發(fā)酵床奶牛舍墊料理化性狀和霉菌毒素的季節(jié)與方位變化

王 珊,顧亞蘭,張振斌,甄永康,陳逸飛,王夢(mèng)芝*，陳 寧

(1.揚(yáng)州大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院 畜牧獸醫(yī)研究所，石河子832000)

近年來，奶牛養(yǎng)殖業(yè)日漸規(guī)范化和集約化，同時(shí)也面臨糞污處理壓力、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和奶業(yè)可持續(xù)發(fā)展等問題。有數(shù)據(jù)表明，乳制品行業(yè)從生產(chǎn)到零售，約80%至95%的全球變暖、土地富營(yíng)養(yǎng)化和酸化，來自于農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)階段[1-2]。因此，現(xiàn)代規(guī)模化奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)糞污的無污染處理和資源化利用是改善養(yǎng)殖環(huán)境和把握奶牛養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。奶牛場(chǎng)的污水主要來自牛舍和擠奶廳的尿液、糞便，同時(shí)還包括沖刷排泄物被污染的水。這些有機(jī)污水的酸堿離子會(huì)惡化養(yǎng)牛場(chǎng)的環(huán)境，污染地下水[3]。據(jù)報(bào)道，每頭奶牛日產(chǎn)糞尿約58.93 kg，一個(gè)大型養(yǎng)殖場(chǎng)每天約產(chǎn)生30 t糞便，且牛糞含水量高、通氣性差，加之質(zhì)地細(xì)密、養(yǎng)分含量低，其分解較為緩慢，長(zhǎng)期堆放會(huì)產(chǎn)生大量有害細(xì)菌和惡臭氣體，還會(huì)造成病原微生物和重金屬污染[4-5]。

發(fā)酵床養(yǎng)殖技術(shù)是對(duì)活性強(qiáng)大的有益功能微生物復(fù)合菌群的利用，讓發(fā)酵床具有長(zhǎng)期穩(wěn)定的轉(zhuǎn)化作用[6-7]。菌群中需要含有不同種類的菌種以進(jìn)行分工發(fā)酵, 分解糞便中所含糖類、淀粉、纖維素等不同有機(jī)物質(zhì)[8]。浙江海寧某1000頭牛場(chǎng)使用發(fā)酵床300 d后，發(fā)現(xiàn)微生物發(fā)酵床組的奶牛單產(chǎn)提高18.2%；乳房炎發(fā)病率降低47.0%，奶牛產(chǎn)奶高峰期延長(zhǎng)22 d[9]。國(guó)輝等[10]研究表明采用異位發(fā)酵床處理，墊料中的全氮、全磷、全鉀、有效磷和有效鉀含量分別提高了74.56%、120.20%、70.05%、163.20%和78.52%，有利于有機(jī)肥料的生產(chǎn)。Krishna等[11]研究表明，發(fā)酵床能夠減少禽類的死亡率，提高日增重。目前國(guó)內(nèi)外規(guī)模化奶牛場(chǎng)大多采用散欄式飼養(yǎng)，采用發(fā)酵床養(yǎng)殖奶牛規(guī)模較小，相關(guān)研究也多停留在推廣發(fā)酵床養(yǎng)殖奶牛技術(shù)上，對(duì)其墊床的理化與衛(wèi)生指標(biāo)分析涉及尚不多。為此，本研究選擇長(zhǎng)三角地區(qū)一家發(fā)酵床飼養(yǎng)方式的奶牛場(chǎng)，跟蹤4個(gè)季節(jié)和發(fā)酵床不同位置進(jìn)行采樣與測(cè)定，以進(jìn)一步研究該飼養(yǎng)方式的墊床理化與衛(wèi)生狀況，判斷是否適合于泌乳奶牛排泄物的發(fā)酵降解和后期有機(jī)肥料的生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

本試驗(yàn)于2017年8月至2018年4月期間在長(zhǎng)三角地區(qū)某2 000頭規(guī)模化中國(guó)荷斯坦奶牛場(chǎng)的發(fā)酵床牛舍內(nèi)分4個(gè)季節(jié)和發(fā)酵床不同方位進(jìn)行跟蹤采樣與測(cè)定。該場(chǎng)位于江蘇省中部地區(qū)，長(zhǎng)江下游段江北。牛舍為東西走向，長(zhǎng)40 m、寬25 m(布局參照?qǐng)D1)，飼養(yǎng)100頭、胎次為1～4胎且泌乳期為10～290 d不等的奶牛。測(cè)定時(shí)其發(fā)酵床已經(jīng)使用15個(gè)月，墊料厚度為35～45 cm，由鋸木屑、稻殼、秸稈按2:1:1的比例混勻組成，并接種有EM菌種(酵母菌、芽孢桿菌、乳酸菌、放線菌等)。墊床每3個(gè)月補(bǔ)充一些新墊料，并且2年清除一次。

圖1 發(fā)酵床奶牛舍平面示意圖

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

分別在2017年8月23號(hào)(夏)、10月26號(hào)(秋)，2018年1月26號(hào)(冬)、4月26號(hào)(春)進(jìn)行采樣，所選取的采樣日均為該季節(jié)一段時(shí)間各條件均穩(wěn)定的一個(gè)晴天。

采樣均在采樣日上午10點(diǎn)進(jìn)行；在采樣牛舍的東西南北不同方位各設(shè)3個(gè)采樣點(diǎn)重復(fù)。在采樣點(diǎn)測(cè)定墊料的表層溫度等物理指標(biāo)；并采集1 kg墊料樣品，每個(gè)方位樣品混勻后帶回實(shí)驗(yàn)室，測(cè)定含水率等化學(xué)指標(biāo)，以及4種霉菌毒素指標(biāo)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

墊料物理指標(biāo)的測(cè)定：采用酒精溫度計(jì)對(duì)墊料的表層溫度(0～1 cm)、深層溫度(20～30 cm)進(jìn)行測(cè)量；范圍為6.5～8.0的pH試紙測(cè)量墊料的pH值；采用1 L容量筒測(cè)墊料容重；采用1 m鋼尺測(cè)定墊料深度。

墊料化學(xué)指標(biāo)的測(cè)定：參照賀建華[12]的方法，對(duì)墊料樣品進(jìn)行含水率、吸附水、粗灰分、粗蛋白、有機(jī)物、C、總N、總P、C/N含量測(cè)定。

墊料霉菌毒素指標(biāo)測(cè)定：使用黃曲霉毒素檢測(cè)試劑盒(德國(guó)CNW公司，SNEQ-C110119)、嘔吐毒素檢測(cè)試劑盒(德國(guó)CNW公司，SNEQ-C11002)、赭曲霉毒素檢測(cè)試劑盒(德國(guó)CNW公司，SNEQ-C11019)、赤霉烯酮檢測(cè)試劑盒(德國(guó)CNW公司，SNEQ-C11012)，參照試劑盒說明測(cè)定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)先經(jīng)EXCEL初步處理后，采用SPSS 18.0軟件中單因素方差分析程序分析比較發(fā)酵床四季和不同方位各項(xiàng)指標(biāo)，差異顯著時(shí)用鄧肯氏法進(jìn)行多重比較。P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 墊料物理指標(biāo)的季節(jié)變化

由表1可知，夏季的表層溫度顯著高于其他3個(gè)季節(jié)(P<0.05)，冬季表層溫度顯著低于其他3個(gè)季節(jié)(P<0.05)，四季的表層溫度有顯著差異(P<0.05)；夏季的深層溫度顯著高于其他3個(gè)季節(jié)(P<0.05)，冬季深層溫度顯著低于其他3個(gè)季節(jié)(P<0.05)，四季的深層溫度有顯著差異(P<0.05)；四季的pH均差異不顯著(P>0.05)；秋季和冬季的容重顯著高于春季和夏季(P<0.05)；春季和冬季的墊料深度顯著高于夏季和秋季(P<0.05)。

2.2 墊料化學(xué)指標(biāo)的季節(jié)變化

由表2可知，夏季的吸附水顯著低于其他3個(gè)季節(jié)(P<0.05)；冬季的吸附水顯著高于其他3個(gè)季節(jié)(P<0.05)，夏季的吸附水顯著高于春秋季(P<0.05)；冬季的粗灰分顯著低于其他3個(gè)季節(jié)(P<0.05)；秋季的粗蛋白顯著高于其他3個(gè)季節(jié)(P<0.05)；春季的C顯著高于其他3個(gè)季節(jié)(P<0.05)；秋季的總N顯著高于其他3個(gè)季節(jié)(P<0.05)；四季的總P無顯著差異(P>0.05)。

2.3 墊料霉菌毒素的季節(jié)變化

由表3可知，所測(cè)定的黃曲霉毒素B1、嘔吐毒素、赭曲霉素在季節(jié)間均無顯著差異(P>0.05)，冬季赤霉烯酮毒素顯著高于春季與秋季(P<0.05)。

表1 發(fā)酵床牛舍墊料物理指標(biāo)的季節(jié)變化

表2 發(fā)酵床牛舍墊料化學(xué)指標(biāo)的季節(jié)變化

表3 發(fā)酵床牛舍墊料霉菌毒素含量的季節(jié)變化

表4 發(fā)酵床牛舍墊料不同方位物理指標(biāo)的方位變化

2.4 墊料物理指標(biāo)的方位差異

由表4 可知，不同方位發(fā)酵床墊料的表層溫度、深層溫度、pH、容重、深度等均無顯著差異(P>0.05)。

2.5 墊料化學(xué)指標(biāo)的方位差異

由表5 可知，不同方位的含水率、吸附水、粗灰分、C、總P、總N等均無顯著差異(P>0.05)。

2.6 墊料霉菌毒素的方位變化

由表6可知，黃曲霉毒素B1、嘔吐毒素、赭曲霉素、赤霉烯酮等在方位間均無顯著差異(P>0.05)。

3 討論

3.1 墊料物理指標(biāo)的季節(jié)和位置變化

表層墊料是牛群躺臥的直接接觸地，所以表層的溫度也影響牛群的正常生產(chǎn)生活狀態(tài)。牛的生長(zhǎng)繁殖適宜溫度為5～15 ℃, 當(dāng)溫度高于25 ℃時(shí)，牛群便感覺不適，體感處于高溫狀態(tài)[13]。本研究中，夏季的表層溫度最高，說明牛群不喜歡躺臥，這與夏季的容重和墊料深度結(jié)果相符。墊料深層溫度的高低代表墊料的發(fā)酵程度。溫度會(huì)隨墊料深度的增加而增加，發(fā)酵床達(dá)到發(fā)酵溫度為40 ℃[14]。本研究20 ～ 30 cm深層的發(fā)酵溫度高于表層的溫度，說明深度越深發(fā)酵床因微生物的發(fā)酵而變化，受表層環(huán)境的影響不是很大，這與劉宇峰等[15]研究相符。本試驗(yàn)測(cè)定的發(fā)酵床墊床深層溫度低于40 ℃，這一方面可能是牛場(chǎng)增補(bǔ)新墊料，尚未充分發(fā)酵所致；另一方面也可能是因?yàn)闇y(cè)定點(diǎn)處有較多牛只躺臥，墊料略有板結(jié)，而造成的含氧量較低發(fā)酵不充分所致。墊料pH為6.5 ～ 8.5之間時(shí)適合耗氧微生物生長(zhǎng)，有利于發(fā)酵床的發(fā)酵，最好為7.5左右最適合微生物發(fā)酵[15]。本研究均在此范圍之間，這與劉宇峰等[15]研究相符，說明此發(fā)酵床適合耗氧微生物發(fā)揮其作用，有利于墊料糞便等的降解。墊料容重是由墊料孔隙和墊料固體的數(shù)量來決定的，容重越大表明墊料中孔隙少，氧氣含量少，反之則表示墊料通透性好，含氧量高[16]。本研究中，秋冬季節(jié)容重大，春夏季節(jié)容重小，可能是因?yàn)榍锒竟?jié)天氣較寒冷，牛群喜歡在墊料上躺臥行走。墊料的深度也反映了牛群在墊料的躺臥情況，夏秋季節(jié)墊料的深度較高，春冬墊料的深度較低，說明春冬季節(jié)牛群喜歡在墊料上躺臥，可能是因?yàn)榘l(fā)酵床發(fā)酵冬天相對(duì)較暖和，這與容重測(cè)出來的結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

表5 發(fā)酵床牛舍墊料化學(xué)指標(biāo)的方位差異

表6 發(fā)酵床牛舍墊料霉菌毒素含量的方位差異

3.2 墊料化學(xué)指標(biāo)的季節(jié)和位置變化

適宜的水分含量是發(fā)酵床發(fā)酵必不可少的條件，當(dāng)水分含量為50%～60%時(shí)，有利于發(fā)酵床效率的提高。當(dāng)水分過高時(shí)，墊料中的氧含量會(huì)降低，墊料進(jìn)行過多的無氧發(fā)酵，糞便等有機(jī)物降解不完全便會(huì)產(chǎn)生惡臭氣味，影響整體的發(fā)酵。相反如果水分過少，微生物大量死亡，降低發(fā)酵的進(jìn)程[17]。本研究墊料的水分均在此范圍，有利于維持發(fā)酵床的快速降解。夏季含水率最低，可能和季節(jié)有關(guān)。發(fā)酵床中吸附水主要由液體分子在固體表面吸附達(dá)到熱力平衡而表現(xiàn)出來，吸附水在冬季含量最高，可能是因?yàn)闅怏w接觸的固體表面上保留著一些被吸附的氣體分子，溫度越低被吸附的分子也越多[18]。據(jù)張慧林等[19]、常玲玲等[20]研究表明在秋冬產(chǎn)犢季節(jié)奶牛乳脂率和乳蛋白率逐漸增多，泌乳量增加。本研究夏季氮含量較少，秋季氮含量較多，可能是因?yàn)殚L(zhǎng)三角地區(qū)夏季天氣較為炎熱，泌乳奶牛存在一定熱應(yīng)激現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致奶牛代謝維持需求有7%～25%的提高，而產(chǎn)奶量下降7.7%～17.6%[21-22]；而秋季奶牛產(chǎn)奶量提高，依據(jù)以奶定氮的飼養(yǎng)原則，牧場(chǎng)對(duì)奶牛日糧氮的補(bǔ)充量較多。Powell等[23]研究也表明，蛋白飼料攝入較多，飼料蛋白有效利用率減少，糞尿中的氮排放增多16%～36%。

中國(guó)畜牧業(yè)生產(chǎn)氮磷排放量占到全國(guó)氮磷總排放量的54%～78%[24]，并且造成了一系列環(huán)境污染，如PM2.5污染，地下水質(zhì)量退化和地表水富營(yíng)養(yǎng)化[25-26]。本研究中北面的粗蛋白和氮含量低于其它3個(gè)方位，這可能是因?yàn)楸边咃曫B(yǎng)的為泌乳期較后期的奶牛，其日糧氮含量較低。而Mutsvangwa等[27]研究指出，氮攝入量較少的奶牛尿液中的總氮和尿素氮排泄量都更低。發(fā)酵床對(duì)墊料磷有一定的分解作用，尤其是總磷中的植酸磷可在植酸酶的作用下水解為肌醇和無機(jī)磷被微生物利用[28]。據(jù)報(bào)道，育肥豬每日磷排放量較高約5 g，占糞尿排放總量0.8%左右[29]，而采用發(fā)酵床養(yǎng)殖生豬26月后，其墊床墊料總磷為2.47%[30]。本試驗(yàn)中，發(fā)酵床墊料總磷含量為0.92%～1.05%，相比上述發(fā)酵床墊料而言為低。其可能的原因一是畜禽飼料中70%左右的磷以植酸磷形式存在，奶牛等反芻動(dòng)物瘤胃的微生物可分泌植酸酶而有效地利用植酸磷[31]，其糞便中磷的含量低于生豬等單胃動(dòng)物[32]；二是該牛場(chǎng)墊料鋸木屑比例相對(duì)偏高(80%左右)，而鋸木屑含磷量較低。這在一定程度上說明該牛場(chǎng)的發(fā)酵床墊料含磷量低而利于環(huán)境的保護(hù)。微生物分解墊料中的有機(jī)物需要足夠的碳源和氮源，C/N反映了發(fā)酵床的發(fā)酵速度。當(dāng)發(fā)酵床C/N為25～35:1時(shí)發(fā)酵效果較好，20～50∶1時(shí)發(fā)酵較穩(wěn)定[33]。本研究發(fā)酵床四季C/N基本在此范圍之內(nèi)，說明發(fā)酵床可以對(duì)一些糞便的降解起作用，后期發(fā)酵可以再補(bǔ)充些氮源以提高發(fā)酵效率。

3.3 墊料霉菌毒素的季節(jié)和位置變化

霉菌毒素可使細(xì)胞程序性死亡，使家畜免疫系統(tǒng)降低，造成奶牛對(duì)一些傳染病抵抗力下降，從而增加生產(chǎn)成本[34]。國(guó)標(biāo)黃曲霉毒素B1應(yīng)用于飼料等原料應(yīng)≤10 μg/kg、嘔吐霉素含量應(yīng)用于飼料等原料應(yīng)≤1 mg/kg、赭曲霉毒素含量應(yīng)用于飼料等原料應(yīng)≤100 μg/kg、赤霉烯酮應(yīng)用于飼料等原料應(yīng)≤0.1 mg/kg[35]。本研究中，所測(cè)定的四種毒素含量均在國(guó)標(biāo)之內(nèi)。甄陽光[36]研究表明，不同季節(jié)霉菌毒素含量有相應(yīng)的變化；水分含量較高也能夠促進(jìn)霉菌毒素的產(chǎn)生[37]。本研究中，冬季赤霉烯酮含量相對(duì)較高，這可能是因?yàn)槎镜乃趾恳蚕鄬?duì)較高，而高溫干旱情況下產(chǎn)生的孢子在冬季逐漸生長(zhǎng)。這提示，發(fā)酵床養(yǎng)牛應(yīng)在冬季適當(dāng)?shù)慕档蛪|料水分以抑制霉菌毒素的生長(zhǎng)。

4 結(jié) 論

基于對(duì)長(zhǎng)三角地區(qū)該發(fā)酵床奶牛舍墊料理化指標(biāo)和霉菌毒素的季節(jié)變化和方位差異的分析，其墊床墊料在四季間有一定的波動(dòng)變化，但其pH在7.11～7.40范圍、含水量在48.06%～62.32%范圍，碳氮比在37.99～53.31:1范圍，適合于墊床的微生物發(fā)酵；而且其霉菌毒素含量較低，適合于泌乳奶牛排泄物的發(fā)酵降解，也可用于后期有機(jī)肥料的生產(chǎn)。