飼料微生物發酵床養豬場設計與應用
導 讀
微生物發酵床是利用微生物發酵技術，在豬舍中鋪設谷殼、鋸末、秸稈、椰糠等有機物墊料，添加微生物菌劑，使用微生物對有機物墊料和豬的糞便進行發酵、降解，從而免去豬舍沖洗過程，控制豬糞等污物的排放，達到無臭味、無公害、環保的目的，提高豬的免疫力和生產性能，為豬的健康、生態生產及高效養殖創造良好條件，有效增加養豬業的經濟、生態、社會效益。
微生物發酵床養豬發展至今，出現了：(1)原位微生物發酵床(in situ fermentation bed)，利用農業副產物，如谷殼、鋸末、秸稈、椰糠等配方形成有機物墊料，鋪滿豬舍，豬養殖其上，糞便排在墊料上，通過微生物分解消納，實現無臭味、零排放；(2)異位微生物發酵床(displaced fermentation bed)，在傳統豬舍的周圍，建造一個獨立的微生物發酵床，鋪設有機物墊料，將豬舍的排泄物引導到異位微生物發酵床內，通過翻堆機將排泄物與發酵墊料混合，進行發酵，消納糞污，消除臭味；(3)高位微生物發酵床(separated fermentation bed)，高位微生物發酵床基本原理是：選擇墊料組合(常用的墊料原料有鋸末、秸稈、稻殼等)制成微生物發酵床，在發酵床床體上方2m鋪設漏縫地板，豬不直接接觸發酵床，在漏縫地板上進行生豬養殖，豬通過漏縫地板將糞尿直接排放在下面的發酵床里，經發酵床里有益微生物菌落的發酵，翻料機等機械翻耙，豬糞尿和墊料充分混合并得到高效的分解和轉化，不再需要對豬的糞尿排泄物進行人工清理、沖洗，墊料使用3年后，廢棄墊料生產優質有機肥，真正實現糞污零排放和資源循環再利用；(4)飼料微生物發酵床(feed fermentation bed)，就是本文設計的新型微生物發酵床，它是利用豬可飼性農業副產物為墊料，鋪滿豬舍，豬養其上，糞便排泄其上，糞便作為可飼性墊料的補充氮源，與飼料墊料一同發酵，形成發酵飼料，豬取食發酵飼料墊料，外加補充飼料，豬可健康生長，形成無臭味、無排放、無清理，循環利用的飼料發酵床。
1 發酵床豬舍設計
飼料微生物發酵床豬舍的設計與原位微生物發酵床的設計類似。以200 m2的飼料微生物發酵床豬舍為例，豬舍的長20 m，寬10 m，肩高3.5 m，頂高4.5 m。發酵床周圍留1 m走道，留1 m的飲水臺。發酵床沿著飲水臺建造。墊料深度50 cm，比原位微生物發酵床略淺，有利于飼料發酵床的管理。飼料可以通過人工和自動飼喂機直接投放到飼料墊料上。該豬舍的基本構造設計見圖1～3。
2 發酵床墊料選擇
飼料發酵床墊料不僅作為消納豬糞的基質，同時作為發酵飼料的基質原料，因此墊料應具有豬的可飼性。經過發酵可被豬飼用的材料，如菌糠、菇柄、麥皮、豆粕、油粕、酒糟、谷殼粉，秸稈粉等農業副產物可作為發酵床的墊料原料。而經發酵不可被豬飼用的原料，如鋸糠、椰糠等，不能作為飼料發酵床的墊料原料。
作為飼料發酵床墊料的原料，一般來源于農副產品加工的下腳料，對于豬來說具有可飼性，具有豐富的營養。通常，C／N比與可飼性成反比，C／N比低可飼性好，反之亦然。C／N比約為20或低于20的原料作為豬飼料較好，如菌糠(C／N=20)，豆秸(20.4)，麥麩(20.3)，米糠(19.8)，馬糞(21.1)，牛糞(21.7)，豬糞(12.6)，雞糞(10)，酒糟(8)，豆餅(6.7)，花生餅(7.6)，菜籽餅(9.8)等，經過微生物發酵都可以作為豬的飼料；C／N比高的原料，經過發酵腐熟也可以作為豬飼料，如稻草(58.7)，麥秸(96.9)，玉米粒(97.3)，玉米芯(88.1)，棉籽殼(27.6)，甘蔗渣(84.2)等原料，常見豬可飼性墊料見表1。
3 發酵床墊料配方
一般五谷雜糧作物的莖稈籽粒如稻稈、稻殼、玉米稈、玉米芯、花生殼、雜草等的碳氮比都很高，可以達到60～100：1；豆科作物的莖稈、豆粕、花生粕、菜籽油粕等的碳氮比都較小，碳氮比為15～20：1之間。碳氮比大的有機物分解利用較困難或速度很慢。因為微生物自身的碳氮比大約是5：1，因此，當微生物分解有機物時，同化5份碳時，約需要同化1份氮；而在同化1份碳時，需要消耗5份有機碳來取得能量，所以微生物吸收利用1份氮時需要消耗利用25份有機碳。也就是說，微生物對有機質的正當分解的碳氮比的25：1。如果碳氮比過大，微生物的分解作用就慢。所以在配制飼料墊料時，考慮到碳氮比的搭配，一般配制的墊料碳氮比可以考慮在40~60：1之間，所缺乏的氮源可以通過豬糞的補充來彌補。
飼料墊料配方一：稻殼粉50％、蘑菇菌糠49％、酒糟1％、芽胞桿菌發酵劑0.1％、食鹽(2 kg)、適量礦物質和微量元素、適量；配方二：玉米芯粉50％、杏孢菇菌糠40％、糖渣10％、芽胞桿菌發酵劑0.1％、食鹽(2 kg)、適量礦物質和微量元素；配方三：花生殼粉50％、金針菇菌糠49％、豆粕1％、芽胞桿菌發酵劑0.1％、食鹽(2 kg)、適量礦物質和微量元素。根據配方備料，將各種原料混合攪拌，加入食鹽(2 kg)、礦物質、微量元素、芽胞桿菌發酵劑，邊攪拌邊添加水分，使濕度達到45％，填入發酵床發酵5 d，進豬飼養。
4 發酵床墊料管理
豬群養殖在飼料微生物發酵床上，其糞便排泄在飼料墊料上，既可以補充飼料氮源，通過豬群翻拱攪拌、混合發酵而提高飼料墊料的發酵水平，又可以保存健康豬群腸道糞菌群落，作為飼料墊料微生物添加，提供給豬群取食，消除了豬糞臭味。同時，當豬群集中在某一位置排便時，需通過人工分散；根據墊料發酵情況，及時通過翻耕、調整通氣量、補充水分，保持墊料濕度為45％左右。
飼料微生物發酵床墊料的管理與原位微生物發酵床墊料管理具有相似的地方，即保持墊料的濕度(45％)和維持通氣量(經常性翻耕)，一般每3 d將飼料發酵床表面墊料翻鈀1次，豬的日?；顒臃坝兄趬|料的疏松。飼料發酵床需要添加一定量的豬糞作為補充氮源，豬的密度與豬糞添加量有關，當豬小的時候(20 kg以下)，豬糞排泄量少，養殖密度可以大點，每平方米4頭小豬；當中豬時(20～50kg)，豬糞排泄量增加，養殖密度可以小點，每平方米2頭中豬；當大豬時(50～100 kg)，豬糞排泄量大，養殖密度要降低，每平方米1頭大豬。
豬養殖在飼料墊料上，其糞便排泄在飼料墊料上，作為飼料墊料氮源的補充，迅速作為墊料的一部分參與發酵，使得飼料墊料碳氮比(初始為40～60：1)在增加豬糞后趨向于適合微生物發酵合理的比例25：1，同時有利于豬糞和飼料墊料的發酵。發酵后的飼料墊料就成為豬的發酵飼料，反過來為豬被食用。豬糞排泄不均勻，除了豬的翻拱可以分散一部分豬糞外，還需人工處理，將集中的豬糞均勻地分散在墊料中，提供飼料墊料的發酵能力；當發酵飼料被取食而下沉，要及時地補充飼料墊料原料。發酵床墊料中的發酵飼料可以提供豬飼料的30％，其他所需的70％飼料可以通過添加正常飼料來補充，飼料可以直接撒在飼料發酵床上供豬取食。
5發酵床養豬實施飼料
微生物發酵床養豬技術，在漳州薌城區已經示范2年，由傳統豬舍改造而來(圖4)；在漳州南靖縣已經示范1年，按本文標準新建豬場200 m2，均取得良好的效果。飼料微生物發酵床的墊料深度為60 cm，飼料墊料由食用菌糠(50％)、谷殼粉(15％)、玉米芯粉(10％)、酒糟(5％)、木薯粉(10％)、地瓜粉渣(10％)等組成，同時，加入少許紅糖、食鹽，并接入芽胞桿菌發酵劑1％。攪拌均勻，用水調整其濕度到45％，鋪入發酵床中發酵7d，待發酵床表面溫度降低到40℃以下時，豬群可入欄。
示范從保育豬入欄開始，飼料發酵床墊料表面溫度維持在30～40℃，按1頭／m2密度飼養。補充飼料直接投放在飼料發酵床上，使用量為正常投放量的70％，每天投放飼料3次。豬群取食飼料、發酵墊料，排便在飼料墊料上。飼養過程管理的主要任務是補充投放飼料，分散墊料豬糞，維持墊料濕度、翻耕飼料墊料。育肥豬養殖過程無需使用化學藥物和抗生素，豬群健康，生長快速，節省飼料，消除污染。養殖30 d內，豬的平均初重36.4 kg，末重為59.5 kg，料肉比達2.7：1，均勻度良好，無死亡。發病率為5％，主要表現為發燒，精神沉郁，食欲低下，經治療均康復或自然康復。
6 討論
飼料微生物發酵床具有發酵飼料的功能。飼料微生物發酵床，將豬可飼性原料作為含碳原料，豬糞作為含氮原料，促進墊料發酵轉化為發酵飼料，提供給豬取食。飼料微生物發酵床含有豐富的微生物(每克超過7千種微生物)，可飼性墊料和豬糞經發酵，消除了臭味和豬糞有毒物質，形成營養豐富的發酵飼料，這種發酵飼料能夠替代30％的豬飼料，降低飼養成本，實現豬糞循環利用，達到養殖污染的零排放。胡彩虹等研究了豬糞便細菌群作用下3-甲基吲哚(糞臭素)和吲哚形成，結果表明：在豬大腸菌群作用下L-色氨酸既能直接降解形成吲哚，又能經吲哚-3-乙酸再形成糞臭素，通過改變環境的pH可以調節色氨酸降解為糞臭素和吲哚的相對產量，消除養豬過程中的臭味。英、美、日、加、西德等國都在從事畜禽糞飼料化研究。國內也有相關研究，趙志龍等開展豬糞發酵飼料喂豬的研究，豬糞發酵料配方為豬糞480.0 kg，米糠100.0 kg，麩皮120.0kg，谷殼粉100.0 kg，菌種1.25 kg，將上述配料攪拌均勻，濕度30％～40％，將料裝入發酵槽內形成優質豬飼料。鄧百萬等[113利用食用菌菌種對豬糞進行發酵生產飼料，以滑菇為菌種進行豬糞發酵生產飼料，菌絲生長速度快，菌絲致密且粗壯發達，發酵時間短，對豬糞的除臭效果較好，其發酵飼料的蛋白質、脂肪、總糖含量分別達18.9％、0.77％、16.14％，營養豐富，為豬糞的綜合利用開辟了一條新路。
飼料微生物發酵床提供糞菌移植的環境。豬糞一方面提供了發酵氮源，促進飼料發酵，另一方面提供了健康豬腸道糞菌群落，通過豬群取食發酵飼料，“移植”到豬群腸道，達到“糞菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)”的效果。腸道微生物生態系統是哺乳動物體內最復雜和最大的微生態系統，腸道菌群種類多達1 000余種，細菌總數多達100×10^12個，是宿主細胞數量的10倍。其主要由厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門構成，其中嚴格厭氧菌的數量比兼性厭氧菌和需氧菌多2～3個數量級。不同個體消化道中存在主導菌群，采用宏基因組學高通量測序方法可劃分為擬桿菌屬（Barteroides)型、普氏菌屬(Prevotella)型、瘤胃球菌屬(Ruminococcus)型三種不同的“腸菌類型”。
關于“糞菌移植”國內外有過大量的報道，奧地利維也納醫科大學內科胃腸病學和肝臟病學的Angel Berger等人在5名患有潰瘍性結腸炎的患者應用糞菌移植方法進行治療，并在移植術后不同時間點比較糞便中細菌的組成，結果證實具有抗炎并產生短鏈脂肪酸作用的普拉梭菌(Faecalibacteriumusnitzii)、卵形擬桿菌(Bacteroidesovatus)等在患者體內成功定植，這是治療炎癥性腸道疾病成功的標志。隨后，FMT用于難治性腸病的挽救治療；于2013年納入難辨梭菌(Clostridium difficile)感染的臨床治療指南；用于自閉癥的治療；在其他腸外疾病如難治性難辨梭狀桿感染、炎癥性腸病、腹瀉型和便秘型腸易激綜合征的治療。李運喜等研究表明，無特定病原(SPF) 雞糞菌移植的發酵床養殖模式下，肉雞生產性能和發育性能均高于傳統普通的地面平養模式，而且大腸桿菌抗藥性有降低趨勢。飼料微生物發酵床通過對墊料和豬糞的發酵，保存了健康豬群糞菌群落，“添加”到發酵飼料內，豬群通過取食，建立豬群腸道微生物平衡，提高豬群抗病能力，促進健康生長。
飼料微生物發酵床實現資源高效的利用。我國養殖業的飛速發展，在為人類提供豐富的肉、蛋、奶類產品的同時，也產生了大量的糞便。我國每年產生畜禽糞便26×10^8 t，是世界上農業廢棄物產出量最大的國家，畜禽糞便化學耗氧量的排放量已達7.12×10^7 t，遠遠超過工業廢水與生活污水的排放量之和。畜禽糞便的大量排放，對人類和其他生物一級畜禽自身生存環境的污染愈來愈嚴重。隨著養殖業的不斷發展，畜禽飼料短缺的問題越來越嚴重。因此，開發利用非常規飼料來添補常規飼料的不足是一個重要的發展方向。任何畜禽糞便都是由未消化的飼料養分、體內代謝產物、消化道黏膜、分泌物、腸道微生物及其分解產物等共同組成，畜禽糞便含有大量未消化的蛋白質、B族維生素、礦物質元素、粗脂肪和一定數量的碳水化合物，通過發酵可以實現循環利用。發酵飼料微生物是由光合細菌、放線菌、酵母菌、乳酸菌等80余種有益微生物復合培育而成的多功能菌群，在農林、畜牧、環保等領域有著廣泛的應用。能利用畜禽糞便中未降解物質如粗纖維、粗蛋白、粗脂肪、木質素、干物質、鈣、磷等合成大量的蛋白質、氨基酸、糖類等營養物質，分泌維生素、消化酶等多種生物活性物質，能抑制糞便中的病原菌。畜禽糞便的再利用及喂飼家畜最早源于20世紀80年代的雞糞喂豬技術。研究者根據豬、牛有舔食雞糞的自然現象，通過對雞糞的理化性質、營養組成分析。消化、飼養試驗，篩選出雞糞處理的最佳技術方法，現在雞糞已可以作為豬的飼料，并在生產中得到了一定的推廣和利用。
隨著我國畜牧業的蓬勃發展，生產規?；?、集約化趨勢越來越明顯，在給人類提供豐富的畜禽產品同時，由于規?；B殖場的畜禽糞便和污水多不處理直接用作肥料，某些地區甚至直接排入江河，造成嚴重的環境污染，如何合理處理畜禽糞便關系著畜牧業的健康發展。畜禽糞便并非完全是不可利用的廢物，糞便中有一部分營養物質能被動物直接再吸收，還有一部分物質可通過處理再被動物吸收。該文從畜禽糞便的一種利用方式——飼料化利用，即從畜禽糞便的營養價值、飼料化利用途徑、飼料化利用的效果、飼料化利用的安全性四個方面對畜禽糞便飼料化利用進行了闡述。飼料微生物發酵床，將豬可飼性墊料添加豬糞進行發酵，消除豬糞臭味和毒素，提供豬群發酵飼料，無需清理豬糞，簡化了發酵床管理，一方面提高了農業副產物的循環利用，另一方面實現了養豬污染的零排放綜合治理。
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