模拟猪舍发酵床垫料的筛选

张强龙，滚双宝，赵芳芳，蔡婷

(甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃 兰州　730070)

模拟猪舍发酵床垫料的筛选

张强龙，滚双宝，赵芳芳，蔡婷

(甘肃农业大学动物科学技术学院，甘肃 兰州730070)

摘要：为了探索能替代发酵床原料稻壳和锯末的新型垫料，比较分析不同垫料配比对发酵效果的影响，试验采集了兰州当地的土著微生物用作发酵床菌种，并设定了8种垫料配比组合，分别为：按稻壳和锯末质量比1∶1制作的常规垫料(CK)、70%常规垫料+30%玉米秸秆(A1)、50%常规垫料+50%玉米秸秆(A2)、30%常规垫料+70%玉米秸秆(A3)、70%常规垫料+30%玉米芯(B1)、50%常规垫料+50%玉米芯(B2)、30%常规垫料+70%玉米芯(B3)、40%常规垫料+30%玉米秸秆+30%玉米芯(AB).在摸拟发酵床条件下，通过测定垫料表面温度、25 cm处温度、垫料表面湿度、氨气含量等指标，选择最佳垫料配比.结果表明：B3组垫料表面平均温度最高(15.9±0.56)℃，与A3、AB组差异不显著(P>0.05)，与其他组差异显著(P<0.05)；AB组垫料25 cm处平均温度最高(32.3±2.97)℃，与A3、B3组差异不显著(P>0.05)，与其他组差异显著(P<0.05)；AB组垫料氨气平均含量(6.84±0.37)mg/m3均显著低于其他组(P<0.05).综合评价，AB、B3、A33组发酵效果相对较好.

关键词：猪舍；发酵床；氨气；环境质量；垫料

第一作者：张强龙(1990-)，男，硕士,研究方向为动物遗传育种与繁殖.E-mail：805808742@qq.com

Screening on different litter ratios of simulate pig

fermenting-bed system

ZHANG Qiang-long,GUN Shuang-bao,ZHAO Fang-fang,CAI Ting

(College of Animal Science and Technology,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

Abstract：In order to explore a new litter ratio which can replace traditional litter,comparative analysis was made the effect of different litter ratio on fermenting-bed system.This experiment collected local indigenous microorganisms applied to fermentation bed,and set the ratio of 8 kinds of combinations,including: according to the rice hulls and sawdust,weighting ratio 1∶1 made for traditional litter (CK),70% traditional litter+30% corn straw (A1),50% traditional litter+ 50% corn straw (A2),30% traditional litter+70% corn straw (A3),70%traditional litter+30% corncod (B1),50% traditional litter +50% corncod (B2),30% traditional litter+70% corncod (B3),40% traditional litter+30% corn straw+30% corncod (AB).Under the experimental condition,litter surface temperature,25 cm deep temperature,RH in barrel,NH3concentration were determined in order to screen the optimum combination.Results showed that the B3 surface temperature was the highest(15.9±0.56) ℃,contrast with A3 and AB were no significant(P>0.05),versus other groups were significant(P<0.05).The AB's 25cm deep temperature was the highest(32.3±2.97) ℃,contrast with A3and B3were no significant(P>0.05),versus other groups were significant(P<0.05).The AB's NH3concentration was the lowest(6.84±0.37) mg/m3,versus other groups were significant(P<0.05).Comprehensive analysis suggests that A3,B3and AB have a better fermentation effect.

Key words：piggery；fermenting-bed system;ammonia;environmental quality;litter

随着养猪业向规模化、集约化发展，粪污无害化处理已成为当前养猪业的一个重要问题.据统计，一个10万头猪场日产鲜粪80 t、污水260 t、159 kg氨气、14.5 kg硫化氢[1]，如处理不当，将对环境产生严重污染.发酵床养猪是应用生态学原理，将微生物技术、发酵技术和养殖技术相结合的一种新型现代养猪模式[2-4].由于制作发酵床需要消耗大量的锯末和稻壳，而锯末和稻壳资源有限，从而制约了该项技术的广泛推广与应用.近年来，国内学者围绕发酵床养猪垫料配方开展了大量研究工作.马平等[5]和张学峰等[6]通过测定核心温度、垫料含水量、MCP含量等指标，结合成本因素认为：锯末、玉米秸秆比例为5∶5、4∶6，锯末、稻壳比例为5∶5，锯末、稻壳、玉米秸秆比例为5∶2∶3、5∶4∶1、4∶5∶1、3∶6∶1的发酵效果均较好，但锯末的添加比例仍然较高；且目前有关垫料配方的报道中，对氨气挥发效应，以及利用玉米芯替代传统垫料中锯末和稻壳的研究相对较少.鉴于此，为进一步探讨猪用发酵床垫料配比，本试验利用锯末、稻壳、玉米秸秆和玉米芯等为试验材料，通过测定垫料表面温度、核心温度、垫料表面湿度、氨气含量等指标，结合垫料制作成本，选择最佳垫料配比，以期为其在西北地区推广应用提供科学依据.

1材料与方法

1.1试验材料

1.1.1发酵床菌种及营养液选择兰州落叶丰富、腐殖质较多的区域，将八成熟米饭捏成团状，装入木盒，用宣纸封好.用树叶和腐殖质土将其埋好，放置7 d左右，米团上长满白色菌丝，立即将稀软的米团与红糖以3∶1的比例混合均匀，装入瓷坛，用宣纸封口.经6 d左右转化为浆状，形成土著发酵菌原菌.菌种不经纯化，室温条件下，将原菌与小麦麸皮混合均匀，喷洒稀释后的营养液，保持含水量在60%左右.2～3 d后表面会长满白色的菌丝，即为发酵床用土著菌种.土著微生物成分非常复杂，主要为酵母菌、乳酸菌、芽孢杆菌属的不同种类等.扩繁后的菌种只需阴干即可，装入编织袋备用，一般要求3个月左右使用完，最好现配现用.

参照黎朝燕的方法[7]，以苹果、芹菜、红糖、大蒜、生姜、啤酒、淘米水和牛奶为原料，将不同原料按一定比例配合，经腌渍、发酵制成5种营养液，并将其等体积混合，用水500倍稀释备用.

1.1.2发酵床垫料玉米秸秆、玉米芯、稻壳、锯末购自甘肃省定西市，鲜猪粪来自兰州某养猪场.

1.2试验设计

试验采用单因子随机试验设计，每组5 d为1期，共6期，总计30 d.按照垫料总质量相同原则，共设8个处理，每个处理3次重复.处理1组为常规垫料组稻壳、锯末重量比为1∶1(CK)；处理2组用30%玉米秸秆替代常规垫料(A1)；处理3组用50%玉米秸秆替代常规垫料(A2)；处理4组用70%玉米秸秆替代常规垫料(A3)；处理5组用30%玉米芯替代常规垫料(B1)；处理6组用50%玉米芯替代常规垫料(B2)；处理7组用70%玉米芯替代常规垫料(B3)；处理8组用30%玉米秸秆+30%玉米芯替代常规垫料(AB).试验处理设计方案见表1.

表1　试验处理设计方案

1.3发酵床的制作及日常管理

1.3.1模拟发酵床的制作依据试验设计，计算8个处理组每种垫料原料用量，依次称质量后，加入2 kg土著菌种，喷洒稀释后的营养液，搅拌均匀，保持垫料含水量在60%～65%.然后堆成堆体，略微按压堆体表面，用编织袋覆盖其表，发酵10 d，期间翻动2次.发酵温度比较稳定时，将8个处理组的垫料分别加入高90 cm、直径60 cm的塑料圆桶中，制作70 cm厚的模拟发酵床.

1.3.2模拟发酵床日常管理为防止发酵床垫料板结，每3 d将表层翻动1次.猪粪总共添加6次，分别在第1、6、11、16、21、26天下午18∶00时添加2 kg猪粪分别记为1～6期，猪粪添加量按照饲养密度1 m2/头、排粪量1.5 kg/d·头计算[8]，根据圆桶实际面积，每次添加5 d的猪粪量.试验用猪粪为50 kg左右育肥猪的当天粪便.

1.4测定指标及方法

1.4.1物理性状每天定期观察垫料颜色、水分状况、下沉状况以及是否腐烂、变质等.

1.4.2垫料表面温度每天12∶00使用温度计直接测定垫料表面的温度，同时测量室内环境温度，计算每5 d的温度平均值作为每期的表面温度.

1.4.3发酵床25 cm处温度每天12∶00从垫料表面插入(25 cm深)温度计记录温度，计算每5 d的温度平均值，分析每期内8个处理组间的温度差异.

1.4.4垫料表面相对湿度每天12∶00使用温湿度计测定垫料表面的湿度，同时测量室内湿度，计算每5 d的相对湿度平均值.

1.4.5NH3浓度每天上午9∶00盖住桶盖2小时，11∶00准时采集气体.使用TMP-1500型大气采样器采样，采用中华人民共和国国家标准GB/T 18204.25-2000规定的纳氏比色法测定.并计算每5 d的氨气含量平均值，分析每期内8个处理组间平均数的差异显著性.

1.4.6经济效益计算各处理组的垫料制作成本，考评垫料配比效益.

1.5统计分析

试验数据用Excel整理，并用SPSS 17.0软件进行方差分析和Duncan法多重比较.

2结果与分析

2.1发酵床物理性状

前10 d，8个处理组垫料水分适宜，颜色均呈淡黄色.10～20 d内，各处理组垫料的颜色逐渐加深，水分下降.20 d后B3处理垫料下沉最快，CK最慢.试验中，各处理组垫料均未发生霉变、腐烂等现象.

2.2发酵床表面温度

由表2可知，1～6期内，8个处理各期垫料表面温度均显著高于室内温度.其中，第1期A2、B3两组温度最高,分别为(15.1±1.70)℃、(15.1±1.08)℃，与A1、B1、CK组差异显著(P<0.05)，与A3、B2、AB组差异不显著(P>0.05)；第2期B3组温度最高,为(16.2±0.26)℃，与A1、B1、CK组差异显著(P<0.05)，与A3、AB、A2、B2组差异不显著(P>0.05)；第3期B3组温度最高,为(16.7±0.73)℃，与A1、B1、CK组差异显著(P<0.05)，与A2、A3、B2、AB组差异不显著(P>0.05)；第4期B3和AB组温度较高，分别为(16.0±0.34)℃，(16.0±0.47)℃，与A1、A2、B1、CK组差异显著(P<0.05)，与A3、B2组差异不显著(P>0.05)；第5期AB组温度最高，为(15.5±0.75)℃，与A1、A2、B1、B2、CK组差异显著(P<0.05)，与A3、B3组差异不显著(P>0.05)；第6期AB组温度最高为(16.4±0.96)℃，与A1、A2、A3、B2、CK组差异显著(P<0.05)，与B1、B3组差异不显著(P>0.05).从平均温度来看，A3、B2、B3和AB组平均温度均超过了15 ℃，显著高于CK、A1和B2组，其中AB和B3组试验全期能保持较高而稳定的温度.

表2　发酵床表面温度

同列数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05).

2.3发酵床25 cm处温度

由表3可知，CK组1～6期25 cm处温度均低于其他7个组，且2～6期期间与其他7组间显著差异(P<0.05).其他各组在不同期温度存在差异，其中，第1期AB组温度最高,为(36.9±4.86)℃，与A2、A3、B3组差异不显著(P>0.05)，与A1、B1、B2组差异显著(P<0.05)；第2、3期A3组温度最高，分别为(35.7±2.58)℃、(32.4±1.14)℃，与同期B3、AB组差异不显著(P>0.05)，与A1、A2、B1、B24组差异显著(P<0.05)；第4期B3组温度最高，为(31.8±1.15)℃，与A3、AB组差异不显著(P>0.05)，与A1、A2、B1、B2组差异显著(P<0.05)；第5期AB组温度最高，为(29.9±1.43)℃，仅与B3组差异不显著(P>0.05)，与其他组均存在显著差异(P<0.05)；第6期AB组温度最高，为(29.1±0.56)℃，仅与A3组差异不显著(P>0.05)，与其他组差异均显著(P<0.05).从平均温度来看，A3、B3和AB组差异不显著(P>0.05)，但与其他组差异显著(P<0.05)；且A3、B3和AB组1～4期温度保持在30 ℃以上，5～6期均有所下降，但AB、B3两组下降幅度较小.综合评价，AB、B3、A33组的内部温度较高，发酵效果较好.

表3　发酵床25 cm处温度

同列肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05).

2.4发酵床相对湿度

由表4可知，1～6期内，8个处理组相对湿度差异均不显著(P>0.05)，但与室内湿度差异显著(P<0.05).由此可知，垫料表面相对湿度显著高于室内环境.

2.5发酵床氨气浓度

由表 5可知，CK组1～6期氨气含量均高于其他7个组.各组在不同期氨气含量存在差异，其中，第1期的AB、B3、B2、A3组，第2期的AB、B3组，第3、4期的AB、B3、A3组，第5期的AB、B3组，第6期的AB组氨气含量均显著低于同期其他组(P<0.05).从平均值来看，8个处理组在1～6期内，AB组氨气含量最低，为(6.84±0.37)mg/m3，显著低于其他组(P<0.05).综合评价，以AB组抑制氨气排放的能力最强，B3组次之，A3组后期抑制氨气能力减弱.

表4　发酵床表面相对湿度

同列数据肩标*表示差异显著(P<0.05).

表5　各周期中桶内发酵床氨气的浓度

同列数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05).

2.6发酵床经济成本

由表6可知，每立方米垫料的制作成本，CK最高为170.00元/m3，A3和B3处理最低，都为121.00元/m3.

表6　成本分析

锯末0.60元/kg，稻壳1.60元/kg，玉米秸秆0.60元/kg，玉米芯0.60元/kg，每处理干垫料均为28.0 kg.

3讨论

1)发酵床垫料是微生物发酵的载体，通过观察垫料颜色、松软程度、下沉状况等物理性状，可以判断发酵是否正常.本试验中，垫料颜色逐渐加深、垫料下沉、垫料松软无板结，表明微生物发酵正常，且持续消耗垫料，这也与栾炳志等[8]的研究结果一致.在生产实践中，应适时添加新垫料和菌种，以维持发酵的顺利进行.

2)垫料表面温度是猪趴卧在上面时直接感受到的温度，温度适宜时，可以增加猪的舒适度，减少应激反应.本试验中，各处理垫料表面温度的维持相对稳定，其中AB、A3、B3表面温度相对较高，这与其核心温度较高有关；而试验也证明AB、A3、B33组垫料25 cm的处温度确实高于其他各组.垫料表面温度高于圈舍环境温度，会向圈舍环境散发热量.梅冬林等[9]测定了北方冬季11月份时非供热猪舍内的环境状况比较，发酵床猪舍可以达到很好的保温效果.

3)核心温度是衡量发酵效率的一个重要指标[10]，其稳定维持是保证高效发酵的前提.马平等[5]研究表明，常规垫料与玉米秸秆、锯末、稻壳的比例为3∶5∶2的垫料配方差异不显著(P<0.05)，与本研究结果相反.本研究中CK组核心温度最低，一方面与垫料原料的基本理化性质有关，另一方面，也可能与本地土著微生物菌群的活性有关.A2、A3组前期温度较高，而分别在第3、5期温度下降迅速.可能前期一定比例的玉米秸秆替代常规垫料有利于发酵的形成、热量的提升；后期温度下降可能是垫料中含大量的玉米秸秆，产生的热量散失较快，经翻耙垫料后，升温保温能力降低.因此，在实践生产中，应在20 d时添加菌种营养液，维持高温发酵，以免形成“死床”.与此同时，选择适应当地环境条件的、产酶活力和降解率高的、安全的发酵床菌种，仍需要进一步的研究和探讨.

4)猪群在高温下，主要依靠蒸发散热，如果舍内湿度过高，导致蒸发散热受到抑制，体温升高，采食量下降.本研究中，各组间湿度差异不显著，但显著高于室内环境，这与李蕴玉等[11]的研究结果相一致.研究发现，垫料底层水分过高，因此在实践中，在底层垫15～20 cm厚干燥的玉米秸秆，起到垫底以节省锯末、稻壳的作用，还可增加垫料的孔隙度.在西北地区严寒的冬季，应注意猪舍的保温降湿.

5)氨气浓度是关系到猪舍内空气卫生质量的主要指标，高浓度氨气对猪群危害很大，主要是诱发呼吸道和眼部疾病，降低猪群生产水平.王岩等[12]研究发现，以锯末抑制氨气挥发的效果最好，这与本研究结果相反.本研究CK组锯末和稻壳的比例较高，垫料的透气性较好，易散发热量难以升温保温的同时，也易散失氨气.且微生物发酵较弱，没有充分利用猪粪中的氮素，致使氮素损失严重，因此氨气含量较其他组高.发酵床垫料中的氮存在多种形式：氨气氮、硝态氮、亚硝态氮、铵态氮、氧化氮及有机化合物中的氮等[13].氨气是由猪粪中的铵态氮分解产生的，发酵过程中，氨气的挥发是一个连续的过程，而翻耙是好氧发酵的必须措施.在有氧状态下，经微生物作用，铵态氮可能转变为硝态氮和有机氮，硝态氮和有机氮没有臭味[13-14].同时，垫料中的微生物可利用粪便中的氮源，从源头上降低氨的含量，减少含氮化合物的分解，保持舍内氨气的低排放[15].本研究中，AB、B3、A3核心温度相对较高，微生物发酵活跃，可能较多的转化和利用了猪粪中的氮素，降低了氨气的排放.可见，以一定比例的玉米秸秆和玉米芯替代部分常规垫料，提高了微生物的发酵效率，较常规垫料更有效地降低氨气的浓度.

6)Oliveira等[16]研究提出，选择垫料的原则应是：吸水性强、在阳光下易干燥以及来源经济.传统的发酵床制作需要消耗大量的稻壳和锯末，而这两种原料相对匮乏，来源日趋紧张，如大规模制作发酵床，其成本较高.同时，发酵床也需要定期喷洒菌种营养液，才能维持其正常发酵，菌种营养液制作成本较高，也是增加投资成本的一个原因.由表6可知，每立方米垫料的制作成本，A1和B1、A2和B2、A3和B3相同，分别比CK低12.35%、20.59%、28.82%；AB比CK制作成本低 24.71%.如果建造1栋饲养面积200 m2，70 cm深的发酵床猪舍，常规垫料CK组，仅垫料原料成本则需要21 560元，分别比A1和B1、A2和B2、A3和B3高2 940元、4 900元、6 860元.本研究中，利用西北地区较易获得的玉米秸秆和玉米芯，替代部分传统原料，可以降低垫料制作成本.

4结论

在西北地区严寒的冬季，发酵床能有效提高垫料表面的温度，有利于改善舍内猪群的舒适度.冬季通风条件差时，发酵床能够有效维护舍内环境质量.通过试验，A3、B3、AB 3组垫料整体发酵效果较好，但各组均有不足之处，A3垫料在发酵后期，热量散失较快，保温能力变差；B3垫料下沉较快，生产实践中需时常添加垫料，增加成本；AB垫料制作成本高于A3垫料和B3垫料.由于本结果只是在模拟条件下测定的，具体哪个组更好，将有待于在生产中进行进一步测定和验证.

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(责任编辑赵晓倩)

收稿日期：2014-06-27；修回日期：2014-07-15

基金项目：科技部支撑计划(2012BAD14B10)；甘肃省科技创新项目(GNCX-2009-13，GNCX-2012-45)；兰州市人才创新创业科技计划项目(2014-RC-83).

通信作者：滚双宝，男，博士，教授，博导，研究方向为动物遗传育种.E-mail：gunsb@gsau.edu.cn

中图分类号：S 815.2

文献标志码：A

文章编号：1003-4315(2015)03-0001-06