發(fā)酵床養(yǎng)殖畜禽基本技術(shù)參數(shù)的研究進展

曹 珍，陳 峰，張祥斌，畢英佐

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，廣東廣州510642；2.廣東溫氏食品集團股份有限公司，廣東云浮527400；3.廣東省畜禽健康養(yǎng)殖與環(huán)境控制企業(yè)重點實驗室，廣東云浮527400）

畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展在解決了畜產(chǎn)品供給和帶動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的同時也帶來了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。據(jù)全國第一次污染源普查數(shù)據(jù)，2007年我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)排放的化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）和總氮排放量分別為1268.26×104t和102.48×104t，分別占農(nóng)業(yè)排放總量的95.8%和37.9%，占全國COD 排放總量的41.9%和總氮排放的21.7%［1］。目前，采用的畜禽糞便處理利用方式主要有禽糞干燥法、發(fā)酵法、畜糞尿厭氧處理沼氣和堆肥還田法，雖然這些處理方式均能不同程度的處理畜禽排泄物，但難從根本上實現(xiàn)畜禽糞尿的無害化和資源化。在這種情況下，迫切需要尋找一種更為理想、行之有效的糞便處理技術(shù)，而發(fā)酵床技術(shù)正是基于控制畜禽糞便排放與污染的環(huán)保型養(yǎng)殖方式，目的是實現(xiàn)畜禽廢棄物的“零排放”。

發(fā)酵床墊料中微生物對畜禽排泄物的降解，可有效減少養(yǎng)殖場的惡臭等有害氣體，改善畜禽舍環(huán)境，改善動物福利從而提高畜禽品質(zhì)；同時可減少工人勞動強度、節(jié)約用水和污水處理設(shè)施的花費，提高養(yǎng)殖人員的經(jīng)濟效益等優(yōu)點，該技術(shù)對畜禽健康養(yǎng)殖和污染防治均具有重要意義［2－5］。雖然我國在發(fā)酵床養(yǎng)殖畜禽方面已經(jīng)取得了一定成績，但由于不同地區(qū)發(fā)酵床運行實際條件不同，結(jié)果與反饋的信息都不一致，從而導(dǎo)致可比性和參照性差。而且，科學(xué)試驗數(shù)據(jù)不足造成發(fā)酵床在生產(chǎn)實踐中存在很多盲區(qū)。例如，養(yǎng)殖密度與墊料設(shè)計管理的關(guān)系、墊料狀態(tài)與功能維持、墊料中的養(yǎng)分動態(tài)變化規(guī)律、墊料使用年限、墊料是否能夠或需要消毒等問題都還模糊或者說法不一。本文綜述了發(fā)酵床基本參數(shù)的研究進展，以期對發(fā)酵床養(yǎng)殖畜禽技術(shù)的應(yīng)用與推廣起一定的指導(dǎo)作用。

1 發(fā)酵床關(guān)鍵參數(shù)的研究進展

我國最先引進的是發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)，之后逐漸應(yīng)用到發(fā)酵床養(yǎng)雞和養(yǎng)鴨。由于豬具有定點排便的行為［6］，采用發(fā)酵床養(yǎng)豬需人工將集中排泄的糞尿在發(fā)酵床上撒開，耗費人力較大。相對而言，發(fā)酵床養(yǎng)殖雞、鴨所用的墊料少，墊料選擇和配比更粗放，墊料使用年限更長，具有更大的優(yōu)越性［7－9］。國內(nèi)外關(guān)于發(fā)酵床養(yǎng)殖畜禽技術(shù)的研究很多，包括：不同墊料對發(fā)酵床效果影響、發(fā)酵床養(yǎng)殖方式的免疫衛(wèi)生學(xué)研究、發(fā)酵床墊料內(nèi)微生物及添加菌劑的效果研究、發(fā)酵床飼養(yǎng)畜禽舍內(nèi)的環(huán)境監(jiān)測、畜禽生長性能、畜禽肉品質(zhì)安全、畜禽的行為、動物福利及溫室氣體排放等［5，10－14］。然而，我國對發(fā)酵床養(yǎng)殖畜禽過程中相關(guān)參數(shù)的研究并不透徹，已有的研究也只是根據(jù)實踐經(jīng)驗而得，缺乏相關(guān)的數(shù)據(jù)支持，而這恰恰是了解、設(shè)計和管理“床”的關(guān)鍵。發(fā)酵床類似于好氧堆肥，影響發(fā)酵床正常運行的基本參數(shù)包括：碳氮比（C／N 比）比、含水量、含氧量、pH、溫度、微生物活性等［15－17］。

1.1 墊料原料（C／N 比）的選擇

發(fā)酵床由有機墊料組成，是微生物和糞尿進行生物反應(yīng)的載體，墊料原料對發(fā)酵床發(fā)酵和使用過程中的含水量、溫度、含氧量、C／N 比等均有一定影響。因此，選擇合適的墊料原料及合理的比例配比對發(fā)酵床養(yǎng)殖畜禽成功與否具有重要意義。微生物的生長繁殖所需要的C／N 比在25～30∶1較為適宜［18］，而畜禽糞便的C／N 比較低，介于5～13∶1之間，故為了滿足微生物適合的C／N 比，就要求選擇的墊料原料的C／N 比越大越好，如禾本科作物的莖稈，水稻、玉米秸稈、小麥秸稈等的C／N 比均較高（60～100∶1），其中木屑的C／N 最大，約為492∶1［19］，且C／N 比大的有機物因富含木質(zhì)素、纖維素等，被微生物分解利用較困難，使用時間也較長。

生產(chǎn)實踐中，通過選擇不同的輔助材料來調(diào)節(jié)發(fā)酵床墊料中的C／N 比［20］。目前，就C／N 比和物理特性而言，“鋸末＋稻殼”墊料組合效果最好［21－22］，據(jù)飼養(yǎng)動物的品種與實際條件等可適當(dāng)調(diào)整二者的比例，一般以體積比為3：2和1：1配比的效果較好。也有報道指出在“鋸末＋稻殼”基本墊料中加入5%～25%的稻草秸稈后對發(fā)酵床的發(fā)酵效果無影響［23－24］，但混合秸稈的墊料下沉速度較快，墊料利用年限縮短［25］。李娟等［26］報道了混合30%的玉米秸稈到鋸末＋稻殼墊料中平養(yǎng)肉雞的生產(chǎn)性能和雞舍內(nèi)氨氣濃度均比鋸末＋稻殼效果較好。此外，還有研究報道小麥秸稈、玉米芯、谷殼、花生殼、野草、樹葉、酒糟等均可通過合理利用作為墊料原料［19，27－29］。Deininger等［30］曾指出粗大的棉花、玉米等秸稈不能改善墊料的滲透能力，而且還影響墊料的持水能力，建議用秸稈作墊料之前進行破碎處理效果更好。因此，在選擇墊料原料時要因地制宜，積極嘗試其他農(nóng)副產(chǎn)品殘余物作為發(fā)酵床的墊料原料，一般以C／N 比值較大，通氣性好、不容易板結(jié)、吸水性好、有一定硬度、易干燥及來源經(jīng)濟豐富為選擇墊料的原則［31］，同時搭配一定比例的泥土、粗鹽、可供微生物快速利用的營養(yǎng)物質(zhì)如油糠／玉米粉／麥麩或新鮮的畜禽糞便鋪設(shè)成發(fā)酵床［32］。

1.2 pH

pH 是發(fā)酵床墊料中微生物生長的重要條件，影響有機物質(zhì)的水解酸化速率，并且決定了水解酸化產(chǎn)物的分配［33］。發(fā)酵床中的微生物生長繁殖需要微堿性環(huán)境，即pH 在7.5左右為宜，pH 過高或過低都會影響微生物的正常生長、畜禽糞尿的發(fā)酵和分解。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH 低于6時，會嚴(yán)重降低微生物的呼吸作用［34］。但在正常生產(chǎn)情況下，一般不需調(diào)節(jié)發(fā)酵床墊料的pH，其自身可自動調(diào)節(jié)達到平衡，這是因為發(fā)酵過程中會產(chǎn)生有機酸類物質(zhì)，但同時也生成大量的氨，二者中和，會使墊料酸堿度接近中性。

1.3 含水率

墊料中水分的多少及其過程中水分的調(diào)控直接影響了墊料內(nèi)部微生物菌的移動、墊料性質(zhì)和好氧發(fā)酵過程中的物理及生物學(xué)性質(zhì)［35］。大量研究表明，發(fā)酵床墊料表面適合的含水率應(yīng)介于30%～40%，核心層含水率為45%～60%較為合適［36］。如果墊料中的含水率過高，水分會充滿墊料顆粒間的空隙，使墊料中空氣含量下降，導(dǎo)致發(fā)酵床進行厭氧發(fā)酵［37］，而且畜禽動物如雞在濕的地面環(huán)境中容易發(fā)生球蟲病和其他腸道疾?。坏珘|料水分過低時，也不利于微生物生長，畜禽糞便難于分解［38］；墊料過干也易于揚塵，引發(fā)畜禽動物的呼吸道疾病。

1.4 氧氣含量

發(fā)酵床中起作用的微生物主要是兼性好氧菌，其在發(fā)酵過程中以有氧生長為主，氧氣含量直接影響發(fā)酵床中好氧菌的繁殖活動。一般情況下，發(fā)酵床墊料中的含氧量在5%～18%范圍內(nèi)較為合適［15，39］。如果含氧量低于5%，會導(dǎo)致厭氧發(fā)酵而產(chǎn)生惡臭；而當(dāng)氧含量超過18%時，墊料中的溫度過低，不利于畜禽排泄物和墊料的分解，甚至引起NH3、H2S、硫醇等揮發(fā)性氣體大量產(chǎn)生［40］。

1.5 溫度

環(huán)境溫度制約著發(fā)酵床墊料中的微生物活性。一般而言，適宜發(fā)酵床菌種生活的環(huán)境溫度為20～40 ℃，當(dāng)環(huán)境溫度低于10 ℃時，菌種的活性就會受到一定程度抑制。但發(fā)酵床菌種中的芽孢桿菌可耐高溫，利用該特性，在鋪設(shè)發(fā)酵床前往往是先將墊料中添加菌種、水分和營養(yǎng)物質(zhì)進行預(yù)發(fā)酵，通過預(yù)發(fā)酵的高溫殺死墊料中的有害微生物，利于接種菌的繁殖生長，同時把畜禽的糞尿分解轉(zhuǎn)化為無機物和可被動物食用的菌體蛋白，保證發(fā)酵床內(nèi)安全無害的環(huán)境。研究表明，當(dāng)發(fā)酵溫度在55℃條件下保持3d以上，或50 ℃保持5～7d，即可殺滅墊料中病原菌、達到衛(wèi)生指標(biāo)合格的重要條件［41－42］。發(fā)酵床中的溫度是反映發(fā)酵效果的最直接指標(biāo)，但該溫度也受多個因素影響，如墊料原料組成、墊料的厚度、墊料的含水率、畜禽糞便的多少以及發(fā)酵床的日常管理如翻耙等有關(guān)。

1.6 翻耙頻率

翻耙除為墊料中微生物提供氧氣外，還具有調(diào)節(jié)溫度，散發(fā)水分的作用［43］。Tiquia等［44］證實翻耙的堆肥中氧氣水平比未翻耙堆體高，且對生物降解動力學(xué)有積極作用［45］，為了保證有充足的含氧量，需要定期對發(fā)酵床進行翻耙。

生產(chǎn)實踐經(jīng)驗認(rèn)為，根據(jù)墊料中水分狀況、發(fā)酵床的顏色等物理狀況、飼養(yǎng)的畜禽品種等可靈活的調(diào)整翻耙頻率。對發(fā)酵床養(yǎng)豬而言，一般認(rèn)為每星期翻耙1～2次較為合適。欒炳志［11］的研究指出，6d翻耙一次可以較長時間維持墊料中的高溫，有效抑制大腸桿菌。而對發(fā)酵床養(yǎng)雞而言，其翻耙頻率報道不一，有研究表明每周翻耙1 次較為合適［46］，也有報道指出因為發(fā)酵床養(yǎng)雞的墊料較薄，每15～20d翻耙1次即可［28］。實際上，翻耙頻率的確定取決于多種因素，如發(fā)酵床墊料的類型、發(fā)酵床的發(fā)酵情況、飼養(yǎng)的畜禽品種及密度、畜禽排泄物的養(yǎng)分含量、周圍環(huán)境的天氣情況等等。

1.7 發(fā)酵菌種

發(fā)酵床技術(shù)是在微生物分解畜禽糞便的好氧發(fā)酵過程中，分泌纖維素酶、蛋白酶和脂肪酶等，將動物糞尿中的速效營養(yǎng)物質(zhì)如粗蛋白、粗脂肪、半纖維素等迅速分解，轉(zhuǎn)化為生物量、二氧化碳、水、熱量和腐殖質(zhì)。發(fā)酵床中的好氧菌群包括細(xì)菌、酵母菌和放線菌，其中有效微生物菌群主要有芽孢菌、酵母菌和乳酸菌等［19］。關(guān)于發(fā)酵床中添加不同菌劑效果的研究很多，研究一致認(rèn)為在發(fā)酵床中添加菌種可以調(diào)節(jié)菌群結(jié)構(gòu)，提高有益微生物活性，使墊料快速達到高溫，殺滅其中的病原菌，加快畜禽排泄物的降解速度，控制臭氣的產(chǎn)生［47－48］。劉克峰等［49］在研究不同微生物處理豬排泄物時發(fā)現(xiàn)，接入的微生物菌劑還可以加速C／N 比下降，激發(fā)分解生物毒性物質(zhì)的能力。而且添加微生物菌劑的發(fā)酵床養(yǎng)殖畜禽，在一定程度上改善了畜禽動物的生長性能，提高畜禽產(chǎn)品質(zhì)量［26，42］。

為了保持發(fā)酵床中微生物的活性，關(guān)于發(fā)酵床是否消毒問題，也一直存在爭議。有學(xué)者認(rèn)為發(fā)酵床畜禽舍內(nèi)不能使用化學(xué)消毒藥品和廣譜抗生素類藥物，會殺滅或抑制微生物，降低微生物活性［50］。也有研究認(rèn)為發(fā)酵床豬舍內(nèi)沒有必要消毒，因為發(fā)酵床墊料中，功能菌占據(jù)絕對優(yōu)勢，幾乎沒有病原微生物的生存空間，發(fā)酵床自身有消毒的作用，發(fā)酵床飼養(yǎng)畜禽方式的消毒重點應(yīng)在于與外界接觸的環(huán)節(jié)上［51］。賀月林等［52］的研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合碘溶液、復(fù)合酚溶液、復(fù)方戊二醛和二氯異氰尿酸鈉粉4種豬場常用消毒劑對發(fā)酵床墊料中活菌總數(shù)和溫度均無不良影響。楊名赫等［53］也指出，不同取樣層細(xì)菌數(shù)量在消毒后48h 分別恢復(fù)了70%以上，普通消毒對30cm以下墊料的細(xì)菌數(shù)量幾乎無影響，隨著消毒后時間的延長，消毒劑的作用降低，細(xì)菌開始復(fù)蘇。欒炳志［11］的研究發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵床上噴灑雙鏈季銨鹽類消毒劑（百毒殺）對發(fā)酵溫度無影響，消毒劑對發(fā)酵床影響可能與消毒劑本身的性質(zhì)有關(guān)。生產(chǎn)實踐中，一般不直接對墊料消毒，但需定期對發(fā)酵床畜禽舍內(nèi)墊料外其他地方進行常規(guī)消毒。

2 小結(jié)與展望

雖然目前關(guān)于發(fā)酵床技術(shù)養(yǎng)殖畜禽的研究有很多，也在生產(chǎn)實踐中總結(jié)了很多經(jīng)驗，但由于不同地區(qū)氣候環(huán)境不同、所采用的發(fā)酵床也有差別、墊料的配制也不盡相同、加之管理水平的差異、對影響發(fā)酵床發(fā)酵效果的因素或參數(shù)的研究仍不夠透徹等，使得發(fā)酵床養(yǎng)殖畜禽技術(shù)仍存在一些不足及一些技術(shù)問題待解決。綜上所述，發(fā)酵床養(yǎng)殖畜禽技術(shù)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，各參數(shù)間是相互作用又相互矛盾的統(tǒng)一體，要求發(fā)酵床、微生物、畜禽動物、人為管理合理的配合才能成功發(fā)揮其最大優(yōu)勢，因此，發(fā)酵床養(yǎng)殖畜禽技術(shù)須要進行系統(tǒng)、深入的研究。迫于我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)面臨的環(huán)保壓力越來越大及發(fā)酵床技術(shù)本身的潛在優(yōu)勢，今后不論在理論上還是生產(chǎn)實踐上，都會吸引更多業(yè)內(nèi)人士對其進行不斷深入的探討，逐步加深認(rèn)識、掌握其運行的規(guī)律，并力爭最終掌握其在大生產(chǎn)上的使用條件和規(guī)范。

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