飼料微生物發(fā)酵床養(yǎng)豬場設計與應用
導 讀
微生物發(fā)酵床是利用微生物發(fā)酵技術(shù)，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(fā)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(huán)保的目的，提高豬的免疫力和生產(chǎn)性能，為豬的健康、生態(tài)生產(chǎn)及高效養(yǎng)殖創(chuàng)造良好條件，有效增加養(yǎng)豬業(yè)的經(jīng)濟、生態(tài)、社會效益。
微生物發(fā)酵床養(yǎng)豬發(fā)展至今，出現(xiàn)了：(1)原位微生物發(fā)酵床(in situ fermentation bed)，利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)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(yǎng)殖其上，糞便排在墊料上，通過微生物分解消納，實現(xiàn)無臭味、零排放；(2)異位微生物發(fā)酵床(displaced fermentation bed)，在傳統(tǒng)豬舍的周圍，建造一個獨立的微生物發(fā)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(fā)酵床內(nèi)，通過翻堆機將排泄物與發(fā)酵墊料混合，進行發(fā)酵，消納糞污，消除臭味；(3)高位微生物發(fā)酵床(separated fermentation bed)，高位微生物發(fā)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(fā)酵床，在發(fā)酵床床體上方2m鋪設漏縫地板，豬不直接接觸發(fā)酵床，在漏縫地板上進行生豬養(yǎng)殖，豬通過漏縫地板將糞尿直接排放在下面的發(fā)酵床里，經(jīng)發(fā)酵床里有益微生物菌落的發(fā)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(zhuǎn)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(chǎn)優(yōu)質(zhì)有機肥，真正實現(xiàn)糞污零排放和資源循環(huán)再利用；(4)飼料微生物發(fā)酵床(feed fermentation bed)，就是本文設計的新型微生物發(fā)酵床，它是利用豬可飼性農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物為墊料，鋪滿豬舍，豬養(yǎng)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(fā)酵，形成發(fā)酵飼料，豬取食發(fā)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(huán)利用的飼料發(fā)酵床。
1 發(fā)酵床豬舍設計
飼料微生物發(fā)酵床豬舍的設計與原位微生物發(fā)酵床的設計類似。以200 m2的飼料微生物發(fā)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(fā)酵床周圍留1 m走道，留1 m的飲水臺。發(fā)酵床沿著飲水臺建造。墊料深度50 cm，比原位微生物發(fā)酵床略淺，有利于飼料發(fā)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(gòu)造設計見圖1～3。
2 發(fā)酵床墊料選擇
飼料發(fā)酵床墊料不僅作為消納豬糞的基質(zhì)，同時作為發(fā)酵飼料的基質(zhì)原料，因此墊料應具有豬的可飼性。經(jīng)過發(fā)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(nóng)業(yè)副產(chǎn)物可作為發(fā)酵床的墊料原料。而經(jīng)發(fā)酵不可被豬飼用的原料，如鋸糠、椰糠等，不能作為飼料發(fā)酵床的墊料原料。
作為飼料發(fā)酵床墊料的原料，一般來源于農(nóng)副產(chǎn)品加工的下腳料，對于豬來說具有可飼性，具有豐富的營養(yǎng)。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(jīng)過微生物發(fā)酵都可以作為豬的飼料；C／N比高的原料，經(jīng)過發(fā)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(fā)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(zhì)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(fā)酵劑0.1％、食鹽(2 kg)、適量礦物質(zhì)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(fā)酵劑0.1％、食鹽(2 kg)、適量礦物質(zhì)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(fā)酵劑0.1％、食鹽(2 kg)、適量礦物質(zhì)和微量元素。根據(jù)配方備料，將各種原料混合攪拌，加入食鹽(2 kg)、礦物質(zhì)、微量元素、芽胞桿菌發(fā)酵劑，邊攪拌邊添加水分，使?jié)穸冗_到45％，填入發(fā)酵床發(fā)酵5 d，進豬飼養(yǎng)。
4 發(fā)酵床墊料管理
豬群養(yǎng)殖在飼料微生物發(fā)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(fā)酵而提高飼料墊料的發(fā)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(jù)墊料發(fā)酵情況，及時通過翻耕、調(diào)整通氣量、補充水分，保持墊料濕度為45％左右。
飼料微生物發(fā)酵床墊料的管理與原位微生物發(fā)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(jīng)常性翻耕)，一般每3 d將飼料發(fā)酵床表面墊料翻鈀1次，豬的日常活動翻拱有助于墊料的疏松。飼料發(fā)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(guān)，當豬小的時候(20 kg以下)，豬糞排泄量少，養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)殖密度要降低，每平方米1頭大豬。
豬養(yǎng)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(fā)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(fā)酵合理的比例25：1，同時有利于豬糞和飼料墊料的發(fā)酵。發(fā)酵后的飼料墊料就成為豬的發(fā)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(fā)酵能力；當發(fā)酵飼料被取食而下沉，要及時地補充飼料墊料原料。發(fā)酵床墊料中的發(fā)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(fā)酵床上供豬取食。
5發(fā)酵床養(yǎng)豬實施飼料
微生物發(fā)酵床養(yǎng)豬技術(shù)，在漳州薌城區(qū)已經(jīng)示范2年，由傳統(tǒng)豬舍改造而來(圖4)；在漳州南靖縣已經(jīng)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(fā)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(fā)酵劑1％。攪拌均勻，用水調(diào)整其濕度到45％，鋪入發(fā)酵床中發(fā)酵7d，待發(fā)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(fā)酵床墊料表面溫度維持在30～40℃，按1頭／m2密度飼養(yǎng)。補充飼料直接投放在飼料發(fā)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(fā)酵墊料，排便在飼料墊料上。飼養(yǎng)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(yǎng)殖過程無需使用化學藥物和抗生素，豬群健康，生長快速，節(jié)省飼料，消除污染。養(yǎng)殖30 d內(nèi)，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(fā)病率為5％，主要表現(xiàn)為發(fā)燒，精神沉郁，食欲低下，經(jīng)治療均康復或自然康復。
6 討論
飼料微生物發(fā)酵床具有發(fā)酵飼料的功能。飼料微生物發(fā)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(fā)酵轉(zhuǎn)化為發(fā)酵飼料，提供給豬取食。飼料微生物發(fā)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(jīng)發(fā)酵，消除了臭味和豬糞有毒物質(zhì)，形成營養(yǎng)豐富的發(fā)酵飼料，這種發(fā)酵飼料能夠替代30％的豬飼料，降低飼養(yǎng)成本，實現(xiàn)豬糞循環(huán)利用，達到養(yǎng)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(jié)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(jīng)吲哚-3-乙酸再形成糞臭素，通過改變環(huán)境的pH可以調(diào)節(jié)色氨酸降解為糞臭素和吲哚的相對產(chǎn)量，消除養(yǎng)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(nèi)也有相關(guān)研究，趙志龍等開展豬糞發(fā)酵飼料喂豬的研究，豬糞發(fā)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(fā)酵槽內(nèi)形成優(yōu)質(zhì)豬飼料。鄧百萬等[113利用食用菌菌種對豬糞進行發(fā)酵生產(chǎn)飼料，以滑菇為菌種進行豬糞發(fā)酵生產(chǎn)飼料，菌絲生長速度快，菌絲致密且粗壯發(fā)達，發(fā)酵時間短，對豬糞的除臭效果較好，其發(fā)酵飼料的蛋白質(zhì)、脂肪、總糖含量分別達18.9％、0.77％、16.14％，營養(yǎng)豐富，為豬糞的綜合利用開辟了一條新路。
飼料微生物發(fā)酵床提供糞菌移植的環(huán)境。豬糞一方面提供了發(fā)酵氮源，促進飼料發(fā)酵，另一方面提供了健康豬腸道糞菌群落，通過豬群取食發(fā)酵飼料，“移植”到豬群腸道，達到“糞菌移植(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)”的效果。腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)是哺乳動物體內(nèi)最復雜和最大的微生態(tài)系統(tǒng)，腸道菌群種類多達1 000余種，細菌總數(shù)多達100×10^12個，是宿主細胞數(shù)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(gòu)成，其中嚴格厭氧菌的數(shù)量比兼性厭氧菌和需氧菌多2～3個數(shù)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(guān)于“糞菌移植”國內(nèi)外有過大量的報道，奧地利維也納醫(yī)科大學內(nèi)科胃腸病學和肝臟病學的Angel Berger等人在5名患有潰瘍性結(jié)腸炎的患者應用糞菌移植方法進行治療，并在移植術(shù)后不同時間點比較糞便中細菌的組成，結(jié)果證實具有抗炎并產(chǎn)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(nèi)成功定植，這是治療炎癥性腸道疾病成功的標志。隨后，F(xiàn)MT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(fā)酵床養(yǎng)殖模式下，肉雞生產(chǎn)性能和發(fā)育性能均高于傳統(tǒng)普通的地面平養(yǎng)模式，而且大腸桿菌抗藥性有降低趨勢。飼料微生物發(fā)酵床通過對墊料和豬糞的發(fā)酵，保存了健康豬群糞菌群落，“添加”到發(fā)酵飼料內(nèi)，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(fā)酵床實現(xiàn)資源高效的利用。我國養(yǎng)殖業(yè)的飛速發(fā)展，在為人類提供豐富的肉、蛋、奶類產(chǎn)品的同時，也產(chǎn)生了大量的糞便。我國每年產(chǎn)生畜禽糞便26×10^8 t，是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)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(yè)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(huán)境的污染愈來愈嚴重。隨著養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，畜禽飼料短缺的問題越來越嚴重。因此，開發(fā)利用非常規(guī)飼料來添補常規(guī)飼料的不足是一個重要的發(fā)展方向。任何畜禽糞便都是由未消化的飼料養(yǎng)分、體內(nèi)代謝產(chǎn)物、消化道黏膜、分泌物、腸道微生物及其分解產(chǎn)物等共同組成，畜禽糞便含有大量未消化的蛋白質(zhì)、B族維生素、礦物質(zhì)元素、粗脂肪和一定數(shù)量的碳水化合物，通過發(fā)酵可以實現(xiàn)循環(huán)利用。發(fā)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(nóng)林、畜牧、環(huán)保等領(lǐng)域有著廣泛的應用。能利用畜禽糞便中未降解物質(zhì)如粗纖維、粗蛋白、粗脂肪、木質(zhì)素、干物質(zhì)、鈣、磷等合成大量的蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類等營養(yǎng)物質(zhì)，分泌維生素、消化酶等多種生物活性物質(zhì)，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(shù)。研究者根據(jù)豬、牛有舔食雞糞的自然現(xiàn)象，通過對雞糞的理化性質(zhì)、營養(yǎng)組成分析。消化、飼養(yǎng)試驗，篩選出雞糞處理的最佳技術(shù)方法，現(xiàn)在雞糞已可以作為豬的飼料，并在生產(chǎn)中得到了一定的推廣和利用。
隨著我國畜牧業(yè)的蓬勃發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模化、集約化趨勢越來越明顯，在給人類提供豐富的畜禽產(chǎn)品同時，由于規(guī)模化養(yǎng)殖場的畜禽糞便和污水多不處理直接用作肥料，某些地區(qū)甚至直接排入江河，造成嚴重的環(huán)境污染，如何合理處理畜禽糞便關(guān)系著畜牧業(yè)的健康發(fā)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(yǎng)物質(zhì)能被動物直接再吸收，還有一部分物質(zhì)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(yǎng)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(fā)酵床，將豬可飼性墊料添加豬糞進行發(fā)酵，消除豬糞臭味和毒素，提供豬群發(fā)酵飼料，無需清理豬糞，簡化了發(fā)酵床管理，一方面提高了農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物的循環(huán)利用，另一方面實現(xiàn)了養(yǎng)豬污染的零排放綜合治理。
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