猪用发酵床菌种优化组合的研究

张强龙，滚双宝，赵芳芳，魏平

(甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃 兰州　730070)



猪用发酵床菌种优化组合的研究

张强龙，滚双宝，赵芳芳，魏平

(甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃 兰州730070)

摘要：【目的】 筛选适用于西北地区猪用发酵床的最佳使用菌种，比较分析不同菌种配比对发酵效果的影响.【方法】 以兰州当地的土著菌种、实验室保存的纤维分解菌群和购买的商业菌种为供试材料，共设7个处理，分别为：100%土著菌种(A1)、100%纤维分解菌群(A2)、100%商业菌种(A3)、30%土著菌种+70%纤维分解菌群(B1)、70%土著菌种+30%纤维分解菌群(B2)、50%土著菌种+50%纤维分解菌群(B3)，不添加任何发酵菌种的处理组(CK).在模拟发酵床条件下，通过测定床体20 cm处温度、垫料含水率、氨气浓度、硫化氢浓度、孔隙度等指标，选择最佳菌种配比.【结果】 A3处理20 cm处平均温度最高(36.23±2.24)℃，显著高于A2和CK处理(P<0.05)，但与A1、B1、B2和B3处理差异不显著(P>0.05)；B2、B3和A3处理氨气平均浓度相对较低；B1、B2和A3处理硫化氢平均浓度相对较低；A3处理垫料孔隙度平均值最高(87.91±0.91%)，CK处理垫料含水率平均值最高(61.12±0.78)%，与其他处理差异不显著(P>0.05).【结论】 B2、B3和A3处理发酵效果均较理想.

关键词：猪；发酵床；土著菌种；环境质量

随着养猪业向规模化、集约化发展，猪场废弃物污染的防治和粪污无害化处理已迫在眉睫.据统计，一个10万头猪场日产鲜粪80 t、污水260 t、氨气159 kg、硫化氢14.5 kg[1]，如处理不当，将对环境产生严重污染.发酵床养猪是将微生物技术、发酵技术和养殖技术相结合的一种新型现代化养猪模式[2-4].发酵床养殖技术的关键为垫料管理和菌种的选择使用.在堆肥化进程中，添加单一的微生物，无论其活性有多高，效果都比不上复合微生物菌群的共同作用效果[5].有报道称，土著微生物菌群不一定适应发酵床的高温环境，微生物的活性、降解猪粪尿的能力不一定强[6].近年来，国内学者围绕发酵床微生物复合菌剂开展了大量研究工作.王卫平等[7]和张邑帆等[8]的研究，均为由单一菌种配比而形成的复合菌剂，应用效果较好，但分离单一菌种较为繁琐且易染杂菌.目前，有关微生物复合菌剂的研究报道中，对混合微生物菌群按一定比例配合而成的、多种复杂微生物群体间的相互作用及应用效果的研究相对较少.因此，为进一步探讨适应西北地区猪用发酵床最佳菌种，本试验利用土著菌种、纤维分解菌群和商业菌种为供试菌种，通过测定垫料核心温度、垫料含水率、氨气浓度、硫化氢浓度和孔隙度等指标，旨在选择最佳菌种配比，为其推广应用提供理论依据.

1材料与方法

1.1试验材料

1.1.1发酵床菌种及营养液选择兰州当地落叶丰富、腐殖质较多的区域，将八成熟米饭捏成团状，装入木盒，用宣纸封好.用树叶和腐殖质土将其埋好，放置7 d左右，米团上长满白色菌丝，立即将稀软的米团与红糖以3∶1的比例混合均匀，装入瓷坛，用宣纸封口.发酵6 d左右可形成浆状物，即为土著发酵菌原菌.菌种不经纯化，室温条件下，将原菌与小麦麸皮混合均匀，喷洒稀释后的营养液，保持含水量在60%左右.2～3 d后表面会长满白色的菌丝，即为发酵床用土著菌种；纤维分解菌群为课题组前期分离培养并在实验室保存的菌种；商业菌种购自苏柯汉(潍坊)生物工程有限公司，是一种新型的微生态菌剂，由芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌等十几种微生物组成.同一般生物制剂相比，该商业菌具有发酵稳定，升温迅速，除臭效果好的特点，适用于以发酵床自然养猪为主的养殖业应用.

参照黎朝燕[9]的方法，以苹果、芹菜、红糖、大蒜、生姜、啤酒、淘米水和牛奶为原料，将不同原料按一定比例配合，经腌渍、发酵制成5种营养液，并将其等体积混合，用水500倍稀释备用.

1.1.2发酵床垫料玉米秸秆、玉米芯、稻壳、锯末购自甘肃省定西市，鲜猪粪来自兰州某养猪场.

1.2试验设计及试验期

试验采用单因素随机试验设计，设7个处理，每处理3个重复.各处理发酵床垫料均为20%锯末+20%稻壳+30%玉米秸秆+30%玉米芯块，每处理7 d为1期，共9期，总计63 d.试验设计见表1.

表1　试验处理设计方案

1.3发酵床的制作及日常管理

1.3.1模拟发酵床的制作依据试验设计，商业菌种的添加参考其用法及用量，其余各组除CK外，均添加2 kg配比后的菌种.将称好的垫料与菌种搅拌均匀，保持垫料的含水量在55%～60%之间(除A3和CK组外，其他各组水分控制均以1∶500稀释后的混合营养液进行调配).之后将混合均匀的垫料加入至高90 cm、直径60 cm的塑料圆桶中，制作70 cm厚的模拟发酵床，并略微按压垫料表面，进入正式试验前酵熟阶段.在此期间，每天13∶00将温度计从垫料表面插入20 cm深，测定温度.各处理组垫料经充分发酵后，温度均呈现上升趋势，至45 ℃左右，继而下降并稳定维持在40 ℃以上时，分别添加猪粪，进行相关指标的测定.

1.3.2模拟发酵床日常管理猪粪总共添加9次，共9期，分别在酵熟后第1、8、15、22、29、36、43、50、57天上午10∶00时添加2 kg猪粪(猪粪添加量按照饲养密度1.5 m2/头、排粪量1.5 kg/(d·头)计算[10]，根据圆桶实际面积，每次添加7 d的猪粪量).添加猪粪前，将垫料进行翻动.试验用猪粪为50 kg左右育肥猪的当天粪便.

1.4测定指标及方法

物理性状：每天定期观察垫料颜色、水分状况、下沉状况以及是否腐烂、变质等.

20 cm处温度：每天13∶00从垫料表面插入(20 cm深)的温度计记录温度，计算7 d的平均温度，分析每期内7个处理组间的差异显著性.

垫料含水率：每次添加猪粪前，以多点采样法采集发酵床垫料；采用烘干法测定含水率[11].

NH3浓度：每天10∶30盖住桶盖2 h，12∶30准时采集气体.使用TMP-1500型大气采样器采样，采用中华人民共和国国家标准GB/T 18204.25-2000规定的纳氏比色法测定.并计算各周期中相同天数的氨气浓度，分析各组间的差异显著性.

H2S浓度：每天14∶30盖住桶盖2 h，16∶30准时采集气体.使用TMP-1500型大气采样器采样，按国家标准GB11742-89规定的亚甲蓝分光光度法测定.并计算各周期中相同天数的硫化氢浓度，分析各组间的差异显著性.

垫料孔隙度：每周期添加猪粪前，采用比重瓶法测定垫料孔隙度[12].

1.5统计分析

试验数据用Excel整理，SPSS 17.0软件进行方差分析和Duncan法多重比较.

2结果与分析

2.1发酵床物理性状

试验开始时，7个处理组发酵床垫料水分适宜，颜色均呈淡黄色.随着试验的进行，各处理垫料颜色逐渐加深，水分下沉.其中，A2组垫料下沉最快，CK组最慢.CK组在8～9期期间发生结块、霉变现象，其余各处理组垫料均未发生霉变、腐烂等现象.

2.2发酵床20 cm处温度

由表2可知，CK组1～9期20 cm处温度均显著低于其他6个组(P<0.05).其他各组在不同期温度存在差异，其中，第1期A3组温度最高(38.51±1.32)℃，与A1、B1、B2和B3组差异不显著(P>0.05)，与A2组差异显著(P<0.05)；第2期A3组温度最高(36.61±1.30)℃，与A1、B2和B3组差异不显著(P>0.05)，与A2和B1组差异显著(P<0.05)；第3期A3组温度最高(36.36±1.39)℃，与B2组差异不显著(P>0.05)，与A1、A2、B1和B3组差异显著(P<0.05)；第4期A3组温度最高(38.60±0.71)℃，与A1和B2组差异不显著(P>0.05)，与A2、B1和B3组差异显著(P<0.05)；第5期A3组温度最高(36.43±1.38)℃，与A1、B1、B2和B3组差异不显著(P>0.05)，与A2组差异显著(P<0.05)；第6期B2组温度最高(33.59±1.49)℃，与A1和A3组差异不显著(P>0.05)，与A2、B1和B3组均差异显著(P<0.05)；第7期A3组温度最高(37.90±3.99)℃，与其他组均差异不显著(P>0.05)；第8期A3组温度最高(36.43±1.03)℃，与A1、B2和B3组差异不显著(P>0.05)，与A2和B1组差异显著(P<0.05)；第9期B2组温度最高(33.39±1.37)℃，与A1组差异不显著(P>0.05)，与A2、A3、B1和B3组均差异显著(P<0.05).从平均温度来看，A1、A3、B1、B2和B3组温度显著高于A2组(P<0.05)；且A1、A3、B2和B3组1～9期温度保持在30 ℃以上.综合评价，A1、A3和B2组的内部温度较高，发酵效果较好.

2.3垫料含水率

由表3可知，1～9期内，各处理组垫料含水率均有下降，但7个处理组间差异不显著(P>0.05)，其中，CK组垫料含水率比其他组下降缓慢.

2.4发酵床氨气浓度

由表 4可知，氨气浓度在1～7 d内降低至与空气中氨气浓度无显著差异.空气中氨气浓度在1～6 d内显著低于7个试验组(P<0.05)，CK组氨气浓度在1～7 d均显著高于其他6个组(P<0.05).各组间在不同天数氨气浓度存在差异，其中，在第1～2天，6个加菌处理组间氨气浓度平均值差异不显著(P>0.05)；在第3天，B2组氨气浓度平均值最低(7.11±0.56) mg/m3，与A3、B3组差异不显著(P>0.05)，与A1、A2和B1组差异显著(P<0.05)；在第4天，B2组氨气浓度平均值最低(4.32±0.38) mg/m3，与A1、A3和B3组差异不显著(P>0.05)，与A2和B1组差异显著(P<0.05)；在第5天，A3组氨气浓度平均值最低(2.20±0.13) mg/m3，与A1、B2和B3组差异不显著(P>0.05)，与A2和B1组差异显著(P<0.05)；在第6～7天，6个加菌处理组间氨气浓度平均值差异不显著(P>0.05).A2和B1在第3～5天抑制氨气释放的能力相对减弱，氨气浓度较高.综合评价，以B2、B3和A3抑制氨气排放的能力相对较强.

表2　发酵床20 cm处温度

同列肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05).

表3　发酵床垫料含水率

各处理间均无显著差异(P>0.05).

表4　各周期中相同天数的氨气平均值浓度

同列肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05).

2.5发酵床硫化氢浓度

由表 5可知，硫化氢浓度在1～7 d内降低至与空气中硫化氢浓度无显著差异.空气中硫化氢浓度在1～6 d显著低于7个试验组(P<0.05)，CK组硫化氢浓度在2～7 d均显著高于其他6个组(P<0.05).各组间在不同天数硫化氢浓度存在差异，其中，第1天，7个处理组间硫化氢浓度差异不显著(P>0.05)；第2天，B1和B2组硫化氢浓度最低，分别为(16.44±1.59)×10-3mg/m3和(16.44±1.13)×10-3mg/m3，与A2、A3和B3组差异不显著(P>0.05)，与A1组差异显著(P<0.05)；第3天，B2组硫化氢浓度平均值最低(9.22±0.67)×10-3mg/m3，与A3和B1组差异不显著(P>0.05)，与A1、A2和 B3组差异显著(P<0.05)；第4天，A3组硫化氢浓度平均值最低(4.78±0.97)×10-3mg/m3，与B2组差异不显著(P>0.05)，与A1、A2、B1和 B3组差异显著(P<0.05)；第5～7天，各处理组间硫化氢浓度平均值无显著差异(P>0.05).A1、A2和B3在第3～4天抑制硫化氢释放的能力相对减弱.综合评价，以B1、B2和A3抑制硫化氢排放的能力相对较强.

2.6发酵床垫料孔隙度

由表 6可知，1～9期内，各处理组垫料孔隙度均有下降，但7个处理组间差异不显著(P>0.05).其中，在1～6期内，各处理组垫料孔隙度下降缓慢，后期各处理组下降较快.

表5　各周期中相同天数的硫化氢浓度平均值

同列肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05).

表6　发酵床垫料孔隙度

各处理间均无显著差异(P>0.05).

3讨论

3.1发酵床垫料物理性状

发酵床垫料是微生物赖以生存的直接载体，通过观察发酵床的垫料颜色、松软程度、下沉状况等物理性状，可以判断微生物发酵是否正常.本试验中，发酵床垫料颜色逐渐加深，垫料下沉，垫料松软无板结，表明微生物发酵正常，这也与栾炳志等[10]的研究结果一致.A2组垫料下沉较快，CK组后期垫料表面有结块、霉变现象，其余各处理组垫料均未发生此现象.说明未添加菌种的情况下，持续有规律的添加猪粪会引起发酵床性质的改变.在生产中，因猪只排粪尿有一定的集中位置，且当该垫料表面菌种失活时，会引起发酵失效，形成“死床”.因此，当有猪粪比较集中时，应将猪粪撒开，以维持发酵的顺利进行.

3.2发酵床20 cm处温度

核心温度是衡量发酵效率的一个重要指标[13]，其稳定维持是保证高效发酵的前提，还可抑制有害微生物的繁殖.本试验中，A1、A3、B1和B2组能维持相对较高且稳定的温度，可能与垫料内部形成优势发酵菌群有关.A2组温度较其他组低，可能与菌种性质及纤维分解菌群降解垫料中的纤维成分有关，导致垫料孔隙度下降，好氧微生物发酵减弱.A3组在第9期时，温度显著低于B2和A1组，可能是在发酵后期商业菌种的适应性有所下降所致.每3期温度出现周期性下降，可能与垫料的配比组成有关，也可能与微生物菌群的活性有关.因此，在生产中，应在21 d时添加菌种营养液，以便有效维持发酵床系统的高温发酵过程.

3.3垫料含水率

发酵床垫料水分的含量直接影响到菌种发酵的方式[14]，因此垫料的含水量直接影响着发酵效率的高低，同时也与猪舍内环境湿度有关.本研究中，各组垫料含水率均有下降，这与垫料中水分持续蒸发有关，但各组间差异不显著，这也与马平等[15]和张学峰等[16]的研究结果一致.CK组垫料含水率比其他组下降缓慢，可能与其温度相对较低，水分的蒸发量相对较少有关.研究发现，发酵床从表面到底层水分含量逐渐增加.因此在生产中，在底层垫15～20 cm厚干燥的玉米秸秆，起到调节水分和增加垫料孔隙度的作用.

3.4发酵床氨气浓度

氨气浓度是关系到猪舍内空气卫生质量的主要指标，而空气质量的好坏对猪群的生长发育有直接的影响.本研究中，因每7 d添加1次猪粪，氨气的释放也具有周期性，各个处理组氨气浓度均呈现短暂上升，再骤然下降的规律，这也与李吉进等[17]的研究结果相符.CK组氨气平均浓度在1～7 d均显著高于其他6个组(P<0.05)，说明添加菌种对猪粪发酵过程中氨气的释放具有一定的抑制作用.B2、B3组抑制氨气排放的效果相对稳定，且全期内B2组氨气平均浓度较低，但可能是菌种间的相互协同作用的结果.A2和B1组在第3～5天氨气浓度较高，前者可能是在只有纤维分解菌群的发酵床中，抑制氨气释放的能力相对较弱；而后者可能与菌种间激烈的相互竞争作用有关，未形成优势发酵菌群.氨气是由猪粪中的铵态氮分解产生的，在有氧状态下，经微生物作用，铵态氮可能转变为硝态氮和有机氮，而硝态氮和有机氮没有臭味[18].同时，微生物可利用粪便中的氮源，减少含氮化合物的分解，保持舍内氨气的低排放[19].本研究中，A3、B2和B3氨气浓度相对较少，可能较多的转化和利用了猪粪中的氮素，降低了氨气的排放.

3.5发酵床硫化氢浓度

硫化氢是畜牧养殖业产生的常见污染性气体[20].猪舍空气中的硫化氢，主要来源于猪粪中含硫有机物的分解.当猪舍中硫化氢浓度过高时，会对气管黏膜有刺激和腐蚀作用，引起呼吸道炎症，严重时会造成急性中毒.我国空气环境质量标准规定：在猪舍空气中，硫化氢(H2S)含量不应超过10 mg/m3.本试验中，各处理组硫化氢浓度远远低于10 mg/m3，可能与猪粪中含有的含硫有机物较少有关，也可能是在运行良好的发酵床系统中嗜硫菌得到抑制，猪粪中含有的含硫蛋白质或氨基酸并未经厌氧发酵而腐败变质[20].在整个试验中，CK组硫化氢浓度比其他组高；可能是垫料和猪粪中含有的杂菌数量及活性相对较低有关，导致了猪粪的厌氧发酵.A1和A2组硫化氢浓度相比混合组B系列高，而B2组硫化氢的浓度相对较低且稳定，可能与微生物菌种间的相互协同作用有关.

3.6发酵床垫料孔隙度

Sommer等[21]认为垫料孔隙度大小与垫料载气量相关，而发酵床垫料中分解粪污的微生物菌种大都为好氧微生物.本试验中，各处理组垫料孔隙度均有降低，与微生物持续发酵消耗垫料有关.其中，A2组在整个试验期间垫料孔隙度最低，与其菌种不断分解垫料中的锯末纤维素、木质素等大分子物质有关；CK组垫料孔隙度最高，因垫料和猪粪本身携带的杂菌繁殖，前期有略微的孔隙度下降，但在后期可能因猪粪的周期性添加，猪粪堆积，导致垫料孔隙度下降迅速.A1和A3组垫料孔隙度均比B系列组高，可能是B系列组添加了一定比例的纤维素分解菌群.在整个试验的后期，因菌种持续发酵消耗垫料，各处理组垫料孔隙度下降均相对较快.因此，在生产中，应在50 d左右时适当添加发酵床垫料，不仅能增加垫料孔隙度，还能提高垫料载气量有效维持发酵床系统正常运行.

4结论

在西北地区冬季通风条件差时，发酵床养猪不仅能够有效改善猪舍内的环境质量，还能向猪舍内散发一定的热量，有利于舍内猪群的舒适度.本试验通过对7个处理进行对比分析，结果表明B2、B3和A3组发酵效果均较好，其中，A3组在发酵后期，核心温度较B2组低；B3组在整个试验过程中，发酵效果较B2和A3组略差.因此，在本试验条件下，认为B2组的整体发酵效果最为理想.本结果只是在模拟条件下测定的，具体哪个组更好，还有待于在实际生产中进行测定和验证.

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(责任编辑胡文忠)

Optimized combination of strains for pig fermenting-bed

ZHANG Qiang-long,GUN Shuang-bao,ZHAO Fang-fang,WEI Ping

(College of Animal Science and Technology,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

Abstract：【Objective】The effect of stain proportion on simulative fermenting was compared and analyzed to select suitable strains for pig fermenting-bed in northwest China.【Method】 Taking local indigenous stains of Lanzhou,cellulose decomposition flora and commercial fermentative strains as material,7 treatments were set including 100% indigenous strains (A1),100% cellulose decomposition strains (A2),100% commercial fermentative strains (A3),30% indigenous strains+70% cellulose decomposition strains (B1),70% indigenous strains+30% cellulose decomposition strains (B2),50% indigenous strains+50% cellulose decomposition strains (B3),and there is not strains (CK).Under the condition of simulative fermenting-bed,best strains proportion was selected by measuring temperature at 20 cm deep of fermenting-bed,water content of bedding,NH3 concentration,H2S concentration and porosity.【Result】 The average temperature at 20 cm deep of A3 was the highest (36.23±2.24 )℃， significantly higher than that of A2 and CK(P<0.05),while the difference among A1,B1,B2 and B3 was not significant (P>0.05).The NH3 concentration of B2,B3 and A3 were relatively low.The H2S concentration of B1,B2 and A3 were relatively lower.The average porosity (87.91±0.91)%of A3 was the highest (P>0.05) .The average bedding water content of CK (61.12±0.78)%was the highest and insignificantly differed to other groups (P>0.05).【Conclusion】 B2,B3 and A3 treatments were good for fermentation.

Key words：pig；fermenting-bed；indigenous strains；environmental quality

通信作者：滚双宝，男，博士，教授，博士生导师，研究方向为动物遗传育种.E-mail：gunsb@gsau.edu.cn

基金项目：科技部支撑计划项目(2012BAD14B10)；甘肃省科技创新项目(GNCX-2009-13，GNCX-2012-45)；兰州市人才创新创业科技计划项目(2014-RC-83).

收稿日期：2015-03-13；修回日期：2015-03-27

中图分类号：S 828

文献标志码：A

文章编号：1003-4315(2016)02-0028-07

第一作者：张强龙(1990-)，男，在读硕士，研究方向为动物遗传育种与繁殖.E-mail：805808742@qq.com