发酵床养猪透视

作者：马学海；王海宏；郭鹏   07-21

发酵床养猪是养猪业技术进步的产物

养猪技术发展的回顾 人类养猪的历史已有2000多年，原始养殖方式多以放牧为主。猪与大自然紧密接触,随时采食天然植物、动物、矿物质和水，猪的排泄物在自然环境中被微生物降解转化，肥沃了土壤，为植物提供了营养。在大自然生态系统中，物竞天择，适者生存，造就了自然猪群繁殖力旺盛，抗病力强，发病少，但数量和规模很难满足人类需求。这种较原始的养殖方式，由于农业生产力和养猪业发展而逐步走向消亡。

农业耕种模式的改变,为养猪由半放牧模式逐步转为圈养模式创造了条件。饲料工业的兴起，养殖技术的进一步发展，使养猪业走向了专业化、集约化、规模化的道路，猪的生长潜能得到了极大发挥。但是，高密度的工厂化饲养模式也带来了新的生态问题：高剂量的抗生素、微量元素与重金属的添加，不仅破坏了动物体内的生态平衡，也恶化了外部养殖环境，严重影响了猪的正常发育和健康，猪发病率大大增加；集中排放的粪便与污水，污染了土壤和水源，造成了严重的养殖污染。以资源掠夺和牺牲环境为代价的快速经济发展模式，给人类赖以生存的生态系统带来了极大的破坏……

建立健康的生态系统是人类生存的需要 生态系统是人类生存的基础,掠夺式的人类生产活动使得大大小小的生态系统遭到破坏,出现了全球性生态危机，严重地威胁着人类的生存和发展。

以养猪为例，一头出栏猪一生排泄量约为1.1吨，一头母猪一年排泄量约为4吨，我国年出栏猪约6亿头，存栏母猪4500万头，其中规模养殖约占42％，生猪年集中排泄量高达3.2亿吨，还不包括因冲洗猪舍导致的可能超过10亿吨的污水以及3.6亿多头散养猪的排泄物与污水。还有，饲料中添加的高铜、高砷、高氮、高磷、高抗生素等使得土壤和水域的污染也扩大加剧，继而威胁整个生态系统，包括人类自身的健康。生态失衡给国家和养殖业带来了巨大的压力。人们已经认识到，必须把经济发展与环境保护协调一致，建立可持续发展的健康生态系统。

国家发改委最近提出，微生物制造是基于现代生物技术发展的高技术产业，具有典型的资源节约、环境友好的特征，是解决我国面临的资源短缺与环境污染等问题的重要途径，决定对微生物制造高技术产业化进行专项立项。特别是为加快绿色农用生物产品产业发展，促进循环经济，推动农业结构调整和优化升级，保障国家粮食安全和农业可持续发展，提高我国农产品的国际竞争力，国家发改委决定对绿色农用生物产品产业化进行专项扶植。

在这种背景下，各种有利于生态系统健康的高科技技术应运而生，微生物工程发酵床养猪（以下简称“发酵床养猪”）就是其中之一。发酵床养猪技术可以做到粪尿零排放，改善养殖环境，降低猪的疾病发生率，增进动物福利，提高效益，使养殖业更好地纳入农业生态循环体系，推动生态农业的循环发展。因此从政府到地方，均对这种养殖模式给予了高度关注，在短短的一两年时间内，发酵床养猪技术就在全国各地迅速推广，并取得了一系列阶段性成果。对这种养殖方式的普及和发展，尤其是养殖企业更是充满了热切期望。
   

发酵床养猪技术发展的优势

发酵床养猪技术是依据生态学原理，利用益生菌资源，将微生物生物技术、发酵技术、养殖技术和工程技术用于现代养殖业的一种综合性技术。

发酵床养猪技术“以猪为本”，追求动物体（猪）内外生态环境的和谐、优化和健康。利用有益微生物菌群降解转化猪粪尿，消除氨气等异味，从源头上解决猪粪尿污水的污染，创造良好的养殖生态环境。同时，通过在饲料中添加微生物饲料添加剂，使猪肠道内有益菌占主导，抵抗有害菌生长；有益菌产生的代谢产物如抗菌肽、酶、益生素等，可提高猪的免疫力、抗病性和饲料的利用率；猪粪中有益菌数量提高，可增加发酵垫料中有益菌的来源和数量，促进猪粪尿及时、快速分解，延长发酵床使用寿命。此外，发酵床和微生物发酵产生热能，适合冬季养殖环境的温度。

任何技术都有一个发展过程，发酵床养猪也不例外。尽管发酵床技术已经取得了很多可喜的进展且在逐渐被更多养殖企业所接受，但仍存在一些问题：还没有统一的菌株使用、养殖技术规范和评价标准，一些企业或个人对微生物和微生物工程的原理和技术不太熟悉，以致实际操作中出现了“发酵剂菌种不对路、猪舍建设不达标、管理方法不到位、死床、准死床现象增多”等。再有，微生物是眼睛看不见或看不清楚的微小生物，很多人对其没有感性认识，因此也有一些人对这种养殖方式的机理及效果尚存很多疑虑。因此，我们愿以自己的实践体会及研究成果，与大家一道交流和探讨，以期对发酵床养猪技术能进行相对客观全面的分析和评价，使其尽快走上一个更健康、更理性，更实用的道路。
发酵床养猪的技术原理与应用

微生物五大共性

1.自然界中的生物，从植物到动物，从单细胞的微生物到多细胞的高等生物，都是由细胞组成的。细胞都是由地球上的化学元素组成的。科学家通过对多种微生物细胞的化学组成分析得知，微生物细胞的化学组成与其他生物大体相同，也是由C、H、O、N、P、S以及其他一些需要量极少，但却是生物生命活动必需的微量元素，如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Ni等元素组成，其中C、H、O、N占细胞干重的90%以上。这些元素最初都是来自外界环境中的各种无机和有机化合物，也有小部分由分子态的气体物质提供。它们的作用可以概括为形成结构（参与细胞组成）、提供能量（机体进行各种生理活动所需的能量）和调节作用（构成酶的活性成分和物质运输系统）。
    2.微生物的特性和应用
    根据普通微生物学，我们知道微生物有五大共性：
    ①体积小，比表面积大
    如果把人的比表面积值定为1，则大肠杆菌的比表面积值竟高达30万。如此一个小体积特大表面积的系统，是微生物与一切大型生物相区别的关键所在。体积大面积必然有一个巨大的营养物质的吸收面，代谢废物的排泄面和环境信息的交换面。
    ②吸收多，转化快
    微生物超大的比表面积非常有利于微生物细胞与外界物质的交换，加强了新陈代谢。
    如大肠杆菌在合适条件下，每小时可以消耗相当于自身重量2000倍的糖，而人体则需要40年之久，由此可见微生物代谢效率之高。
    ③生长旺，繁殖快
    微生物以惊人的速度“生儿育女”。例如大肠杆菌在合适的生长条件下，每昼夜可繁殖72代，由1个细菌变成4.7×1021个（重约4722吨）。
    ④适应性强，易变异
    在32%的饱和食盐水中有微生物，芽孢杆菌能在干燥条件下存活几十年、甚至几千年，氧化硫杆菌能在5%~10%的硫酸中生长，脱氮硫杆菌能在pH10.7的碱液中生长。可以这样说，有生物的地方就有微生物。微生物数量多，繁殖快，与外界直接接触，使其能产生大量的变异后代，代谢类型多，整体上说，凡是动植物能利用的营养，微生物都能利用，甚至大量动植物不能利用的物质，包括有毒物质，微生物照样可以利用。
    ⑤分布广，种类多
    动植物体内外、土壤中、海洋里、大气中、岩石内到处都有微生物。我们现在已知动物有150万种，植物有50万种，微生物目前发现的有10万种~15万种，但据科学家估计，目前发现的仅占微生物总量的不到5%，微生物的总量可能比动植物的总和还要多。

人们正是利用微生物的这些特性，发挥“微生物工厂”的作用，将不能利用的物质在短时间内转化为有用的物质，发酵床养殖技术就是利用微生物特性的典型综合技术

 3.质能守恒定律揭示了“物质不灭”和能量转化的基本规律。我们知道，地球上的能量，到目前为止基本上是来自太阳能，自然界的生物能量来源主要来自太阳能。地球上的元素是有限的，这有限的生物化学元素养育了地球上过去的生物，养育着现代生物，还会养育未来的生物，是通过生物元素的地质大循环，生物小循环和生物体内的微循环、用有限的元素来满足无限的生物需求。自然界的生物元素循环，主要依赖于微生物推动的物质循环。
    发酵床的基本技术原理
    1.一个建设和维护完好的发酵床，是一个高活性、旺盛代谢的生态系统。
    植物（饲料、垫料）、动物（猪）、微生物菌群与外部环境组成了发酵床这个有机的统一整体，它们相互之间沿着一定的代谢和转化途径，不断地进行着物质、能量与信息的交换，完成着生产者、消费者和转化者的功能。当粪便接触含有大量微生物的发酵垫料时，猪粪尿作为微生物生长繁殖所需要的营养物质，微生物菌群完成各种生命活动过程中将被代谢转化为气体（如二氧化碳）、液体（如水分）等；粪便中大量的尿酸、尿素等非蛋白氮，在与垫料有机质的混合发酵中，转化为有机氮；这一生命过程从源头上解决了猪粪尿的排放问题，创造了良好的养殖环境。一个建设和维护完好的发酵床，保持着高度的活性和自我调节能力，对猪只的生长和健康有利，对粪便的降解有力。
    2.动物的肠道是一个高效的生物反应器。
    肠道是动物机体最重要的微生态区系部位，是一个高效的生物反应器，也是发酵床生态系统的子系统。科学研究证实，肠道中微生物的数量高达1014，比动物体的细胞数还高一个数量级。健康动物体内的微生物（95％以上为厌氧菌，以双歧杆菌、乳酸菌为主），构成了动物体内正常的微生态系统。
    肠道是动物对营养物质进行消化、吸收、代谢的主要场所，也是动物体内最大的免疫器官。肠道菌群参与了几乎全部营养代谢过程。同时，肠道内的有益菌群能够促进肠道相关淋巴组织的发育、成熟，提高细胞免疫和体液免疫水平。实践证明，利用发酵床养猪最大的好处是给猪在其生态环境中创造了一道益生菌抵抗有害菌的天然防线，提高了动物的免疫水平，大大降低了发病率、死亡率。
    3.微生态发酵床有可能使动物体内外生态环境更加稳定、和谐与优化。
    在发酵床养猪这个生态系统中，动物体内固有的微生物菌群、微生物饲料添加剂和垫料中生长的微生物菌群，组成了动物体（猪）内外的微生态系统。动物体内的有益菌及其代谢产物有机酸、抗菌肽、酶等，可以提高猪的免疫力、抗病力及饲料的利用率。这些有益菌源源不断地通过粪便排到发酵床上，保持了发酵床中的有益菌始终占绝对优势，养护了猪舍的微生态环境；发酵床向猪提供的有益菌、无机物和菌体蛋白质提高了动物对矿物元素、微量元素的吸收来源，可以减少饲料中对上述成分的添加量，加之微生物自身的繁殖利用了粪尿中残留的常量元素、微量元素，减少了上述物质对土壤和水域的污染。有益微生物对猪粪尿的利用，改善了周围环境的气味，提升了猪舍的温度。
    微生态发酵床养猪技术防患于未然，把畜禽养殖业污染的防治工作前沿，应用到了畜禽动物体内外微生态环境的保护和调节，增加了其微生态环境中生物多样性，提高了其适应性，有利于生态系统的稳定、和谐、健康和发展。
    猪粪尿的主要成分及在发酵床中的降解途径
    1.猪粪尿的主要成分
    猪粪的主要成分是纤维素、半纤维素、蛋白质及其分解产物、脂肪类、有机酸和各种无机盐以及较多的氨化微生物。猪尿的成分多属水溶性，主要有尿素、尿酸、马尿酸及含磷、钾、钠、钙、镁等元素的无机盐类。猪粪尿臭味的主要成分为厌气性微生物分解猪粪尿所释放出的挥发性气体物质，如氨气、硫化氢、硫醇、三甲基胺、硫化甲基以及粪臭素等各种含氮或含硫之有机成份。
    2.猪粪各成分比例   ％

    （摘自猪粪的成分及其利用的研究－安徽农业科学2001.39）
    3.猪粪尿生物转化的几种途径
    在发酵床养猪系统中，猪粪尿成分可被垫料中的微生物利用，一部分形成了微生物细胞；一部分经彻底氧化转为CO2和H2O，一些小分子物质随水分被带走；一部分在猪的拱翻中被猪食用；猪粪尿中无法降解的那部分留在垫料床上。在健康的发酵床工作中，饲养密度与粪尿排放量成正比，粪尿量越大，菌繁殖得越多，垫料下30cm区域的温度越高，垫料下降速度越快。
发酵床养猪基础性研究的初步试验结果
    从2008年5月至今，北京好友巡天公司参与了北京市农林科学院畜牧所“生态养猪发酵垫床及菌种应用技术研究与示范”项目。该项目研究测定了微生态发酵床养猪育肥阶段生产性能；跟踪研究了养殖过程中垫料微生物、营养物质以及垫料发酵主要指标的变迁规律；对比研究了发酵床与水泥地面两种不同养猪模式下环境指标；对不同专用菌剂和不同垫料的应用效果进行了初步的评价性研究。
    项目的部分研究结果如下：
    生产性能：
    1.秋冬季：发酵床比水泥床日增重提高117g（112头猪，平均日增重817g／日），提高16.71％；料重比2.94，比水泥床降低5.5％（水泥床日增重700g,料重比3.11）（见表1）。
    2.夏季：由于夏季高温，且降温措施还不完善，发酵床比水泥床日增重降低50g（105头猪，平均日增重700g／日），降低6.7％；料重比4.04，比水泥床增加4.4％（水泥床日增重750g,料重比3.87）（见表2）。
    在凉爽和寒冷的季节采用发酵床养猪效果明显，表现出较好生产性能。夏季发酵床的高温环境对育肥猪生长不利，而且体重越大，影响越明显。因本试验所在的猪场发酵床设计中明显存在硬化地面面积比例过小，炎热季节猪群热应激明显。
    设计发酵床必须考虑总饲养密度、发酵床面饲养密度和硬化水泥床面饲养密度三个密度因素，才能为推广发酵床养猪模式取得饲养效果优势奠定良好的基础。从现有试验数据以及降低炎热季节热应激的角度观察，育肥后期硬化床面应达到0.6㎡/头以上，硬化地面比例应达到30%以上。
    通过猪舍的建筑设计，通风降温措施的改进与加强，做好夏季的防暑降温，冬季的防寒保暖，完全可以使发酵床养猪模式做到扬长避短。
    发酵床运行规律的测定研究
    课题还对发酵床运行过程中主要参数指标进行了测定研究，现将主要研究结果摘录如下：
    1．垫料的碳氮比 碳氮比是评价垫料运行状况的关键性指标，可用于判断垫料床的老化程度。≥25的碳氮比有助于延长垫料的使用期限，有利于垫料中菌群的繁殖和对粪尿的消解能力。通过观察测定结果可以发现，垫料中的碳氮比随时间变化不大，主要是垫料养护过程中垫料原料要不断补充。通过日常管理可以保持垫料的碳氮比，优化微生物的外部环境。
    2．活菌总数的变化 随养殖时间延长，总菌数呈现逐渐升高的趋势，以后逐渐稳定在每克垫料10个亿左右。不同垫料和不同菌剂组合活菌总数变化趋势一致，但活菌总数存在明显不同。垫料中菌数的变化与垫料运行时间、垫料组成、发酵剂的使用均有密切关系，菌数的高低可以作为垫料床活性的参考指标。
    3．不同垫料、菌剂的垫料床pH值发酵床垫料pH值呈中性偏碱；不同组合的垫料，其pH存在明显差异，不同菌剂垫料床pH值没有显著差异。
    4．发酵床垫料30cm处温度跟踪测定 发酵床温度与发酵床工作状况关系密切。健康正常的发酵床，床面下30cm为主要工作区域，温度在40℃～50℃。不同菌剂发酵床温度有差异。
    5．冬季发酵床舍空气质量、室温测定 受冬季通风限制，发酵床猪舍湿度和二氧化碳浓度超标，氨气浓度较低于水泥地面舍，在国标范围之内；硫化氢均未检出。冬季发酵床舍在不加供暖保温措施的情况下，舍内温度能达到国标要求。
发酵剂的好坏是发酵床成败的关键
    发酵剂是微生物工程发酵床的核心技术。由于发酵床猪舍是半开放式的，环境条件变化较大，能够在不同环境条件下发挥较高效率的发酵剂是发酵床成功应用的关键。
    发酵床是活的，是有生命的，微生物是处于不断变化中的。使用发酵剂的目的是让猪内外环境中有益菌始终保持优势，起到生物屏障的作用。
    目前，国内外的该类产品多数是单一菌种或者是不明菌种的联合，有从自然界采集“土著菌”，有用发酵生物肥的菌种，还有的甚至不加菌种……菌种的特性和作用发挥不确切，使得有的发酵剂存在对猪粪尿降解不彻底，氨气味浓重，容易死床；猪易患呼吸道疾病；甚至有的垫料被降解引起猪的喜食，造成胃肠道疾病等问题。
    用自然界采集的微生物进行发酵，虽然能起到一定作用，但由于菌的生态环境较复杂，这种纯自然“混合菌群”的模仿，难以控制，存在一定的生物安全风险；再有，由于这种自然界采集的微生物菌群不是动物肠道的原籍菌，在增强动物免疫力、提高生长速度方面不具有优势；且自然菌的采集加工过程非常烦琐，质量不容易控制，不便于产业化生产。
    一些做生物肥的菌主要是土壤菌，可以快速地腐熟垫料。但过度发酵，使发酵床的有机化合物迅速消耗，寿命减短。另外土壤中的菌群种类极其复杂，进入猪的肠道，在安全性要求和生长性能方面能否达到猪的生态环境要求并不清楚。安全性未知的菌数量少时，可不构成危害，但一旦量大，使优势菌群的结构改变，猪的健康安全就会成为未知。
    在生态环境中，有菌就存在“益害”之分，有菌就有数量差别。我们应从发酵床菌相自然演变的过程中寻找规律，找出合理的发酵床生态发酵模式和发酵参数，选择可以控制的指标，让发酵床生态系统从自然状态过渡到优化状态，成为和谐、高效、健康的生态系统。
发酵床养猪存在的问题及对策
    就像做泡菜，有的泡菜做出来很香，有的味道不好，甚至有的会有毒。发酵床也一样，有的发酵床是猪的乐园，有的却变成了猪的地狱。这其中的关键在于是否按技术规范操作。
    死床
    造成死床的原因很多，首先是菌种的功能是否具备；其次最多见的是水分过高（80％以上），破坏了降解粪便的好氧菌的生存环境，致使粪便堆积，营养条件变化，碳氮比过低，空气不足，菌无法繁殖……以此恶性循环，生态系统的平衡被破坏，发酵床最终成为粪坑。如果菌种没有问题，遇到这种情况只要改变环境，对症处理，条件改变后菌群会恢复正常。
    再有就是管理问题。为了环境适宜，发酵床要做到天天疏粪，及时补料，每周翻圈。翻圈不仅是为了疏松垫料，增加透气性，更是为了不给霉菌等杂菌繁殖的机会。一个具体的例子是发酵床养殖密度的极端情况：湖南岳阳某养殖场，在60m2的发酵圈中养了63头猪，从保育养到115千克出栏，猪只健康，无一死亡。因后期猪只个儿大，排泄量太大，场里2天~3天就补充一次稻壳，翻一次圈。这批猪比同期的水泥床猪提前出栏20多天。这个发酵圈至今仍在正常运转。可见，加强管理能够提高发酵床的功能效率。
    夏季高温
    发酵床能在冬季给猪带来温暖，到了夏季产热就成了它最大的劣势。对付盛夏高温高湿，最重要的是加强通风。发酵床自身产热对室温变化影响并不大，猪只能在水泥平台休息，使用常规的降温措施即可。因此，在猪舍建设时做好通风、水泥饲喂台的设计很重要；在夏季高温天气，可采取适当降低养殖密度，在床面加干垫料隔热，加垫板等临时措施。总之，在夏季，在保证粪便及时降解的前提下，要通过控制水分、营养等措施，控制发酵菌群的产热。
    防疫消毒
    垫料区不必消毒，在对水泥地面、栏杆消毒时喷入发酵床的消毒剂，并无大碍，因为微生物的繁殖速度极快，消毒后翻一次圈，很快菌就又繁殖起来，可以达到新的平衡。
    微生物饲料添加剂的作用
    发酵床养猪是生态养猪，是猪内外生态环境平衡的统一。要使猪体内外都处于有益菌占主导的环境中，在饲料中按比例添加微生物饲料添加剂是十分必要的。健康猪粪便中有益菌数量占绝对优势，是垫料有益菌补充的一个重要来源。还可促进益生菌繁殖的良性循环，维护发酵床的外环境生态稳定健康；防重于治，是发酵床这种养殖模式中本征功能。
    垫料来源问题
    垫料原料是发酵床养殖技术必需的也是最大量的投入品，目前发酵床常用的垫料主要是锯末、稻壳。但实际上，发酵床的原料远不限于这两种，只要是粗纤维含量高的有机质，理论上都可以作为垫料使用。选用的原料的原则是：碳素含量较高，吸水性好，透气性高，酸碱度接近中性，没有毒性物质存在，柔软，不刺激猪的皮肤。每种原料用于发酵床都有其自身的优缺点，故单一原料制作发酵床就存在这样那样的问题。将两种以上的原料经过合理的搭配组合，制成混合垫料，使不同原料之间能够优势互补，各性能指标都比较理想，这样也可降低发酵床的制作成本。
    发酵床垫料配方制作的主要参考指标，如下表：

    *依特定的物料、气候条件、养殖种类而变。
    我国是农业大国，广大的农村地区每年产生大量的农作物秸秆废弃物，或被焚烧或被废弃，不仅造成严重的环境污染，而且也是一种极大的资源浪费，我国政府投入大量的人力物力来解决农业废弃物资源化问题，但效果一直不尽如人意。而发酵床养殖技术却可以此为切入点，通过开发秸秆型垫料替代锯末，不仅解决了资源限制性问题，而且充分利用了农业废弃物资源，熟化垫料加工成有机肥，实现了资源化，可谓一举两得。
    维护发酵床养殖生态系统的健康（包括猪的健康和发酵床的健康）还可以建立预测预报和预警系统。多做科学实验，善于总结经验，分析关键点，积累数据，建立各级数学模型和专家系统。在线监控发酵床生态系统的变化，及时预警猪生存环境发生的异常，随时启动调控措施，把危害消灭在萌芽状态，防患于未然，使发酵床养殖生态系统稳定健康发展。
    发酵床技术可以使养殖业很好地纳入农业生态循环，养殖业与种植业循环协同发展，必将相得益彰、和谐健康。
结束语
    发酵床养猪法的许多优点被众多的商业推广机构广泛宣传，有的也有夸大之词。实际上，任何一种养殖模式，尤其在发展初期，都不可能是十全十美的，有优点，必然会存在一些缺点。以如今被大量采用的水泥地面集约化模式为例，在解决了工厂化养殖、提高生产效率的同时，所带来的养殖环境恶化、疾病频发、畜产品安全隐患等问题，已经成为制约其持续发展的难以逾越的障碍。对发酵床养猪同样应该辩证看待，不能盲目否定，也不能片面宣传。
    发酵床养猪技术对于我国养猪业来说，是一个新鲜事物，许多养殖先驱进行了大量的有益的尝试，几多沧桑，带动全国形成了发酵床养猪热潮。我们从中不仅看到了水泥地面集约化养殖对环境污染的严重性，更看到了养殖业对环境友好型的生态养殖技术的迫切需求。我们所要做的不是简单地肯定或否定这项技术，而是从养殖业的实际需求出发，解决发酵床养猪技术中存在的问题，扬长避短，结合各地的具体情况，充分发挥其优势，使我国的养殖业能够健康持续地发展。最终打造具有中国特色的清洁化健康养殖体系，开创高科技、无害化、节能源、省人力、增效益的畜牧业养殖新局面。


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