发酵床在反刍动物养殖业中的应用研究进展

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(1.浙江农林大学动物科技学院，浙江临安 311300；2.台州市路桥区城区动物卫生监督所； 3.温州市鹿城区家畜家禽检疫站)

近年来，我国规模化、工厂化、集约化养殖场发展迅速，为广大人民群众收入及生活质量的提高贡献巨大。但不容忽视养殖业也产生了大量废弃物，其中粪污是环境污染的主要来源。如何处理粪污，使其无害化、资源化是学者们越来越关注的问题。目前“无污染、零排放”养殖技术在畜牧行业得到广泛关注，其中发酵床养殖技术在养猪行业中应用颇广。然而在反刍动物养殖业中，粪污污染亦是困扰养殖者的一大难题，若是发酵床养殖技术在反刍动物养殖业中也加以推广利用，实现“无污染、零排放”的绿色发展，将会进一步促进我国畜牧业的健康可持续发展。因此本文将针对发酵床在反刍动物养殖业中的利用作一综述。

1 发酵床养殖技术

1.1技术原理 发酵床养殖是综合利用微生物学、生态学、发酵工程学原理，将具有活性功能的微生物菌作为物质能量“转换中枢”，使排泄物转化为可利用能源的一种生态养殖技术。该技术的关键在于对活性强大的有益功能微生物复合菌群的利用，让发酵床具有长期稳定的转化作用[1-2]。菌群的合理选择与运用是发酵床制备成功的前提，且只有当发酵床垫料中具有特性生理作用的菌种数量达到一定程度时，发酵床的转化作用才能充分发挥。菌群中需要含有不同种类的菌种以进行分工发酵，分解粪便中所含糖类、淀粉、纤维素等不同有机物质[3]。

1.2菌种作用 发酵床菌种需具备两个条件：第一，具有旺盛的蛋白质代谢能力，能促进有机物降解[4]。第二，适应发酵床的生理生化环境。发酵床温度最高可达70℃，只有耐高温的微生物才能生存。菌种的主要作用，一是降解排泄物，产生菌体蛋白，从而减少厌氧微生物分解所产生的臭味。排泄物的主要成分有纤维素、半纤维素、蛋白质、蛋白质分解产物、有机酸、尿素、尿酸、马尿酸及含磷、钾、钠、钙、镁等元素的无机盐，还有较多的氨化微生物等。臭味来源主要是厌氧微生物分解排泄物释放的氨气、硫化氢、硫醇、三甲基胺及硫化甲基等各种含氮或硫的有机物质[5-6]。二是提高机体的免疫能力，减少疾病发生。在发酵床中应用的菌群都是有益微生物，在一定程度上可以改善肠道菌群，维持平衡。常用的菌种主要包括光合细菌、酵母菌、乳酸菌、芽胞杆菌、放线菌等。光合细菌可吸收硫化物、氨等有毒物质，有助去除臭味，进入肠道后改善菌群提高机体的消化吸收能力[7-8]；芽胞杆菌可降低粪便产生的氨、吲哚等气体的浓度。张庆宁等(2009)[9]在发酵床中分离纯化到不同种型的芽胞杆菌，并在其发酵液中检测到过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶、纤维素酶等，这些活性因子可能是发酵床成功与否的关键。

1.3垫料选择 发酵床垫料是发酵床关键组成部分之一，垫料种类、质量优劣、混合比例都直接关系到发酵养殖的成败，理论上所有的有机物质都可用作垫料，但是在实际应用中需要根据饲养动物种类、养殖场周围农作物种类及成分含量等选择最合适的原材料。垫料整体要求是碳含量高，供碳稳定持久，具有良好的通透性、吸水性，易干燥[10]。垫料的碳氮比、pH、含水/含氧量、厚度/粒度等参数可作为选择依据[11]，适当的碳氮比可为发酵床功能菌群的生长提供均衡营养条件，保证粪便快速发酵分解[12]。微生物繁殖所需的最佳碳氮比为25，因为微生物每合成一份自身物质，需要25份碳素和1份氮素。发酵床菌群的发酵一般需要弱碱性环境，以pH 7.5左右最适宜，正常的垫料发酵一般不需要调节pH，只要不断翻动垫料保持相似的发酵程度即可调节pH平衡。有研究表明，当垫料含水量为50%～60%时，菌群活动最为活跃，含水量过高，就会排除垫料基质中的氧气，造成菌种单一性厌氧发酵；含水量过低，菌种的活性降低，发酵过程则会被抑制。发酵床垫料的厚度是决定床体温度的重要因素，如果垫料太薄，则发酵产生的热量迅速失散，发酵床体难以维持适宜的温度，从而导致功能菌群的繁殖受阻；若垫料太厚，则可能导致垫料内部升温过高、过快，垫料消耗加快。若选择的垫料粒度过小，则其表面积大，发酵速度快、消耗大，若粒度过大，则垫料保温性差，发酵速度慢，对粪尿的消化分解能力减弱[13]。由于动物排泄物本身碳氮比较低，含水量较高，在制作垫料过程中，可选择碳氮比高、木质纤维含量高的垫料，以便对畜粪进行充分发酵。

1.4饲养密度 利用发酵床养殖技术饲养畜禽，需要特别注意的是饲养密度，原因在于发酵床的体积固定，所含有益微生物量有固定的波动范围。如果饲养密度过大，畜禽粪尿排泄量相对增加，一定时间累积后发酵床的湿度会过高，直接影响发酵床的发酵效果。例如高产奶牛如果饲养密度过高则会使发酵床湿度太大而影响效果。此外畜禽粪便是垫料中微生物的养料，当粪便量过多时会导致营养过剩，微生物不能够充分利用，造成畜禽粪便消化、分解不完全，对垫料本身也是一种负担，从而可能导致发酵床饲养的失败。饲养密度过小则会增大养殖成本。一般情况下，犊牛发酵床以厚度50 cm、每头牛所占面积为1.3～1.5 m2为宜[14]。对羊而言，垫料的厚度通常在40～50 cm，夏季可适当降低厚度，冬季适当增加，但要保证垫料厚度不能低于40 cm。羔羊的饲养密度控制在每只占地面积在0.8～1.0 m2左右，成年羊控制在每只占地面积1.2～1.5 m2左右[15]。

1.5注意事项 随着我国畜牧业的快速发展，规模化、现代化、集约化牧场的管理渐趋更系统，更标准，对生产卫生安全的要求更严格，一般都规定畜舍、畜禽定期进行消毒，以减少病原微生物的滋生，保障畜禽在相对健康的环境中生长。采用发酵床养殖技术则需严格控制化学消毒，如果定期进行药物消毒，在杀灭病原微生物的同时也可导致发酵床中的有益微生物活性降低或直接灭活，发酵床失去优势菌，引起腐败菌或有害微生物大量生长，导致发酵床饲养的失败。在生产过程中不可避免畜禽可能发生疾病，若使用抗生素最终也将影响发酵床菌群的活性。因此利用发酵床养殖技术需要严格控制化学消毒及抗生素类药物的使用[16]。

2 发酵床技术在养羊生产中的应用

随着发酵床在养猪业上的兴起，以及大量实验结果表明发酵床养殖对猪舍环境、生长性能，牧场经济效益等都有显著改善，养羊行业对发酵床养殖技术也进行了初步探索研究，以此拓宽微生物发酵床应用范围，减少养殖业污染。

严光礼等(2012)[17]曾在黔北麻羊场进行了生产应用试验，发酵所使用的菌群含乳酸菌、芽胞杆菌、酵母菌等，用量大约为20 g/m2，垫床的水分控制在45%～50%内。试验结果表明，相较于传统养殖方法，发酵床养殖技术能够为羊群提供相对适宜的生长环境，减少羊群的应激现象以及不良行为，使其生长发育良好，体征健康状况相似。此外更重要的是羊群饲料利用率有所提高，以此减少营养物质的流失及废气污染。数据显示发酵床养羊氨态氮减少49.57%，钙、磷分别减少46.15%、27.97%。采用发酵床养羊还具有节水、节电、节料、节省劳力等优点，牧场经济效益得到提升。单慧等(2013)[18]将育肥小尾寒羊舍改为发酵床，观察羊舍内温度、羊群增重、牧场经济效益等变化。研究发现，冬季利用发酵床养殖技术可明显提升羊舍温度，羊群出栏重、净增重相较于普通羊舍有所提高，可有效提高饲料利用率，最可观的是降低育肥成本，提高养羊效益。对妊娠母羊进行相应试验，主要研究发酵床对母羊产羔成活率的影响。试验表明，30日龄羔羊成活率比普通羊舍提高17%，差异显著(P<0.05)。江宇等(2014)[19]研究用秸秆制作发酵床对发酵床温度、羊群适应性、羊舍环境、羊群发病率、养殖场经济效益等影响。结果显示，采用发酵床养羊技术后，羊的自由活动面积加大，四肢得到锻炼，应激减少，健康状况明显改善，因采食有益菌和菌体蛋白，建立了有益的优势菌落区系，抗病力明显增强，发病率降低7.5%，特别是减少腹泻的发生，且死亡率降低7%，养羊经济效益也有所提升。相较于传统圈舍的水泥地面，发酵床由于保暖性能好，散热慢，适于羊群趴卧，提高羊只的福利，符合现代畜牧业发展趋势。采用发酵床养羊，在维持净能相对减少，生产净能相对增加，生长速度增快，所以生长性能有所提高。由于垫料中含有生理活性微生物，能够迅速有效地吸纳并降解、消化羊的排放物，无需清扫羊粪尿，也不会形成大量的冲洗圈栏的污水排放。羊的排泄物混入有机垫料中，与微生物发酵菌群结合形成优质的生物活性有机肥，用于农作物生产，实现无污染，零排放的循环养殖[20-21]。

3 发酵床技术在养牛生产中的应用

发酵床养殖技术最大的特点就是“无污染、零排放”，作为粪污量排放最大的养牛行业，必然需要通过有关技术解决粪污这一难题。由于牛体本身对热应激的抵抗力较差，所以在试用发酵床养殖技术前，首先需要了解不同季节其温度的变化，以及对牛体的影响，王深圳等(2017)[22]针对这一问题进行研究，分析夏季、冬季牛舍发酵床饲养模式垫料层的温度差异，并对其使用的风险做了相应解说。肉牛健康生长的适宜温度范围为5℃～15℃，超过25℃牛体便处于高温区。试验结果显示，夏季牛舍温度均高于30℃，处于高温区，观察发酵床组的牛群发现每分钟呼吸次数、皮肤温度及直肠温度都高于水泥地面组，表明夏季采用发酵床系统会加重高温影响，特别是在我国南方地区，泌乳牛发酵床的应用仍有高温高湿影响效果的瓶颈。冬季则应注意发酵床的湿度，以及透气措施，可通过发酵床的温度来判断发酵状态。唐式校等(2016)[23]利用育肥公牛进行了发酵床实验，发酵菌群含放线菌、丝状菌、油脂分解菌、木质素降解菌等多种益生菌，菌剂用量为1 kg/m3，其中菌剂标准为100万个/g。试验结果显示利用发酵床养牛技术后牛群的出栏体重和每头平均日增重分别提高171.57 kg、0.48 kg(提高45.1%、61.54%)，试验组的发病率与饲养成本均比传统养殖方式有明显降低，发病率降低8.67个百分点，成本减少17.32%。江宇等(2012)[24]将发酵养殖技术应用于犊牛，发现犊牛对发酵床无明显不适应现象，舍内没有刺鼻气味，垫床上无粪便累积，发酵状态正常，据统计试验组肺炎发病率降低24.2%，腹泻发病率降低6.9%。此外，罗良俊等(2011)[25]进行了犊牛试验，采用发酵床饲养犊牛结果同样可降低发病率，改善牛舍环境。张晓慧等(2017)[26]研究发酵床养殖技术对泌乳牛的影响，发酵床的菌种用量为0.5 kg/m2,饲养密度为9.6 m2/头。结果发现，发酵床上层的含水量越来越大，且两侧的含水量高于中间部位，发酵床的颜色也相应有所加深，牛舍内的氨气含量明显下降；发酵床有利于防控奶牛蹄病，但乳房健康有所波动，对产奶量没有显著影响，25%的粪便无法通过发酵床处理，总体成本较高。

4 小结

目前，发酵床养殖技术在畜牧行业中逐渐得以推广利用，其中最先开始并得以广泛利用的是养猪行业。

反刍动物养殖方面应用发酵床相对较少，但前景广阔。已有研究证明发酵床在肉牛、荷斯坦犊牛、小尾寒羊等领域的使用有明显的改善效果，泌乳奶牛上的应用效果虽不明显，关键在于其排泄量大，而且其饲养模式有一定的局限。

整体而言，发酵床养殖技术为畜牧行业带来了福音，有望改善反刍动物的养殖环境、动物福利及经济效益。

[1] 王远孝，钱辉，王恬．微生物发酵床养猪技术的研究与应用[J]. 中国畜牧兽医, 2011, 38(5):206-209.

[2] 蓝江林，刘波，宋泽琼，等．微生物发酵床养猪技术研究进展[J]. 生物技术进展, 2012, 6: 411-416.

[3] ULBRICHT H. Investigation on the controlled rotting of mature timber contaminated with polycyclic aromatic carbohydrates [D]. Germany:Technical University of Dresden, 2002．

[4] 谢金防，熊文华，刘林秀，等.对发酵床养猪技术的认识与思考[J].猪业科学，2008，9:46-47.

[5] Missel brook TH，Powell JM.Influence of bedding material on ammonia emissions from cattle excreta[J].Journal of Dairy Science, 2005, 88:4304-4312.

[6] Tam NFY, Vrijmoed LLP.Effects of commercial bacterial products on nutrient transformations of pig manure in a pig on litter system[J].Water management&Research, 1990, 8(5):363-373.

[7] 刘勇, 张德勇．光合细菌PSB-菌株的分离鉴定及其生物学特性的研究[J]．生命科学研究, 2000, 4(4):331-336．

[8] 沈锦玉，刘问，尹文林．光合细菌 HZPSB 菌株的分离鉴定及其生长特性的测定[J]. 科技通报, 2005, 21(1):69-73．

[9] 张庆宁, 胡明，朱荣生，等．生态养猪模式中发酵床优势细菌的微生物学性质及其应用研究[J]．山东农业科学,2009(4):99-105．

[10] Oliveira PA, Souloumiac D, Robin P, et al. Heat production by fattening pigs in deep-litter or conventional slatted floor systems[J].Annales de Zootechnie,1999,48:117-129.

[11] 吕凯，石英尧，高振魁．猪粪的成分及其利用的研究[J]．安徽农业科学, 2001, 29(3):373 -374, 389．

[12] ZHU N. Effect of low initial C/N ratio on aerobic composting of swine manure with rice straw[J]. BioresourceTechnol, 2007, 98(1):9 -13．

[13] 霍国亮, 郑志伟, 张建华, 等. 生物发酵床养猪垫料的选择与制作(上)[J]．河南畜牧兽医, 2009, 30(4):31-32.

[14]罗良俊, 张卫平. 发酵床养殖技术在冬季犊牛培育上的应用效果初探[J]. 新疆畜牧业， 2011,11:34-35.

[15] 赵立君.发酵床养羊的优点及其工作原理[J].现代畜牧科技,2015,2(2):16.

[16] 邱凌.微生物在发酵床奶牛养殖中的动态变化、作用机理及其对奶牛生产性能的影响[D].四川农业大学,2010.

[17] 严光礼, 徐猛.微生态发酵床养羊与传统养羊效果的对比分析[J].养殖技术顾问, 2012. 1: 234.

[18] 单慧,孙喜奎,杨立军,等.利用微生物发酵床养羊试验[J]. 黑龙江动物繁殖,2013,21(05):55-56.

[19] 江宇,崔艳霞,张卫平,等. 秸秆制作发酵床在养羊业中的应用研究[J]. 饲料博览,2012,4:26-28.

[20] 张庆宁, 胡明, 朱荣生, 等. 生态养猪模式中发酵床优势细菌的微生物学性质及其应用研究[J]. 山东农业科学, 2009, 4: 99-105.

[21] 王诚, 盛清凯, 武英, 等. 冬季水泥地面猪舍与发酵床猪舍养猪效果比较[J]. 黑龙江畜牧兽医, 2009(4): 57.

[22] 王深圳，李杰元，崔志浩，等. 夏季和冬季肉牛棚舍发酵床饲养模式的研究[J]. 畜牧与兽医,2017,49(09):38-41.

[23] 唐式校，王义. 发酵床养殖育肥用乳公牛试验研究[J]. 现代畜牧科技,2016,(10):22-23.

[24] 江宇，崔艳霞，张卫平，等. 发酵床养殖技术在犊牛上的应用研究[J]. 北京农业,2012,15:136-140.

[25] 罗良俊，张卫平. 发酵床养殖技术在冬季犊牛培育上的应用效果初探[J]. 新疆畜牧业,2011,11:34-35.

[26] 张晓慧，张瑞华，夏青，等. 发酵床技术在泌乳牛群的临床应用研究[J]. 上海畜牧兽医通讯,2017,5:14-17.