发酵床养猪技术的应用研究进展

王远孝,王 恬

(南京农业大学动物科技学院,江苏南京210095)

养猪业是畜牧业的重要产业部门,近年来迅猛发展,国家统计局数据显示,2009年我国生猪出栏6.4亿头,较上年增长5.7%;生猪存栏4.7亿头,增长1.5%。我国传统的规模化集约化饲养方式一般采用水泥地面,存在着一定的弊端,一是猪粪便集中排放对养殖环境和周边环境造成威胁;二是抗生素等药物滥用导致药物残留和细菌产生抗药性,并影响猪肉品质。这些问题日益凸显,制约了养殖业的健康发展。随着人们生活水平的提高,对环境和猪肉品质的要求有了更大的提高。因此,在养猪业中,迫切需要探索一条健康的养殖模式。在这种情形下,近几年我国很多地区引进了发酵床养猪技术[1]。该技术基于控制畜禽粪便排放与污染,追随自然农业理念,无冲洗作业而节水,低排放可缓解养猪场的环境污染问题[2],是一种无污染、“零排放”的有机农业技术。王远孝等[1]对猪用发酵床的制作与管理做了详细的综述,随着该技术在国内应用日渐推广,取得了很好的应用效果,但也出现了一些问题,本文就发酵床养猪的最新应用研究进展展开综述,为其进一步推广提供技术支持。

1 发酵床养猪技术简介

日本最早从事猪发酵床养殖技术研究,于1970年建立了第一个以木屑作垫料的发酵床养猪系统。加拿大Biotech公司于1985年推出一个以秸秆为深层垫料的发酵床系统。目前,日本自然农业协会、山岸协会、鹿儿岛大学,以及韩国自然农业协会都在大力推广和应用这项技术。我国镇江市最先从日本引进这一技术,继而在全国推广[3]。

发酵床养猪技术,是基于控制畜禽粪便排放与污染的一种养殖方式,其基本做法是在畜舍内铺设厚垫料,猪在垫料上饲养,粪尿和垫料被混合发酵,猪饲育和粪尿处理同时在畜舍内完成的饲养方式,它利用全新的自然农业理念和微生物处理技术,实现养猪低排放、无臭气、缓解规模养猪场的环境污染问题,是一种全新的环保养猪方式[1-2],又称为土著菌发酵床养猪法或自然养猪法。

2 发酵床养猪类型

猪用发酵床养猪按垫料位置可分为分地上式、地下式和半地下式三种[2]。发酵床垫料的位置设置主要是能创造一个通气环境,形成通气发酵,其重点就是垫料不能过湿或水浸,否则形成厌氧环境,造成通气发酵停滞。因此,在地下水位高的地方,要采用地上式或半地下式,以防被地下水侵浸。地下水位低于1.5米以下的地区,可以用地下式,节约建筑成本,也便于管理[4]。微生物发酵床可用于饲养生长育肥猪,繁殖母猪,也可作为繁殖猪舍中的交配场地,保护种公猪的肢蹄。通过改造,发酵床也可用于饲养肉牛、奶牛和肉鸡等[5-6]。

按菌种来源和制作方式,发酵床可分为土著菌发酵床、优势菌种接种发酵床、林荫落叶垫料发酵床和自然发酵床(Native Bio-bed)等。土著菌发酵床就是通常所说的日本发酵床养猪模式[2],与优势菌种接种法比较相似,均需采集、分离和制备菌种,并在垫料中进行接种,以锯末、稻壳等农作物纤维作为发酵垫料。林荫落叶垫料法,其菌种来源主要来源于落叶,适用于林区,因落叶资源的局限性使其推广有其局限性。这三种方式均需要接种优势菌种,并喷洒营养液,技术比较复杂[7]。南京农业大学的王远孝等[8-9]研制了一种更为简便的猪用发酵床-自然发酵床,并在实际应用中取得成功,此法主要利用动物粪便中的微生物,利用土、木屑、牛粪和猪粪等原材料制成垫料,无须额外添加菌种和喷洒营养液,技术简单,推广优势明显。

3 发酵床工作机理

发酵床垫料中的优势菌群的形成,关系到发酵温度、猪舍除臭、病原菌的抑制和粪便的腐熟是否成功。研究表明,这些优势菌群主要是一些兼性好氧菌,这类细菌既可以在有氧气的条件下生活也可以在无氧的条件下生活,有氧时通过呼吸产能,无氧时通过发酵或无氧呼吸产能,在发酵过程中一般以有氧生长为主,如大肠埃希菌、产气肠杆菌以及芽孢杆菌和酿酒酵母等[4]。张庆宁等[10在发酵床垫料中筛选获得14株优势细菌,所测的14株细菌均属于芽孢杆菌属,分属于枯草芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、短小芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌等这些细菌在发酵床发酵前期,温度升至50℃之前,都能够很好地生长繁殖,而垫料温度达到40℃左右时,可认为发酵床形成[2]。

由于发酵床主要利用兼性好氧菌的好氧发酵,因此发酵床饲养技术的核心就是创造有氧环境。木屑和秸秆都是多孔结构,可以吸附空气和水分,是理想的猪床垫料组分。粪便中的微生物在氧气供应充分时,代谢旺盛,可以快速降解粪便中的有机物质为无机物,这与机肥厂的通气发酵技术快速生产有机肥非常类似[4]。发酵床中优势菌种大多数能够分泌过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶等酶类,利用猪粪迅速生长,除臭效果良好[10]。Chan等[11]研究发现,发酵床养猪方式可减少氨、氧化亚氮、硫化氢、吲哚、3-甲基吲哚等臭味物质产生和挥发。

4 发酵床养猪的应用效果

4.1 改善猪舍和周围环境

微生物发酵床养猪,利用垫料里的土壤微生物发酵,迅速有效地降解、转化猪的排泄物,不需用水冲刷地面,从而没有任何废弃物、排泄物排出养猪场,大大减轻了养猪业对周围环境的污染。发酵床猪舍内无臭,少蚊蝇[2],符合国家无公害产地环境标准(GB/T 18407.3-2001)。Chan等[11]研究发现,发酵床养猪方式可减少臭味物质产生和挥发。王诚等[12]研究发现,与水泥地面猪舍相比,发酵床猪舍的环境得到显著改善,舍内悬浮颗粒浓度及氨气浓度极显著低于水泥地面猪舍,这也与Philippea等[13]的研究结果相符。王远孝等[9]对自然发酵床的猪舍环境监测发现,空气中PM10浓度随发酵床的形成逐渐下降,显著低于畜禽场环境质量标准。

4.2 减少疾病的发生

发酵床垫料内为微生态平衡环境,平衡稳定的微生态区系可抑制有害微生物的繁殖,有利于保持猪肠道健康,猪发病率特别是呼吸道和消化道疾病和死亡率明显降低[14]。刘振钦等[18]发现水泥地面饲养猪的死亡率是发酵床的16.4倍。此可能由于在发酵床中菌种的代谢产物能够抑制某些病原菌生长,另一方面,所筛菌株能够利用猪粪,具有很强的生长优势,这样就保证了发酵床内病原菌不至于大量繁殖[10]。发酵床中优势芽孢杆菌大部分对常用抗生素敏感,应用过程不会引入抗药性基因,并且由于其抑菌作用和免用抗生素,可以显著降低发酵床上饲养猪肠道抗药性及药物残留[10]。另外,发酵床养殖方式可提高猪血清IgA、IgG含量[12],有利于提高机体的免疫力。常规集约化猪场冬季常常采取密闭保暖措施,猪舍内相对湿度和氨气浓度较高,猪免疫力降低,造成呼吸系统疾病频发[12]。因此,发酵床猪舍猪患病几率显著低于常规水泥地面饲养方式。

4.3 改善生产性能

发酵床垫料松软,舍内环境良好,适合猪的自然生活习性,最大的满足了猪的行为需要,福利状况明显改观。垫料中的优势菌种可在特定时期能够产生某些物质对金黄色酿脓葡萄球菌和大肠埃希菌的生长产生抑制作用,达到抑制病原菌,促进猪生长的作用[10]。王诚等[12]研究发现,发酵床上饲养的猪日增重增加5.26%,料重比降低2.57%,显著提高猪的生产水平。段淇斌等[15]发现,杜长大三元商品育肥猪在发酵床上饲养,与常饲养规模式比较,头均日增重提高12.46%,差异显著,饲料节省5.75%,生产效果显著提高。赵汉珪[16]发现育肥猪养到105 kg时,普通饲养需要330 kg饲料,而发酵床养猪仅需230 kg～270 kg,生长育肥期缩短10 d～15 d。

4.4 改善猪肉品质

利用发酵床养猪法生产的猪肉,色泽鲜艳,肉味鲜美,富有弹性,肌内脂肪含量适中,猪肉品质得到了很大的提高,生产出真正意义上的无公害有机猪肉。王诚等[12]研究发现,发酵床养殖模式较常规水泥地面饲养生产的猪肉大理石纹评分提高7.35%,失水率降低17.30%,肌内脂肪试验组显著高于对照组,表明发酵床养殖模式可以明显改善猪肉的品质。

4.5 降低养殖成本

发酵床养猪无粪便污染,不需要每天用水冲圈,清粪和扫圈,大大降低了工人的劳动强度和养殖成本,并能取得理想的效果。采用发酵床养殖技术,猪场可节约水90%[7],每头猪可节省水、电及工本费15元左右,增收节支40元左右[17]。由于猪粪、尿被微生物分解转化为可被猪食用的无机物和菌蛋白质,而且锯屑中的木质纤维和半纤维也可被降解转化成易发酵的糖类,猪通过翻拱食用,给猪提供了一定的蛋白质等营养,从而减少了精饲料的供应[4],施光发等[7]发现发酵床养猪日增重可提高85%,猪每千克增重可节省饲料0.3 kg。刘振钦等[18]调查发现,发酵床养猪饲料平均节省29.3%,日增重增加0.33 kg/头。

5 存在的问题及探讨

5.1 加强管理,防止发酵停滞

发酵床养猪与常规水泥地面饲养在日常管理上存在一定差异。不堆积、不雨淋、不水浸是发酵床成功的“三要素”,因此日常翻动垫料对发酵的维持非常重要。从猪开始被饲养于发酵床上,由于粪便随时被分解,分区显得不重要,发酵床到处都是休息和游戏区,且粪便分散均匀,有利于发酵的形成,粪便堆积,造成局部湿度过大,破坏通气环境,不利于通气发酵,因此,发酵床养猪方式要避免猪形成定点排粪的习性。另外,夏天要注意防暑降温,特别是在南方地区,发酵热增加畜舍热负荷,在舍内设计1/3水泥地面,有利于防暑[4,19],同时水泥地面和发酵床床面可丰富舍内环境,有益于满足不同猪的行为需要。在不同季节,猪可以自主选择适宜休息区域。

5.2 重金属残留

在发酵床养猪过程中可能导致重金属元素的堆积。猪粪中含有较高浓度的Cu、Zn和As等重金属[20],这主要与饲料添加矿物元素有关。重金属超标问题在养殖场中非常普遍,由于金属元素的稀少利用较低,约70%～80%的金属元素会随粪便排出。发酵床养殖模式中猪排出的金属元素都积聚在发酵床的垫料中,并随发酵床使用年限的增加而增加。李娜等[21]调查发现,饲喂高铜饲料的发酵床垫料中沉积了高水平的铜,且第一年的垫料干物质铜含量显著低于使用三年的垫料。高水平重金属在垫料中蓄积对微生物有杀灭作用,影响发酵,因此,在需用饲料时,尽量选用不含或含低水平重金属的饲料。

5.3 使用年限

发酵床的使用常采用常年不清理模式,其使用年限与垫料厚度和日常管理有关。发酵床材料厚度一般在100 cm,日本国内发酵床使用年限可达10年～20年[2]。若日常管理不当或使用含高水平抗生素和重金属的饲料,可显著降低发酵床的使用年限。在每个饲养周期结束时,将表层垫料在舍内或移出猪舍堆积进行一次高温发酵,空闲7 d～10 d,舍内清洗消毒,同时上层补充新素材[4],可延长使用年限。

总之,发酵床养猪技术遵循自然农业理念,利用自然界中的存在的微生物和有机垫料,在猪的饲养过程中,完成粪便处理,实现无污染、“零”排放,改善猪的福利,有利于健康生长,并改善生产性能,降低养殖成本,应用前景广阔。发酵床制作中额外添加的菌种和营养液都会增加发酵床成本,发酵前处理也使简单的技术变为复杂,如何使发酵床养猪变得简单易行,自然发酵床养殖模式是一种很好的选择。

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