■邢小光 張定然 許宏揚 劉沛堯 吳 燕 徐鴻潤 齊智利

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，湖北武漢430070）

隨著我國人民生活水平的不斷提高，大眾對奶制品的需求日益增加，使我國奶牛養(yǎng)殖規(guī)模逐漸向標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。這導(dǎo)致奶牛場產(chǎn)生動物排泄物（包括農(nóng)場污水）的數(shù)量不斷增長[1]，已經(jīng)嚴(yán)重污染環(huán)境、破壞生態(tài)系統(tǒng)、甚至危害畜禽和人類健康[2]。床場一體化是一種以墊料為載體，將奶牛牛床和運動場有機結(jié)合在一起，利用有益微生物發(fā)酵處理糞便的有效、安全、環(huán)保的飼養(yǎng)奶牛技術(shù)[3]，對解決養(yǎng)殖場糞便和污水排放問題有很大的積極作用[4]。近年來，糞污無害化處理已成為畜牧工作者越來越重視的問題，無污染和零排放的養(yǎng)殖技術(shù)也廣泛被國內(nèi)外畜牧領(lǐng)域所關(guān)注[5]。因此本文對床場一體化飼養(yǎng)模式在奶牛飼養(yǎng)中的應(yīng)用研究作一綜述。

1 奶牛場污染現(xiàn)狀

隨著畜禽養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，養(yǎng)殖場產(chǎn)生的畜禽排泄物逐漸成為環(huán)境污染的主要來源之一[6]。不同動物的排泄物比例如圖1所示[7]。

1.1 對土壤的污染

奶牛糞便中有大量病毒、微生物和致病菌，長期聚集在土壤中，導(dǎo)致土壤退化，使土壤中的營養(yǎng)成分變質(zhì)敗壞，進(jìn)而降低土壤質(zhì)量，對種植的農(nóng)作物產(chǎn)生一定不利影響[8]。由于糞便和污水中含有豐富的鹽類物質(zhì)，如果處理不當(dāng)，排入土地中，將會使鈉鹽和鉀鹽等金屬鹽類大量沉積土壤中，導(dǎo)致土壤鹽分含量急劇升高。研究表明，當(dāng)土壤中鹽類物質(zhì)到達(dá)一定程度時，造成土壤鹽堿化變成鹽堿地[9]，導(dǎo)致土壤無法耕種植物。

圖1 不同動物的排泄物比例

1.2 對水體的污染

近年奶牛場規(guī)模逐漸擴(kuò)大，隨之而來的糞污排放量也越來越大。在奶牛場中，清水用于清理奶牛糞尿、沖洗牛場和擠奶廳，產(chǎn)生大量污水。而奶牛糞尿中除了含有很多有機物質(zhì)外，還含有大量重金屬鹽和藥物殘留等有毒有害物質(zhì)，若下滲到地下水，將嚴(yán)重影響水質(zhì)，其中含氮硝酸鹽類將變成亞硝酸鹽；若排進(jìn)河流中，引起河水營養(yǎng)過剩，造成藻類等水生生物快速增長，使得水體中氧氣含量大幅降低，嚴(yán)重影響魚蝦類生存[10]，間接影響水產(chǎn)養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益[11]；若含有亞硝酸鹽類物質(zhì)的水被人和動物飲用之后，會在體內(nèi)變成致癌物質(zhì)，導(dǎo)致機體免疫力下降，甚至威脅到人和動物的健康[12]。

1.3 對空氣的污染

大多數(shù)牛場的糞污處理措施不夠完善，牛場產(chǎn)生的糞便、污水和死亡動物的尸體等，將會產(chǎn)生大量有毒有害氣體和惡臭物質(zhì)進(jìn)入大氣中，嚴(yán)重影響奶牛場內(nèi)和周圍的空氣環(huán)境。其中有毒有害氣體包括二氧化碳、二氧化硫、甲烷和氨氣等，大量聚集在空氣中，使大氣含氧量下降，對人和奶牛健康產(chǎn)生巨大危害。據(jù)統(tǒng)計，全球產(chǎn)生的甲烷量以每年1%的速度增長，其中絕大部分來自反芻動物的糞便，同時還會造成全球變暖、產(chǎn)生酸雨等環(huán)境問題[13]。

1.4 對養(yǎng)殖環(huán)境的污染

由于每年產(chǎn)生的糞污得不到及時處理，使其中大量的病原微生物和寄生蟲繁殖，若控制不佳，則會引起奶牛各種疾病的發(fā)生，還可造成傳染病及人畜共患病的蔓延，給人和家畜健康帶來嚴(yán)重?fù)p害，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，影響奶牛業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

2 糞污治理措施

2.1 合理選址和布局

奶牛場的選址、布局、疾病防治、糞污治理等設(shè)計工作，都應(yīng)遵守因地制宜的原則科學(xué)合理的規(guī)劃。建場應(yīng)選擇遠(yuǎn)離水源、公路、居民區(qū)并通風(fēng)良好的地方；場內(nèi)布局要科學(xué)合理，要注重規(guī)?；B(yǎng)殖場的綠化建設(shè)，并建立消毒和隔離通道；根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境容量大小設(shè)計出合理的規(guī)模，制定出適合本場獨特的糞污治理方案。

2.2 科學(xué)處理糞污

為控制奶牛養(yǎng)殖場糞污環(huán)境問題，必須選擇合理科學(xué)的處理方法。研究表明，對糞污進(jìn)行多級固液分離處理，可顯著減少糞污中有害有機物質(zhì)的含量，是牛場在排放糞污之前的必要處理[14]。同時，奶牛養(yǎng)殖場產(chǎn)生的糞污還要進(jìn)行資源化的利用，以降低對周圍環(huán)境的污染。奶牛糞便中含有大量營養(yǎng)成分，可有效促進(jìn)農(nóng)作物的生長發(fā)育，可將其作為一種有機肥料加以合理利用；也可借助厭氧發(fā)酵將牛糞制成沼氣，產(chǎn)生的沼氣渣和沼氣液等運用到種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)中，將奶牛糞便變廢為寶，科學(xué)處理和利用，達(dá)到從源頭上控制污染的目的，從而實現(xiàn)奶牛養(yǎng)殖業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展[15]。

2.3 引入生物發(fā)酵技術(shù)

生物發(fā)酵技術(shù)是一種新的糞污處理技術(shù)，其基本原理是利用有活性功能的微生物作為物質(zhì)能量的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，將排泄物中的有害物質(zhì)快速分解消化，達(dá)到節(jié)能減排的養(yǎng)殖目的[16]。將生物發(fā)酵床運用到奶牛養(yǎng)殖場之后，奶牛產(chǎn)生的糞便和尿液等在有益微生物的呼吸作用下完全分解，使奶牛場空氣質(zhì)量得到有效改善，極大避免了病菌大量繁殖的不利現(xiàn)象的產(chǎn)生。與傳統(tǒng)飼養(yǎng)模式相比，生物發(fā)酵床技術(shù)可以將糞污長期留存于牛舍內(nèi)，不需要進(jìn)行清理，大大降低糞尿污水的排放量，從而減少對環(huán)境的危害。同時也減少了堆糞場的面積，發(fā)酵床不能使用后，可將這些墊料進(jìn)行堆積發(fā)酵，作為有機肥用到種植農(nóng)作物上，從而做到無污染和零排放，生態(tài)效益十分明顯[17]。利用微生物發(fā)酵床飼養(yǎng)奶牛，可減少氨氣和一氧化二氮等臭味有害物質(zhì)的產(chǎn)生和揮發(fā)。應(yīng)用發(fā)酵床技術(shù)飼養(yǎng)奶牛的另一大優(yōu)點就是冬季保溫效果比較好。

3 床場一體化飼養(yǎng)技術(shù)研究進(jìn)展

3.1 生物發(fā)酵臥床養(yǎng)殖模式

牛床這一硬件設(shè)施對于規(guī)?；膛鰜碚f至關(guān)重要。目前，由于資源短缺和物價上漲，適用于臥床的優(yōu)質(zhì)墊料越來越難以買到。因此，制造出安全實惠、環(huán)保節(jié)本和可持續(xù)利用的臥床已被視為畜牧生產(chǎn)中嚴(yán)峻的問題。

世界上第一個使用生物發(fā)酵床的國家是日本，在20世紀(jì)70年代就建造了首個以生物發(fā)酵床為基礎(chǔ)的養(yǎng)豬系統(tǒng)[18]。生物發(fā)酵床的核心是利用微生物發(fā)酵降解動物的糞尿，從而實現(xiàn)無污染和零排放[19]。發(fā)酵床的工作原理是將菌種和載體充分混勻，均勻灑在臥床上，菌種利用動物糞尿中的營養(yǎng)物質(zhì)實現(xiàn)繁衍，同時降解動物的排泄物，實現(xiàn)“無污染、零排放”的目的[20]。其優(yōu)點在于：降低人工工作量，節(jié)約水資源，減弱舍內(nèi)臭味；臥床營養(yǎng)物質(zhì)含量高，循環(huán)利用可制成有機肥，從而增加牧場收入和實現(xiàn)資源可持續(xù)利用[21]。

據(jù)統(tǒng)計，在奶牛養(yǎng)殖過程中，每頭成年奶牛每天的排泄物總量占體重的10%左右，一年內(nèi)排出的糞尿在20 t 左右。目前80%以上的牧場沒有綜合利用和處理糞尿的設(shè)施[22]。奶牛產(chǎn)生的糞污一方面會影響周邊生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致環(huán)境惡劣；另一方面會對奶牛本身的健康產(chǎn)生不利影響，如引起乳房炎和肢蹄病，從而導(dǎo)致產(chǎn)奶量降低，治療成本增加，經(jīng)濟(jì)效益降低。研究表明，奶牛在發(fā)酵床上飼養(yǎng)，可使產(chǎn)奶量提升18.2%；泌乳高峰期增加22 d；乳房炎和肢蹄病發(fā)生率分別下降47.0%和82.0%[23]。

生物發(fā)酵床的出現(xiàn)，在很大程度上改善了養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境，同時創(chuàng)造出適宜動物生長和繁殖的舒適環(huán)境。目前對生物發(fā)酵床的研究重點是在動物生長性能、廢物合理化利用、環(huán)保以及發(fā)酵床墊料選擇和臥床設(shè)計等方面[21]。

3.2 床場一體化養(yǎng)殖模式的概念

“床場一體化”飼養(yǎng)管理技術(shù)（Free-stall mattress bedding, FSMB），亦稱堆肥墊料系統(tǒng)( compost bed?ding system，CBS)，是通過將奶牛運動場和牛舍臥床相結(jié)合形成。原理是把發(fā)酵墊料鋪在臥床上，利用墊料進(jìn)行發(fā)酵，并且在牛舍運動場加裝防雨設(shè)施，防止雨水對臥床污染。其優(yōu)點在于能充分降解排泄物、增加臥床使用面積、提高牛舒適度、增加牛的休息時間和減少臥床中致病菌滋生、降低肢蹄病發(fā)病率和提高繁殖性能等[24-25]。

3.3 床場一體化飼養(yǎng)模式的應(yīng)用

“無污染、零排放”是現(xiàn)代生物發(fā)酵床技術(shù)最大的特點，而養(yǎng)牛生產(chǎn)作為糞污量排放最大的行業(yè)，必須通過相關(guān)技術(shù)解決糞污這一重大難題。大量試驗表明，奶牛本身抗熱應(yīng)激的能力比較差，所以在使用床場一體化養(yǎng)殖技術(shù)之前，首先得了解不同季節(jié)發(fā)酵床溫度的變化，以及對奶牛本身的影響。研究表明，在夏季，采用生物發(fā)酵床技術(shù)會加重高溫的效應(yīng)，尤其是在南方高溫高濕地區(qū)，而對泌乳牛的應(yīng)用中，仍然會影響發(fā)酵床的效果；在冬季可以根據(jù)發(fā)酵床的溫度判斷發(fā)酵程度[26]。唐式校等[27]利用育肥牛進(jìn)行發(fā)酵床的試驗，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵床組可顯著降低發(fā)病率和成本。江宇等[28]將床場一體化運用于犢牛，發(fā)現(xiàn)犢牛舍墊床上無糞便累積，還可顯著降低腹瀉發(fā)生率，改善牛舍環(huán)境。張曉慧等[29]研究床場一體化技術(shù)對泌乳牛的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，牛舍內(nèi)的氨氣含量明顯下降，有利于防控奶牛蹄病。本課題組研究表明“床場一體化”飼養(yǎng)模式可顯著降低后備奶牛肢蹄病的發(fā)生并增強免疫力[30]。而且床場一體化養(yǎng)殖模式可達(dá)到零污染和綠色環(huán)保養(yǎng)殖的目的。

4 床場一體化養(yǎng)殖模式存在的問題

4.1 成本問題

床場一體化飼養(yǎng)技術(shù)雖有一定優(yōu)點，但是也有其不足之處。部分牛場認(rèn)為在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造成本高、難度大，存在不愿改造和改造不徹底的現(xiàn)狀[31]。據(jù)報道，奶牛場在使用發(fā)酵床技術(shù)之前，在不包括牛舍改造等費用的前提下，前期投入3 727 元/頭；而在不包括人工制作的前提下，每年的運行成本2 681.45元/頭。若通過其他措施進(jìn)一步降低含水量，使其達(dá)到預(yù)期的理想標(biāo)準(zhǔn)，成本會大大提升[32]。對于目前大部分牧場，是難以接受微生物復(fù)合菌劑及其他材料單次投入成本，研究表明，每平方米的墊料需要4包稻谷殼和4包鋸末[33]。

4.2 應(yīng)用問題

現(xiàn)階段，床場一體化飼養(yǎng)技術(shù)的推廣范圍相對來說比較局限，主要在湖北、河南以及浙江地區(qū)的部分牛場中應(yīng)用[34]。在床場一體化模式下，只能對畜舍及臥床表面進(jìn)行消毒，而內(nèi)部會滋生大量細(xì)菌。一些病原菌可能存留在墊料中，可能會引起某些奶牛疾病暴發(fā)[23]。在奶牛生產(chǎn)中的應(yīng)用，目前在后備牛中應(yīng)用較成功，但是在泌乳牛中應(yīng)用較少。這是由于牛糞污比較稀，水分含量較大[30]，引起發(fā)酵床深處含水量越來越高，且在運用后期由于發(fā)酵床深處未被有益菌群處理的有機物腐敗變質(zhì)產(chǎn)生大量惡臭味，若床面長期不清理，導(dǎo)致病菌滋生，一旦發(fā)病將帶來巨大損失，導(dǎo)致應(yīng)用效果不理想。

4.3 墊料使用問題

墊料原料的選擇和使用對于床場一體化飼養(yǎng)技術(shù)中牛糞發(fā)酵環(huán)節(jié)至關(guān)重要。墊料要具有透氣性好、保水性高、耐腐蝕以及適合菌種生長的特點，如秸稈、稻殼、鋸末、棉籽、木屑、花生殼等都可用作墊料，但發(fā)霉腐敗并含有防腐劑的原料禁止作為墊料來使用。發(fā)酵床在分解糞尿的同時，墊料也會逐漸消耗，因此，及時補充墊料是保持發(fā)酵床性能穩(wěn)定的重要措施。同時要調(diào)節(jié)好水分，經(jīng)常翻動墊料，保持墊料中的含氧量，以此抑制病原微生物的大量繁殖。而使用發(fā)酵床需要大量的墊料和生物菌劑的投入，制作工藝繁瑣、耗時長、成本高，且各地環(huán)境差別大，推廣應(yīng)用效果有較大差異，因此許多牛場都會選擇其他臥床模式[35]。

根據(jù)地區(qū)和氣候挑選酶活力穩(wěn)定、生長性能較好的專用復(fù)合菌種制劑可以使牛糞達(dá)到最好的發(fā)酵效果。但目前市場上發(fā)酵的商業(yè)化菌劑相對貧乏，同時相關(guān)企業(yè)對發(fā)酵菌劑的研發(fā)投入力度較低。另外，不同地區(qū)不同環(huán)境，菌劑的發(fā)酵效果是不一樣的。要保證菌劑的良好的效果和長期使用，必須對菌劑進(jìn)行前期測試。因此，研發(fā)穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強的混合發(fā)酵菌劑對床場一體化飼養(yǎng)模式推廣應(yīng)用至關(guān)重要。

5 小結(jié)

床場一體化飼養(yǎng)技術(shù)是一種體現(xiàn)環(huán)保、安全、高效的科技創(chuàng)新型技術(shù)。可大幅度提升奶牛場綜合效益，減少奶牛場糞污排放量，提高奶牛機體的免疫力，降低各種奶牛疾病的發(fā)生，改善奶牛健康。隨著對床場一體化研究的深入，不斷完善在奶牛生產(chǎn)中的應(yīng)用，拓寬在畜牧業(yè)的應(yīng)用范圍，從而達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的綠色經(jīng)濟(jì)目標(biāo)。