，儲存的酸化糞便中的氧氣消耗速率、甲烷生成和硫酸鹽還原均減少了超過98%。盡管硫酸鹽濃度較高，但酸化糞便中的微生物代謝受到嚴重限制或不存在。這可能是由于酸化糞便中丙酸等質子化的短鏈揮發性脂肪酸濃度較高（約25 mM，而未經處理的糞便<0.1 mM），這些物質作為細胞膜電位的解偶聯劑阻止了微生物代謝。總的來說，糞便酸化的結果是產量大幅減少、硫化氫和甲烷的損失降低，并且氨的損失被消除。另一方面，預計會出現更多揮發性脂肪酸的揮發和損失。

1引言

農業是大氣氨（NH3）的主要人為源，占總氮排放的50%以上（Bouwman等，1997；Pedersen＆Hansen，2004）。發達國家農業部門的結構性發展導致畜禽生產的持續強化（Levin等，2006），生產單位變得更少但更大。伴隨總產量的增加，這導致了本地和更集中的排放類型。來自畜禽生產的空氣中的氮污染對環境具有已知的負面影響（Fangmeier等，1994；Krupa，2003；Smith，2003；Erisman等，2007），并且還通過減少糞便的氮肥價值而造成經濟損失（Sorensen和Amato，2002）。飼養的生長豬產生糞便和尿液，在管理過程中與床料和一些水混合，并形成糞便。糞坑和儲存罐中的糞便占總農業氨排放的70-80%（ECETOC，1994；Hutchings等，2001；Anderson等，2003）。此外，從糞坑中氨的蒸發對生產房間內的工作環境和豬的健康產生負面影響。因此，要求遵守有關工作環境和氮損失的環境政策，需要引入能夠減少畜禽生產系統中空氣氮損失的技術。

氨是一種可溶的氣體，在水溶液中作為相對較強的堿具有酸解離常數pKa=9.26。糞便的典型pH值約為7.5-8。將糞便的pH值降低兩個單位至約5.5，可將游離氨濃度降低兩個數量級，從而基本上消除糞便中的氨蒸發和損失。因此，建議通過添加酸（Bussink等，1994）來降低糞便的pH值。硫酸（H2SO4）因其經濟原因以及其肥料價值而被提出。當酸化糞便施用于田地時，添加的硫可以替代需要來自商業礦物肥料的硫（Eriksen等，2008）。目前在一些丹麥豬生產單位中商業化可用的使用糞便酸化以減少氨揮發的設施，從整個生產設施中獲得的氨揮發大幅減少（Pedersen，2004）。糞便酸化的氨化學已經很好地理解，但對于糞便中微生物活動的可能后果仍然大部分未知。在本研究中，我們特別關注了酸化對選擇的異養活動的后果，包括硫酸鹽（SO42-）還原和甲烷（CH4）生成。酸化的糞便的各種其他后果的更廣泛調查，例如涵蓋許多不同類型的糞便，超出了本文的范圍。研究了來自糞坑和外部糞液儲罐的糞液。

盡管氧（O2）消耗在原位上沒有定性重要性，但糞液確實含有許多需氧的好氧生物，因此在微生物活動的一般度量之外，更具體的厭氧微生物過程也是非常相關的，這些過程也可能受到酸化的影響。至于硫酸鹽還原，不僅pH值瞬間降低了約2個單位，而且還引入了高達100mM的硫酸鹽到糞液中。硫酸酸化后硫酸還原的增加可能是個問題，因為高毒性的硫化物（H2S）在pH 5.5時幾乎100％為氣體形式，因此非常揮發。在自然生態系統中已經描述了低pH值下的硫酸鹽還原（Gyure等人，1990；Ku¨sel和Dorsch，2000），但在豬糞中，不清楚硫酸鹽作為電子受體的高濃度是否會引起硫酸鹽還原的進行性增加。初始觀察到存儲的酸化糞液中持續低硫化物濃度的跡象表明，硫酸鹽還原可能比最初預期的要低（Eriksen等人，2008）。在糞液儲存期間產生的甲烷對總體農業溫室氣體排放做出了重要貢獻（Berg等人，2006），但也可能在形成糞液儲罐上的天然地殼中發揮有益作用。據報道，在更酸性的條件下（pH&lt;5.5）也發生甲烷生成（Taconi等人，2007）。

在本研究中，我們研究了一種帶有生長/育肥豬的豬場中酸化糞便的微生物活動。該單位配備了從糞坑到儲存罐的完整和恒定的酸化。

2材料和方法

2.1實驗場地和樣本采集

本研究中采用的糞便酸化系統是商業可用的，并在www.infarm.dk上有詳細描述。簡言之，糞坑中的糞便每天被轉移到一個處理罐中，在那里加入硫酸直到達到約5.5的pH值。然后，大部分糞便（通常<90%）被泵回豬舍的糞坑中，以降低那里的pH。每個周期之間產生的多余糞便被泵送到帶有稻草覆蓋的糞便儲存罐中，進行長時間儲存（最多6-8個月），直到田間施用。糞便從糞坑和處理罐中酸化后的滯留時間約為30天。儲存罐中糞便的平均年齡約為120-140天。由于每天的泵送活動，糞坑中的糞便被充分混合，而與之相反，儲存罐中的糞便在數月內保持靜止。為了考慮這種差異，對來自糞坑和儲存罐的糞便進行了分析。樣本是在一月份的某個時候收集的。認為來自糞坑的糞便是充分混合的，因此在單個樣品中具有代表性。為了考慮可能的分層，從儲存罐中的糞便柱中采樣。儲存罐大約60-70%滿，因此存儲的糞便代表了年齡和成分的廣泛平均水平。為了比較，還從一個不使用糞便酸化的類似養殖設施中收集了未經酸化處理的對照糞便。在這里，糞便在糞坑中的滯留時間約為20天。