規(guī)模養(yǎng)牛墊床發(fā)酵模式和發(fā)酵效果研究

楊前平 趙娜 李曉鋒 熊琪 索效軍 張年 陶虎 陳明新

摘要：研究牛糞墊床發(fā)酵腐熟再利用，解決養(yǎng)牛環(huán)境污染和產(chǎn)業(yè)發(fā)展矛盾。在湖北省黃岡市300頭規(guī)模奶牛場(chǎng)、荊門市1 200頭規(guī)模肉牛場(chǎng)部分棟舍進(jìn)行發(fā)酵試驗(yàn)，考察墊床發(fā)酵的模式和發(fā)酵效果。結(jié)果表明，奶牛養(yǎng)殖墊床發(fā)酵宜采用異位發(fā)酵，肉牛養(yǎng)殖墊床發(fā)酵宜采取原位發(fā)酵與異位發(fā)酵相結(jié)合模式，或者采用異位發(fā)酵模式;菌種以地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母、乳酸菌、嗜熱側(cè)孢霉按一定比例組合為佳;墊料經(jīng)發(fā)酵肥效升高，大部分重金屬得到一定降解，細(xì)菌總數(shù)有所上升，但大腸桿菌大幅下降。規(guī)模養(yǎng)牛墊床發(fā)酵腐熟可再次利用。

關(guān)鍵詞：墊床發(fā)酵;規(guī)模養(yǎng)牛;發(fā)酵效果;發(fā)酵模式

中圖分類號(hào)：S823? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2019）23-0136-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.23.032? ? ? ? ? ?開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Study on fermentation mode and fermentation effect of large-scale cattle breeding bed

YANG Qian-ping，ZHAO Na，LI Xiao-feng，XIONG Qi，SUO Xiao-jun，ZHANG Nian，TAO Hu，CHEN Ming-xin

（Institute of Animal Science，Hubei Academy of Agricultural Sciences/Hubei Key Laboratory of Animal Embryo and Molecular Breeding，Wuhan 430064，China）

Abstract： In order to study the fermentation and reuse of cattle manure bed， to solve the contradiction between cattle environmental pollution and industrial development， a fermentation experiment was carried out in some houses of the 300 large-scale dairy farms in Huanggang city， and the 1 200 large-scale beef cattle farms in Jingmen city of Hubei province. The mode and fermentation effect of the bed fermentation were investigated. The results showed that the fermentation of dairy cattle breeding bed should adopt ectopic fermentation， and the fermentation of beef cattle breeding bed should adopt the combination mode of in situ fermentation and ectopic fermentation， or adopt the ectopic fermentation mode. The strain should be combined with Bacillus licheniformis， Bacillus subtilis， yeast， lactic acid bacteria， and Thermosporium thermophila in a certain ratio. After the fermentation of the litter， the fertilizer efficiency increased， most of the heavy metals were degraded， and the total number of bacteria increased， while E. coli decreased significantly. The large-scale cattle breeding bed can be reused after fermentation and decomposing.

Key words： pad fermentation; scale cattle raising; fermentation effect; fermentation mode

隨著機(jī)械化發(fā)展，役用牛減少，散養(yǎng)戶逐漸退出肉牛養(yǎng)殖業(yè)，牛源及牛肉供給雙雙下降[1]，促使中國(guó)肉牛產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，由千家萬(wàn)戶散養(yǎng)轉(zhuǎn)變成規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)（戶）集中飼養(yǎng)。

規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)（戶）集中飼養(yǎng)模式發(fā)展帶來(lái)的必然結(jié)果就是環(huán)境污染相對(duì)集中。傳統(tǒng)上，畜禽糞便是提高土壤肥力的主要肥料，是保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的寶貴資源。中國(guó)畜禽糞便年產(chǎn)生量約為17.3億t，其中牛糞10.7億t，含有總N1597萬(wàn)t、P363萬(wàn)t。與1995年中國(guó)化肥施用量（折合N、P分別為2 022萬(wàn)t和632萬(wàn)t）相比，每年產(chǎn)生的畜禽糞便中的N、P相當(dāng)于1995年化肥施用量的79%和57%。畜禽糞便要合理使用，若不經(jīng)處理直接或過(guò)量施用，會(huì)造成水體、土壤、大氣污染[2-5]，糞便帶有的病原菌和其他有害物質(zhì)會(huì)抑制植物生長(zhǎng)，誘發(fā)植物病害[6，7]，規(guī)模養(yǎng)殖中的糞污資源化再生利用是畜牧業(yè)亟須解決的重要問(wèn)題。牛糞便中有N、P等是營(yíng)養(yǎng)豐富的有機(jī)肥源。研究牛糞墊床發(fā)酵腐熟再利用，為解決養(yǎng)牛環(huán)境污染和產(chǎn)業(yè)發(fā)展矛盾提供有效途徑。

1? 材料與方法

試驗(yàn)在湖北省黃岡市300頭規(guī)模奶牛場(chǎng)、荊門市1 200頭規(guī)模肉牛場(chǎng)進(jìn)行，飼養(yǎng)管理按常規(guī)進(jìn)行，合理配置載畜量。墊料發(fā)酵模式根據(jù)情況選擇單一或復(fù)合發(fā)酵模式，根據(jù)需要加入菌種、適量輔料，調(diào)節(jié)水分含量，達(dá)適當(dāng)碳氮比（C/N），利于發(fā)酵。

采集發(fā)酵床上層（0～20 cm）、中層（20～30 cm）及下層（30～50 cm）處的墊料樣品各400 g，混合均勻，取60 g樣品測(cè)定pH、含水量、微生物數(shù)量，其余樣品自然風(fēng)干粉碎后測(cè)定總氮（TN）、C/N、有機(jī)質(zhì)、全磷（TP）、全鉀（TK）及污染元素等。

使用ICP方法檢測(cè)重金屬元素及TK、TP;使用LC-MS方法檢測(cè)土霉素（OTC）、四環(huán)素（TC）、金霉素（CTC）等抗生素;參照GB/T19524.1-2004檢測(cè)細(xì)菌總數(shù)，大腸桿菌等病原微生物;使用元素分析儀檢測(cè)C/N;凱氏定氮法檢測(cè)TN;參照測(cè)定NY525-2012檢測(cè)樣品理化性質(zhì)。

試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目委托青島科創(chuàng)質(zhì)量檢測(cè)有限公司測(cè)定。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 墊床發(fā)酵模式選擇

牛場(chǎng)動(dòng)物活動(dòng)范圍大、相對(duì)于墊料區(qū)域糞尿排放差異明顯，墊床充分發(fā)酵的必要條件隨時(shí)發(fā)生變化從而影響發(fā)酵效果。兩種墊床發(fā)酵模式各有利弊，原位發(fā)酵受載畜量、墊床厚度、墊料成分、欄舍條件、氣候以及人工作業(yè)（翻耙）的影響，往往造成墊床發(fā)酵不理想的狀況，達(dá)不到墊料腐熟的目的，這類問(wèn)題在奶牛養(yǎng)殖發(fā)酵床應(yīng)用中尤為明顯;而異位發(fā)酵可以根據(jù)發(fā)酵體的具體情況進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，堆體能夠發(fā)酵充分、腐熟完全，腐熟好的堆體物再次作為墊料循環(huán)使用，以減少養(yǎng)殖場(chǎng)固形污染物排放。根據(jù)不同的欄舍和場(chǎng)區(qū)情況，選擇不同的墊床形式，或兩種發(fā)酵模式聯(lián)合使用。結(jié)果表明，奶牛養(yǎng)殖墊床發(fā)酵宜采用異位發(fā)酵，腐殖質(zhì)作為墊料循環(huán)使用（圖1）;肉牛養(yǎng)殖墊床發(fā)酵宜采取原位發(fā)酵與異位發(fā)酵相結(jié)合模式，或者采用異位發(fā)酵模式，腐殖質(zhì)作為墊料循環(huán)使用（圖2）。

2.2? 發(fā)酵菌種選擇

湖北省屬長(zhǎng)江水系，地處亞熱帶。全省除高山地區(qū)屬高山氣候外，大部分地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，冬季濕冷、夏季高溫高濕。規(guī)模養(yǎng)牛墊床發(fā)酵考慮這種獨(dú)特的氣候特點(diǎn)，在不同的季節(jié)、不同的牛舍小氣候環(huán)境下應(yīng)用不同的菌種。

夏季湖北地區(qū)使用高溫菌種，會(huì)出現(xiàn)48 h內(nèi)溫度迅速升高且迅疾下降的情況，甚至?xí)霈F(xiàn)墊床快速失去水分變成堅(jiān)硬的“死床”。因此，在湖北濕熱的氣候環(huán)境下規(guī)?；B(yǎng)牛適宜應(yīng)用中溫菌種。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，還需考慮水分、C/N、欄舍特點(diǎn)、翻耙方式等因素，圖3是一次發(fā)酵不完全的發(fā)酵試驗(yàn)記錄，溫度迅速升高并迅速下降接近環(huán)境溫度，造成堆體發(fā)酵不完全，沒(méi)有達(dá)到墊料腐熟的目的。

發(fā)酵試驗(yàn)表明，菌種以地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母、乳酸菌、嗜熱側(cè)孢霉按一定比例組合的配方為佳。發(fā)酵96 h溫度達(dá)到55～60 ℃，維持48～72 h后溫度快速下降，再經(jīng)150 h，溫度和外部溫度基本持平時(shí)進(jìn)行翻堆，翻堆后堆體溫度升高2～4 ℃，維持72 h，再次與外界溫度持平。

2.3? 不同發(fā)酵形式的墊床墊料再生利用

2.3.1? 營(yíng)養(yǎng)成分含量的測(cè)定? 墊料經(jīng)96 h發(fā)酵營(yíng)養(yǎng)成分表現(xiàn)升高趨勢(shì)，肥效變化見(jiàn)表1。pH變化不大，初始為9.40，發(fā)酵后為8.75～9.35，含水量下降。發(fā)酵墊料表現(xiàn)出可再利用的特質(zhì)。

2.3.2? 發(fā)酵利用的安全性

1）發(fā)酵牛糞墊料的重金屬含量。重金屬含量是決定墊料是否再次利用的關(guān)鍵指標(biāo)。通過(guò)ICP方法檢測(cè)發(fā)酵牛糞墊料重金屬元素含量（表2），可以評(píng)價(jià)腐殖質(zhì)的生物安全性。經(jīng)過(guò)發(fā)酵，牛糞重金屬中除Cd略有升高外，大部分重金屬經(jīng)發(fā)酵后得一定降解，發(fā)酵后腐殖質(zhì)可以再次作為墊料利用。

2）藥殘及細(xì)菌。試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，土霉素、四環(huán)素、金霉素在發(fā)酵前、后的牛糞中均未檢出（小于50.0 μg/kg）;細(xì)菌總數(shù)初始為1.4×108 CFU/g，發(fā)酵后表現(xiàn)上升趨勢(shì)，但大腸桿菌數(shù)由初始的2.4×105 MPN/g經(jīng)發(fā)酵后大幅下降?？梢?jiàn)發(fā)酵能有效地保障墊料再利用的畜體健康。

3? 小結(jié)與討論

湖北地區(qū)養(yǎng)牛墊床發(fā)酵宜選擇中溫菌種，經(jīng)過(guò)相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)酵腐熟，達(dá)到發(fā)酵完全的效果，利于墊料的再次循環(huán)利用。

不同類型的養(yǎng)殖場(chǎng)應(yīng)選擇不同的墊床發(fā)酵模式。奶牛場(chǎng)因其采食及床體特點(diǎn)（刮糞板），墊床一般情況下含水量較大，無(wú)法滿足充分發(fā)酵的條件，宜采用異位發(fā)酵模式。而肉牛場(chǎng)則可以采用原位發(fā)酵、異位發(fā)酵以及原位發(fā)酵和異位發(fā)酵相結(jié)合的多種墊床發(fā)酵模式。

規(guī)模養(yǎng)牛墊床發(fā)酵腐熟再次利用，有助于養(yǎng)殖場(chǎng)達(dá)到零排放的目的，同時(shí)節(jié)約養(yǎng)殖成本。

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