微生物异位发酵床在肉牛健康养殖上的应用

    杨前平+李晓峰+熊琪+索效军+张年+陈明新

    摘要：针对传统规模养牛在新的环保压力下存在的问题，介绍了无污染零排放的有机农业新技术——微生物发酵床在现代肉牛健康养殖中的应用，提出了资源化再生利用养殖新模式。

    关键词：微生物异位发酵床；肉牛；养殖；应用

    中图分类号：S823 文献标识码：B 文章编号：1007-273X（2017）11-0032-02

    环境持续恶化、气候变化愈发极端，倒逼世人更加关注污染对环境的破坏。养牛业对环境的污染表现在粪尿的大量排放， 主要涉及有害病原微生物、恶臭气体、氮、磷、药物残留以及重金属等污染。发酵床技术利用微生物发酵的无污染、零排放的有机农业技术， 能够同时解决养殖场粪尿污染问题，是目前养殖污染控制中最有效的资源化途径， 成为目前国内外研究的热点领域。

    1 养牛业对环境的污染情况

    我国养殖业规模化的快速发展导致粪便产生的环境污染问题日益严重。《第一次全国污染源普查公报》数据显示，我国主要污染物排放量中农业面源COD和TN排放量分别占全国排放量的43.7%和57.2%[1]。一个千头牛场的牛粪日排泄量高达40～50 t。粪污中含有大量病原微生物、寄生虫等，易造成人畜传染病的发生，牛粪中释放出CO2、NH3、H2S、CH4、CH3SH等刺激性气体易造成空气的污染；粪便污水随意堆集、排放必将造成水体和农田生态的破坏。养牛场粪便集中排放问题和牛粪综合利用问题日益显著，如何科学有效地处理粪污及资源化再生利用已成为亟待解决的问题。

    2 牛粪的再生利用

    肉牛、奶牛养殖集约化、规范化健康养殖的发展对牛粪处理提出了更严格的要求，应利用现代高新技术挖掘牛粪的生物利用，解决生态、环境污染问题，实现牛粪等废弃物资源化再生利用，走生态循环农业和可持续发展道路。

    2.1 牛粪主要成分

    牛粪主要成分：有机质66.2%、CP12.9%、CF32.5%、NFE36.2%等，并含有Ca、P、维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素B12、维生素C、维生素K、叶酸、泛酸、胆碱、叶黄素等多种元素，经过微生物发酵处理后，营养价值得到提高，其中蛋白质含量在14.20%以上，粗纤维含量在19.05%以下。

    2.2 牛粪的常规再生利用途径

    2.2.1 饲料利用 处理后的牛粪可作为饲料饲喂猪、鸡、鸭、兔等其他动物，也可作渔业饵料使用。

    2.2.2 牛粪在能源方面的应用 牛粪可作为能源，既可直接燃烧，也可经过处理后产生石油、甲烷、氢气和乙醇等，并可应用于发电。牛是反刍动物，瘤胃中含有多种产沼气的微生物，排出的牛粪中含有大量的菌种，用牛粪进行厌氧发酵可获得沼气，沼液沼渣等副产品处理后可用于养鱼。有数据表明，10 t牛粪受热分解产生的CH4可产生大约150 kW·h的电能。美国西华盛顿大学利用牛粪提炼出有机甲烷，将其作为汽车动力能源。

    牛粪中含有大量的植物秸秆原生纤维和有机物质，干燥粉碎后与煤炭以一定比例混合，加入添加剂、固硫剂，与牛粪木质素、纤维素、半纤维素等粘合制成牛粪生物质燃料，可提高煤的燃烧性能、降低硫的排放量、减少大气污染、节约能源物质，解决牛粪堆积带来的环境问题。牛粪中纤维素含量为22.00%、半纤维素含量为12.50%，其中的木质纤维素进行处理后可转化为糖，采用超声波和碱处理可使还原糖率提高，糖进一步发酵成乙醇，可做成乙醇化的原料，可替代粮食生产乙醇。

    2.2.3 牛粪在牛床垫料方面的利用 相较于用沙子（土）、稻壳、秸秆、木屑或者橡胶垫作卧床垫料，牛粪用作卧床垫料有卫生、安全、舒适的优点，可以增加牛的休息时间，减少病原微生物的繁殖，降低牛肢蹄病的发生率。牛粪腐殖质中分离的益生菌群，制成的高温和低中温生物发酵床垫对于控制牛废弃物的分解和减少臭气的产生和挥发有一定的效果，其生产性能也得到相应的提高。

    3 微生物發酵床技术在养牛业上的应用

    发酵床技术始于日本，早期应用于养猪业，是一种新兴的养殖模式。其核心是将微生物原理应用于生态环保养殖，以发酵床为载体，采用厚垫料，通过微生物的作用，使粪便降解、转化，有效缓解了养殖场的环境污染问题[2]。该技术从源头上控制养殖造成的环境污染，因其具有无污染、无排放、无臭气和疾病发生率低的特点，最近几年得到了广泛的推广和应用，并取得了良好的经济、社会和生态效益。

    发酵床养殖技术分为原位微生物发酵床技术和异位微生物发酵床技术。近年来畜牧专家将养猪业的发酵床技术改进应用于肉牛养殖，探讨出牛粪发酵的新模式。

    3.1 “床场一体化”饲养管理技术

    “床场一体化”饲养管理技术（Free-stall mattress bedding，FSMB），亦称堆肥垫料系统（Compost bedding system，CBS）。是牛舍运动场与卧床一体化的设计，且与微生物发酵床技术相结合，对运动场实行遮雨处理，不仅使牛场全部（含运动场）实现雨污分离，确保粪污零排放，而且增加了卧床面积（6～10倍），使牛更舒适。

    “床场一体化”饲养管理技术在美国和欧洲均有报道，主要集中在健康状况、繁殖能力等评价和各种垫床材料的比较研究。通常认为，该技术可提高牛舒适度， 降低肢蹄病发生率，提高繁殖性能等。

    3.1.1 “床场一体化”牛舍设计 以堆肥为基料的“床场一体化”牛舍设置一个室内或室外的混凝土饲料通道，在垫床周围设立约1.2 m高的围栏，且设置1～4条用于投喂饲料和机器设备通行的步行通道。牛舍侧墙高约需5 m以上，以便于更好地通风和旋耕机的通行作业。垫床表面的干燥有两种措施：①在牛舍一定的距离设置风扇，气流流向厚垫料的表层助其干燥。②每天用旋耕机进行两次垫料翻抛，将粪便与垫料混合均匀。相比于传统的拴系式或散养式牛栏，堆肥式发酵床牛舍使牛有更自由的活动区域，同时也可以减少粪肥的储存空间和成本，节省劳动力和粪便处理的成本。

    3.1.2 微生物发酵床的制作 发酵床主要由有机垫料组成，合理的比例配制也能促进微生物的发酵和粪便的快速分解。垫料主要成分为木屑，可以占到50%；其他成分为谷壳、粪便、米糠等，同时加入约0.3%的粗盐有利用于垫料的发酵。将微生物发酵菌剂、米糠、锯屑等按一定比例混合后，加入一定数量的含简单碳源、氮源及微量元素的微生物营养液，混合均匀并调节其含水量达到50%～60%，保证有益菌能够大量繁殖。

    将已翻搅均匀的垫料堆积成1.2～1.3 m高度。堆积过程中，要注意喷水调节，水分保持在50%～60%。堆积后，外围用麻袋铺盖，以利于发酵。发酵注意温度控制，第2天温度要在45 ℃以上，以后温度将保持在50～70 ℃。因为50 ℃的高温不会伤害反而有利于乳酸菌、酵母菌、光合作用细菌等益生菌的繁殖。发酵时间4～7 d（与外界气温有关），经过发酵就可制成供发酵床用的有机垫料。

    3.2 异位发酵

    异位生物发酵床综合治污技术是针对原位发酵床存在的弊端而进行的技术改良。是发酵床与畜禽养殖分离的模式对养殖废弃物进行处理，将养殖舍产生的粪尿转运至外建垫料发酵舍，再利用微生物菌群进行生物降解处理。异位生物发酵床主要由发酵槽、发酵垫料、发酵微生物接种剂、翻堆装备、粪污管道、防雨棚等组成。粪污的降解过程以好氧发酵为主导并且有厌氧发酵和兼性厌氧发酵。在降解处理中，翻抛机还会对发酵床进行翻抛，使垫料与粪尿混合充分，使微生物菌种发生作用，使粪污及时、充分地分解，转化生成生物高效的有机肥或者进行垫料的二次使用。与传统养殖方式相比， 异位生物发酵床综合治污技术真正实现了养殖无排放、无污染、无臭气的零排放清洁生产。

    3.3 异位微生物发酵床的技术优点

    异位发酵床异于原位发酵床的优点， 即在解决固粪的同时利用微生物发酵升温持续有效地控制处理废水， 避免了原位发酵床中由于牛场废水量大且超过发酵床自身的消纳能力而引发的床体内部污染并“死床”的问题。①较好地解决了养殖对环境的污染。利用特种微生物迅速有效地降解、消化粪污中的有机化合物。最终转化为CO2和H2O，通过蒸发，排入大气，从而没有任何废弃物排出养殖场，真正达到养殖零排放的目的。②从社会效益來看，粪尿经发酵床垫料发酵后能提高肥效，还田后还能增加土壤的有机质， 减少了化肥的使用；同时由于发酵，杀死了垫料和粪尿中的大部分病原体和寄生虫，大大地减少了农药的施用，有效保护了土壤环境，提高了农作物的生物安全。③变废为宝，场外垫料工艺使用的垫料一般可连续使用2～3年，由于垫料有较好的散落性，又是十分优质的有机肥，对土壤改造有良好的作用，2～3年可将其装包出售。发酵床内的垫料产生的有机质的含量可高达35%以上，经加工可制成高端有机肥，既可替代食用菌栽培料生产食用菌，同时还可用于作物生产。

    异位发酵床技术作为一种新型环保技术为养殖业开辟了新的健康养殖途径，其具有的成本低、耗料少、效益高、操作简单、发酵过程动态持续等优点，实现了资源的综合循环利用， 具有广阔的应用前景。

    参考文献：

    [1] 中华人民共和国环境保护部，中华人民共和国国家统计局，中华人民共和国农业部.第一次全国污染源普查公报[N].人民日报，2010-02-10（16）.

    [2] 王志强，沈晓昆.日本的发酵床养猪技术[J].世界农业，2004（2）：50-51.