不同菌种发酵垫床对青年奶牛生长、健康及其舍内环境卫生的影响

顾亚兰，徐 俊，甄永康，陈逸飞，张振斌，于 翔，毛永江，王梦芝*

（1.扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009；2.江西省农科院农产品质量安全与标准研究所，江西南昌 330000）

微生物发酵床养殖技术将专用菌种按一定比例混合秸秆、稻壳等，通过发酵使牛粪、尿中的有机物质得到充分分解与转化，当垫料发酵温度达60～70℃，可将粪便中病毒、寄生虫、病原菌等致病微生物杀灭，是一种生态环保养殖模式[1]，既可实现粪尿和秸秆无害化处理和资源化利用，又能改善牛舍内环境卫生，利于奶牛健康生长。张振斌等[2]研究发现，发酵床饲养模式能够有效防止胆固醇在奶牛体内蓄积并促进其排出，提高脂类代谢效率。孙仁利等[3]研究发现，新型中低温生物床技术夏季在奶牛上应用降低了奶牛血液中白细胞数量，增强机体活力和抗病抗逆能力。由于发酵床的床体发酵是多效应，其垫料表层一般是耗氧微生物起作用，而垫料深层需要厌氧微生物存在。因此，在发酵床中添加单一的微生物或土著微生物的效果不如复合微生物菌群的共同作用效果[4]。贾志伟等[5]研究发现，土著微生物不一定适应发酵床的高温环境，降解猪粪的能力也不一定强。

目前，在市场上售卖的复合微生物菌种主要来自日本如EM 菌和酵母菌。EM 菌是一种包含光合细菌、酵母菌、乳酸菌和放线菌为主的80 余微生物；酵母菌是一种产生多种催化分解酸的有益微生物群体，主要包含固氮菌、解磷菌、解钾菌、酵母菌以及多种对植物有益的菌落。以上产品通用性很强，但价格较高，在一定程度上会影响养殖业从业者对该菌种选择。此外，我国内各省均有本地研发的菌种或产品用于发酵床养殖，但市场占有率比较低。其主要原因是有相当数量专用菌种在各地发酵床中分解率各不相同，容易导致发酵床寿命短，半年到一年就“死床”[6]。因此，研发一种在发酵床垫料中附着和定植能力强，对垫料和动物粪尿环境适应性强，可有效杀死病虫害的互惠共生关系的菌种组合具有重要的现实意义。本试验通过铺设不同菌种并研究其垫床理化特性影响，并结合其对后备牛舍环境卫生和生长性能的影响，来筛选适宜的发酵床菌种。

1 材料与方法

1.1 试验地点与垫床制作 试验在江苏省宿迁某牛场内进行，该地区平均海拔高度为28.6 m，北纬33°08～33°44，东经117°56～118°46，属于东亚季风区，又属于北亚热带和北暖温带的过渡区，季风显著，四季分明，气候温和，光照充足，平均气温14.3℃，年均降水量893.9 mm，年均日照总时数2 356.4 h。

该牛场的某青年牛舍采用发酵床养殖模式，长232 m、宽10 m、高0.5 m，面积2 320 m2，体积1 160 m3。垫料是按木屑、稻草、压榨牛粪9:10:8 混合均匀铺制。此外，垫床每3 个月补充一些新垫料和菌种，并且2 年清除1 次。使用2 次牛粪压榨机压榨牛粪，使用WT—051575X 型翻旋机疏粪。

1.2 试验设计 试验牛舍平均分为4 个区域，各区域相互独立，且采光和通风方式相同，如图1 所示。本试验利用复合菌种接种发酵床，设计为4 种不同菌种垫床。1 号区域中，复合芽孢杆菌（主要包含枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌）:乳酸菌=2:1；2 号区域中，酵母菌:乳酸菌=2:1；3 号区域中复合芽孢杆菌:酵母菌:乳酸菌=1:1:1；4 号区域为对照，未添加外源菌种。

图 1 发酵床青年奶牛舍区域布局

在2019 年4— 11 月进行初次铺设，菌种活化：每千克菌种添加100 g 尿素和0.5 kg 红糖，温水活化。菌种使用步骤：按比例混匀放置3 h 活化；喷洒；翻动均匀。

1.3 样本采集 试验分别在2019 年4 月26 日、5 月25 日、7 月14 日、11 月16 日10:00 采样，采样日均为该季节一段时间各条件均稳定的一个晴天。

在试验牛舍4 个区域，每个区域东西纵向上均匀设3 个采样点，共12 个采样点，每个采样点重复3 次。在采样点测定垫料的表层温度、深层温度、深度等物理指标；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、吸附水、粗灰分、总磷等化学指标。同时，在采样点位置也进行室内空气采样及温度、湿度、噪音等测定，采样和测定高度均离地面1.2 m。其中，温度和湿度各测定24 次；噪音测定36 次；氨气测定采样24 次。每个采样点测定皆重复3 次。

在每个区域饲养7 月龄、体重240～250 kg、体高135～145 cm、体况等相近的健康荷斯坦奶牛母牛8 头，跟踪测定其体尺。

另外，在每个区域再各选取6 头青年牛于晨饲前用一次性注射器对所选每头奶牛进行尾跟静脉采血10 mL，分装到EDTA 抗凝管和EDTA 促凝管中，在采集完当天将血样送至泗洪县医学测试中心进行血液常规和血液生化指标检测。

1.4 指标测定与方法

1.4.1 垫料物理指标测定 采用水银温度计对垫料表层温度（0～1 cm）、垫料深层温度（20～30 cm）测量；采用1 m 钢尺测定垫料深度。

1.4.2 垫料化学指标测定 垫料化学指标的测定：参照贺建华[7]的方法测定垫料样品的含水率、吸附水、粗灰分、总磷含量 。

1.4.3 环境卫生指标测定 采用AWA5636-0 手持式声级表对牛舍内噪音进行测量；采用红星干湿球温度计（精确度0.1℃）对牛舍内温度、湿度进行测量；采用GS-III B 型大气采样机（上海宏宇环保应用研究所）对牛舍内空气采样，采用纳氏试剂比色法测量空气中氨的含量；微电脑激光粉尘仪测定空气中总悬浮物颗粒PM1、PM2.5、PM10。温湿度指数（THI）的计算公式：THI=0.72（Td+Tw）+40.6。式中，Td 和Tw 分别为干球温度和湿球温度。

1.4.4 体尺、体重指标测定 体尺指标参照《中国荷斯坦牛体型鉴定技术规程》[8]的方法测定，在每个区域选取8 头青年牛测定体尺指标。将奶牛置于平坦地面站好，即身躯不向左或向右偏，也不抬高或下垂，枕骨靠近水平线上的甲骨，接着测定蹄踵深度、身体高度、胸部的宽度、胸围、身体重量、体斜长等指标。使用卷尺、角尺测定牛的身体高度、胸部宽度、体斜长等指标。而腰强度、骨质地、后肢后视、中央悬韧带、前乳房附着等指标则采用目测法进行评分。体重估测公式：y（kg）=212×胸围×体斜长－153。

1.4.5 血液指标测定 将血样即时送至泗洪县医学测试中心使用雷杜RT-7200 全自动血液分析仪，全自动血常规分析仪进行血液常规和血液生化指标检测。

1.5 统计分析 采用SPSS 18.0 软件中单因素方差分析程序，分析比较不同菌种组合下发酵床奶牛舍内各项指标，采用Duncan's 法进行多重比较。P<0.05 表示差异显著，P<0.01 表示差异极显著。

2 结果

2.1 不同菌种组合对环境卫生指标的影响 表1 显示，1 号区域舍内相对湿度低于2 号与3 号区域（P<0.05）；4 号区域舍内噪音高于其他区域（P<0.05）；1 号区域PM1、PM2.5、PM10 浓度低于其他区域（P<0.01）；其余环境卫生指标差异不显著。

表1 不同菌种组合牛舍环境卫生指标分析

2.2 不同菌种组合对垫床垫料物理和化学指标的影响表2 显示，1 号区域牛舍垫料厚度显著高于其他3 个区域；1 号区域牛舍垫料深层温度极显著高于其他3 个区域；牛舍不同区域间垫料表层温度、含水率、吸附水、粗灰分、总磷差异不显著。

表2 不同菌种组合牛舍垫料物理和化学指标的分析

2.3 不同菌种组合对青年牛体尺体重的影响 表3 数据显示，1 号区域和3 号区域青年牛蹄踵高于2 号区域和4 号区域（P<0.01）；3 号区域青年牛后肢后视高于2号和4 号区域（P<0.05）；3 号区域青年牛中央悬韧带高于2 号和4 号区域（P<0.05）；3 号区域青年牛前乳头位置和后乳房附着高度高于其他3 个区域（P<0.01）；2 号区域青年牛腰强度低于其他3 个区域（P<0.01）；其余青年牛体尺指标之间差异不显著。3 号区域青年牛蹄踵深度、后肢后视评分、中央悬韧带评分、前乳头位置评分、后乳房附着高度和腰强度指标较其他区域均较好，对青年牛生长发育具有一定促进作用。

表3 不同菌种组合牛舍青年牛体尺指标的分析

2.4 不同菌种组合对青年牛血液生理生化的影响 表4数据显示，不同菌种组合下4 个区域牛舍内青年牛的白细胞数、红细胞数、血红蛋白、血小板数和红细胞压积等血液生理指标均差异不显著，但血液生化指标存在显著差异。4 号区域青年牛血液中谷草转氨酶和总蛋白均高于其他3 个区域（P<0.01）；3 号区域青年牛血液中总胆红素低于其他3 个区域（P<0.05）。牛舍不同区域青年牛的谷丙转移酶、谷草/谷丙、碱性磷酸酶、谷氨酰氨转移酶等血液生化指标均无显著差异。除碱性磷酸酶含量高于参考值，总胆红素、谷草/谷丙和谷氨酰氨转移酶含量低于参考值外，其余指标皆在参考值范围之内，不同菌种处理未对青年牛血液生化指标产生较大影响。

表4 不同菌种组合对牛舍青年牛血液生理生化的影响

3 讨 论

3.1 不同菌种发酵床饲养对牛舍环境的影响 牛舍小气候是体现奶牛生活舒适度重要的环境条件，空气温湿度是影响其健康和生产的首要环境因素[13]。王志荣[14]研究表明，发酵床牛舍内湿度应保持在 40%～60%，不能超过65%。湿度过大会降低垫料发酵能力，湿度过小，发酵床会产生粉尘，造成牛呼吸道疾病。本试验中，2 号、3 号和4 号区域牛舍内相对湿度均超过65%，只有1 号区域牛舍内相对湿度（56.78%）在40%～60%，但也接近60%。这可能是发酵床上饲养的奶牛产生粪尿不断堆积加上外界环境湿度较高所致。因此，应适当增加发酵床牛舍内除湿设备，改善环境湿度。

国家畜禽场环境质量标准中规定，奶牛舍内标准噪音强度应低于75 dB[15]。当牛舍噪音过高，会激活下丘脑—垂体—肾上腺轴，促使下丘脑分泌促肾上腺激素释放激素，此激素促进垂体分泌促肾上腺皮质激素（ACTH），ACTH 又促使肾上腺分泌肾上腺素，从而影响奶牛的采食量、抵抗力、奶品质等[16]。本试验中，4 个区域内噪音强度均低于75 dB，提供了一个良好的环境，但4 号区域内噪音为69.53 dB，显著高于其他3个区域。这可能是由两方面原因导致：一方面，在4 号区域测噪音过程中有部分牛群在嬉戏、争斗等，发出噪声；另一方面，4 号区域温度（30.67℃）相对其他区域较高，奶牛易烦躁不安，导致发出噪声。

《环境空气质量标准》规定，在25℃、1 个标准大气压下，PM2.5 一级浓度限值为35 µg/m3 和二级浓度限值为75 µg/m3；PM10 一级浓度限值为50 µg/m3和二级浓度限值为150 µg/m3[17]。当空气中传播的颗粒浓度过高会导致微生物污染和疾病的产生及流行。Athanasios 等[18]研究发现，PM10 浓度过高会增加农民和家畜中支气管、哮喘样症状、心血管疾病、肺炎病变和肺癌风险。Schwartz 等[19]研究发现，PM2.5 浓度每增加10 μg/m3，心血管疾病风险增加1.37%。本试验中，4 个区域的PM1、PM2.5、PM10 均在一级范围内，其中1 号区域PM1 浓度为0.20 mg/m3、PM2.5 浓度为0.19 mg/m3、PM10 浓度为0.20 mg/m3，均极显著低于其他区域。这可能与菌种有关，1 号区域铺设的是复合芽孢杆菌和乳酸菌。复合芽孢杆菌主要包含枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌及生物酶、维生素、微量元素等辅助剂。其中，枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等在快速繁殖过程中，产生大量多种蛋白酶（特别是碱性蛋白酶）、糖化酶、脂肪酶、淀粉酶，能降解垫料中复杂的有机物。乳酸菌在复合微生物中可以作为辅助菌，使垫料中蛋白质、维生素、氨基酸生物等活性大幅度提高，为复合芽孢杆菌增殖提供重要的给养保障。同时，1 号区域垫料的含水率（47.88%）相对其他区域较高，可有效控制被降解的有机物变成粉尘，从而可能减少粉尘产生。可见1 号区域铺设复合芽孢杆菌和乳酸菌（比例为2:1）对于牛舍内粉尘浓度控制具有良好促进作用，减少奶牛感染支气管、肺炎等疾病风险。

3.2 不同菌种发酵床饲养对垫料物理指标的影响 发酵床深层温度是微生物活动标志，温度高低直接反映发酵快慢[20]。当发酵温度维持到理想温度有利于有益微生物活动，并对有害微生物起到杀灭和抑制作用。本试验中，1 号区域牛舍垫料深层温度达32.77℃，极显著高于其他3 个区域，这可能与菌种的活性及分解牛粪的能力有关。1 号区域铺设的是乳酸菌和复合芽孢杆菌。乳酸菌是一种异养厌氧型的革兰氏阳性菌，能够从光合细菌、酵母菌分解得到的葡萄糖类碳水化合物中发酵产生大量乳酸，分解垫料中有机物质，释放出大量热量，从而引起发酵床温度升高[21]。此外，乳酸菌在发酵过程中，产生大量乳酸和乙酸，使发酵环境pH 下降，形成一个酸性环境。当pH 达到一定酸度值时，就会抑制李斯特菌、葡萄球菌和沙门氏菌等腐败菌及其他一些有害菌生长[22]。复合芽孢杆菌是一种耐高温细菌，具有稳定性好，耐氧化、耐挤压、耐酸碱、耐高温，能长期耐受60℃高温，在温度120℃下能存活20 min。当发酵床温度达到50℃时，芽孢杆菌便迅速增殖，在菌群中承担高温发酵工作，分解动物粪便中高活性的过氧化氢、硫化物分解酶等，从而可能引起发酵床温度升高[23]。此外，芽孢杆菌还能有效降解垫料中有机磷，增加有效磷含量，利于垫料后期作为有机肥使用。郑传进等[24]通过对以Ca3（PO4）2和卵磷脂为唯一磷源的培养基接种巨大芽孢杆菌 ACCC10011 磷细菌后，发现无机磷培养物中水溶性磷总量比对照提高了13.6 倍，有机磷培养物中水溶性磷总量比对照提高了4.16 倍。另外，垫料厚度也会影响发酵温度，张闯等[25]研究发现，发酵床垫料夏季厚度为50 cm，冬季厚度为60 cm 时有利于垫料发酵，垫料过浅不会引起发酵，太厚会导致内部温度过高过快，进而导致发酵速度减慢。本试验中，4 个区域的垫料厚度均低于50 cm，过低可能影响发酵效率，牛场在实际养殖过程中还需铺设更多垫料，提高发酵温度。

3.3 不同菌种发酵床饲养对青年牛体况、血液指标的影响唐式校等[26]研究发现，发酵床养牛的产奶量比传统养牛提高大约45%，发病率降低大约8%。本试验中，4 个区域的发酵床接种不同复合型菌种，但3 号区域青年牛蹄踵深度、后肢后视评分、中央悬韧带评分、前乳头位置评分、后乳房附着高度和腰强度等指标相对于其他区域均较好，即第3 组的牛只肢蹄和泌乳系统相对于比其他3 组较好。这可能与菌种有关，3 号区域铺设的菌种是复合芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌。复合芽孢杆菌中枯草芽孢杆菌在环境中能迅速消耗游离氧，造成低氧环境，促进有益厌氧菌生长，间接抑制其他致病菌生长，从而有利于动物生长[27]。酵母菌中的布拉酵母可以抑制沙门细菌在动物肠道内定植，降低病原菌对奶牛肠道的损害[28]。由于许多病原菌细胞表面均含有一种特殊的用于细胞识别的糖蛋白，糖蛋白与酵母细胞壁外层甘露聚糖表面上的受体结合，从而黏附在肠上皮繁殖。但酵母不在消化道中定植，而是随消化道的运行排出，故凝集于酵母细胞壁外层甘露聚糖上的病原菌也可随同排出体外，从而起到保护作用。乳酸菌除了是一种能产生细菌素，对垫料中大肠杆菌素和金黄色葡萄球菌素等有颉颃作用的微生物，还是一种对动物胃肠道有益的微生物菌群，其产生乳酸和乙酸等有机酸能显著降低肠道pH，使肠道处于酸性环境，抑制致病菌和有害菌生长，从而维持肠道菌群动态平衡，调整肠道炎性细胞因子的释放，改善肠道黏膜免疫系统[29]。朱鹏等[30]研究发现，足够的乳酸杆菌含量能够提高犊牛的免疫能力和对病原微生物的拮抗效应。此外，温国富[31]研究发现，奶牛的肢蹄、泌乳系统与奶牛的产奶量密切相关，当奶牛有肢蹄病和乳房疾病时会降低产奶量甚至会造成较高淘汰率，推测第3 区域的青年牛可能有巨大的繁殖性能潜力和较小淘汰率。

血液的常规指标和生化指标可以反映青年牛健康状况以及机体新陈代谢机能状态的改变[32]。本试验中，不同菌种发酵床养殖模式对青年牛的血液常规指标没有明显影响。血液生化指标中谷草转氨酶、碱性磷酸酶、总胆红素、总蛋白等是反映肝功能的重要指标，当肝组织受损时，血清中该指标会相应上升[2]。本试验中，牛舍不同区域青年牛的谷丙转移酶、谷草/谷丙、碱性磷酸酶、谷氨酰氨转移酶等血液生化指标均无显著差异；碱性磷酸酶含量高于参考值、总胆红素、谷草/谷丙和谷氨酰氨转移酶含量低于参考值外；其余指标皆在参考值范围之内，不同菌种处理未对青年牛血液生化指标产生较大影响。但比较而言，4 号区域青年牛血液中谷草转氨酶为77.42 U/L，显著高于其他3 个区域的试验牛；其总蛋白为71.78 g/L，也显著高于其他3 个区域的试验牛。该结果提示，相对其他菌种，复合芽孢杆菌：酵母菌：乳酸菌以1:1:1 的比例制作垫床可能有利于提高青年牛的肝功能健康。

4 结 论

本试验结果显示，采用不同菌种处理发酵床牛舍内环境卫生指标、粉尘浓度指标、垫料物理指标、青年牛体尺指标和血常规、血液生化指标皆较好。不同菌种处理会对牛舍环境卫生、垫料物理性质和奶牛健康产生显著的影响。考虑对牛舍内粉尘浓度指标影响，以2:1 酵母菌和乳酸菌混合菌为优势组合；考虑对青年牛体尺发育指标影响，以1:1:1 复合芽孢杆菌、酵母菌和乳酸菌混合菌为优势组合。