牛糞可再生墊料（RMS）的安全制備

劉洋樂(lè)，孟 毅，魏 勇，李智星，彭夏雨*

1 石河子大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，新疆石河子 832003 2 新疆天澳牧業(yè)有限公司，新疆奎屯 833200

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)牛奶和牛肉的需求不斷提高，規(guī)模化養(yǎng)牛業(yè)也隨之得到蓬勃發(fā)展。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2021年，我國(guó)奶類產(chǎn)量3 778 萬(wàn)噸，百頭以上奶牛規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)比重達(dá)70%。預(yù)計(jì)到2025年，全國(guó)奶類產(chǎn)量將達(dá)到4 100 萬(wàn)噸左右，百頭以上規(guī)模養(yǎng)殖比重達(dá)到75%左右[1]。隨著奶牛規(guī)模養(yǎng)殖的不斷擴(kuò)大，環(huán)境污染問(wèn)題日益加劇，每頭成母牛每天所排泄的糞便為30 kg，牛糞的無(wú)害化和資源化利用成為牧場(chǎng)亟需解決的問(wèn)題之一[2，3]。目前牛糞處理利用方式包括有機(jī)肥發(fā)酵后還田、厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生沼氣、食用菌栽培培養(yǎng)料以及牛糞墊料再生技術(shù)[4～6]。其中牛糞墊料再生技術(shù)被各牧場(chǎng)所青睞，因?yàn)榕＜S再生墊料（Recycled Manure Solids，RMS）與其他墊料相比，不僅可以實(shí)現(xiàn)牛糞的可循環(huán)利用，解決牛糞污染環(huán)境問(wèn)題，而且用牛糞制作的墊料，可以提高奶牛舒適度，減少飼養(yǎng)成本，提高牧場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益[7～9]。目前，國(guó)內(nèi)規(guī)?；翀?chǎng)大多配備固液分離裝置，具有生產(chǎn)RMS的基礎(chǔ)，但因?yàn)闆](méi)有一個(gè)安全合格的生產(chǎn)流程，生產(chǎn)出來(lái)的RMS在使用后會(huì)導(dǎo)致奶牛乳房炎發(fā)病率增加，不僅未能增加經(jīng)濟(jì)效益，反而因?yàn)槟膛Ｈ榉垦讍?wèn)題，而使牧場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益降低。因此，如何生產(chǎn)出安全可用的RMS成為了實(shí)際使用的難點(diǎn)。本研究根據(jù)牧場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)需要，以制備安全可靠的RMS為目的，通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)及使用驗(yàn)證，對(duì)RMS的安全制備進(jìn)行了初步研究，以期為牧場(chǎng)提供一套安全可靠的RMS制作方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)、時(shí)間

試驗(yàn)地點(diǎn)為新疆地區(qū)某規(guī)?；翀?chǎng)，該牧場(chǎng)擁有牛只3 000 頭，其中泌乳牛1 200 頭，日排放糞污約40 噸。

試驗(yàn)時(shí)間為新疆的高溫、少雨的6—9月。

1.2 試驗(yàn)試劑、設(shè)備

麥康凱瓊脂培養(yǎng)皿、伊紅美藍(lán)瓊脂培養(yǎng)皿、BHI培養(yǎng)皿，青島海博生物技術(shù)有限公司；乳房炎致病菌鑒定平板，美正生物科技有限公司；BRU牛糞墊料再生系統(tǒng)（型號(hào)：BRU2000），北京國(guó)科誠(chéng)泰農(nóng)牧設(shè)備有限公司；傳動(dòng)減速機(jī)，上海譽(yù)煌減速機(jī)公司；WST數(shù)顯溫度計(jì)帶探頭，上海自儀三廠；高溫電熱鼓風(fēng)干燥箱，山東德瑞克儀器有限公司；恒溫培養(yǎng)箱，廣州航信科學(xué)儀器有限公司；高壓蒸汽滅菌鍋，上海申安醫(yī)療器械有限公司；超凈工作臺(tái)，濟(jì)南泉清醫(yī)療器械有限公司。

1.3 糞污收集方式

糞污經(jīng)自動(dòng)刮糞系統(tǒng)將各牛圈糞污收集至糞道，經(jīng)糞道流入儲(chǔ)糞池，使用傳動(dòng)減速機(jī)等裝置對(duì)糞污進(jìn)行干濕分離，用于后續(xù)研究。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 堆垛方式

用固液分離機(jī)將糞污進(jìn)行固液分離，分離后的固體牛糞堆成高1.2 m，底寬1.5～2.0 m，頂寬1.2 m，長(zhǎng)20～30 m，進(jìn)行堆垛發(fā)酵。

1.4.2 分組情況

固體牛糞干物質(zhì)含量30%～35%（固液分離后直接堆垛）、35%～40%、40%～50%各堆一垛，共3 組3 垛。

（1）溫度檢測(cè)

堆垛發(fā)酵溫度使用數(shù)字溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，在堆垛發(fā)酵牛糞頂部中間每隔8 h測(cè)量和記錄40 cm、60 cm、90 cm、120 cm的發(fā)酵溫度，同時(shí)記錄外部環(huán)境溫度（取3次測(cè)量均值，以d為單位記錄），60 cm溫度達(dá)60 ℃以上24 h堆垛完成。

（2）水分檢測(cè)

采集堆垛時(shí)糞樣以及堆垛完成后表層、中層、深層糞樣，放入密封袋中待測(cè)。使用恒溫鼓風(fēng)干燥箱103～105℃烘至恒重（兩次烘干重量誤差不超過(guò)2 mg），使用電子天平稱量待測(cè)樣品重量m1，烘干后樣品重量m2。按照以下公式計(jì)算含水率：

（3）微生物檢測(cè)

根據(jù)堆垛發(fā)酵溫度變化，在檢測(cè)水分的同時(shí)，進(jìn)行乳房炎致病微生物（大腸桿菌、無(wú)乳鏈球菌、金黃色葡萄球菌）檢測(cè)。

采樣方法：佩戴無(wú)菌手套，放入密封袋，排除多余空氣后放入4 ℃冰箱保存待檢。

檢測(cè)方法：①牛糞懸液的制備：10 g牛糞樣品，加90 mL蒸餾水進(jìn)行稀釋，充分混勻后，吸取上懸液。②移液器吸取10 μL的牛糞懸液置于培養(yǎng)基表面，涂布器涂抹均勻，置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱。③培養(yǎng)18～24 h后，取出培養(yǎng)平板，觀察菌落，根據(jù)菌落顏色，鑒定微生物；或使用革蘭氏染色后用顯微鏡觀察其形態(tài)特征，鑒定微生物類型。

1.5 數(shù)據(jù)處理

每個(gè)樣品做3 組重復(fù)，數(shù)據(jù)使用SPSS 21.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用T檢驗(yàn)方法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（x±SEM）表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 堆垛發(fā)酵溫度變化

溫度是堆垛發(fā)酵的重要參數(shù)，由表1可知，水分含量不同的牛糞發(fā)酵溫度差異顯著。40 cm，干物質(zhì)含量35%～40% 牛糞升溫最快，第2天達(dá)60 ℃以上，且還有上升趨勢(shì)，其次為干物質(zhì)含量為40%～50%的牛糞，第3天時(shí)達(dá)60 ℃以上，而干物質(zhì)含量為30%～35%（干濕分離后直接堆垛），溫度在第3天達(dá)50 ℃左右時(shí)，后續(xù)發(fā)酵升溫乏力，甚至出現(xiàn)下降趨勢(shì)；60 cm，同樣是干物質(zhì)含量為35%～40% 的牛糞升溫最快，第4天時(shí)溫度達(dá)60 ℃以上，而干物質(zhì)含量為40%～50% 的牛糞在第9天溫度才達(dá)60 ℃以上，整整相差了5 d，發(fā)酵溫度時(shí)間的延長(zhǎng)，將極大地影響牛糞墊料制作的效率。

表1 不同干物質(zhì)含量對(duì)不同深度牛糞堆垛發(fā)酵溫度的影響

2.2 堆垛發(fā)酵含水率變化

如表2，堆垛前與堆垛后表層水分含量差異極顯著（P＜0.01），中層和底層差異顯著（P＜00.05）溫度的升高會(huì)引起水分的蒸發(fā)，同時(shí)表層空氣流通較好，易風(fēng)化曬干，所以表層水分含量差異極顯著（P＜0.01）；因?yàn)楹醚醢l(fā)酵的原因，底部墊料氧氣含量較低，導(dǎo)致發(fā)酵溫度升溫不足，且由于地面回潮，含水率反而會(huì)稍微增加。

表2 堆垛發(fā)酵前后干物質(zhì)含量變化

2.3 堆垛發(fā)酵微生物變化

如表3所示，堆垛前與堆垛后微生物含量差異極顯著（P＜0.01），無(wú)論是干物質(zhì)含量為35%～40% 還是為40%～50% 的固體牛糞60 cm溫度達(dá)60 ℃以上24 h，都可以有效的滅殺乳房炎致病微生物大腸桿菌、無(wú)乳鏈球菌，但干物質(zhì)含量不同，溫度發(fā)酵曲線不同，35%～40% 與40%～50% 固體牛糞60 cm溫度達(dá)60 ℃以上時(shí)間相差5 d，由此得出結(jié)論，為了高效率的制作安全的牛糞可再生墊料，堆垛牛糞的干物質(zhì)含量應(yīng)保持在35%～40%，從而減少升溫所需時(shí)間，繼而達(dá)到提高牛糞制作效率的目的。

表3 不同深度溫度達(dá)60 ℃ 24 h牛糞微生物殺滅情況 單位：CFU/g

2.4 理化指標(biāo)

如表4，堆剁發(fā)酵后理化指標(biāo)對(duì)比，中層發(fā)酵后效果最好，無(wú)異味，呈黑褐色，松散，表層次之，深層發(fā)酵效果最差，但其中有害微生物含量都在安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，經(jīng)過(guò)處理后是牛床墊料的最佳原料。

表4 固體牛糞發(fā)酵前和發(fā)酵后理化指標(biāo)

2.5 牛糞可再生墊料對(duì)奶牛乳房炎發(fā)病率的影響

使用步驟：堆垛發(fā)酵后，乳房炎致病微生物被殺滅，攤開(kāi)晾曬，使水分含量達(dá)到50% 左右保存?zhèn)溆肹10，11]，使用時(shí)添加0.1%～0.2%的生石灰拌勻使用（現(xiàn)拌現(xiàn)用，小心石灰自燃引起火災(zāi)事故），使用時(shí)，每天修整臥床，臥床應(yīng)平坦，呈前高后低的微微斜坡，及時(shí)補(bǔ)充墊料，使墊料充足。

結(jié)果顯示見(jiàn)表5，該牧場(chǎng)由于之前沒(méi)有規(guī)范牛糞可再生墊料制作工藝，乳房炎每周高達(dá)3.5%，經(jīng)過(guò)工藝完善后，乳房炎發(fā)病率為1.3%，比之前減少60%左右，表明牛糞經(jīng)過(guò)發(fā)酵后是可以作為安全環(huán)保的綠色墊料進(jìn)行循環(huán)利用的[12]。

表5 牧場(chǎng)乳房炎發(fā)病情況

3 討論

3.1 牛糞再生墊料制作的影響因素

發(fā)酵牛糞中細(xì)菌的數(shù)量與發(fā)酵程度、堆積時(shí)間及水分含量等因素密切相關(guān)[13]。發(fā)酵牛糞的含水率是微生物好氧發(fā)酵的重要因素，含水率過(guò)高會(huì)造成厭氧環(huán)境，過(guò)低則會(huì)抑制微生物的活性，并且高溫發(fā)酵時(shí)水分蒸發(fā)會(huì)帶走部分熱量，從而降低發(fā)酵溫度，因此，發(fā)酵牛糞含水率應(yīng)控制在40%～65%[14，15]。本研究中，干物質(zhì)含量30%～35% 的牛糞堆垛發(fā)酵溫度在第3天平緩，應(yīng)該是水分蒸發(fā)，抑制了發(fā)酵溫度增長(zhǎng)，而干物質(zhì)含量35%～40% 和40%～50% 發(fā)酵溫度持續(xù)增長(zhǎng)，達(dá)到所要求的60 ℃以上，而含水率35%～40% 牛糞發(fā)酵溫度增長(zhǎng)快于含水率40%～50% 的牛糞，符合以上觀點(diǎn)。

堆垛牛糞干物質(zhì)含量是發(fā)酵升溫的一個(gè)重要因素[16]，干物質(zhì)含量直接影響好氧堆垛發(fā)酵溫度的速度、發(fā)酵的質(zhì)量，繼而影響發(fā)酵牛糞墊料的安全性。水分含量過(guò)高，發(fā)酵時(shí)溫度升高會(huì)蒸發(fā)水分，從而影響發(fā)酵溫度上升，導(dǎo)致發(fā)酵速度減慢，延長(zhǎng)了堆腐時(shí)間，含水率過(guò)低，細(xì)菌的代謝作用會(huì)普遍停止，完成不了殺滅有害微生物的作用[17]。

3.2 牛糞再生墊料的安全性評(píng)價(jià)

牛糞中微生物是衡量牛糞堆垛發(fā)酵情況，能否作為安全可靠墊料的標(biāo)準(zhǔn)，決定著牛糞能不能用作臥床墊料[18]。導(dǎo)致奶牛乳房炎最主要的病原微生物為金黃色葡萄球菌、無(wú)乳鏈球菌和大腸桿菌[19，20]。相關(guān)研究表明，大腸桿菌增殖的最適溫度為15～45 ℃，當(dāng)溫度高于45 ℃開(kāi)始死亡；鏈球菌生長(zhǎng)的最佳溫度為25～42 ℃，高于42 ℃開(kāi)始死亡；金黃色葡萄球菌能在6～48 ℃存活[21～23]。汪保根等[24]研究發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)能導(dǎo)致奶牛乳房炎的大腸桿菌、無(wú)乳鏈球菌、金黃色葡萄球菌在高于60 ℃的環(huán)境下存活時(shí)間均小于2 h。在本試驗(yàn)中，發(fā)酵溫度達(dá)60 ℃以上乳房炎致病微生物均被殺死，隨著堆垛發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，其他微生物也呈明顯下降趨勢(shì)，與汪保根等[24]結(jié)果基本相同。

4 小結(jié)

RMS可解決牛糞堆積，無(wú)法處理的難題，實(shí)現(xiàn)牧場(chǎng)使用內(nèi)循環(huán)，減少環(huán)境污染，降低牧場(chǎng)生產(chǎn)成本。堆垛牛糞干物質(zhì)含量35%～50% ，符合RMS制作要求，發(fā)酵溫度達(dá)60 ℃以上，可以有效殺滅致病微生物。干物質(zhì)含量35%～40% ，堆垛發(fā)酵最快，牛糞墊料的制作效率最高，符合牧場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)需要。堆垛發(fā)酵完成后表層、中層溫度達(dá)60 ℃以上24 h后，表層呈現(xiàn)灰白色，中層呈現(xiàn)黑褐色攤開(kāi)晾曬，使水分含量在50% 以下后待用，使用前加入0.1%～0.2%的生石灰，使用期間應(yīng)注意臥床墊料維護(hù)，每天清整臥床，及時(shí)補(bǔ)充墊料。后續(xù)將對(duì)臥床墊料應(yīng)該怎么維護(hù)，噴灑消毒劑的種類，以及臥床墊料的更換周期進(jìn)行研究。