不同菌種發酵墊床對青年奶牛生長、健康及其舍內環境衛生的影響

顧亞蘭，徐 俊，甄永康，陳逸飛，張振斌，于 翔，毛永江，王夢芝*

（1.揚州大學動物科學與技術學院，江蘇揚州 225009；2.江西省農科院農產品質量安全與標準研究所，江西南昌 330000）

微生物發酵床養殖技術將專用菌種按一定比例混合秸稈、稻殼等，通過發酵使牛糞、尿中的有機物質得到充分分解與轉化，當墊料發酵溫度達60～70℃，可將糞便中病毒、寄生蟲、病原菌等致病微生物殺滅，是一種生態環保養殖模式[1]，既可實現糞尿和秸稈無害化處理和資源化利用，又能改善牛舍內環境衛生，利于奶牛健康生長。張振斌等[2]研究發現，發酵床飼養模式能夠有效防止膽固醇在奶牛體內蓄積并促進其排出，提高脂類代謝效率。孫仁利等[3]研究發現，新型中低溫生物床技術夏季在奶牛上應用降低了奶牛血液中白細胞數量，增強機體活力和抗病抗逆能力。由于發酵床的床體發酵是多效應，其墊料表層一般是耗氧微生物起作用，而墊料深層需要厭氧微生物存在。因此，在發酵床中添加單一的微生物或土著微生物的效果不如復合微生物菌群的共同作用效果[4]。賈志偉等[5]研究發現，土著微生物不一定適應發酵床的高溫環境，降解豬糞的能力也不一定強。

目前，在市場上售賣的復合微生物菌種主要來自日本如EM 菌和酵母菌。EM 菌是一種包含光合細菌、酵母菌、乳酸菌和放線菌為主的80 余微生物；酵母菌是一種產生多種催化分解酸的有益微生物群體，主要包含固氮菌、解磷菌、解鉀菌、酵母菌以及多種對植物有益的菌落。以上產品通用性很強，但價格較高，在一定程度上會影響養殖業從業者對該菌種選擇。此外，我國內各省均有本地研發的菌種或產品用于發酵床養殖，但市場占有率比較低。其主要原因是有相當數量專用菌種在各地發酵床中分解率各不相同，容易導致發酵床壽命短，半年到一年就“死床”[6]。因此，研發一種在發酵床墊料中附著和定植能力強，對墊料和動物糞尿環境適應性強，可有效殺死病蟲害的互惠共生關系的菌種組合具有重要的現實意義。本試驗通過鋪設不同菌種并研究其墊床理化特性影響，并結合其對后備牛舍環境衛生和生長性能的影響，來篩選適宜的發酵床菌種。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與墊床制作 試驗在江蘇省宿遷某牛場內進行，該地區平均海拔高度為28.6 m，北緯33°08～33°44，東經117°56～118°46，屬于東亞季風區，又屬于北亞熱帶和北暖溫帶的過渡區，季風顯著，四季分明，氣候溫和，光照充足，平均氣溫14.3℃，年均降水量893.9 mm，年均日照總時數2 356.4 h。

該牛場的某青年牛舍采用發酵床養殖模式，長232 m、寬10 m、高0.5 m，面積2 320 m2，體積1 160 m3。墊料是按木屑、稻草、壓榨牛糞9:10:8 混合均勻鋪制。此外，墊床每3 個月補充一些新墊料和菌種，并且2 年清除1 次。使用2 次牛糞壓榨機壓榨牛糞，使用WT—051575X 型翻旋機疏糞。

1.2 試驗設計 試驗牛舍平均分為4 個區域，各區域相互獨立，且采光和通風方式相同，如圖1 所示。本試驗利用復合菌種接種發酵床，設計為4 種不同菌種墊床。1 號區域中，復合芽孢桿菌（主要包含枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌）:乳酸菌=2:1；2 號區域中，酵母菌:乳酸菌=2:1；3 號區域中復合芽孢桿菌:酵母菌:乳酸菌=1:1:1；4 號區域為對照，未添加外源菌種。

圖 1 發酵床青年奶牛舍區域布局

在2019 年4— 11 月進行初次鋪設，菌種活化：每千克菌種添加100 g 尿素和0.5 kg 紅糖，溫水活化。菌種使用步驟：按比例混勻放置3 h 活化；噴灑；翻動均勻。

1.3 樣本采集 試驗分別在2019 年4 月26 日、5 月25 日、7 月14 日、11 月16 日10:00 采樣，采樣日均為該季節一段時間各條件均穩定的一個晴天。

在試驗牛舍4 個區域，每個區域東西縱向上均勻設3 個采樣點，共12 個采樣點，每個采樣點重復3 次。在采樣點測定墊料的表層溫度、深層溫度、深度等物理指標；并采集1 kg 墊料樣品，每個方位樣品混勻后帶回實驗室，測定含水率、吸附水、粗灰分、總磷等化學指標。同時，在采樣點位置也進行室內空氣采樣及溫度、濕度、噪音等測定，采樣和測定高度均離地面1.2 m。其中，溫度和濕度各測定24 次；噪音測定36 次；氨氣測定采樣24 次。每個采樣點測定皆重復3 次。

在每個區域飼養7 月齡、體重240～250 kg、體高135～145 cm、體況等相近的健康荷斯坦奶牛母牛8 頭，跟蹤測定其體尺。

另外，在每個區域再各選取6 頭青年牛于晨飼前用一次性注射器對所選每頭奶牛進行尾跟靜脈采血10 mL，分裝到EDTA 抗凝管和EDTA 促凝管中，在采集完當天將血樣送至泗洪縣醫學測試中心進行血液常規和血液生化指標檢測。

1.4 指標測定與方法

1.4.1 墊料物理指標測定 采用水銀溫度計對墊料表層溫度（0～1 cm）、墊料深層溫度（20～30 cm）測量；采用1 m 鋼尺測定墊料深度。

1.4.2 墊料化學指標測定 墊料化學指標的測定：參照賀建華[7]的方法測定墊料樣品的含水率、吸附水、粗灰分、總磷含量 。

1.4.3 環境衛生指標測定 采用AWA5636-0 手持式聲級表對牛舍內噪音進行測量；采用紅星干濕球溫度計（精確度0.1℃）對牛舍內溫度、濕度進行測量；采用GS-III B 型大氣采樣機（上海宏宇環保應用研究所）對牛舍內空氣采樣，采用納氏試劑比色法測量空氣中氨的含量；微電腦激光粉塵儀測定空氣中總懸浮物顆粒PM1、PM2.5、PM10。溫濕度指數（THI）的計算公式：THI=0.72（Td+Tw）+40.6。式中，Td 和Tw 分別為干球溫度和濕球溫度。

1.4.4 體尺、體重指標測定 體尺指標參照《中國荷斯坦牛體型鑒定技術規程》[8]的方法測定，在每個區域選取8 頭青年牛測定體尺指標。將奶牛置于平坦地面站好，即身軀不向左或向右偏，也不抬高或下垂，枕骨靠近水平線上的甲骨，接著測定蹄踵深度、身體高度、胸部的寬度、胸圍、身體重量、體斜長等指標。使用卷尺、角尺測定牛的身體高度、胸部寬度、體斜長等指標。而腰強度、骨質地、后肢后視、中央懸韌帶、前乳房附著等指標則采用目測法進行評分。體重估測公式：y（kg）=212×胸圍×體斜長－153。

1.4.5 血液指標測定 將血樣即時送至泗洪縣醫學測試中心使用雷杜RT-7200 全自動血液分析儀，全自動血常規分析儀進行血液常規和血液生化指標檢測。

1.5 統計分析 采用SPSS 18.0 軟件中單因素方差分析程序，分析比較不同菌種組合下發酵床奶牛舍內各項指標，采用Duncan's 法進行多重比較。P<0.05 表示差異顯著，P<0.01 表示差異極顯著。

2 結果

2.1 不同菌種組合對環境衛生指標的影響 表1 顯示，1 號區域舍內相對濕度低于2 號與3 號區域（P<0.05）；4 號區域舍內噪音高于其他區域（P<0.05）；1 號區域PM1、PM2.5、PM10 濃度低于其他區域（P<0.01）；其余環境衛生指標差異不顯著。

表1 不同菌種組合牛舍環境衛生指標分析

2.2 不同菌種組合對墊床墊料物理和化學指標的影響表2 顯示，1 號區域牛舍墊料厚度顯著高于其他3 個區域；1 號區域牛舍墊料深層溫度極顯著高于其他3 個區域；牛舍不同區域間墊料表層溫度、含水率、吸附水、粗灰分、總磷差異不顯著。

表2 不同菌種組合牛舍墊料物理和化學指標的分析

2.3 不同菌種組合對青年牛體尺體重的影響 表3 數據顯示，1 號區域和3 號區域青年牛蹄踵高于2 號區域和4 號區域（P<0.01）；3 號區域青年牛后肢后視高于2號和4 號區域（P<0.05）；3 號區域青年牛中央懸韌帶高于2 號和4 號區域（P<0.05）；3 號區域青年牛前乳頭位置和后乳房附著高度高于其他3 個區域（P<0.01）；2 號區域青年牛腰強度低于其他3 個區域（P<0.01）；其余青年牛體尺指標之間差異不顯著。3 號區域青年牛蹄踵深度、后肢后視評分、中央懸韌帶評分、前乳頭位置評分、后乳房附著高度和腰強度指標較其他區域均較好，對青年牛生長發育具有一定促進作用。

表3 不同菌種組合牛舍青年牛體尺指標的分析

2.4 不同菌種組合對青年牛血液生理生化的影響 表4數據顯示，不同菌種組合下4 個區域牛舍內青年牛的白細胞數、紅細胞數、血紅蛋白、血小板數和紅細胞壓積等血液生理指標均差異不顯著，但血液生化指標存在顯著差異。4 號區域青年牛血液中谷草轉氨酶和總蛋白均高于其他3 個區域（P<0.01）；3 號區域青年牛血液中總膽紅素低于其他3 個區域（P<0.05）。牛舍不同區域青年牛的谷丙轉移酶、谷草/谷丙、堿性磷酸酶、谷氨酰氨轉移酶等血液生化指標均無顯著差異。除堿性磷酸酶含量高于參考值，總膽紅素、谷草/谷丙和谷氨酰氨轉移酶含量低于參考值外，其余指標皆在參考值范圍之內，不同菌種處理未對青年牛血液生化指標產生較大影響。

表4 不同菌種組合對牛舍青年牛血液生理生化的影響

3 討 論

3.1 不同菌種發酵床飼養對牛舍環境的影響 牛舍小氣候是體現奶牛生活舒適度重要的環境條件，空氣溫濕度是影響其健康和生產的首要環境因素[13]。王志榮[14]研究表明，發酵床牛舍內濕度應保持在 40%～60%，不能超過65%。濕度過大會降低墊料發酵能力，濕度過小，發酵床會產生粉塵，造成牛呼吸道疾病。本試驗中，2 號、3 號和4 號區域牛舍內相對濕度均超過65%，只有1 號區域牛舍內相對濕度（56.78%）在40%～60%，但也接近60%。這可能是發酵床上飼養的奶牛產生糞尿不斷堆積加上外界環境濕度較高所致。因此，應適當增加發酵床牛舍內除濕設備，改善環境濕度。

國家畜禽場環境質量標準中規定，奶牛舍內標準噪音強度應低于75 dB[15]。當牛舍噪音過高，會激活下丘腦—垂體—腎上腺軸，促使下丘腦分泌促腎上腺激素釋放激素，此激素促進垂體分泌促腎上腺皮質激素（ACTH），ACTH 又促使腎上腺分泌腎上腺素，從而影響奶牛的采食量、抵抗力、奶品質等[16]。本試驗中，4 個區域內噪音強度均低于75 dB，提供了一個良好的環境，但4 號區域內噪音為69.53 dB，顯著高于其他3個區域。這可能是由兩方面原因導致：一方面，在4 號區域測噪音過程中有部分牛群在嬉戲、爭斗等，發出噪聲；另一方面，4 號區域溫度（30.67℃）相對其他區域較高，奶牛易煩躁不安，導致發出噪聲。

《環境空氣質量標準》規定，在25℃、1 個標準大氣壓下，PM2.5 一級濃度限值為35 μg/m3 和二級濃度限值為75 μg/m3；PM10 一級濃度限值為50 μg/m3和二級濃度限值為150 μg/m3[17]。當空氣中傳播的顆粒濃度過高會導致微生物污染和疾病的產生及流行。Athanasios 等[18]研究發現，PM10 濃度過高會增加農民和家畜中支氣管、哮喘樣癥狀、心血管疾病、肺炎病變和肺癌風險。Schwartz 等[19]研究發現，PM2.5 濃度每增加10 μg/m3，心血管疾病風險增加1.37%。本試驗中，4 個區域的PM1、PM2.5、PM10 均在一級范圍內，其中1 號區域PM1 濃度為0.20 mg/m3、PM2.5 濃度為0.19 mg/m3、PM10 濃度為0.20 mg/m3，均極顯著低于其他區域。這可能與菌種有關，1 號區域鋪設的是復合芽孢桿菌和乳酸菌。復合芽孢桿菌主要包含枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌及生物酶、維生素、微量元素等輔助劑。其中，枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌等在快速繁殖過程中，產生大量多種蛋白酶（特別是堿性蛋白酶）、糖化酶、脂肪酶、淀粉酶，能降解墊料中復雜的有機物。乳酸菌在復合微生物中可以作為輔助菌，使墊料中蛋白質、維生素、氨基酸生物等活性大幅度提高，為復合芽孢桿菌增殖提供重要的給養保障。同時，1 號區域墊料的含水率（47.88%）相對其他區域較高，可有效控制被降解的有機物變成粉塵，從而可能減少粉塵產生。可見1 號區域鋪設復合芽孢桿菌和乳酸菌（比例為2:1）對于牛舍內粉塵濃度控制具有良好促進作用，減少奶牛感染支氣管、肺炎等疾病風險。

3.2 不同菌種發酵床飼養對墊料物理指標的影響 發酵床深層溫度是微生物活動標志，溫度高低直接反映發酵快慢[20]。當發酵溫度維持到理想溫度有利于有益微生物活動，并對有害微生物起到殺滅和抑制作用。本試驗中，1 號區域牛舍墊料深層溫度達32.77℃，極顯著高于其他3 個區域，這可能與菌種的活性及分解牛糞的能力有關。1 號區域鋪設的是乳酸菌和復合芽孢桿菌。乳酸菌是一種異養厭氧型的革蘭氏陽性菌，能夠從光合細菌、酵母菌分解得到的葡萄糖類碳水化合物中發酵產生大量乳酸，分解墊料中有機物質，釋放出大量熱量，從而引起發酵床溫度升高[21]。此外，乳酸菌在發酵過程中，產生大量乳酸和乙酸，使發酵環境pH 下降，形成一個酸性環境。當pH 達到一定酸度值時，就會抑制李斯特菌、葡萄球菌和沙門氏菌等腐敗菌及其他一些有害菌生長[22]。復合芽孢桿菌是一種耐高溫細菌，具有穩定性好，耐氧化、耐擠壓、耐酸堿、耐高溫，能長期耐受60℃高溫，在溫度120℃下能存活20 min。當發酵床溫度達到50℃時，芽孢桿菌便迅速增殖，在菌群中承擔高溫發酵工作，分解動物糞便中高活性的過氧化氫、硫化物分解酶等，從而可能引起發酵床溫度升高[23]。此外，芽孢桿菌還能有效降解墊料中有機磷，增加有效磷含量，利于墊料后期作為有機肥使用。鄭傳進等[24]通過對以Ca3（PO4）2和卵磷脂為唯一磷源的培養基接種巨大芽孢桿菌 ACCC10011 磷細菌后，發現無機磷培養物中水溶性磷總量比對照提高了13.6 倍，有機磷培養物中水溶性磷總量比對照提高了4.16 倍。另外，墊料厚度也會影響發酵溫度，張闖等[25]研究發現，發酵床墊料夏季厚度為50 cm，冬季厚度為60 cm 時有利于墊料發酵，墊料過淺不會引起發酵，太厚會導致內部溫度過高過快，進而導致發酵速度減慢。本試驗中，4 個區域的墊料厚度均低于50 cm，過低可能影響發酵效率，牛場在實際養殖過程中還需鋪設更多墊料，提高發酵溫度。

3.3 不同菌種發酵床飼養對青年牛體況、血液指標的影響唐式校等[26]研究發現，發酵床養牛的產奶量比傳統養牛提高大約45%，發病率降低大約8%。本試驗中，4 個區域的發酵床接種不同復合型菌種，但3 號區域青年牛蹄踵深度、后肢后視評分、中央懸韌帶評分、前乳頭位置評分、后乳房附著高度和腰強度等指標相對于其他區域均較好，即第3 組的牛只肢蹄和泌乳系統相對于比其他3 組較好。這可能與菌種有關，3 號區域鋪設的菌種是復合芽孢桿菌、酵母菌和乳酸菌。復合芽孢桿菌中枯草芽孢桿菌在環境中能迅速消耗游離氧，造成低氧環境，促進有益厭氧菌生長，間接抑制其他致病菌生長，從而有利于動物生長[27]。酵母菌中的布拉酵母可以抑制沙門細菌在動物腸道內定植，降低病原菌對奶牛腸道的損害[28]。由于許多病原菌細胞表面均含有一種特殊的用于細胞識別的糖蛋白，糖蛋白與酵母細胞壁外層甘露聚糖表面上的受體結合，從而黏附在腸上皮繁殖。但酵母不在消化道中定植，而是隨消化道的運行排出，故凝集于酵母細胞壁外層甘露聚糖上的病原菌也可隨同排出體外，從而起到保護作用。乳酸菌除了是一種能產生細菌素，對墊料中大腸桿菌素和金黃色葡萄球菌素等有頡頏作用的微生物，還是一種對動物胃腸道有益的微生物菌群，其產生乳酸和乙酸等有機酸能顯著降低腸道pH，使腸道處于酸性環境，抑制致病菌和有害菌生長，從而維持腸道菌群動態平衡，調整腸道炎性細胞因子的釋放，改善腸道黏膜免疫系統[29]。朱鵬等[30]研究發現，足夠的乳酸桿菌含量能夠提高犢牛的免疫能力和對病原微生物的拮抗效應。此外，溫國富[31]研究發現，奶牛的肢蹄、泌乳系統與奶牛的產奶量密切相關，當奶牛有肢蹄病和乳房疾病時會降低產奶量甚至會造成較高淘汰率，推測第3 區域的青年牛可能有巨大的繁殖性能潛力和較小淘汰率。

血液的常規指標和生化指標可以反映青年牛健康狀況以及機體新陳代謝機能狀態的改變[32]。本試驗中，不同菌種發酵床養殖模式對青年牛的血液常規指標沒有明顯影響。血液生化指標中谷草轉氨酶、堿性磷酸酶、總膽紅素、總蛋白等是反映肝功能的重要指標，當肝組織受損時，血清中該指標會相應上升[2]。本試驗中，牛舍不同區域青年牛的谷丙轉移酶、谷草/谷丙、堿性磷酸酶、谷氨酰氨轉移酶等血液生化指標均無顯著差異；堿性磷酸酶含量高于參考值、總膽紅素、谷草/谷丙和谷氨酰氨轉移酶含量低于參考值外；其余指標皆在參考值范圍之內，不同菌種處理未對青年牛血液生化指標產生較大影響。但比較而言，4 號區域青年牛血液中谷草轉氨酶為77.42 U/L，顯著高于其他3 個區域的試驗牛；其總蛋白為71.78 g/L，也顯著高于其他3 個區域的試驗牛。該結果提示，相對其他菌種，復合芽孢桿菌：酵母菌：乳酸菌以1:1:1 的比例制作墊床可能有利于提高青年牛的肝功能健康。

4 結 論

本試驗結果顯示，采用不同菌種處理發酵床牛舍內環境衛生指標、粉塵濃度指標、墊料物理指標、青年牛體尺指標和血常規、血液生化指標皆較好。不同菌種處理會對牛舍環境衛生、墊料物理性質和奶牛健康產生顯著的影響。考慮對牛舍內粉塵濃度指標影響，以2:1 酵母菌和乳酸菌混合菌為優勢組合；考慮對青年牛體尺發育指標影響，以1:1:1 復合芽孢桿菌、酵母菌和乳酸菌混合菌為優勢組合。