微生物发酵技术在生猪粪污处理中的应用

常 禹 蔺国龙 王金提 石芳权

（甘肃省西和县畜牧兽医站，甘肃西和 742100）

我国畜牧业的不断发展壮大给畜禽粪便的处理与环境治理带来了新的挑战。当前正值国家乡村振兴战略实施取得阶段性进展的关键时刻，也是谋划乡村产业发展的关键之时，为了推动畜牧业快速、健康、可持续发展，同时促进畜牧业与环境保护的协调发展，国家对畜禽养殖废弃物无害化处理提出了新要求。2021年，中央一号文件提出全面振兴畜牧业、大力推进粪污资源化利用，提倡各地开展种养循环、绿色发展。我国是养猪大国，生猪饲养量及其猪肉产量占世界总量的1/2，养猪业是我国的主导产业，猪肉与人们日常生活息息相关，生猪产业的发展历年来是各级政府主抓的重大工程之一。因此，要做大、做强养猪产业，毫无疑问就必须走绿色发展之路，就得彻底解决好生猪粪污排放问题。

1 生猪粪污处理及资源化利用方向

生猪养殖业迅速发展，猪只难免要排放大量的粪便、尿液等废弃物，这些排泄物中含有大量的含氮化合物、矿物质和微量元素等，直接排放会带来了一系列的环境问题，这也是关系到猪场能否可持续发展的关键因素之一。按照成年猪1天的排粪量为2～3 kg/头，排尿量为3～5 kg/头计算，其一年的排污量就需要1.2亩农田来自然消纳[1]；一个饲养1万头猪的养猪场每年需要清理粪便约1.38万吨，而目前我国畜牧业废弃物的利用率还不到50%，如何有效解决养殖业废弃物的资源化利用是养殖从业者不可忽略的问题[2]。当前养猪产业中，常用的粪污处理方式有堆肥法、化粪池沉淀法、沼气利用及有机肥加工法等，生猪粪污收集与处理遵循“雨污分离、干湿分离、固液分离”的原则。因此，新规划的大规模猪场应设置集污区，对粪污处理实施沉淀分离法，分离后的液体可进入生态净化塘或人工湿地，固体废弃物可经管道或运输工具运往肥料加工厂再加工利用；由于畜禽粪便含有丰富的氮、磷、钾等元素，是优质的有机肥生产原材料，因此，养猪场粪便资源化再利用意义重大。随着科技的发展，畜牧业也在不断转型升级，生产管理水平也在不断提高，畜禽污染物的防治和综合利用将进一步透明化，政府监管措施将进一步加强。饲料业、养殖业、有机肥加工业的循环式发展，数字化、信息化的产品溯源等，将大大方便用户及监管者随时查询其产品相关资料（见图 1）[3]。

图1 养猪粪污资源化利用示意图

2 微生物发酵床的养猪技术优势

微生态发酵床养猪是利用微生物的转化、降解等功能，将发酵床垫料与生猪粪便协同发酵，使大分子物质进一步分解成可被微生物利用的小分子营养物质。微生物发酵床是一种新型、安全、高效、环保的生态养猪技术，最早起源于日本、韩国，20世纪90年代被引入我国并得以推广应用[4]。微生物生态养猪就是利用生猪的翻拱、争斗等行为以及微生物发酵、降解作用，彻底解决养殖面源的污染问题，真正实现生猪饲养过程中的安全环保、无污染、零排放等问题，从而减少传统养殖方式中的圈舍冲洗和打扫，极大地减少了污染物的量，节省了人工、水电等饲养成本。微生态发酵床的核心物质是乳酸菌、酵母菌、光合细菌等多种微生物益生菌群，锯末、稻壳、干草粉、小麦或玉米秸秆等都可作为垫料，在实际生产中，为了达到理想状态，在垫料中加入一定量的营养成分和益生菌种来增殖发酵，使粪便中的有机物在益生菌的作用下分解，实现猪舍无臭无味、改善养殖环境。益生菌也可以吸收粪便中的养分进行繁殖和代谢，使粪便中营养物源源不断地被分解出来，成为猪只生长所需要的动物蛋白、单糖、维生素等营养物质[5]。同时，由于猪是单胃动物，不能直接利用含有大量纤维素、半纤维素的秸秆垫料，而发酵微生物中含有大量的酶类，能消化分解大分子物质，发酵后的垫料作为富含营养物质和益生菌的饲料源被猪利用，减少需要补充的精饲料，降低营养素的损失和碳的达标排放。最后，残余的废渣垫料可用于还田或直接运送至有机肥加工厂被加工利用，最终形成物质的良性循环（见图2）。

图2 微生物发酵床养猪粪污处理流程

在微生物发酵过程中，利用有益菌群的优势作用，能抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌的增殖，减少有害气体的排放，不但改善了猪只生存环境，而且提高了猪自身的免疫能力，降低了疾病的发生概率[6]；田义[7]总结得出发酵床养猪的优势，发酵床养殖对提高猪生产性能、改善猪肉品质、提高猪肉不饱和脂肪酸与氨基酸含量都具有显著作用；李思图等[8]研究微生物发酵能够显著影响猪肉脯pH值，有效改善猪肉的外观、风味和色泽等特征。

由于发酵床发酵可产生大量热量，更适宜生猪的健康生长，且在我国气候条件干燥寒冷的北方地区具有显著的优势；生态发酵床养猪技术的推广应用为中小规模养殖企业带来了新的发展方向和更好的经济效益，如甘肃西和恒煜生态养殖有限公司、恒丰养殖合作社等养猪企业采用传统发酵床生态养猪技术，有效提高了废弃物综合利用率和养殖效果，大大减少氨气、硫化氢、二氧化碳等有害气体的排放[9]。但发酵床养猪技术也有其不足，如在猪群饲养规模、益生菌发酵效率等方面还未能够达到更好的突破，且出现了一些技术和操作方面的短板与困难：一是发酵床内饲养生猪规模较小，或发酵床垫料湿度过大，造成发酵效果不佳；二是由于生猪直接与垫料接触，一旦饲养密度过大就容易造成垫料和粪便发酵不充分，容易使猪只感染疾病；三是发酵床内垫料发酵产热造成局部温度较高，不利于猪只健康生长；四是为了不影响菌群繁殖，不宜于开展消毒工作，对猪群疫病防控造成隐患。针对以上问题，异位发酵床养猪模式应运而生，这也是基于传统发酵床养殖模式后的更新迭代，解决了老一代发酵床存在的各种问题。

3 异位发酵床生态养猪模式的推广

微生物发酵床养猪分为原位发酵床和异位发酵床，原位发酵床即为传统意义上的微生物发酵床，异位发酵床为近年来发展起来的新技术，也称为场外发酵床，主要区别是动物与发酵基质原料没有直接接触，但粪便处理发酵原理与原位发酵床相同。异位发酵床的组成一般由集污池（排污管道）、发酵池、垫料以及喷淋设备、翻耙设备等组成，根据猪舍布局设计的不同可分为高架发酵床和舍外发酵床，高架发酵床是将饲养层和发酵床分为上下两层，粪污通过漏粪地板进入发酵床，避免了猪与发酵床直接接触，并提高了土地使用效率[10,11]；舍外发酵床就是将猪舍饲养层和发酵床分开，相当于动态堆肥，粪污通过粪污沟或管道进入发酵床，采用翻耙和添加微生物菌剂提高发酵效率、调整垫料温度，该技术适用于年出栏规模在1 000～2 000头的养猪场[11,12]。异位发酵床的主要发酵流程如图3所示，猪舍内生产的粪尿经排粪沟或排污管道进入集粪池，后通过污泵、喷淋机均匀喷洒并与发酵床垫料混合、经翻耙后发酵，达到粪尿降解、臭味消除的目的，实现了粪污变废为宝[13]。由于高温湿热因素影响，在我国南方如广东、福建、浙江等地应用异位发酵床养猪技术较原位发酵床养猪技术更为广泛，如温氏食品集团股份有限公司的合作养猪户多推广应用异位发酵床养猪技术，且赢得地方政府部门的高度认可[11]。

图3 异位发酵床养猪技术流程图

与传统微生物发酵床养猪技术相比，异位发酵床养猪法在理论、实践中占据明显优势，方法更科学，布局更美观。异位发酵床的技术优势是将发酵床体和饲养分开，完全可以进一步扩大养殖规模，解决了微生物发酵高温对发酵效果的不利影响，消除了消毒措施带来的负面影响，减少了动物疫病发生的概率。同时，异位发酵床也能够同传统的养猪舍相统一，对普通猪舍稍作改造即可成为异位发酵床，猪只仍然在原舍内饲养，只需在圈舍下层或附近配套增设微生物发酵床，粪污可经漏粪地板或污沟管道集中到化粪池，然后通过抽泵均匀喷洒在发酵床内进行发酵。异位发酵床还具有可以机械化作业的优势，粪便喷洒、翻耙均匀，微生物发酵高效、彻底，最后加工而成的有机肥品质也较高。

4 微生态发酵床建造技术要点

4.1 发酵床的制作要求

微生物发酵床是农业农村部推荐的粪污处理技术之一，具有较高的资源化利用效率，符合饲养规模1万头以下的生猪育肥场，发酵床、集污池距离饲养圈舍不能太远，微生物发酵床的面积可按照猪舍面积20%或每头猪约0.2 m2设计[14]。发酵床体一般设计为长方形，床上应搭建阳光棚，彻底隔绝雨水混入，床体地面要做防渗水处理，同时要配套安装污泵、搅拌机、喷淋机、通风设备等，并规划好翻耙行走轨道[15]。

4.2 垫料的选择与铺设

异位发酵床垫料应选用通透性较好的锯末屑、谷壳、玉米秸秆等作为垫料，选用少量麦麸、酒糟、谷壳粉等农业副产物作为发酵饲料的基质原料，垫料和基质原料混合均匀、搅拌铺平，厚度以0.8～1.2 m为宜，保持湿度45%左右[16]。要保证垫料干净卫生，防止霉变或被腐蚀；垫料的长短和粗细应适中，要求2/3以上垫料能过2 mm孔径的筛，过细或过粗均不利于发酵[17]。

4.3 菌种的筛选与配制

菌种是具有活性的有益微生物，是整个微生物发酵过程中的主角，菌种的扩繁与培养非常重要，其生长需要一定的营养物质，前期吸收分解垫料混合物中的营养成分，后期降解粪污中的大分子物质。一般选用的菌种主要成分为枯草芽孢杆菌、酵母、消化酶等，添加量50～1 000 g/m3，配制时要按比例进行稀释浸泡后拌匀、喷洒，要通过翻耙设备充分增加菌种与垫料、氧气的接触量[1]。随着微生物发酵，菌种的活性也会下降，应根据发酵情况及时补充，通常每21 d补充1次菌种[14]。

4.4 发酵床的运行与维护

在微生物发酵床的运行过程中，应密切关注温湿度的变化，做好水分控制、通风换气、翻耙措施等，增加翻耙次数可促进垫料中芽孢杆菌等菌群的繁殖，提高脲酶活性，促进粪污分解[12]。水分过高意味着湿度过大，需要增加翻耙和换气频次；水分过低则减缓发酵速度，可以适当提高饲养密度，增加粪污喷淋量。温度是评价微生物发酵床运行效率最直观的表征，垫料温度高于55℃时，可增加翻耙次数和换气频率；温度过低意味着发酵效率低下，应查找原因，立即采取必要的措施，如添加菌剂、翻耙、更换垫料等，若垫料表面出现板结，则需要增加翻耙措施，进一步促进微生物有氧呼吸。发酵床的使用年限一般为2～3年，为了保持微生物的发酵效果，要及时补充新的垫料和菌种；经微生物发酵后的粪污与垫料作为有机肥加工原料，再次被利用。

5 小结

生猪产业要想实现可持续、健康、绿色发展，就必须解决好饲料源、饲养过程、粪污排放等3个阶段中存在的问题，要不断自我技术革新、秉承环保发展理念、探索应用养殖新模式。积极推进养猪产业向高质量、高标准方向发展，走适度规模、种养结合、生态环保和资源化利用、循环农业发展道路，立足当地资源优势，推行微生物发酵床养猪技术，依据生猪饲养规模与条件选择原位或异位发酵模式，实现养猪产业可持续健康发展。