发酵床养殖畜禽基本技术参数的研究进展

曹 珍，陈 峰，张祥斌，毕英佐

（1.华南农业大学动物科学学院，广东广州510642；2.广东温氏食品集团股份有限公司，广东云浮527400；3.广东省畜禽健康养殖与环境控制企业重点实验室，广东云浮527400）

畜禽养殖业的发展在解决了畜产品供给和带动农村经济发展的同时也带来了日益严重的环境污染问题。据全国第一次污染源普查数据，2007年我国畜禽养殖业排放的化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）和总氮排放量分别为1268.26×104t和102.48×104t，分别占农业排放总量的95.8%和37.9%，占全国COD 排放总量的41.9%和总氮排放的21.7%［1］。目前，采用的畜禽粪便处理利用方式主要有禽粪干燥法、发酵法、畜粪尿厌氧处理沼气和堆肥还田法，虽然这些处理方式均能不同程度的处理畜禽排泄物，但难从根本上实现畜禽粪尿的无害化和资源化。在这种情况下，迫切需要寻找一种更为理想、行之有效的粪便处理技术，而发酵床技术正是基于控制畜禽粪便排放与污染的环保型养殖方式，目的是实现畜禽废弃物的“零排放”。

发酵床垫料中微生物对畜禽排泄物的降解，可有效减少养殖场的恶臭等有害气体，改善畜禽舍环境，改善动物福利从而提高畜禽品质；同时可减少工人劳动强度、节约用水和污水处理设施的花费，提高养殖人员的经济效益等优点，该技术对畜禽健康养殖和污染防治均具有重要意义［2－5］。虽然我国在发酵床养殖畜禽方面已经取得了一定成绩，但由于不同地区发酵床运行实际条件不同，结果与反馈的信息都不一致，从而导致可比性和参照性差。而且，科学试验数据不足造成发酵床在生产实践中存在很多盲区。例如，养殖密度与垫料设计管理的关系、垫料状态与功能维持、垫料中的养分动态变化规律、垫料使用年限、垫料是否能够或需要消毒等问题都还模糊或者说法不一。本文综述了发酵床基本参数的研究进展，以期对发酵床养殖畜禽技术的应用与推广起一定的指导作用。

1 发酵床关键参数的研究进展

我国最先引进的是发酵床养猪技术，之后逐渐应用到发酵床养鸡和养鸭。由于猪具有定点排便的行为［6］，采用发酵床养猪需人工将集中排泄的粪尿在发酵床上撒开，耗费人力较大。相对而言，发酵床养殖鸡、鸭所用的垫料少，垫料选择和配比更粗放，垫料使用年限更长，具有更大的优越性［7－9］。国内外关于发酵床养殖畜禽技术的研究很多，包括：不同垫料对发酵床效果影响、发酵床养殖方式的免疫卫生学研究、发酵床垫料内微生物及添加菌剂的效果研究、发酵床饲养畜禽舍内的环境监测、畜禽生长性能、畜禽肉品质安全、畜禽的行为、动物福利及温室气体排放等［5，10－14］。然而，我国对发酵床养殖畜禽过程中相关参数的研究并不透彻，已有的研究也只是根据实践经验而得，缺乏相关的数据支持，而这恰恰是了解、设计和管理“床”的关键。发酵床类似于好氧堆肥，影响发酵床正常运行的基本参数包括：碳氮比（C／N 比）比、含水量、含氧量、pH、温度、微生物活性等［15－17］。

1.1 垫料原料（C／N 比）的选择

发酵床由有机垫料组成，是微生物和粪尿进行生物反应的载体，垫料原料对发酵床发酵和使用过程中的含水量、温度、含氧量、C／N 比等均有一定影响。因此，选择合适的垫料原料及合理的比例配比对发酵床养殖畜禽成功与否具有重要意义。微生物的生长繁殖所需要的C／N 比在25～30∶1较为适宜［18］，而畜禽粪便的C／N 比较低，介于5～13∶1之间，故为了满足微生物适合的C／N 比，就要求选择的垫料原料的C／N 比越大越好，如禾本科作物的茎秆，水稻、玉米秸秆、小麦秸秆等的C／N 比均较高（60～100∶1），其中木屑的C／N 最大，约为492∶1［19］，且C／N 比大的有机物因富含木质素、纤维素等，被微生物分解利用较困难，使用时间也较长。

生产实践中，通过选择不同的辅助材料来调节发酵床垫料中的C／N 比［20］。目前，就C／N 比和物理特性而言，“锯末＋稻壳”垫料组合效果最好［21－22］，据饲养动物的品种与实际条件等可适当调整二者的比例，一般以体积比为3：2和1：1配比的效果较好。也有报道指出在“锯末＋稻壳”基本垫料中加入5%～25%的稻草秸秆后对发酵床的发酵效果无影响［23－24］，但混合秸秆的垫料下沉速度较快，垫料利用年限缩短［25］。李娟等［26］报道了混合30%的玉米秸秆到锯末＋稻壳垫料中平养肉鸡的生产性能和鸡舍内氨气浓度均比锯末＋稻壳效果较好。此外，还有研究报道小麦秸秆、玉米芯、谷壳、花生壳、野草、树叶、酒糟等均可通过合理利用作为垫料原料［19，27－29］。Deininger等［30］曾指出粗大的棉花、玉米等秸秆不能改善垫料的渗透能力，而且还影响垫料的持水能力，建议用秸秆作垫料之前进行破碎处理效果更好。因此，在选择垫料原料时要因地制宜，积极尝试其他农副产品残余物作为发酵床的垫料原料，一般以C／N 比值较大，通气性好、不容易板结、吸水性好、有一定硬度、易干燥及来源经济丰富为选择垫料的原则［31］，同时搭配一定比例的泥土、粗盐、可供微生物快速利用的营养物质如油糠／玉米粉／麦麸或新鲜的畜禽粪便铺设成发酵床［32］。

1.2 pH

pH 是发酵床垫料中微生物生长的重要条件，影响有机物质的水解酸化速率，并且决定了水解酸化产物的分配［33］。发酵床中的微生物生长繁殖需要微碱性环境，即pH 在7.5左右为宜，pH 过高或过低都会影响微生物的正常生长、畜禽粪尿的发酵和分解。有研究发现，当pH 低于6时，会严重降低微生物的呼吸作用［34］。但在正常生产情况下，一般不需调节发酵床垫料的pH，其自身可自动调节达到平衡，这是因为发酵过程中会产生有机酸类物质，但同时也生成大量的氨，二者中和，会使垫料酸碱度接近中性。

1.3 含水率

垫料中水分的多少及其过程中水分的调控直接影响了垫料内部微生物菌的移动、垫料性质和好氧发酵过程中的物理及生物学性质［35］。大量研究表明，发酵床垫料表面适合的含水率应介于30%～40%，核心层含水率为45%～60%较为合适［36］。如果垫料中的含水率过高，水分会充满垫料颗粒间的空隙，使垫料中空气含量下降，导致发酵床进行厌氧发酵［37］，而且畜禽动物如鸡在湿的地面环境中容易发生球虫病和其他肠道疾病；但垫料水分过低时，也不利于微生物生长，畜禽粪便难于分解［38］；垫料过干也易于扬尘，引发畜禽动物的呼吸道疾病。

1.4 氧气含量

发酵床中起作用的微生物主要是兼性好氧菌，其在发酵过程中以有氧生长为主，氧气含量直接影响发酵床中好氧菌的繁殖活动。一般情况下，发酵床垫料中的含氧量在5%～18%范围内较为合适［15，39］。如果含氧量低于5%，会导致厌氧发酵而产生恶臭；而当氧含量超过18%时，垫料中的温度过低，不利于畜禽排泄物和垫料的分解，甚至引起NH3、H2S、硫醇等挥发性气体大量产生［40］。

1.5 温度

环境温度制约着发酵床垫料中的微生物活性。一般而言，适宜发酵床菌种生活的环境温度为20～40 ℃，当环境温度低于10 ℃时，菌种的活性就会受到一定程度抑制。但发酵床菌种中的芽孢杆菌可耐高温，利用该特性，在铺设发酵床前往往是先将垫料中添加菌种、水分和营养物质进行预发酵，通过预发酵的高温杀死垫料中的有害微生物，利于接种菌的繁殖生长，同时把畜禽的粪尿分解转化为无机物和可被动物食用的菌体蛋白，保证发酵床内安全无害的环境。研究表明，当发酵温度在55℃条件下保持3d以上，或50 ℃保持5～7d，即可杀灭垫料中病原菌、达到卫生指标合格的重要条件［41－42］。发酵床中的温度是反映发酵效果的最直接指标，但该温度也受多个因素影响，如垫料原料组成、垫料的厚度、垫料的含水率、畜禽粪便的多少以及发酵床的日常管理如翻耙等有关。

1.6 翻耙频率

翻耙除为垫料中微生物提供氧气外，还具有调节温度，散发水分的作用［43］。Tiquia等［44］证实翻耙的堆肥中氧气水平比未翻耙堆体高，且对生物降解动力学有积极作用［45］，为了保证有充足的含氧量，需要定期对发酵床进行翻耙。

生产实践经验认为，根据垫料中水分状况、发酵床的颜色等物理状况、饲养的畜禽品种等可灵活的调整翻耙频率。对发酵床养猪而言，一般认为每星期翻耙1～2次较为合适。栾炳志［11］的研究指出，6d翻耙一次可以较长时间维持垫料中的高温，有效抑制大肠杆菌。而对发酵床养鸡而言，其翻耙频率报道不一，有研究表明每周翻耙1 次较为合适［46］，也有报道指出因为发酵床养鸡的垫料较薄，每15～20d翻耙1次即可［28］。实际上，翻耙频率的确定取决于多种因素，如发酵床垫料的类型、发酵床的发酵情况、饲养的畜禽品种及密度、畜禽排泄物的养分含量、周围环境的天气情况等等。

1.7 发酵菌种

发酵床技术是在微生物分解畜禽粪便的好氧发酵过程中，分泌纤维素酶、蛋白酶和脂肪酶等，将动物粪尿中的速效营养物质如粗蛋白、粗脂肪、半纤维素等迅速分解，转化为生物量、二氧化碳、水、热量和腐殖质。发酵床中的好氧菌群包括细菌、酵母菌和放线菌，其中有效微生物菌群主要有芽孢菌、酵母菌和乳酸菌等［19］。关于发酵床中添加不同菌剂效果的研究很多，研究一致认为在发酵床中添加菌种可以调节菌群结构，提高有益微生物活性，使垫料快速达到高温，杀灭其中的病原菌，加快畜禽排泄物的降解速度，控制臭气的产生［47－48］。刘克峰等［49］在研究不同微生物处理猪排泄物时发现，接入的微生物菌剂还可以加速C／N 比下降，激发分解生物毒性物质的能力。而且添加微生物菌剂的发酵床养殖畜禽，在一定程度上改善了畜禽动物的生长性能，提高畜禽产品质量［26，42］。

为了保持发酵床中微生物的活性，关于发酵床是否消毒问题，也一直存在争议。有学者认为发酵床畜禽舍内不能使用化学消毒药品和广谱抗生素类药物，会杀灭或抑制微生物，降低微生物活性［50］。也有研究认为发酵床猪舍内没有必要消毒，因为发酵床垫料中，功能菌占据绝对优势，几乎没有病原微生物的生存空间，发酵床自身有消毒的作用，发酵床饲养畜禽方式的消毒重点应在于与外界接触的环节上［51］。贺月林等［52］的研究发现复合碘溶液、复合酚溶液、复方戊二醛和二氯异氰尿酸钠粉4种猪场常用消毒剂对发酵床垫料中活菌总数和温度均无不良影响。杨名赫等［53］也指出，不同取样层细菌数量在消毒后48h 分别恢复了70%以上，普通消毒对30cm以下垫料的细菌数量几乎无影响，随着消毒后时间的延长，消毒剂的作用降低，细菌开始复苏。栾炳志［11］的研究发现在发酵床上喷洒双链季铵盐类消毒剂（百毒杀）对发酵温度无影响，消毒剂对发酵床影响可能与消毒剂本身的性质有关。生产实践中，一般不直接对垫料消毒，但需定期对发酵床畜禽舍内垫料外其他地方进行常规消毒。

2 小结与展望

虽然目前关于发酵床技术养殖畜禽的研究有很多，也在生产实践中总结了很多经验，但由于不同地区气候环境不同、所采用的发酵床也有差别、垫料的配制也不尽相同、加之管理水平的差异、对影响发酵床发酵效果的因素或参数的研究仍不够透彻等，使得发酵床养殖畜禽技术仍存在一些不足及一些技术问题待解决。综上所述，发酵床养殖畜禽技术是一个复杂的系统工程，各参数间是相互作用又相互矛盾的统一体，要求发酵床、微生物、畜禽动物、人为管理合理的配合才能成功发挥其最大优势，因此，发酵床养殖畜禽技术须要进行系统、深入的研究。迫于我国畜禽养殖业面临的环保压力越来越大及发酵床技术本身的潜在优势，今后不论在理论上还是生产实践上，都会吸引更多业内人士对其进行不断深入的探讨，逐步加深认识、掌握其运行的规律，并力争最终掌握其在大生产上的使用条件和规范。

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