发酵床饲养模式的作用机理及其在动物生产中的应用

刘耀文，曲湘勇

（1.湖南农业大学动物科学技术学院，长沙 410128；2.湖南畜禽安全生产协同创新中心，湖南农业大学，长沙 410128）

发酵床饲养模式的作用机理及其在动物生产中的应用

刘耀文1,2，曲湘勇1,2

（1.湖南农业大学动物科学技术学院，长沙 410128；2.湖南畜禽安全生产协同创新中心，湖南农业大学，长沙 410128）

发酵床饲养模式是一种新型的优质、安全、高效的饲养方式，对于减少畜禽生产中的粪尿污染，提高动物生产性能、改善肉品质以及促进资源的合理利用均具有重要意义。文章主要从发酵床的分类、作用机理以及在动物生产中的应用3个方面作以综述，并对其应用前景进行展望。

发酵床饲养模式；作用机理；动物生产；应用

发酵床技术是一种安全、环保、有效的生态养殖模式，又称为“deep litter system”“breeding pig on litter”“pig on litter”等，这种饲养模式最早在20世纪50年代由日本山岸会研究开发。目前，已在日本、韩国和朝鲜等国家广泛应用；我国主要在北方地区应用比较广泛[1-2]。发酵床技术是根据动物粪尿生物发酵原理，结合现代微生物发酵技术，利用多种微生物在厌氧环境下协同发酵，形成优势菌群，起到阻碍病原微生物生长、繁殖的作用。同时，发酵床还具有降解动物排泄物，改善畜禽养殖环境，从而提高肌肉品质和饲料利用率等功效[3]。本文针对发酵床在动物生产中的应用作以综述，以期发酵床饲养模式为解决畜禽粪便处理问题、发展健康养殖提供理论依据和技术支撑。

1 发酵床的分类

根据微生物来源及其使用材料的不同，可分为土著菌发酵床、林荫落叶垫料发酵床、优势菌接种发酵床以及自然发酵床等几种，其中土著菌发酵床和优势菌发酵床主要通过对菌种进行收集、分离、制备和接种，林荫落叶垫料发酵床合理利用了林地枯叶，也因此在推广上局限性较大，适用于林区。自然发酵床以木屑、麸皮等为基本素材，以畜禽粪便作为发酵底物，无需额外加入菌种和营养液，适于作为一种生态饲养模式进行推广[4]。

根据垫料是否提前发酵，可分为干撒式和提前发酵两种模式，干撒式就是在垫料原料中加入菌种，便可铺进圈舍的发酵技术；提前发酵技术是在将锯末等发酵原料与菌种按一定的比例混合后发酵，当菌种繁殖到一定程度时，铺进圈舍的技术。根据垫料位置不同可分为地上式发酵床、地下式发酵床以及混合式发酵床3种，其中地上式发酵床主要适合南方地势低洼的地区，垫料位于地平面以上；地下式发酵床主要适用于北方地区，垫料位于地平面以下；混合式发酵床的垫料位于地平面以上，其厚度根据所在地的环境而定[5]。

2 发酵床的作用机理

发酵床养殖作用原理是以木屑、秸秆粉、稻壳、花生壳等为垫料，再与菌种进行协同发酵作用，使菌种在有机质中增殖。发酵床中垫料吸附了畜禽排出的粪便和尿液，并在优势菌种的作用下将其转化分解。有助于消除吲哚、挥发性胺、靛基质、氨以及挥发性脂肪酸等气体对畜禽生产环境的影响，改善了周边地区的空气质量；发酵床中的发酵系统有助于有益微生物的迅速繁殖，形成天然屏障，共同维持生态系统的平衡[6]。此外，畜禽粪尿排放在垫料上，被微生物进一步降解，产生菌体蛋白；粪尿中的微生物也进一步加速了垫料的发酵，产生热量，为畜禽的正常越冬提供热量。

2.1 不同垫料对发酵效果的影响

发酵床饲养模式中常选用易干燥、吸水性强、价格便宜的产品作为垫料，常见的有稻壳、玉米芯、锯木以及各种作物秸秆等。张丽萍等选用不同组合的垫料原料进行发酵，结果表明发酵床中氧化硫氮和氨挥发的排放量具有阶段性，其中稻壳+酒糟组合的排放量较大，因此发酵可作为氮素转换的有效途径[7]。另外，花生壳和玉米秸秆中粗蛋白质、粗脂肪以及钙、磷、镁等矿物质含量较高，比锯末粉等发酵效果更好。垫料的孔隙度大小，直接影响发酵床的散热效果。佟彤对水稻秸秆、玉米秸秆、锯末以及泥炭等垫料的最大持水量进行检测，结果表明，水稻秸秆和玉米秸秆的最大持水量明显高于锯末和泥炭，同时，水稻秸秆和玉米秸杆的恒温性显著低于锯末和泥炭，这与水稻秸秆和玉米秸秆的孔隙度大，散热速度快有关[8]。因此，在生产中，可优先选择水稻秸秆、玉米秸秆等空隙较大的原料作为垫料，在一定程度上可增强发酵垫料的持水性，提高发酵功效。

2.2 不同含水量对发酵效果的影响

垫料的水分含量对微生物的繁殖和降解能力具有重要影响。随着温度的升高水分蒸发加速，垫料中的热量被带走，使垫料维持在一个稳定的温度范围。研究表明，发酵床垫料中的水分＜10%时，微生物的活动受到抑制[9]。盛清凯等研究表明，垫料的新旧程度会显著影响垫料水分的含量，并随着垫料的加深，垫料的孔隙度不断降低[10]。黄保华等研究表明，当鸭场的发酵垫料承载干重7.5%～10%的鲜鸭粪时，对粪污的处理能力较强[11]。研究表明，垫料中的含水量的增加，有助于木屑韧性的增强，增加垫料的使用寿命[12]。此外，垫料中水分含量有助于机体养分的吸收、转移，提高垫料的活力和呼吸速率。因此，合理控制垫料中水分的含量，对于提高发酵功效具有重要意义，其中水分在垫料中保持在约10%较为合理。

2.3 不同厚度对发酵效果的影响

叶少文等在0～50 cm发酵床垫料的不同深度和方位的酶活性研究，测定半纤维素酶、纤维素酶、碱性与中性磷酸酶等活性规律，结果表明，随着深度的加深，发酵床微生物的酶活性不断降低[13]。因此，猪舍垫料厚度一般约在80 cm，但在垫料厚度＜60 cm时，保温性能降低，水分含量低，不利于发酵的正常进行。同时，当垫料厚度＞100 cm时，不便于换料和打扫。鸡舍发酵床通常分为地上式发酵床和地下式发酵床两种。鸡舍的垫料高度通常40～60 cm为宜，适宜采用作物秸秆、锯末等作为垫料。

2.4 不同菌种对发酵效果的影响

发酵垫料中的优势菌群的选择是影响发酵效果的重要因素。发酵床中的优势菌群通常为兼性好氧菌，在有氧的情况下通过呼吸作用产能，在厌氧的情况下通过无氧呼吸或者发酵作用产能。目前，发酵床的菌种一方面主要来源于周围的土著微生物，另一方面来源于额外添加的发酵菌剂，其中酵母菌、放线菌、光合细菌等菌种较为常见。多种微生物混合而成的发酵菌剂具有较强适应性和分解能力的优势。另外，在优势菌种与垫料充分混合后，发酵系统会达到平衡，其中菌种的繁殖温度一般在20～38℃，并越往底层，发酵温度越高，在发酵的核心层为60～70℃。

3 发酵床在动物生产中的应用

3.1 发酵床技术对动物饲养环境的影响

发酵床饲养模式能够将畜禽粪尿中的有机物降解并转换成微生物的营养物，减少了废弃物对环境的污染。王卫平等在木屑+猪粪的发酵堆肥中加入复合发酵菌（包括放线菌、酵母菌以及芽孢杆菌），研究表明，加入复合发酵菌3‰能有效地抑制NH3在猪粪堆肥中的挥发，维持猪舍内空气清新，减少氮素损失[14]。盛清凯等选用三元杂交的断奶仔猪60头，在发酵床中添加日本酵素0.1%，结果表明，垫料的温度显著高于常规饲养模式，猪舍内悬浮颗粒浓度和氨气显著降低[15]。同时，高凯翔比较了发酵床模式和传统水泥地养猪的有害气体产气量，结果表明，NH3、H2S含量发酵床饲养模式下较传统模式显著降低[16]。此外，应诗家等比较在不同发酵床饲养模式对30日龄的番鸭舍内空气质量和细菌浓度的影响，研究表明，发酵床网养鸭舍内NH3、总菌、大肠杆菌浓度均低于发酵床平养[17]。王诚等分别采用纳氏试剂比色法和撞击重量法检测氨气和空气总悬浮颗粒浓度，结果表明，发酵床模式中猪舍中的氨气浓度和悬浮颗粒浓度均低于常规饲养模式[18]。这要是由于发酵床饲养技术能够有效的将畜禽排放的氨氮转换吸收，从而改善栏舍空气质量。粪尿中的微生物也进一步加速了垫料的发酵，其中猪粪主要包括大肠杆菌、梭菌、丙酸杆菌以及真杆菌等产酚类和吲哚的菌种。因此，发酵床饲养模式能够改善栏舍的空气质量，为畜禽健康生长提高良好的环境。

3.2 发酵床技术对动物生产性能的影响

发酵床饲养模式为畜禽提供了舒适的生长环境，松软的垫料，最大限度的接近自然环境，满足了动物福利，有利于提高生长性能。另外，发酵床饲养技术合理利用了畜禽排泄物中的有机质成分，为益生菌的生长提供养分，这也在一定程度上提高了机体的抗病能力，从而提高了饲料转换率，增加经济效益。王诚等选用60头断奶的大约克，对比常规饲养模式和发酵床饲养模式下猪的生产性能，结果表明，发酵模式下料重比降低了2.57%，日增重增加了5.26%[18]。同时段淇斌等在生物发酵床上饲养育肥猪，研究表明，与常规饲养方式比，发酵床技术养猪平均日增重提高12.46%，同时平均饲料消耗量显著的减少，节省了5.75%的饲料[19]。盛清凯等在断奶仔猪的日粮中加入日本酵素0.1%，对比发酵床饲养模式和水泥地面饲养模式，结果表明，在发酵床饲养模式中仔猪的平均日增重和饲料转换率显著提高[15]。秦枫等选用60日龄的育肥猪90头，分别分为传统水冲圈饲养组、酒糟发酵床组和木屑发酵床组3组，结果表明，酒糟发酵床和木屑发酵床均显著提高了猪的平均日增重，因此，对比传统饲养模式，发酵床模式下猪的生产性能的提高，与饲养环境的改善和饲料利用率的提高密不可分[20]。林勇等在不同密度和季节条件下饲养樱桃谷鸭，研究表明，随着饲养密度的降低肉鸭的生长性能不断提高，并且在发酵床模式下肉鸭成活率显著提高[21]。应诗家等研究发现番鸭发酵床饲养的日增重、饲料利用率和成活率均显著提高[17]。因此，相比较于常规饲养模式，采用发酵床饲养模式为畜禽的生长繁殖提供了更适宜的条件，提高了动物生产性能。

3.3 发酵床技术对动物肉品质和肉色的影响

肌肉的pH、系水力、肉色、嫩度、大理石纹等是评价肉品质的重要指标，除此以外，肌肉中的风味氨基酸、单不饱和脂肪酸以及饱和脂肪的含量也对肉品质造成影响。王诚等研究表明，在同一批次大约克猪中，采用发酵床模式显著的降低了猪肉的失水率，大理石纹评分提高了7.35%，对肌内脂肪影响显著[18]。对发酵床模式下的生长育肥猪的肉品质检测发现，与传统饲养相比，猪肉的背最长肌肉组织中的干物质、粗蛋白质以及粗灰分的含量明显提高，背最长肌中的花生四烯酸和α-亚麻酸等不饱和脂肪酸的含量显著提高[22]。谷氨酸、丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸以及苏氨酸是重要的风味氨基酸。陈卫南等进一步研究表明，在发酵床饲养模式下肌肉组织中的氨基酸含量显著提高[23]。发酵床饲养模式改善肌肉风味可能与益生菌的发酵作用有关，益生菌进一步利用发酵床中的有机质，并将其降解转化成易吸收的氨基酸、葡萄糖、维生素等小分子化合物，提高肌肉中氨基酸的含量。肌肉中的脂肪酸的种类、数量和比例对猪肉的鲜美滋味具有重要的影响。吴买生等分析了三元杂交育肥猪肌肉品质以及肌肉化学组成，发现发酵床模式下肌肉的粗脂肪、粗蛋白质以及精氨酸的含量显著提高[24]。周玉刚等研究了发酵床饲养技术对断奶仔猪对猪肉品质的影响，结果表明，猪肉的颜色、失水率、pH、熟肉率、滴水损失等指标显著提高[25]。因此，发酵床饲养模式相比于传统饲养模式，能够显著的提高畜禽胴体品质，改善肌肉风味。

3.4 发酵床技术对动物免疫功能的影响

益生菌的免疫功能受到广泛的关注，大量研究表明，发酵床垫料中多种益生菌，能够有效提高机体免疫指数，抑制有害微生物的生长，增强抵御外来病原物防御能力。

高金波采用玉米秸秆作为发酵垫料，并对小鼠的免疫性能进行检测分析，结果表明，小鼠血液中红细胞数、血红蛋白浓度、血液中白细胞总数、淋巴细胞数量、小鼠抗体效价以及血清中IFN-γ、IL-4含量均显著提高[26]。进一步研究发现，采用不同垫料养猪均能有效提高猪的免疫性能，对10个发酵床养殖场的微生物总数检测发现，发酵床垫料对大肠杆菌和寄生虫的生长具有明显的抑制作用[27]。盛清凯等研究表明，断奶仔猪血清中IgA和IgG浓度显著提高[28]。王诚等选用60头断奶大约克，对比发酵床饲养模式和水泥地面饲养模式，结果表明，发酵床模式能够显著提高血清中IgA、IgG含量，这一结果与章红兵等在断奶三元杂交猪中的免疫效果一致[18,29]。秦枫等研究表明，发酵床条件下猪的脾脏、胰腺增重显著，同时血清中的IgM、IgA以及IgG浓度明显提高[20]。赵谨等对生物发酵床上饲养的肉鸡免疫指数进行了检测，研究表明，鸡的法氏囊指数和脾脏指数均显著提高[30]。毕小艳在不同配比的发酵床垫料中加入不同的菌剂，表明发酵床饲养模式可有效的促进机体器官发育，提高机体免疫性能[31]。

4 小结

发酵床饲养模式具有绿色、环保、节能、高效等优势。这种模式下，遵循生态养殖理念，合理利用自然界中的有益微生物和有机垫料，对于解决废弃物处理问题，提高动物生产性能、改善动物福利具有重要意义。但发酵床饲养模式还存在发酵微生物消长规律不明、重金属元素沉积、抗生素使用、以及垫料资源利用不合理等问题，因此推广利用时可借鉴国外先进经验，并结合国内实际，在生产实践中不断的改进，为畜禽生态养殖提供新思路。

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Mechanism of Fermentation Bed Feeding Model and Its Application in Animal Production

LIU Yaowen1,2,QU Xiangyong1,2

（1.College of Animal Science and Technology,Changsha 410128,China;2.Hunan Livestock and Poultry Safety Co Production Innovation Center,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China）

Fermentation bed feeding mode is a new type of high quality,safe and efficient way of feeding.It is im⁃portant to reduce the fecal pollution in livestock and poultry production.It can improve animal production perfor⁃mance,meat quality and promote the rational use of resources.In this paper,the classification of the fermentation bed and the mechanism of action and the application of animal production in three aspects was reviewed and the prospects for its development was prospected.

fermentation bed feeding mode;action mechanism;animal production;application

S815.9；S814

A

1001-0084（2017）10-0022-05

2017-05-11

刘耀文（1993-），女，湖南郴州人，硕士研究生，研究方向为家禽育种。

近年来，我国养殖业迅速发展，并取得了举世瞩目的成绩，但同时也面临着畜禽产品质量安全、环境污染以及资源紧张等问题。因此，为了促进资源的合理利用，减少养殖业对生态环境造成的危害，改善畜禽产品品质，对新的饲养模式的研究急需进一步展开。