牛粪可再生垫料（RMS）的安全制备

刘洋乐，孟 毅，魏 勇，李智星，彭夏雨*

1 石河子大学动物科技学院，新疆石河子 832003 2 新疆天澳牧业有限公司，新疆奎屯 833200

0 引言

随着生活水平的提高，人们对牛奶和牛肉的需求不断提高，规模化养牛业也随之得到蓬勃发展。据国家统计局数据，2021年，我国奶类产量3 778 万吨，百头以上奶牛规模养殖场比重达70%。预计到2025年，全国奶类产量将达到4 100 万吨左右，百头以上规模养殖比重达到75%左右[1]。随着奶牛规模养殖的不断扩大，环境污染问题日益加剧，每头成母牛每天所排泄的粪便为30 kg，牛粪的无害化和资源化利用成为牧场亟需解决的问题之一[2，3]。目前牛粪处理利用方式包括有机肥发酵后还田、厌氧发酵后产生沼气、食用菌栽培培养料以及牛粪垫料再生技术[4～6]。其中牛粪垫料再生技术被各牧场所青睐，因为牛粪再生垫料（Recycled Manure Solids，RMS）与其他垫料相比，不仅可以实现牛粪的可循环利用，解决牛粪污染环境问题，而且用牛粪制作的垫料，可以提高奶牛舒适度，减少饲养成本，提高牧场的经济效益[7～9]。目前，国内规模化牧场大多配备固液分离装置，具有生产RMS的基础，但因为没有一个安全合格的生产流程，生产出来的RMS在使用后会导致奶牛乳房炎发病率增加，不仅未能增加经济效益，反而因为奶牛乳房炎问题，而使牧场经济效益降低。因此，如何生产出安全可用的RMS成为了实际使用的难点。本研究根据牧场实际生产需要，以制备安全可靠的RMS为目的，通过实际生产及使用验证，对RMS的安全制备进行了初步研究，以期为牧场提供一套安全可靠的RMS制作方法。

1 材料与方法

1.1 试验地点、时间

试验地点为新疆地区某规模化牧场，该牧场拥有牛只3 000 头，其中泌乳牛1 200 头，日排放粪污约40 吨。

试验时间为新疆的高温、少雨的6—9月。

1.2 试验试剂、设备

麦康凯琼脂培养皿、伊红美蓝琼脂培养皿、BHI培养皿，青岛海博生物技术有限公司；乳房炎致病菌鉴定平板，美正生物科技有限公司；BRU牛粪垫料再生系统（型号：BRU2000），北京国科诚泰农牧设备有限公司；传动减速机，上海誉煌减速机公司；WST数显温度计带探头，上海自仪三厂；高温电热鼓风干燥箱，山东德瑞克仪器有限公司；恒温培养箱，广州航信科学仪器有限公司；高压蒸汽灭菌锅，上海申安医疗器械有限公司；超净工作台，济南泉清医疗器械有限公司。

1.3 粪污收集方式

粪污经自动刮粪系统将各牛圈粪污收集至粪道，经粪道流入储粪池，使用传动减速机等装置对粪污进行干湿分离，用于后续研究。

1.4 试验方法

1.4.1 堆垛方式

用固液分离机将粪污进行固液分离，分离后的固体牛粪堆成高1.2 m，底宽1.5～2.0 m，顶宽1.2 m，长20～30 m，进行堆垛发酵。

1.4.2 分组情况

固体牛粪干物质含量30%～35%（固液分离后直接堆垛）、35%～40%、40%～50%各堆一垛，共3 组3 垛。

（1）温度检测

堆垛发酵温度使用数字温度计进行测量，在堆垛发酵牛粪顶部中间每隔8 h测量和记录40 cm、60 cm、90 cm、120 cm的发酵温度，同时记录外部环境温度（取3次测量均值，以d为单位记录），60 cm温度达60 ℃以上24 h堆垛完成。

（2）水分检测

采集堆垛时粪样以及堆垛完成后表层、中层、深层粪样，放入密封袋中待测。使用恒温鼓风干燥箱103～105℃烘至恒重（两次烘干重量误差不超过2 mg），使用电子天平称量待测样品重量m1，烘干后样品重量m2。按照以下公式计算含水率：

（3）微生物检测

根据堆垛发酵温度变化，在检测水分的同时，进行乳房炎致病微生物（大肠杆菌、无乳链球菌、金黄色葡萄球菌）检测。

采样方法：佩戴无菌手套，放入密封袋，排除多余空气后放入4 ℃冰箱保存待检。

检测方法：①牛粪悬液的制备：10 g牛粪样品，加90 mL蒸馏水进行稀释，充分混匀后，吸取上悬液。②移液器吸取10 μL的牛粪悬液置于培养基表面，涂布器涂抹均匀，置于37 ℃恒温培养箱。③培养18～24 h后，取出培养平板，观察菌落，根据菌落颜色，鉴定微生物；或使用革兰氏染色后用显微镜观察其形态特征，鉴定微生物类型。

1.5 数据处理

每个样品做3 组重复，数据使用SPSS 21.0进行统计分析，使用T检验方法进行显著性检验，结果用平均值±标准差（x±SEM）表示。

2 结果与分析

2.1 堆垛发酵温度变化

温度是堆垛发酵的重要参数，由表1可知，水分含量不同的牛粪发酵温度差异显著。40 cm，干物质含量35%～40% 牛粪升温最快，第2天达60 ℃以上，且还有上升趋势，其次为干物质含量为40%～50%的牛粪，第3天时达60 ℃以上，而干物质含量为30%～35%（干湿分离后直接堆垛），温度在第3天达50 ℃左右时，后续发酵升温乏力，甚至出现下降趋势；60 cm，同样是干物质含量为35%～40% 的牛粪升温最快，第4天时温度达60 ℃以上，而干物质含量为40%～50% 的牛粪在第9天温度才达60 ℃以上，整整相差了5 d，发酵温度时间的延长，将极大地影响牛粪垫料制作的效率。

表1 不同干物质含量对不同深度牛粪堆垛发酵温度的影响

2.2 堆垛发酵含水率变化

如表2，堆垛前与堆垛后表层水分含量差异极显著（P＜0.01），中层和底层差异显著（P＜00.05）温度的升高会引起水分的蒸发，同时表层空气流通较好，易风化晒干，所以表层水分含量差异极显著（P＜0.01）；因为好氧发酵的原因，底部垫料氧气含量较低，导致发酵温度升温不足，且由于地面回潮，含水率反而会稍微增加。

表2 堆垛发酵前后干物质含量变化

2.3 堆垛发酵微生物变化

如表3所示，堆垛前与堆垛后微生物含量差异极显著（P＜0.01），无论是干物质含量为35%～40% 还是为40%～50% 的固体牛粪60 cm温度达60 ℃以上24 h，都可以有效的灭杀乳房炎致病微生物大肠杆菌、无乳链球菌，但干物质含量不同，温度发酵曲线不同，35%～40% 与40%～50% 固体牛粪60 cm温度达60 ℃以上时间相差5 d，由此得出结论，为了高效率的制作安全的牛粪可再生垫料，堆垛牛粪的干物质含量应保持在35%～40%，从而减少升温所需时间，继而达到提高牛粪制作效率的目的。

表3 不同深度温度达60 ℃ 24 h牛粪微生物杀灭情况 单位：CFU/g

2.4 理化指标

如表4，堆剁发酵后理化指标对比，中层发酵后效果最好，无异味，呈黑褐色，松散，表层次之，深层发酵效果最差，但其中有害微生物含量都在安全标准以内，经过处理后是牛床垫料的最佳原料。

表4 固体牛粪发酵前和发酵后理化指标

2.5 牛粪可再生垫料对奶牛乳房炎发病率的影响

使用步骤：堆垛发酵后，乳房炎致病微生物被杀灭，摊开晾晒，使水分含量达到50% 左右保存备用[10，11]，使用时添加0.1%～0.2%的生石灰拌匀使用（现拌现用，小心石灰自燃引起火灾事故），使用时，每天修整卧床，卧床应平坦，呈前高后低的微微斜坡，及时补充垫料，使垫料充足。

结果显示见表5，该牧场由于之前没有规范牛粪可再生垫料制作工艺，乳房炎每周高达3.5%，经过工艺完善后，乳房炎发病率为1.3%，比之前减少60%左右，表明牛粪经过发酵后是可以作为安全环保的绿色垫料进行循环利用的[12]。

表5 牧场乳房炎发病情况

3 讨论

3.1 牛粪再生垫料制作的影响因素

发酵牛粪中细菌的数量与发酵程度、堆积时间及水分含量等因素密切相关[13]。发酵牛粪的含水率是微生物好氧发酵的重要因素，含水率过高会造成厌氧环境，过低则会抑制微生物的活性，并且高温发酵时水分蒸发会带走部分热量，从而降低发酵温度，因此，发酵牛粪含水率应控制在40%～65%[14，15]。本研究中，干物质含量30%～35% 的牛粪堆垛发酵温度在第3天平缓，应该是水分蒸发，抑制了发酵温度增长，而干物质含量35%～40% 和40%～50% 发酵温度持续增长，达到所要求的60 ℃以上，而含水率35%～40% 牛粪发酵温度增长快于含水率40%～50% 的牛粪，符合以上观点。

堆垛牛粪干物质含量是发酵升温的一个重要因素[16]，干物质含量直接影响好氧堆垛发酵温度的速度、发酵的质量，继而影响发酵牛粪垫料的安全性。水分含量过高，发酵时温度升高会蒸发水分，从而影响发酵温度上升，导致发酵速度减慢，延长了堆腐时间，含水率过低，细菌的代谢作用会普遍停止，完成不了杀灭有害微生物的作用[17]。

3.2 牛粪再生垫料的安全性评价

牛粪中微生物是衡量牛粪堆垛发酵情况，能否作为安全可靠垫料的标准，决定着牛粪能不能用作卧床垫料[18]。导致奶牛乳房炎最主要的病原微生物为金黄色葡萄球菌、无乳链球菌和大肠杆菌[19，20]。相关研究表明，大肠杆菌增殖的最适温度为15～45 ℃，当温度高于45 ℃开始死亡；链球菌生长的最佳温度为25～42 ℃，高于42 ℃开始死亡；金黄色葡萄球菌能在6～48 ℃存活[21～23]。汪保根等[24]研究发现绝大多数能导致奶牛乳房炎的大肠杆菌、无乳链球菌、金黄色葡萄球菌在高于60 ℃的环境下存活时间均小于2 h。在本试验中，发酵温度达60 ℃以上乳房炎致病微生物均被杀死，随着堆垛发酵时间的延长，其他微生物也呈明显下降趋势，与汪保根等[24]结果基本相同。

4 小结

RMS可解决牛粪堆积，无法处理的难题，实现牧场使用内循环，减少环境污染，降低牧场生产成本。堆垛牛粪干物质含量35%～50% ，符合RMS制作要求，发酵温度达60 ℃以上，可以有效杀灭致病微生物。干物质含量35%～40% ，堆垛发酵最快，牛粪垫料的制作效率最高，符合牧场实际生产需要。堆垛发酵完成后表层、中层温度达60 ℃以上24 h后，表层呈现灰白色，中层呈现黑褐色摊开晾晒，使水分含量在50% 以下后待用，使用前加入0.1%～0.2%的生石灰，使用期间应注意卧床垫料维护，每天清整卧床，及时补充垫料。后续将对卧床垫料应该怎么维护，喷洒消毒剂的种类，以及卧床垫料的更换周期进行研究。