微生物发酵床养猪技术研究进展

微生物发酵床养猪技术研究进展宋泽琼，蓝江林，刘波*，林娟（1.福建省农业科学院农业生物资源研究所，福建福州350003；2.福州大学，福建福州350108）摘要：本文从微生物发酵床养猪技术的概念和发酵床的微生物特性、微生物群落结构分布、挥发性气味物质及其发酵程度等多个方面阐述了国内外微生物发酵床养猪的研究进展，提出了微生物发酵床养猪今后重点解决的问题和可以研究的方向。关键词：发酵床；微生物生物量；磷脂脂肪酸；气味物质；发酵程度AdvancesinResearchesofMicrobialFermentationBedinPigFarmingSONGZe-qiong,LANJiang-lin,LIUBo,LINJuan-juan(1.AgriculturalBioresourceResearchInstitute,FujianAcademyofAgriculturalSciences,Fuzhou350003,China;2.CollegeofBiologicalScienceandTechnology,FuzhouUniversity,Fuzhou350108,China)Abstract:Keywords:养猪是我国农业生产的重要组成部分，是农民增收致富的重要手段，猪肉年产量5000万吨左右，居世界第一。据农业部统计，2011年10月全国生猪存栏4.71亿头。然而，在养猪业迅猛发展的同时，养猪粪污排泄造成的环境污染问题成为阻碍我国生猪产业可持续发展的重要因素。而目前养猪粪污处理主要采用的物理学方法、自然净化法以及生物学方法由于存在耗能大、占地面积多、消纳时间长以及残渣二次污染等，都无法从根本上解决污染问题。微生物发酵床养猪技术是是根据微生态理论，利用微生物原位发酵控制技术，分解、消纳养殖排泄废弃物，从源头上控制畜禽养殖造成的环境污染，达到环保畜禽养殖的目的。该技术在许多省市地区进行推广应用，取得了较理想的效果。本文从微生物发酵床养猪技术的概念和发酵床的微生物特性、微生物群落结构分布、挥发性气味物质及其发酵程度等多个方面阐述了国内外微生物发酵床养猪技术的研究进展。1微生物发酵床养猪技术微生物发酵床养猪技术又称自然养猪法、环保养猪法、懒汉养猪法、生态养猪技术、零污染养猪技术，源自日本，国外称为：Pigonlitter、breedingpigonlitter[4-6]、deep-litter-system[7,8]、insitudecompostionofmanure和bio-bedSystem[9]，从1992年开始，日本鹿儿岛大学的专家教授对发酵床养猪技术进行系统研究，形成了较为完善的技术规范[10]。具体是根据微生态理论和生物发酵理论，从土壤或样品中筛选功能微生物菌种，通过特定营养剂的培养形成土著微生物原种，将原种按一定比例掺拌锯末、谷壳、木屑等材料，然后控制一定的条件让其发酵成优势群落，最后制成有机垫料。将这些垫料在猪舍铺设成一定厚度的发酵床，利用生猪拱翻的生活习性，使垫料和猪粪尿充分混合，通过微生物的分解发酵，使猪粪尿中的有机物质得到充分的分解和转化[3，11]，最终达到降解、消化猪粪尿，除去异味和无害化的目的，是一种无污染、零排放的新型环保养猪技术。收稿日期：基金项目：无害化养猪微生物发酵床工程化技术研究与示范（2010GB2C400220）；微生物发酵床垫料资源化利用技术研究及示范（2010R1020-1）；福建省财政专项-福建省农业科学院科技创新团队建设基金（STIF-Y03）。作者简介：宋泽琼（1987-），女，福建省宁德市人，硕士研究生，从事应用微生物研究。E-mail：[e-mail]通讯作者：刘波E-mail：[e-mail]与传统养猪模式相比，微生物发酵床养猪技术结合了微生物技术、发酵技术及畜禽养殖技术，有许多优点：（1）微生物发酵床养猪技术利用垫料里活性有益微生物进行发酵，猪的排泄物被这些微生物作为营养迅速降解、消化，不再需要冲洗粪污，从而减少废弃物向外排放，猪舍内无臭味，可减少氨、氧化亚氮、硫化氢和吲哚等臭味物质产生和挥发[12]；（2）微生物发酵床猪舍为全开放猪舍，发酵床垫料非常松软，适应猪只翻拱的自然生活习性，改善了猪的生活环境，提高了猪场的卫生水平[13]。相对传统养猪模式中猪只能在有限的环境活动，并需要自动化的通风设备，漏缝地板和液体肥料处理系统等缺点而言，发酵床养猪是自然式的通风，能容纳的猪只数量更多，且每只猪的活动空间更大[14]。（3）猪舍内通风透气，温湿度均适宜猪的生长，与传统养猪法相比，发酵床的猪花在站立、拱翻等运动上的活动时间更多，机体抵抗力增强[15]。猪只发病减少，特别是呼吸道和消化道疾病的发生，从而大大减轻了因饲养规模扩大而导致的疾病增多。减少抗生素、抗菌性药物的使用，饲料转化率提高，料肉比进一步降低，猪肉品质大大提高，生产出真正意义上的有机猪肉；（4）猪粪尿与垫料的混合物在微生物的作用下迅速发酵分解，产生热量，中心温度可达40-50℃，表层温度能长期维持在25-30℃，能很好的解决猪舍的冬季保温难题，节约了能源；（5）由于微生物发酵床养猪技术不需要用水冲猪舍，可节约大量用水，不需要每天清除粪便，采用自动给食、自动饮水技术等众多优势，一个人可同时饲养几百头猪只，节省人力资源，生猪体内无寄生虫、无需治病，节省药品费用，因此在现代化规模养猪场中运用该项技术，经济效益将十分明显。2微生物发酵床垫料的研究近二十年来，许多学者及农牧畜业的技术人员对微生物发酵床养猪模式进行了大量研究，主要集中在微生物发酵床养猪的基本原理、工艺流程、适宜的猪舍条件、菌种采集、垫料制作、发酵床制备、微生态制剂的使用及日常发酵床的管理、发酵床益生菌鉴定等方面。施光华等[16]研究了土壤微生物发酵床养猪技术的要点及优点；樊志刚等[17]、陈绿素等[18]、刘卫林等[19]均研究了微生物发酵舍养猪的技术原理及优点。在我国上世纪90年代，在中国部分省市开展了发酵床养猪技术的实验示范[20]，肖泸燕等[21]通过对生物发酵零排放养猪技术的深入介绍与分析，得出该技术的优势所在，并对其潜在问题进行思考，为今后该技术的应用推广提供理论依据；王少华等[22]报道了山东省沂南县某养猪公司采用日本生物发酵舍环保节能无公害养猪新技术，将猪舍演变为物质不断循环利用、生态系统良性循环的绿色工厂，从源头上解决了污染问题。由于微生物发酵床养猪是一种无污染、零排放的有机农业技术，因此许多养猪户一直不敢使用常规消毒药对发酵床进行消毒，生怕影响微生物降解能力而造成死床，王振玲等[23]采用二氧化氯和威特消毒王两种消毒药对发酵床消毒后，通过垫料中的微生物菌落总数的变化，观察消毒药对发酵床微生物的影响，结果表明这两种消毒药对0cm，-5cm，-15cm三个层面的垫料菌数有些影响，但经48h后细菌数量随着时间的延长开始增长，如果观察到垫料对粪便降解能力下降，可及时喷洒营养剂缓解或清除垫料表层。虽然发酵床养猪有许多优点，但是近年来人们逐渐发现它在生产中也存在一些弊端，梁桂[24]对此做了相关研究，发现发酵床垫料主要采用锯末，需求量大，若大规模推广发酵床养猪，会使市场供应不足；由于垫料中存在发酵菌种，病猪必须隔离治疗，一旦暴发疾病，将很难控制；发酵床中的温度（约40℃-70℃）并不能彻底杀灭病原菌，此外垫料可以维持使用的时间限度说法不一等。“发酵床”是填入垫料池中垫料原料的总称，它是微生物发酵床养猪法中的核心技术之一，Wirth[25]认为，好的垫料应该是价廉易得，它能使动物安乐、舒适，吸水、吸氨气性能强，粉尘少，有害有毒物质少，粪尿不易腐败。杨旭等[26]探讨了常用实验动物垫料刨花、玉米芯以及再生纸的物理性能、卫生标准及细胞毒性作用，结果表明刨花和玉米芯等农业副产品可以作为实验动物垫料。李宝龙等[27]根据国家标准的要求，阐述了实验动物垫料种类、质量控制和主要评价指标。周开锋等[28]研究了零污染养猪垫料池的建设、垫料原料的选择。福建洛东生物技术有限公司等[29]从日常时间、夏季、猪出栏后、妊娠舍、分娩舍等不同时期研究了发酵床垫料的管理。应三成等[30]对不同使用时间和类型的生猪发酵床垫料中的22个有机和无机成份进行了测定分析，结果表明废弃垫料不能直接用作有机肥还田。Morrison等[14]研究发现，微生物发酵床养猪后的垫料废弃物可以作为天然的肥料；但是有些养猪厂的记录显示与传统家养的猪相比，在发酵床上的猪从2周龄长到可以宰杀的过程中出现了大量问题[31,32]，如发酵床的猪只的饲料转化效率降低了10%（饲料:收益），且可能产生1-2mm的背膘[33]。发酵床垫料管理的好坏不仅关系到垫料使用的年限，而且会影响猪群的健康状况和饲养效果[34]，其中垫料的含水率、翻动、温度、填充料的选择等是发酵床运行良好的重要因素[35]，在堆肥过程中，适宜的起始含水率为50%-60%，当垫料水分含量小于40%时，有机物难以分解，不利于微生物生长[36]。微生物发酵床养猪体系中，垫料发酵水平的控制是垫料管理的核心，如何使猪的排泄物与垫料的处理能力达到平衡对发酵床养猪非常关键。由于地区和操作过程的差异，有些猪场垫料的发酵效果并不理想，存在发霉、发酸、不发酵的现象，直接导致发酵的失败，造成人力、物力的大量浪费，甚至会造成猪只的中毒现象。许多学者在发酵床气味控制、培养基调控、营养元素分解进行了大量的研究。Groenestein等[37]在混合肥料和锯屑的微生物发酵过程中，每周测定发酵床温度、湿度、pH值、尿素、氨气、亚硝酸盐、氟化物、氧化还原电位数、可溶性和不溶性蛋白质和锯屑颗粒大小的变化，发现垫料发酵水平直接影响着发酵床的猪粪降解、臭气分解、物质转化、病原菌防控。Chan等[12]研究发现要使垫料发酵成功，其湿度必须维持在50%左右，具有较高的pH值和较低的尿素、氨气和亚硝酸盐，但是不溶性蛋白质和硫酸盐含量较高，从而可知管理得当的发酵床垫料有利于控制恶臭气体的产生。Tiquia等[9]研究发现发酵不成功的垫料循环回收利用于农业土壤中，会产生危害植物的毒性物质影响种子发芽、农作物的生长。Tam等[4]研究发现使用时间较久的养猪发酵床垫料含有高浓度的有机碳和营养素，其传导率、Cu、Zn的含量也更高。3发酵床的微生物特性研究3.1发酵床的微生物种类的研究目前，不少学者对微生物发酵床养猪中发酵床的微生物进行了研究，张庆宁等[38]从生态养猪模式的发酵床中分离纯化到14株优势好氧细菌，这些菌株在猪粪和垫料组成的发酵床生长优势强，耐发酵高热，能产生多种与猪粪降解相关的酶类，除臭效果明显，对某些病原菌具有抑制作用，对猪安全并有促进生长的功能。刘让等[39]通过实验室和野外采集样本，分别获得1株地衣芽孢杆菌、3株蜡样芽孢杆菌、1株短小芽孢杆菌、1株乳酸杆菌，研究得到这6株菌对大肠杆菌、葡萄球菌均有不同程度的抑制作用，且动物试验安全，为生态养猪提供了发酵菌种。大肠菌群是关系到食品安全的主要微生物，根据畜禽粪便无公害化处理技术的要求，栾炳志[1]研究了微生物垫料在发酵进行的过程中大肠菌群值均在104/100g范围之内，达到了GB7959－87中规定的无公害化，维持垫料适当高温是抑制大肠杆菌的有效手段，在厚垫料养猪生产中粪便不断排入到垫料中，垫料发酵也能持续进行，大肠菌群可以得到有效抑制，由此可以看出厚垫料养猪所得到的猪肉产品在对食品安全方面造成严重威胁的大肠菌群方面不存在问题。3.2发酵床的微生物生物量的研究在微生物发酵床的发酵过程中，猪粪尿排泄在垫料上，自然发酵不断进行，微生物在发酵进程中发挥着重要作用，微生物的种类和数量的变化影响着发酵床的运行状况，其过程与禽畜粪便堆肥的腐熟过程有许多相似之处，凌云等[40]研究发现，在禽畜粪便堆肥过程中，发酵床里细菌的数量最多，在不同堆肥温度时期各微生物的数量有不同的变化，如升温期各种微生物数量均增加，高温期只有高温细菌和高温放线菌的数量继续上升，在腐熟期细菌数量下降，而放线菌和霉菌数量明显上升，发酵床的