发酵床奶牛舍垫料理化性状和霉菌毒素的季节与方位变化

王 珊,顾亚兰,张振斌,甄永康,陈逸飞,王梦芝*，陈 宁

(1.扬州大学 动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009；2.新疆农垦科学院 畜牧兽医研究所，石河子832000)

近年来，奶牛养殖业日渐规范化和集约化，同时也面临粪污处理压力、生态环境保护和奶业可持续发展等问题。有数据表明，乳制品行业从生产到零售，约80%至95%的全球变暖、土地富营养化和酸化，来自于农场生产阶段[1-2]。因此，现代规模化奶牛养殖场粪污的无污染处理和资源化利用是改善养殖环境和把握奶牛养殖业可持续发展的关键所在。奶牛场的污水主要来自牛舍和挤奶厅的尿液、粪便，同时还包括冲刷排泄物被污染的水。这些有机污水的酸碱离子会恶化养牛场的环境，污染地下水[3]。据报道，每头奶牛日产粪尿约58.93 kg，一个大型养殖场每天约产生30 t粪便，且牛粪含水量高、通气性差，加之质地细密、养分含量低，其分解较为缓慢，长期堆放会产生大量有害细菌和恶臭气体，还会造成病原微生物和重金属污染[4-5]。

发酵床养殖技术是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[6-7]。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[8]。浙江海宁某1000头牛场使用发酵床300 d后，发现微生物发酵床组的奶牛单产提高18.2%；乳房炎发病率降低47.0%，奶牛产奶高峰期延长22 d[9]。国辉等[10]研究表明采用异位发酵床处理，垫料中的全氮、全磷、全钾、有效磷和有效钾含量分别提高了74.56%、120.20%、70.05%、163.20%和78.52%，有利于有机肥料的生产。Krishna等[11]研究表明，发酵床能够减少禽类的死亡率，提高日增重。目前国内外规模化奶牛场大多采用散栏式饲养，采用发酵床养殖奶牛规模较小，相关研究也多停留在推广发酵床养殖奶牛技术上，对其垫床的理化与卫生指标分析涉及尚不多。为此，本研究选择长三角地区一家发酵床饲养方式的奶牛场，跟踪4个季节和发酵床不同位置进行采样与测定，以进一步研究该饲养方式的垫床理化与卫生状况，判断是否适合于泌乳奶牛排泄物的发酵降解和后期有机肥料的生产。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

本试验于2017年8月至2018年4月期间在长三角地区某2 000头规模化中国荷斯坦奶牛场的发酵床牛舍内分4个季节和发酵床不同方位进行跟踪采样与测定。该场位于江苏省中部地区，长江下游段江北。牛舍为东西走向，长40 m、宽25 m(布局参照图1)，饲养100头、胎次为1～4胎且泌乳期为10～290 d不等的奶牛。测定时其发酵床已经使用15个月，垫料厚度为35～45 cm，由锯木屑、稻壳、秸秆按2:1:1的比例混匀组成，并接种有EM菌种(酵母菌、芽孢杆菌、乳酸菌、放线菌等)。垫床每3个月补充一些新垫料，并且2年清除一次。

图1 发酵床奶牛舍平面示意图

1.2 试验设计

分别在2017年8月23号(夏)、10月26号(秋)，2018年1月26号(冬)、4月26号(春)进行采样，所选取的采样日均为该季节一段时间各条件均稳定的一个晴天。

采样均在采样日上午10点进行；在采样牛舍的东西南北不同方位各设3个采样点重复。在采样点测定垫料的表层温度等物理指标；并采集1 kg垫料样品，每个方位样品混匀后带回实验室，测定含水率等化学指标，以及4种霉菌毒素指标。

1.3 测定指标

垫料物理指标的测定：采用酒精温度计对垫料的表层温度(0～1 cm)、深层温度(20～30 cm)进行测量；范围为6.5～8.0的pH试纸测量垫料的pH值；采用1 L容量筒测垫料容重；采用1 m钢尺测定垫料深度。

垫料化学指标的测定：参照贺建华[12]的方法，对垫料样品进行含水率、吸附水、粗灰分、粗蛋白、有机物、C、总N、总P、C/N含量测定。

垫料霉菌毒素指标测定：使用黄曲霉毒素检测试剂盒(德国CNW公司，SNEQ-C110119)、呕吐毒素检测试剂盒(德国CNW公司，SNEQ-C11002)、赭曲霉毒素检测试剂盒(德国CNW公司，SNEQ-C11019)、赤霉烯酮检测试剂盒(德国CNW公司，SNEQ-C11012)，参照试剂盒说明测定。

1.4 统计分析

试验数据先经EXCEL初步处理后，采用SPSS 18.0软件中单因素方差分析程序分析比较发酵床四季和不同方位各项指标，差异显著时用邓肯氏法进行多重比较。P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 垫料物理指标的季节变化

由表1可知，夏季的表层温度显著高于其他3个季节(P<0.05)，冬季表层温度显著低于其他3个季节(P<0.05)，四季的表层温度有显著差异(P<0.05)；夏季的深层温度显著高于其他3个季节(P<0.05)，冬季深层温度显著低于其他3个季节(P<0.05)，四季的深层温度有显著差异(P<0.05)；四季的pH均差异不显著(P>0.05)；秋季和冬季的容重显著高于春季和夏季(P<0.05)；春季和冬季的垫料深度显著高于夏季和秋季(P<0.05)。

2.2 垫料化学指标的季节变化

由表2可知，夏季的吸附水显著低于其他3个季节(P<0.05)；冬季的吸附水显著高于其他3个季节(P<0.05)，夏季的吸附水显著高于春秋季(P<0.05)；冬季的粗灰分显著低于其他3个季节(P<0.05)；秋季的粗蛋白显著高于其他3个季节(P<0.05)；春季的C显著高于其他3个季节(P<0.05)；秋季的总N显著高于其他3个季节(P<0.05)；四季的总P无显著差异(P>0.05)。

2.3 垫料霉菌毒素的季节变化

由表3可知，所测定的黄曲霉毒素B1、呕吐毒素、赭曲霉素在季节间均无显著差异(P>0.05)，冬季赤霉烯酮毒素显著高于春季与秋季(P<0.05)。

表1 发酵床牛舍垫料物理指标的季节变化

表2 发酵床牛舍垫料化学指标的季节变化

表3 发酵床牛舍垫料霉菌毒素含量的季节变化

表4 发酵床牛舍垫料不同方位物理指标的方位变化

2.4 垫料物理指标的方位差异

由表4 可知，不同方位发酵床垫料的表层温度、深层温度、pH、容重、深度等均无显著差异(P>0.05)。

2.5 垫料化学指标的方位差异

由表5 可知，不同方位的含水率、吸附水、粗灰分、C、总P、总N等均无显著差异(P>0.05)。

2.6 垫料霉菌毒素的方位变化

由表6可知，黄曲霉毒素B1、呕吐毒素、赭曲霉素、赤霉烯酮等在方位间均无显著差异(P>0.05)。

3 讨论

3.1 垫料物理指标的季节和位置变化

表层垫料是牛群躺卧的直接接触地，所以表层的温度也影响牛群的正常生产生活状态。牛的生长繁殖适宜温度为5～15 ℃, 当温度高于25 ℃时，牛群便感觉不适，体感处于高温状态[13]。本研究中，夏季的表层温度最高，说明牛群不喜欢躺卧，这与夏季的容重和垫料深度结果相符。垫料深层温度的高低代表垫料的发酵程度。温度会随垫料深度的增加而增加，发酵床达到发酵温度为40 ℃[14]。本研究20 ～ 30 cm深层的发酵温度高于表层的温度，说明深度越深发酵床因微生物的发酵而变化，受表层环境的影响不是很大，这与刘宇峰等[15]研究相符。本试验测定的发酵床垫床深层温度低于40 ℃，这一方面可能是牛场增补新垫料，尚未充分发酵所致；另一方面也可能是因为测定点处有较多牛只躺卧，垫料略有板结，而造成的含氧量较低发酵不充分所致。垫料pH为6.5 ～ 8.5之间时适合耗氧微生物生长，有利于发酵床的发酵，最好为7.5左右最适合微生物发酵[15]。本研究均在此范围之间，这与刘宇峰等[15]研究相符，说明此发酵床适合耗氧微生物发挥其作用，有利于垫料粪便等的降解。垫料容重是由垫料孔隙和垫料固体的数量来决定的，容重越大表明垫料中孔隙少，氧气含量少，反之则表示垫料通透性好，含氧量高[16]。本研究中，秋冬季节容重大，春夏季节容重小，可能是因为秋冬季节天气较寒冷，牛群喜欢在垫料上躺卧行走。垫料的深度也反映了牛群在垫料的躺卧情况，夏秋季节垫料的深度较高，春冬垫料的深度较低，说明春冬季节牛群喜欢在垫料上躺卧，可能是因为发酵床发酵冬天相对较暖和，这与容重测出来的结果相对应。

表5 发酵床牛舍垫料化学指标的方位差异

表6 发酵床牛舍垫料霉菌毒素含量的方位差异

3.2 垫料化学指标的季节和位置变化

适宜的水分含量是发酵床发酵必不可少的条件，当水分含量为50%～60%时，有利于发酵床效率的提高。当水分过高时，垫料中的氧含量会降低，垫料进行过多的无氧发酵，粪便等有机物降解不完全便会产生恶臭气味，影响整体的发酵。相反如果水分过少，微生物大量死亡，降低发酵的进程[17]。本研究垫料的水分均在此范围，有利于维持发酵床的快速降解。夏季含水率最低，可能和季节有关。发酵床中吸附水主要由液体分子在固体表面吸附达到热力平衡而表现出来，吸附水在冬季含量最高，可能是因为气体接触的固体表面上保留着一些被吸附的气体分子，温度越低被吸附的分子也越多[18]。据张慧林等[19]、常玲玲等[20]研究表明在秋冬产犊季节奶牛乳脂率和乳蛋白率逐渐增多，泌乳量增加。本研究夏季氮含量较少，秋季氮含量较多，可能是因为长三角地区夏季天气较为炎热，泌乳奶牛存在一定热应激现象，进而导致奶牛代谢维持需求有7%～25%的提高，而产奶量下降7.7%～17.6%[21-22]；而秋季奶牛产奶量提高，依据以奶定氮的饲养原则，牧场对奶牛日粮氮的补充量较多。Powell等[23]研究也表明，蛋白饲料摄入较多，饲料蛋白有效利用率减少，粪尿中的氮排放增多16%～36%。

中国畜牧业生产氮磷排放量占到全国氮磷总排放量的54%～78%[24]，并且造成了一系列环境污染，如PM2.5污染，地下水质量退化和地表水富营养化[25-26]。本研究中北面的粗蛋白和氮含量低于其它3个方位，这可能是因为北边饲养的为泌乳期较后期的奶牛，其日粮氮含量较低。而Mutsvangwa等[27]研究指出，氮摄入量较少的奶牛尿液中的总氮和尿素氮排泄量都更低。发酵床对垫料磷有一定的分解作用，尤其是总磷中的植酸磷可在植酸酶的作用下水解为肌醇和无机磷被微生物利用[28]。据报道，育肥猪每日磷排放量较高约5 g，占粪尿排放总量0.8%左右[29]，而采用发酵床养殖生猪26月后，其垫床垫料总磷为2.47%[30]。本试验中，发酵床垫料总磷含量为0.92%～1.05%，相比上述发酵床垫料而言为低。其可能的原因一是畜禽饲料中70%左右的磷以植酸磷形式存在，奶牛等反刍动物瘤胃的微生物可分泌植酸酶而有效地利用植酸磷[31]，其粪便中磷的含量低于生猪等单胃动物[32]；二是该牛场垫料锯木屑比例相对偏高(80%左右)，而锯木屑含磷量较低。这在一定程度上说明该牛场的发酵床垫料含磷量低而利于环境的保护。微生物分解垫料中的有机物需要足够的碳源和氮源，C/N反映了发酵床的发酵速度。当发酵床C/N为25～35:1时发酵效果较好，20～50∶1时发酵较稳定[33]。本研究发酵床四季C/N基本在此范围之内，说明发酵床可以对一些粪便的降解起作用，后期发酵可以再补充些氮源以提高发酵效率。

3.3 垫料霉菌毒素的季节和位置变化

霉菌毒素可使细胞程序性死亡，使家畜免疫系统降低，造成奶牛对一些传染病抵抗力下降，从而增加生产成本[34]。国标黄曲霉毒素B1应用于饲料等原料应≤10 μg/kg、呕吐霉素含量应用于饲料等原料应≤1 mg/kg、赭曲霉毒素含量应用于饲料等原料应≤100 μg/kg、赤霉烯酮应用于饲料等原料应≤0.1 mg/kg[35]。本研究中，所测定的四种毒素含量均在国标之内。甄阳光[36]研究表明，不同季节霉菌毒素含量有相应的变化；水分含量较高也能够促进霉菌毒素的产生[37]。本研究中，冬季赤霉烯酮含量相对较高，这可能是因为冬季的水分含量也相对较高，而高温干旱情况下产生的孢子在冬季逐渐生长。这提示，发酵床养牛应在冬季适当的降低垫料水分以抑制霉菌毒素的生长。

4 结 论

基于对长三角地区该发酵床奶牛舍垫料理化指标和霉菌毒素的季节变化和方位差异的分析，其垫床垫料在四季间有一定的波动变化，但其pH在7.11～7.40范围、含水量在48.06%～62.32%范围，碳氮比在37.99～53.31:1范围，适合于垫床的微生物发酵；而且其霉菌毒素含量较低，适合于泌乳奶牛排泄物的发酵降解，也可用于后期有机肥料的生产。