杨前平 赵娜 李晓锋 熊琪 索效军 张年 陶虎 陈明新

摘要：研究牛粪垫床发酵腐熟再利用，解决养牛环境污染和产业发展矛盾。在湖北省黄冈市300头规模奶牛场、荆门市1 200头规模肉牛场部分栋舍进行发酵试验，考察垫床发酵的模式和发酵效果。结果表明，奶牛养殖垫床发酵宜采用异位发酵，肉牛养殖垫床发酵宜采取原位发酵与异位发酵相结合模式，或者采用异位发酵模式;菌种以地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母、乳酸菌、嗜热侧孢霉按一定比例组合为佳;垫料经发酵肥效升高，大部分重金属得到一定降解，细菌总数有所上升，但大肠杆菌大幅下降。规模养牛垫床发酵腐熟可再次利用。

关键词：垫床发酵;规模养牛;发酵效果;发酵模式

中图分类号：S823         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）23-0136-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.23.032           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on fermentation mode and fermentation effect of large-scale cattle breeding bed

YANG Qian-ping，ZHAO Na，LI Xiao-feng，XIONG Qi，SUO Xiao-jun，ZHANG Nian，TAO Hu，CHEN Ming-xin

（Institute of Animal Science，Hubei Academy of Agricultural Sciences/Hubei Key Laboratory of Animal Embryo and Molecular Breeding，Wuhan 430064，China）

Abstract： In order to study the fermentation and reuse of cattle manure bed， to solve the contradiction between cattle environmental pollution and industrial development， a fermentation experiment was carried out in some houses of the 300 large-scale dairy farms in Huanggang city， and the 1 200 large-scale beef cattle farms in Jingmen city of Hubei province. The mode and fermentation effect of the bed fermentation were investigated. The results showed that the fermentation of dairy cattle breeding bed should adopt ectopic fermentation， and the fermentation of beef cattle breeding bed should adopt the combination mode of in situ fermentation and ectopic fermentation， or adopt the ectopic fermentation mode. The strain should be combined with Bacillus licheniformis， Bacillus subtilis， yeast， lactic acid bacteria， and Thermosporium thermophila in a certain ratio. After the fermentation of the litter， the fertilizer efficiency increased， most of the heavy metals were degraded， and the total number of bacteria increased， while E. coli decreased significantly. The large-scale cattle breeding bed can be reused after fermentation and decomposing.

Key words： pad fermentation; scale cattle raising; fermentation effect; fermentation mode

隨着机械化发展，役用牛减少，散养户逐渐退出肉牛养殖业，牛源及牛肉供给双双下降[1]，促使中国肉牛产业转型，由千家万户散养转变成规模养殖场（户）集中饲养。

规模养殖场（户）集中饲养模式发展带来的必然结果就是环境污染相对集中。传统上，畜禽粪便是提高土壤肥力的主要肥料，是保证农业可持续发展的宝贵资源。中国畜禽粪便年产生量约为17.3亿t，其中牛粪10.7亿t，含有总N1597万t、P363万t。与1995年中国化肥施用量（折合N、P分别为2 022万t和632万t）相比，每年产生的畜禽粪便中的N、P相当于1995年化肥施用量的79%和57%。畜禽粪便要合理使用，若不经处理直接或过量施用，会造成水体、土壤、大气污染[2-5]，粪便带有的病原菌和其他有害物质会抑制植物生长，诱发植物病害[6，7]，规模养殖中的粪污资源化再生利用是畜牧业亟须解决的重要问题。牛粪便中有N、P等是营养丰富的有机肥源。研究牛粪垫床发酵腐熟再利用，为解决养牛环境污染和产业发展矛盾提供有效途径。

1  材料与方法

试验在湖北省黄冈市300头规模奶牛场、荆门市1 200头规模肉牛场进行，饲养管理按常规进行，合理配置载畜量。垫料发酵模式根据情况选择单一或复合发酵模式，根据需要加入菌种、适量辅料，调节水分含量，达适当碳氮比（C/N），利于发酵。

采集发酵床上层（0～20 cm）、中层（20～30 cm）及下层（30～50 cm）处的垫料样品各400 g，混合均匀，取60 g样品测定pH、含水量、微生物数量，其余样品自然风干粉碎后测定总氮（TN）、C/N、有机质、全磷（TP）、全钾（TK）及污染元素等。

使用ICP方法检测重金属元素及TK、TP;使用LC-MS方法检测土霉素（OTC）、四环素（TC）、金霉素（CTC）等抗生素;参照GB/T19524.1-2004检测细菌总数，大肠杆菌等病原微生物;使用元素分析仪检测C/N;凯氏定氮法检测TN;参照测定NY525-2012检测样品理化性质。

试验检测项目委托青岛科创质量检测有限公司测定。

2  结果与分析

2.1  垫床发酵模式选择

牛场动物活动范围大、相对于垫料区域粪尿排放差异明显，垫床充分发酵的必要条件随时发生变化从而影响发酵效果。两种垫床发酵模式各有利弊，原位发酵受载畜量、垫床厚度、垫料成分、栏舍条件、气候以及人工作业（翻耙）的影响，往往造成垫床发酵不理想的状况，达不到垫料腐熟的目的，这类问题在奶牛养殖发酵床应用中尤为明显;而异位发酵可以根据发酵体的具体情况进行及时调整，堆体能够发酵充分、腐熟完全，腐熟好的堆体物再次作为垫料循环使用，以减少养殖场固形污染物排放。根据不同的栏舍和场区情况，选择不同的垫床形式，或两种发酵模式联合使用。结果表明，奶牛养殖垫床发酵宜采用异位发酵，腐殖质作为垫料循环使用（图1）;肉牛养殖垫床发酵宜采取原位发酵与异位发酵相结合模式，或者采用异位发酵模式，腐殖质作为垫料循环使用（图2）。

2.2  发酵菌种选择

湖北省属长江水系，地处亚热带。全省除高山地区属高山气候外，大部分地区属亚热带季风性湿润气候，冬季湿冷、夏季高温高湿。规模养牛垫床发酵考虑这种独特的气候特点，在不同的季节、不同的牛舍小气候环境下应用不同的菌种。

夏季湖北地区使用高温菌种，会出现48 h内温度迅速升高且迅疾下降的情况，甚至会出现垫床快速失去水分变成坚硬的“死床”。因此，在湖北湿热的气候环境下规模化养牛适宜应用中温菌种。在实际生产应用中，还需考虑水分、C/N、栏舍特点、翻耙方式等因素，图3是一次发酵不完全的发酵试验记录，温度迅速升高并迅速下降接近环境温度，造成堆体发酵不完全，没有达到垫料腐熟的目的。

发酵试验表明，菌种以地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母、乳酸菌、嗜热侧孢霉按一定比例组合的配方为佳。发酵96 h温度达到55～60 ℃，维持48～72 h后温度快速下降，再经150 h，温度和外部温度基本持平时进行翻堆，翻堆后堆体温度升高2～4 ℃，维持72 h，再次与外界温度持平。

2.3  不同发酵形式的垫床垫料再生利用

2.3.1  營养成分含量的测定  垫料经96 h发酵营养成分表现升高趋势，肥效变化见表1。pH变化不大，初始为9.40，发酵后为8.75～9.35，含水量下降。发酵垫料表现出可再利用的特质。

2.3.2  发酵利用的安全性

1）发酵牛粪垫料的重金属含量。重金属含量是决定垫料是否再次利用的关键指标。通过ICP方法检测发酵牛粪垫料重金属元素含量（表2），可以评价腐殖质的生物安全性。经过发酵，牛粪重金属中除Cd略有升高外，大部分重金属经发酵后得一定降解，发酵后腐殖质可以再次作为垫料利用。

2）药残及细菌。试验检测结果，土霉素、四环素、金霉素在发酵前、后的牛粪中均未检出（小于50.0 μg/kg）;细菌总数初始为1.4×108 CFU/g，发酵后表现上升趋势，但大肠杆菌数由初始的2.4×105 MPN/g经发酵后大幅下降。可见发酵能有效地保障垫料再利用的畜体健康。

3  小结与讨论

湖北地区养牛垫床发酵宜选择中温菌种，经过相对较长时间的发酵腐熟，达到发酵完全的效果，利于垫料的再次循环利用。

不同类型的养殖场应选择不同的垫床发酵模式。奶牛场因其采食及床体特点（刮粪板），垫床一般情况下含水量较大，无法满足充分发酵的条件，宜采用异位发酵模式。而肉牛场则可以采用原位发酵、异位发酵以及原位发酵和异位发酵相结合的多种垫床发酵模式。

规模养牛垫床发酵腐熟再次利用，有助于养殖场达到零排放的目的，同时节约养殖成本。

参考文献：

[1] 张越杰.2013年中国肉牛产业现状及发展趋势分析[J].中国畜牧杂志，2014，50（4）：17-20.

[2] 彭  奎，朱  波.试论农业养分的非点源污染与管理[J].环境保护，2001（1）：15-17.

[3] 徐应明.畜禽养殖行业废水排放标准的研究[J].上海环境科学，1995，14（2）：34-36.

[4] 朱文转，李传红.南方农村集约化养殖场污染及其防治[J].重庆环境科学，1999，21（6）：33-35.

[5] 刘  红.养猪场对环境的污染改善对策及处理利用技术[J].农业环境保护，2000，19（2）：101-103.

[6] 高  定，陈同斌，刘  斌，等.我国畜禽养殖业粪便污染风险与控制策略[J].地理研究，2006，25（6）：311-319.

[7] HOITINK H A J，BOEHM M J. Biocontrol within the context of soil microbial communities：A substrate-dependent phenomenon[J].Annual review of phytopathology，1999，37：427-446.