微生物發酵床技術在畜禽養殖中的應用

劉 慧，于 鯤，崔省委，馬 云，趙清梅，余永濤*，王進寬

（1.寧夏大學 農學院，寧夏 銀川 750021；2.北方民族大學 生物科學與工程學院，寧夏 銀川 750021；3.永寧縣望遠鎮人民政府，寧夏 永寧 750100；4.固原市原州區張易鎮畜牧獸醫工作站，寧夏 固原 756000）

近年來，隨著畜禽養殖總量的增加，其所造成的環境污染問題也日益嚴重。未能有效處理或利用的糞污，會產生大量的二氧化碳、甲烷、氨氣、二氧化硫、糞臭素等氣體，造成空氣污染、溫室效應、全球變暖和酸雨等危害。糞便中的病原微生物、寄生蟲會污染鄰近水源、土壤和農作物，進入人和動物食物鏈，威脅人類和動物的健康。糞便中過多的鹽分、氮磷和其他有機質等會進入農田、水源，造成土壤鹽漬化、水質和生態環境破壞等問題。目前，畜禽糞污排放已經成為農業的首要污染源。為了加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用和農業可持續發展，國務院辦公廳于2017年印發了《關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見》（以下簡稱《意見》）。《意見》提出，要推廣節水、節料等清潔養殖工藝和干清糞、微生物發酵等實用技術，實現源頭減量。

微生物發酵床技術是一種利用微生物發酵處理糞污的無污染、零排放和循環利用的新型農業技術。該技術在20世紀末引入我國，并在生豬養殖中進行大面積推廣應用，目前已經拓展應用到家禽、牛羊等養殖中。該技術基于微生態學、微生物發酵相關理論，在舍內或舍外鋪墊鋸末、稻殼、秸稈等原料組成的基質墊料，接種環境益生菌等發酵微生物，制成微生物發酵床。再將畜禽飼養于發酵床上，或使畜禽糞污與發酵床墊料接觸混合，以此達到無臭氣、零污染、無公害養殖的目標。微生物發酵過程中不僅能夠有效降解糞污中的有機物，殺死病原微生物和寄生蟲卵，降低傳染病的發病率，還可大幅減少圈舍中氨氣、二氧化硫等氣體的產生，改善圈舍舒適度，提高養殖效益，而且使用后的墊料還可作為有機肥直接應用于農業生產。本文從微生物發酵床技術的原理、分類、發酵床制作工藝、對畜禽養殖的影響、應用中存在的問題及發展趨勢等方面進行了綜述，以期為該技術的應用推廣提供參考。

1 微生物發酵床技術

1.1 基本原理

微生物發酵床充分利用了微生物對畜禽糞污的處理作用，畜禽糞污在秸稈、鋸末等墊料原料及微生物菌劑制成的發酵床上進行降解，糞污經過高溫發酵，其中的病原微生物得到有效抑制，有機物被分解為二氧化碳和水排放至空氣中，使用后的墊料可以作為有機肥出售，實現畜禽糞污無害化、資源化利用。微生物發酵床的應用關鍵點在于墊料及菌劑，墊料主要取自農業生產廢棄物，如稻殼、秸稈、鋸末等，菌劑主要選擇抗逆性強、有較強活性的菌種。

1.2 分類

微生物發酵床按照畜禽是否與墊料直接接觸可分為接觸式發酵床和非接觸式發酵床。

1.2.1 接觸式發酵床 又稱原位發酵床，即畜禽直接生活在墊料上，在墊料上俯臥休息、排泄等。原位發酵床分為濕發酵床和干發酵床。兩者之間的區別是，濕發酵床制作前先將菌種擴繁，再將菌種與墊料混合，加入一定量的水分，發酵一定時間后再放入動物進行養殖。干發酵床無需提前發酵，是將菌種直接撒在墊料上與墊料混合，再放入動物進行飼養。原位發酵床的優勢：一是相比于傳統養殖可免于圈舍沖洗，有效減少水資源浪費，減少糞污污染，實現綠色環保養殖。二是發酵床發酵產生的高溫有利于冬天動物保溫，動物伏臥在墊料上，能夠保護腹部不受涼，減少胃腸道疾病發生。三是糞污直接排放在墊料上，不需要人工刮除糞便，節省了人力物力。但原位發酵床也有一定的局限性，一是不能完全依靠自動機械設備對墊料進行翻耙，需要依賴人工，或者人工控制機械翻耙，墊料常因疏于管理出現發霉死床現象。二是當動物踩踏墊料時，墊料中的顆粒物很有可能攜帶致病菌進入動物呼吸道，引發動物呼吸道疾病。生活在墊料上的動物一旦發生疾病，為避免影響墊料后期使用，養殖者一般不用抗生素等藥物，也不對圈舍消毒，所以動物疾病難以防治。三是天氣炎熱，畜舍通風散熱不及時，墊料的保溫作用使圈舍溫度更高，容易造成動物熱應激，而熱應激會影響動物機體生理機能。劉金林等[1]研究發現，高溫會影響公豬的繁殖性能，墊料高溫影響公豬精子活力，所以在畜舍建設初期就要考慮通風降溫問題。

1.2.2 非接觸式發酵床 又稱異位發酵床，分為漏板發酵和異位發酵。漏板發酵建設要點是將畜舍建為上下兩層，畜禽生活在漏縫地板上，糞尿通過地板縫隙落入下面的發酵床進行發酵。下面的發酵床可安裝墊料自動翻耙機與通風機等自動設備，自動翻耙機可以在避免影響動物生活的情況下將墊料與糞尿混合均勻；異位發酵實現了糞污處理自動化，建設要點是在圈舍外建一個發酵大棚/舍，養殖產生的糞污通過排污管道流入糞污收集池內，而后由抽取裝置抽取噴灑至發酵大棚/舍的墊料上，然后用自動翻耙機將糞污與墊料混合均勻后發酵。異位發酵床具有以下優勢：一是實現了自動化，異位發酵床可建設自動翻耙機、自動噴淋裝置，實現糞污排放處理一體化。二是畜禽不直接生活在墊料上，避免了采食墊料引起寄生蟲病及其他疾病在動物體內的循環感染，也解決了原位發酵床夏季高溫引起的畜禽熱應激問題。三是發酵床利用效率更高。異位發酵床相比原位發酵床具有更適合發酵的穩定環境，發酵床中的降解菌如芽孢桿菌豐度高，使異位發酵床對糞污的降解能力強于原位發酵床。但異位發酵床同樣存在局限性，一是應用成本高。異位發酵床建造需要建設發酵池、自動翻耙設備、噴淋裝置，比原位發酵床造價更高，比較適合大型養殖企業。由于異位發酵床技術還不夠完善，相關的設施設備在市場上沒有統一標準，相應產品參差不齊，在使用過程中容易出現設備損壞無法售后的問題，運行成本大大增加。二是應用推廣難。由于異位發酵床成本較高，一些中小型養殖企業望而卻步，同時由于異位發酵床管理更精細化，需要具備畜禽糞污資源化利用相關知識的人員進行管理，但在實際生產中，更多養殖者的關注焦點在提高經濟效益上，對于糞污的資源化利用不夠重視。

2 發酵床的制作工藝

2.1 墊料的選擇

發酵床墊料是微生物發酵床飼養模式的基礎。常用的發酵床墊料有稻殼、玉米芯、秸稈、谷殼、木屑、花生殼、棉籽殼等，這些原料經過合理搭配混合制成顆粒狀墊料。選擇發酵床墊料時，要根據當地的資源情況、獲取難易程度進行選擇，做到經濟實惠、簡便易取、可靠實用。南方地區可選擇鋸末、稻殼、稻草等，北方地區可選擇秸稈、玉米芯等。有條件的大型養殖場可以選擇發酵效果更好的墊料。有研究指出，鋸末作為墊料糞污消納能力約為稻殼的2倍，所以選擇鋸末作為發酵床的墊料比選擇稻殼發酵效果好[2]。其次，要搭配好墊料的比例，發酵床墊料通常由主料和輔料構成，主料和輔料的劃分依據為用量的多少，主料一般比例在60%以上，輔料比例不超過40%。主料的構成可以是一種或多種物料，可以是單獨的玉米芯或者玉米芯加秸稈，輔料同樣可以由一種或者多種物料構成。主料一般選擇木屑、稻殼、秸稈等碳素物料，這些物料有機碳含量高，可為微生物發酵提供豐富的營養，促進微生物繁殖；輔料作為調節劑，促進墊料能量平衡、調節墊料通透性、pH值等，一般選擇麩皮、豆粕餅等，也會加入少量輔助調節劑如活性炭、沸石，幫助吸附圈舍內有害物質，增加墊料氧氣含量、減少能量損失。有研究發現，墊料中添加生物炭和磷石膏可以減少氮損失，增加墊料的養分含量[3]。

2.2 菌種的選擇

菌種在微生物發酵床應用中起著關鍵作用。發酵床菌種的選擇并不是單一的，需要多種菌種相互配合才能達到最好的發酵效果，包括抑制病害分解有害物質改善腸道健康的乳酸菌、分解不易吸收物質為畜禽生長提供營養的酵母菌、提高畜禽免疫力的枯草芽孢桿菌等。顧亞蘭等[4]研究了不同比例復合芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌混合應用于發酵床對青年奶牛生長、健康及舍內環境衛生的影響，發現復合芽孢桿菌和乳酸桿菌（2∶1）對牛舍內粉塵的控制有良好作用，復合芽孢桿菌、酵母菌和乳酸菌（1 ∶1 ∶1）對牛肢蹄和泌乳系統較好，而且有利于提高青年奶牛的肝功能。在確定發酵床選擇何種菌劑時，除了菌種本身的效果也要依據菌種應用的墊料類型篩選優勢菌種。

2.3 發酵床的制作

制作發酵床時，根據養殖者情況選擇墊料后，需要將墊料粉碎成顆粒，一般顆粒的尺寸為50～100 mm，粉碎寬度要粗細均勻，太細容易板結，太粗不能為微生物提供良好的發酵環境。其次確定發酵床厚度，應根據發酵床的具體類型以及養殖的具體動物來確定，如奶牛養殖原位發酵床厚度為50～100 cm，異位發酵床養豬墊料厚度為45～50 cm。確定厚度后要開始鋪設墊料，墊料的鋪設方式為分層鋪設，一般分為上中下三層，每層10～15 cm，而三層內可根據實際情況再進行細分，每鋪設一層墊料，需要均勻加入發酵菌劑。菌劑與墊料完全混合后，發酵48～72 h后可投入使用。

3 發酵床飼養模式對畜禽的影響

3.1 提高畜禽生產性能

與傳統養殖模式相比，生物發酵床模式能夠提高動物生產性能，降低料肉比，增加日增重。茍憲福等[5]比較了發酵床豬舍和水泥地面豬舍的育肥豬養殖效果，發現發酵床豬舍能夠提高育肥豬日增重18.84%，降低料肉比16.09%，頭均增重經濟效益比水泥地面飼養豬高149.67元。盛清凱等[6]研究也發現與常規水泥地面飼養相比，生物發酵床能顯著提高豬的日增重并降低料肉比。除了在日增重和料肉比方面有影響，發酵床對畜禽成活率也有影響。管業坤等[7]對保育豬應用發酵床養殖模式飼喂效果進行了研究，發現發酵床養殖模式可以降低保育豬發病率，提高保育豬成活率。李芳芳等[8]研究表明，農作物秸稈發酵床養殖奶牛能夠提高奶牛產奶量并減少乳房炎疾病的發生。綜上所述，微生物發酵床能顯著提高動物生產性能，有利于養殖場提高經濟效益。

3.2 提高動物福利

與傳統養殖模式相比，發酵床養殖模式能夠提高動物福利。糞尿在墊料中發酵，圈舍臭味減輕，蠅蛆減少。陳倩倩等[9]研究了不同墊料糞臭素含量，發現發酵床墊料中的糞臭素要低于豬糞中的糞臭素，說明發酵床能夠減輕圈舍臭味，降低空氣污染，讓動物生活更舒適。此外在寒冷季節，發酵床發酵產熱，能夠提高舍內溫度，如果畜舍內保溫效果好，冬季仍能達到畜禽養殖適宜溫度的要求。腹部保溫對幼齡動物相對重要，冬季來臨，氣溫降低，但發酵床中層墊料溫度可以達到40～50 ℃，此時幼畜躺臥在發酵床上，腹部得到溫暖，提高了酶活性，可增強胃腸功能。相比傳統的水泥地面養殖，發酵床墊料柔軟舒適，讓動物自然習性能夠得到釋放。如生活在墊料床上的豬，充分滿足了其翻拱習性，保證了動物福利。朱洪龍等[10]研究表明，發酵床飼養模式下，豬的探究行為（嗅、啃、拱等）增加，攻擊行為（爭斗、咬耳、咬尾等）減少，采食總時間和采食次數減少，但每次采食持續時間增加，表明發酵床飼養模式下，豬將更多的時間用于探究行為，動物福利得到提高。顧亞蘭等[11]研究發現，發酵床奶牛舍中牛的躺臥率要高于栓式奶牛舍，奶牛的舒適度更高。秦楓等[12]研究發現，發酵床飼養的豬相比水泥地面飼養的豬，唾液和血清中的5-HT、β-EP等情緒物質含量顯著提高，發酵床可以促進腦分泌P11抗抑郁蛋白，減少動物生理應激，使豬只獲得更高的愉悅感。

3.3 改善畜禽肉品質

關于發酵床飼養模式對動物肉品質影響的研究較多，李健等[13]研究了不同發酵床墊料對蘇鐘豬肉品質的影響，發現與水泥地面飼養的豬相比，發酵床墊料飼養的豬肉蒸煮水分流失、滴水損失均低，肉內亞油酸、不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸、人體必需氨基酸含量均高，這表明發酵床飼養模式能顯著改善豬肉品質。朱洪龍等[14]研究了飼養方式對豬胴體性質和肉品質的影響，發現發酵床飼養模式豬背腰最長肌有增加趨勢，滴水損失有降低趨勢，肌內脂肪含量有提高趨勢，表明發酵床養殖模式能夠提高豬肉品質。熊立寅[15]研究發現發酵床飼養模式有提高豬肉嫩度、系水力，減少肉品滴水損失的趨勢，還對改善豬肉色澤有作用。發酵床提高肉品質的同時，還可提高動物蛋白合成，增加機體氮沉積量，促進動物生長[16-17]。

4 影響微生物發酵床效果的因素

4.1 溫度

溫度對發酵效果具有以下影響：一是對墊料含水率有影響。有研究顯示，墊料初始含水率為60%，發酵溫度70 ℃、環境溫度35 ℃、外界環境濕度70%時，墊料中水分蒸發量最大。而發酵床含水率又是影響發酵效果的重要因素，所以環境溫度也會影響發酵效果。二是由于發酵過程會產生熱量，環境溫度過高，畜禽散熱不及時，容易引起熱應激，從而影響動物健康，環境溫度過低，發酵床內部即使達到微生物發酵所需溫度也難以維持，所以環境溫度一般以不超過30 ℃為宜。三是環境溫度過高，糞便分解加快，產生的甲烷、二氧化碳等氣體增多，如果此時通風不及時則會影響畜禽健康。

4.2 含水率

含水率直接影響菌種發酵效率的高低，在發酵床制作時，肉眼判斷含水率是否適宜可用手握緊墊料，不滴水、不成團，墊料水分控制在45%～60%為宜。發酵床中的水分有3個來源，一是人為添加，二是來源于糞尿中，三是來自發酵床內生化作用產生的水。水分發酵床含氧量下降，發酵床內部發酵溫度就會受影響，還會促使霉菌毒素產生。水分降低到一定水平，微生物發酵就會停止，進而造成死床現象[18-19]。

4.3 圈舍條件與動物飼養管理

發酵床要達到良好的應用效果，硬件條件同樣必不可少。制作發酵床前，要做好圈舍防水防雨、通風等工作。動物進圈前進行驅蟲，防止動物攜帶的寄生蟲排放至墊料內。同時，做好動物疫苗接種和疾病預防工作，堅持自繁自養，新進動物隔離檢查正常后再混群飼養。動物日糧盡量選擇能量蛋白質飼料并添加一些動物必需營養物質，如維生素和礦物質。此外，控制動物采食量，合理搭配日糧精粗比。飼養期間如果出現嚴重腹瀉需要進行隔離，并將動物排泄物及接觸墊料進行無害化處理。飼養密度根據季節、發酵床厚度、動物體重等來進行控制。

5 微生物發酵床在應用中存在的問題和展望

5.1 存在問題

一是發酵床技術局限性。發酵床制作并沒有統一標準，需要養殖場根據所養殖動物種類、數量、當地環境、取材難易程度等進行墊料和菌種的選擇及制作。后期發酵床維護人員能否正確判斷發酵床發酵情況決定了發酵床能否正常運行，而養殖場缺乏這類人才。二是南北氣候差異影響成功率。相比于北方發酵床，南方發酵床成功率偏低。南方地區氣溫普遍偏高，特別是夏季，氣溫常常在35 ℃以上，過高的環境溫度與墊料發酵溫度常常使圈舍溫度過高，影響動物正常生長。三是成本高。以原位發酵床鋪設墊料4000 m2，鋪設厚度50～80 cm為例。成本投入包括墊料、菌劑、機械費、人工費、電費、運費、鋪床費等，約為80～110元/m2，后期維護成本按照發酵床最長使用年限3年計算，成本約為100～150元/m2，相比傳統養殖，發酵床養殖增加了發酵床建設及維護成本。四是配套技術不完善。無論是法律法規配套還是技術服務配套，發酵床技術仍然處于起步階段。相關設備五花八門、參差不齊，大型養殖場機械化配套設施也不完善。

5.2 發展趨勢和應用前景

隨著畜禽養殖量的逐年遞增，國家通過一系列手段加大畜禽糞污治理力度，鼓勵采取糞肥還田、生產有機肥等方式進行糞污資源化利用，糞污綜合利用率得到提升。但是面對有限的土地資源，糞污消納土地不足的缺陷日益凸顯，而企業面對越來越高的糞污處理達標排放標準，承受著較大壓力。國家“碳中和碳達峰”的啟動，對糞污處理水平提出更高要求，急需低排放、低成本處理糞污技術。微生物發酵床技術不僅能夠減少各類疾病、寄生蟲病的發生，還能降低糞污處理成本，減少環境污染，增強畜禽生活舒適性，提高動物福利，同時也能利用農作物秸稈廢棄物制成有機肥料，具有較好的應用前景。