牛糞可再生墊料（RMS）的安全制備

劉洋樂，孟 毅，魏 勇，李智星，彭夏雨*

1 石河子大學動物科技學院，新疆石河子 832003 2 新疆天澳牧業有限公司，新疆奎屯 833200

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對牛奶和牛肉的需求不斷提高，規模化養牛業也隨之得到蓬勃發展。據國家統計局數據，2021年，我國奶類產量3 778 萬噸，百頭以上奶牛規模養殖場比重達70%。預計到2025年，全國奶類產量將達到4 100 萬噸左右，百頭以上規模養殖比重達到75%左右[1]。隨著奶牛規模養殖的不斷擴大，環境污染問題日益加劇，每頭成母牛每天所排泄的糞便為30 kg，牛糞的無害化和資源化利用成為牧場亟需解決的問題之一[2，3]。目前牛糞處理利用方式包括有機肥發酵后還田、厭氧發酵后產生沼氣、食用菌栽培培養料以及牛糞墊料再生技術[4～6]。其中牛糞墊料再生技術被各牧場所青睞，因為牛糞再生墊料（Recycled Manure Solids，RMS）與其他墊料相比，不僅可以實現牛糞的可循環利用，解決牛糞污染環境問題，而且用牛糞制作的墊料，可以提高奶牛舒適度，減少飼養成本，提高牧場的經濟效益[7～9]。目前，國內規模化牧場大多配備固液分離裝置，具有生產RMS的基礎，但因為沒有一個安全合格的生產流程，生產出來的RMS在使用后會導致奶牛乳房炎發病率增加，不僅未能增加經濟效益，反而因為奶牛乳房炎問題，而使牧場經濟效益降低。因此，如何生產出安全可用的RMS成為了實際使用的難點。本研究根據牧場實際生產需要，以制備安全可靠的RMS為目的，通過實際生產及使用驗證，對RMS的安全制備進行了初步研究，以期為牧場提供一套安全可靠的RMS制作方法。

1 材料與方法

1.1 試驗地點、時間

試驗地點為新疆地區某規模化牧場，該牧場擁有牛只3 000 頭，其中泌乳牛1 200 頭，日排放糞污約40 噸。

試驗時間為新疆的高溫、少雨的6—9月。

1.2 試驗試劑、設備

麥康凱瓊脂培養皿、伊紅美藍瓊脂培養皿、BHI培養皿，青島海博生物技術有限公司；乳房炎致病菌鑒定平板，美正生物科技有限公司；BRU牛糞墊料再生系統（型號：BRU2000），北京國科誠泰農牧設備有限公司；傳動減速機，上海譽煌減速機公司；WST數顯溫度計帶探頭，上海自儀三廠；高溫電熱鼓風干燥箱，山東德瑞克儀器有限公司；恒溫培養箱，廣州航信科學儀器有限公司；高壓蒸汽滅菌鍋，上海申安醫療器械有限公司；超凈工作臺，濟南泉清醫療器械有限公司。

1.3 糞污收集方式

糞污經自動刮糞系統將各牛圈糞污收集至糞道，經糞道流入儲糞池，使用傳動減速機等裝置對糞污進行干濕分離，用于后續研究。

1.4 試驗方法

1.4.1 堆垛方式

用固液分離機將糞污進行固液分離，分離后的固體牛糞堆成高1.2 m，底寬1.5～2.0 m，頂寬1.2 m，長20～30 m，進行堆垛發酵。

1.4.2 分組情況

固體牛糞干物質含量30%～35%（固液分離后直接堆垛）、35%～40%、40%～50%各堆一垛，共3 組3 垛。

（1）溫度檢測

堆垛發酵溫度使用數字溫度計進行測量，在堆垛發酵牛糞頂部中間每隔8 h測量和記錄40 cm、60 cm、90 cm、120 cm的發酵溫度，同時記錄外部環境溫度（取3次測量均值，以d為單位記錄），60 cm溫度達60 ℃以上24 h堆垛完成。

（2）水分檢測

采集堆垛時糞樣以及堆垛完成后表層、中層、深層糞樣，放入密封袋中待測。使用恒溫鼓風干燥箱103～105℃烘至恒重（兩次烘干重量誤差不超過2 mg），使用電子天平稱量待測樣品重量m1，烘干后樣品重量m2。按照以下公式計算含水率：

（3）微生物檢測

根據堆垛發酵溫度變化，在檢測水分的同時，進行乳房炎致病微生物（大腸桿菌、無乳鏈球菌、金黃色葡萄球菌）檢測。

采樣方法：佩戴無菌手套，放入密封袋，排除多余空氣后放入4 ℃冰箱保存待檢。

檢測方法：①牛糞懸液的制備：10 g牛糞樣品，加90 mL蒸餾水進行稀釋，充分混勻后，吸取上懸液。②移液器吸取10 μL的牛糞懸液置于培養基表面，涂布器涂抹均勻，置于37 ℃恒溫培養箱。③培養18～24 h后，取出培養平板，觀察菌落，根據菌落顏色，鑒定微生物；或使用革蘭氏染色后用顯微鏡觀察其形態特征，鑒定微生物類型。

1.5 數據處理

每個樣品做3 組重復，數據使用SPSS 21.0進行統計分析，使用T檢驗方法進行顯著性檢驗，結果用平均值±標準差（x±SEM）表示。

2 結果與分析

2.1 堆垛發酵溫度變化

溫度是堆垛發酵的重要參數，由表1可知，水分含量不同的牛糞發酵溫度差異顯著。40 cm，干物質含量35%～40% 牛糞升溫最快，第2天達60 ℃以上，且還有上升趨勢，其次為干物質含量為40%～50%的牛糞，第3天時達60 ℃以上，而干物質含量為30%～35%（干濕分離后直接堆垛），溫度在第3天達50 ℃左右時，后續發酵升溫乏力，甚至出現下降趨勢；60 cm，同樣是干物質含量為35%～40% 的牛糞升溫最快，第4天時溫度達60 ℃以上，而干物質含量為40%～50% 的牛糞在第9天溫度才達60 ℃以上，整整相差了5 d，發酵溫度時間的延長，將極大地影響牛糞墊料制作的效率。

表1 不同干物質含量對不同深度牛糞堆垛發酵溫度的影響

2.2 堆垛發酵含水率變化

如表2，堆垛前與堆垛后表層水分含量差異極顯著（P＜0.01），中層和底層差異顯著（P＜00.05）溫度的升高會引起水分的蒸發，同時表層空氣流通較好，易風化曬干，所以表層水分含量差異極顯著（P＜0.01）；因為好氧發酵的原因，底部墊料氧氣含量較低，導致發酵溫度升溫不足，且由于地面回潮，含水率反而會稍微增加。

表2 堆垛發酵前后干物質含量變化

2.3 堆垛發酵微生物變化

如表3所示，堆垛前與堆垛后微生物含量差異極顯著（P＜0.01），無論是干物質含量為35%～40% 還是為40%～50% 的固體牛糞60 cm溫度達60 ℃以上24 h，都可以有效的滅殺乳房炎致病微生物大腸桿菌、無乳鏈球菌，但干物質含量不同，溫度發酵曲線不同，35%～40% 與40%～50% 固體牛糞60 cm溫度達60 ℃以上時間相差5 d，由此得出結論，為了高效率的制作安全的牛糞可再生墊料，堆垛牛糞的干物質含量應保持在35%～40%，從而減少升溫所需時間，繼而達到提高牛糞制作效率的目的。

表3 不同深度溫度達60 ℃ 24 h牛糞微生物殺滅情況 單位：CFU/g

2.4 理化指標

如表4，堆剁發酵后理化指標對比，中層發酵后效果最好，無異味，呈黑褐色，松散，表層次之，深層發酵效果最差，但其中有害微生物含量都在安全標準以內，經過處理后是牛床墊料的最佳原料。

表4 固體牛糞發酵前和發酵后理化指標

2.5 牛糞可再生墊料對奶牛乳房炎發病率的影響

使用步驟：堆垛發酵后，乳房炎致病微生物被殺滅，攤開晾曬，使水分含量達到50% 左右保存備用[10，11]，使用時添加0.1%～0.2%的生石灰拌勻使用（現拌現用，小心石灰自燃引起火災事故），使用時，每天修整臥床，臥床應平坦，呈前高后低的微微斜坡，及時補充墊料，使墊料充足。

結果顯示見表5，該牧場由于之前沒有規范牛糞可再生墊料制作工藝，乳房炎每周高達3.5%，經過工藝完善后，乳房炎發病率為1.3%，比之前減少60%左右，表明牛糞經過發酵后是可以作為安全環保的綠色墊料進行循環利用的[12]。

表5 牧場乳房炎發病情況

3 討論

3.1 牛糞再生墊料制作的影響因素

發酵牛糞中細菌的數量與發酵程度、堆積時間及水分含量等因素密切相關[13]。發酵牛糞的含水率是微生物好氧發酵的重要因素，含水率過高會造成厭氧環境，過低則會抑制微生物的活性，并且高溫發酵時水分蒸發會帶走部分熱量，從而降低發酵溫度，因此，發酵牛糞含水率應控制在40%～65%[14，15]。本研究中，干物質含量30%～35% 的牛糞堆垛發酵溫度在第3天平緩，應該是水分蒸發，抑制了發酵溫度增長，而干物質含量35%～40% 和40%～50% 發酵溫度持續增長，達到所要求的60 ℃以上，而含水率35%～40% 牛糞發酵溫度增長快于含水率40%～50% 的牛糞，符合以上觀點。

堆垛牛糞干物質含量是發酵升溫的一個重要因素[16]，干物質含量直接影響好氧堆垛發酵溫度的速度、發酵的質量，繼而影響發酵牛糞墊料的安全性。水分含量過高，發酵時溫度升高會蒸發水分，從而影響發酵溫度上升，導致發酵速度減慢，延長了堆腐時間，含水率過低，細菌的代謝作用會普遍停止，完成不了殺滅有害微生物的作用[17]。

3.2 牛糞再生墊料的安全性評價

牛糞中微生物是衡量牛糞堆垛發酵情況，能否作為安全可靠墊料的標準，決定著牛糞能不能用作臥床墊料[18]。導致奶牛乳房炎最主要的病原微生物為金黃色葡萄球菌、無乳鏈球菌和大腸桿菌[19，20]。相關研究表明，大腸桿菌增殖的最適溫度為15～45 ℃，當溫度高于45 ℃開始死亡；鏈球菌生長的最佳溫度為25～42 ℃，高于42 ℃開始死亡；金黃色葡萄球菌能在6～48 ℃存活[21～23]。汪保根等[24]研究發現絕大多數能導致奶牛乳房炎的大腸桿菌、無乳鏈球菌、金黃色葡萄球菌在高于60 ℃的環境下存活時間均小于2 h。在本試驗中，發酵溫度達60 ℃以上乳房炎致病微生物均被殺死，隨著堆垛發酵時間的延長，其他微生物也呈明顯下降趨勢，與汪保根等[24]結果基本相同。

4 小結

RMS可解決牛糞堆積，無法處理的難題，實現牧場使用內循環，減少環境污染，降低牧場生產成本。堆垛牛糞干物質含量35%～50% ，符合RMS制作要求，發酵溫度達60 ℃以上，可以有效殺滅致病微生物。干物質含量35%～40% ，堆垛發酵最快，牛糞墊料的制作效率最高，符合牧場實際生產需要。堆垛發酵完成后表層、中層溫度達60 ℃以上24 h后，表層呈現灰白色，中層呈現黑褐色攤開晾曬，使水分含量在50% 以下后待用，使用前加入0.1%～0.2%的生石灰，使用期間應注意臥床墊料維護，每天清整臥床，及時補充墊料。后續將對臥床墊料應該怎么維護，噴灑消毒劑的種類，以及臥床墊料的更換周期進行研究。