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摘要:發酵床技術是一種以生物發酵為基礎的處理養殖糞污的生態養殖技術,其在實現畜禽糞便零排放、減輕環境壓力等方面發揮著重要的作用。本文從奶牛養殖糞污現狀著手,闡述了發酵床技術在奶牛養殖上的應用,重點探討了奶牛養殖過程中發酵床墊料的選擇和制作、微生物菌劑的應用及發酵床養殖技術的經濟效應,以期為發酵床技術應用于奶牛養殖糞污處理提供參考。
關鍵詞:奶牛養殖;發酵床技術;應用;成效
奶牛業是畜牧業的重要組成部分,也是我國現代農業的核心產業,其在改善食物結構、提高生活質量、增強人民體質等方面發揮著重要作用。據統計,截至2018年,我國奶牛存欄量達720萬頭,牛奶產量達到3074.6萬t[1-2]。然而,與2014年相比,我國奶牛養殖的存欄量呈不斷下降趨勢,這主要與養殖場環保不達標有關,特別是一些南方地區,在我國綜合整治養殖場污染的影響下,一些奶牛養殖場因環保不達標而關停。由此可見,奶牛養殖的環境污染問題是制約奶牛業發展的重要瓶頸。發酵床技術是一種以生物發酵為基礎的原位或者異位處理畜禽糞便的生態養殖技術,其在實現畜禽糞便零排放、減輕環境壓力、節約水資源和人力等方面發揮著重要的作用[3]。發酵床養殖技術最早源于20世紀70年代的日本,主要應用于發酵床養豬,1999年后發酵床養豬技術在日本得到了廣泛的推廣應用[4]。20世紀80年代開始,瑞典將發酵床養殖技術應用于飼養妊娠母豬、后備母豬等,至今已經推廣近30年,目前,發酵床養殖技術在日本、韓國、加拿大、英國和美國等國家均得到了迅速的發展。我國于20世紀90年代引進該技術,在生豬養殖上已得到迅速推廣和應用,并取得了較大的成效[4-6]。發酵床養殖技術應用于牛的養殖起步較晚,2006年,徐美慶研究員將適合于牛場的發酵菌株從德國引入,并與浙江大學和山東大學等高校合作,培養出了適合我國不同氣候的菌株[7]。隨著我國養殖場污染治理進程的推進及發酵床技術的不斷創新,奶牛場發酵床技術在我國不同地區得到推廣應用。本文從奶牛養殖糞污現狀著手,闡述發酵床養殖技術墊料和微生物的選擇,分析發酵床技術的應用成效,旨在為發酵床技術在奶牛養殖中的應用提供參考。
1奶牛養殖糞污現狀
據第2次全國污染源普查公報數據表明,2017年全國畜禽污染物中化學需氧量、氨氮、總氮和總磷分別占農業源污染排放量的93.76%、51.30%、42.14%和56.46%,而來自于規模養殖場排放量的化學需氧量、氨氮、總氮和總磷分別占到農業源的56.68%、34.69%、26.15%和37.92%(表1)。同等規模的奶牛場每天排放廢水量、固體污染物量是養豬場和養雞場的數倍[8]。根據2018年奶牛存欄量720萬頭[2]估算,2018年中國奶牛糞、尿日排放量及組分含量如表2所示,這些糞污如不加以處置排到環境中,必將對環境造成極大污染。
2發酵床技術要點
2.1發酵床墊料選擇。用于奶牛場原位發酵床的墊料應具備透氣性好、吸水性強、踩踏不易板結且不易在短時間內降解等特性。常用的養殖床墊料有稻殼、鋸末、麥麩、稻草等,其碳氮含量及碳氮比如表3所示。在這些墊料原料中,谷殼疏松透氣,很難分解,經過牛的踩踏也不易緊實板結,適合于南方高溫高濕區。在調研中發現,南方高溫高濕區梅雨季節,由木屑制備的發酵床經過奶牛踩踏后容易板結緊實,造成死床現象,因而最好與谷殼按比例配合使用,也可只用谷殼作墊料。一般而言,奶牛場發酵床使用年限在2~3年,由于麥麩、稻草等容易降解,因而不宜作為長期使用的發酵床墊料原料,只能與谷殼、木屑等配合使用。按比例配合好墊料原料后,在牛舍臥床區鋪設60~80cm厚的墊料,在墊料上均勻灑上專用菌劑,原位發酵床即制作完成。
2.2微生物菌劑。微生物菌劑是影響發酵床墊料發酵成功的重要因素,目前國內外對可接種于發酵床的微生物菌劑研究已取得較大進展。一般來說,復合菌劑對發酵床污染物的降解效果優于單一菌劑,可用于奶牛發酵床的微生物菌劑主要包括纖維素降解菌、耐熱的芽孢桿菌屬、光合細菌等。EM(Effectivemicroorganisms)是日本琉球大學研制的復合型微生物菌劑,包括乳酸菌類、酵母菌類、光合細菌類、納豆菌類、雙歧桿菌、厭氧消化鏈球菌及雙酶梭菌等10屬80余種微生物。該菌劑自20世紀80年代問世以來,已在日本、美國、中國、泰國等多個國家和地區推廣應用,產生了明顯的經濟效益和生態效益[10-11]。此外,國內外研究機構開展了大量不同發酵溫度下的微生物篩選和研究工作,如丘陵[12]篩選出芽孢桿菌和酵母菌,并制備復合菌劑應用于奶牛發酵床,取得良好的效果;國輝[13]篩選出包括枯草芽孢桿菌、乳酪類芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、甲基營養型芽孢桿菌等在內的6株耐熱菌株能高效降解纖維素和氨氮,通過將6株菌按比例制成菌劑應用于異位發酵床體系,取得良好效果。此外,一些商用微生物菌劑應用于奶牛場也有較好的效果。筆者在福建某奶牛場進行添加微生物菌劑的研究,添加菌劑后發酵床20cm層溫度變化如圖1所示。添加菌劑7d后,發酵床溫度升至44.67℃,隨后溫度穩定在32~44℃之間,而不添加菌劑的溫度最高不超過32℃,大多在25~30℃之間。由此可見,添加菌劑后對發酵床的發酵效果還是很明顯的。
3發酵床養殖技術的應用效果
對3個養殖場發酵床技術進行調研,結果如表4所示。3個養殖場發酵床年建設費用、墊料費用和維護費用合計介于4207.00~4544.95元/頭之間,年平均費用為4326.65元/頭。不同的養殖場發酵床費用略有差異,其中電力、沖欄水等費用是一致的,而購買墊料的成本不一致,加上人工費用、建設材料費用存在差異,因而不同養殖場的發酵床技術費用有一定差異。與常規養殖相比,采用發酵床技術養殖奶牛,除了第1年大量的基礎建設投入外,其他還有墊料投入、飼料投入和養護投入等。采用發酵床技術養殖奶牛,年產投比可達2.33,年凈效益23773.35元/頭(其中,飼料成本13500元/頭、發酵床成本4326.65元/頭,牛奶產值41600.00元/頭)。使用發酵床后,省去了刮糞板、鏟車等糞便收集、加工設備,也減少了人員投入,降低了管理費,因而具有明顯的經濟效益。
4存在的問題及建議
影響發酵床養殖技術成功的關鍵因素在于是否能成功發酵,而影響墊料發酵成功的關鍵因素在于含水量、墊料C/N以及微生物菌劑。南方高溫高濕,尤其在春季梅雨季節,濕度大,容易造成發酵床死床現象。因此,梅雨季節通風和定期補充菌種尤其重要。其次,由于奶牛具有定點集中排糞尿的習慣,導致發酵床糞尿分布不均,加上泌乳期奶牛糞便水分含量大,糞尿集中的地方濕度大,分解速度慢,甚至可能死床,增加建床成本,因而必須翻拋墊料,定期將干區和濕區墊料互混再重新鋪設。最后,發酵床使用年限越長越好,這樣可以降低成本,因而發酵床建設初適宜選擇谷殼和木屑這些含木質素較高、難降解的植物性碳源,延長發酵床的使用年限,可根據實際需要加入少量的秸稈以促進發酵。
作者:鐘珍梅 林忠寧 陸蒸 應朝陽 單位:福建省農業科學院農業生態研究所 福建省草業工程技術研究中心