微生物发酵床养猪技术研究进展.doc

微生物发酵床养猪技术研究进展
宋泽琼，蓝江林，刘波* 收稿日期：
基金项目：无害化养猪微生物发酵床工程化技术研究与示范（2010GB2C400220）；微生物发酵床垫料资源化利用技术研究及示范（2010R1020-1 ）；福建省财政专项-福建省农业科学院科技创新团队建设基金（STIF-Y03）。
作者简介：宋泽琼（1987-），女，福建省宁德市人，硕士研究生，从事应用微生物研究。E-mail：joan649@
通讯作者：刘波 E-mail：fzliubo@

，林娟
（1.福建省农业科学院农业生物资源研究所，福建 福州 350003；2.福州大学，福建 福州 350108）

摘 要：本文从微生物发酵床养猪技术的概念和发酵床的微生物特性、微生物群落结构分布、挥发性
气味物质及其发酵程度等多个方面阐述了国内外微生物发酵床养猪的研究进展，提出了微生物发酵
床养猪今后重点解决的问题和可以研究的方向。
关键词：发酵床；微生物生物量；磷脂脂肪酸；气味物质；发酵程度

Advances in Researches of Microbial Fermentation Bed in Pig Farming
SONG Ze-qiong,LAN Jiang-lin,LIU Bo,LIN Juan-juan
(1.Agricultural Bioresource Research Institute, Fujian Academy of Agricultural Sciences, Fuzhou 350003,China;
2.College of Biological Science and Technology, Fuzhou University, Fuzhou 350108,China)

Abstract:
Key words:

养猪是我国农业生产的重要组成部分，是农民增收致富的重要手段，猪肉年产量5000万吨左右，居世界第一。据农业部统计，2011年10月全国生猪存栏4.71亿头。然而，在养猪业迅猛发展的同时，养猪粪污排泄造成的环境污染问题成为阻碍我国生猪产业可持续发展的重要因素。而目前养猪粪污处理主要采用的物理学方法、自然净化法以及生物学方法由于存在耗能大、占地面积多、消纳时间长以及残渣二次污染等，都无法从根本上解决污染问题。微生物发酵床养猪技术是是根据微生态理论，利用微生物原位发酵控制技术，分解、消纳养殖排泄废弃物，从源头上控制畜禽养殖造成的环境污染，达到环保畜禽养殖的目的。有别于传统养猪模式的一种新型的粪污处理技术，该技术通过发酵床微生物发酵分解猪粪尿，达到养殖圈舍内无臭味，对环境无污染、“零”排放的环保型养殖的要求。该技术从日本引进到中国后，许多在许多省市地区进行了试行和推广应用，并对发酵床制作原理、日常管理等做了大量研究，并取得了较理想的效果。但从微生物发酵床的微生物特性、气味物质等方面并没有系统完整的讲述，本文从微生物发酵床养猪技术的概念和发酵床的微生物特性、微生物群落结构分布、挥发性气味物质及其发酵程度等多个方面阐述了国内外微生物发酵床养猪技术的研究进展。
1 微生物发酵床养猪的研究进展
1.1 微生物发酵床养猪技术
养猪是我国农业生产的重要组成部分，是农民增收致富的重要手段，猪肉年产量6000万吨左右，居世界第一，据农业部统计，2008年上半年全国生猪存栏4.71亿头，同比增长9.4% [1]。然而，在养猪业迅猛发展的同时，一直困扰着养猪业发展的难题也愈演愈烈，例如养猪业中产生的大量的污水、粪便等污染物对广大农村、河流甚至饮用水源地造成较为严重的污染，根据农业部全国农业技术推广服务中心关于畜禽粪便量的计算方法计算出 2002 年我国猪粪产生量达到12.9亿吨[2]，若不能有效处理不仅会对环境造成巨大的危害，甚至不利于我国国民经济的和谐发展；其次猪饲料中添加大量的抗生素、微量元素，使得消费者对猪肉生产的食品安全提出疑问；另一方面近年来许多病毒疾病（如蓝耳病）和细菌性疾病（如猪大肠杆菌病）在规模猪场大量肆虐，给养猪业带来了很大的冲击和影响。这些问题已成为制约我国生猪可持续发展的重要因素，传统养猪模式遭到了前所未有的挑战，即使采用猪-沼-果等立体模式的治理方法，也有很大的局限性[3]。而微生物发酵床养猪技术是一种更为理想、行之有效的粪便处理技术，它能有效治理养猪业带来的环境污染，降低养猪成本，提高猪肉品质。
微生物发酵床养猪技术又称自然养猪法、环保养猪法、懒汉养猪法、生态养猪技术、零污染养猪技术，源自日本，国外称为：Pig on litter、breeding pig on litter [4-6]、deep-litter-system [7,8]、 in situ decompostion of manure和bio-bed System [9]，从1992年开始，日本鹿儿岛大学的专家教授对发酵床养猪技术进行系统研究，形成了较为完善的技术规范[10]。具体是根据微生态理论和生物发酵理论，从土壤或样品中筛选功能微生物菌种，通过特定营养剂的培养形成土著微生物原种，将原种按一定比例掺拌锯末、谷壳、木屑等材料，然后控制一定的条件让其发酵成优势群落，最后制成有机垫料。将这些垫料在猪舍铺设成一定厚度的发酵床，利用生猪拱翻的生活习性，使垫料和猪粪尿充分混合，通过微生物的分解发酵，使猪粪尿中的有机物质得到充分的分解和转化[3，11]，最终达到降解、消化猪粪尿，除去异味和无害化的目的，是一种无污染、零排放的新型环保养猪技术。微生物发酵床养猪是在畜舍内敷设厚垫料，粪尿和垫料混合被发酵，饲育和粪尿处理同时在畜舍内完成的饲养方式[11]。具体是根据微生态理论和生物发酵理论，从土壤或样品中筛选功能微生物菌种，通过特定营养剂的培养形成土著微生物原种，将原种按一定比例掺拌锯末、谷壳、木屑等材料，然后控制一定的条件让其发酵成优势群落，最后制成有机垫料。将这些垫料在猪舍铺设成一定厚度的发酵床，利用生猪拱翻的生活习性，使垫料和猪粪尿充分混合，通过微生物的分解发酵，使猪粪尿中的有机物质得到充分的分解和转化[3]，最终达到降解、消化猪粪尿，除去异味和无害化的目的，是一种无污染、零排放的新型环保养猪技术。
微生物发酵床养猪与传统养猪模式相比，微生物发酵床养猪技术结合了微生物技术、发酵技术及畜禽养殖技术，有许多优点：（1）微生物发酵床养猪技术利用垫料里的相当活性的有益微生物进行发酵，猪的排泄物被这些微生物垫料中的细菌作为营养迅速降解、消化，不再需要冲洗粪污，对猪粪尿清扫排放，也不会形成大量的冲圈污水，从而减少废弃物、排泄物排出养猪场向外排放，猪舍内无臭味，Chan[12]等研究发现，发酵床养猪可减少氨、氧化亚氮、硫化氢和、吲哚等臭味物质产生和挥发[12]；（2）微生物发酵床猪舍为全开放猪舍，发酵床垫料非常松软，适应猪只翻拱的管理得当的发酵床猪舍内无臭味，少蚊蝇，适合猪的自然生活习性，全面改善了猪的生活环境，提高了猪场的卫生水平[13]。Morrison等[14]研究发现，相对传统养猪模式中猪只能在有限的环境活动，并需要自动化的通风设备，漏缝地板和液体肥料处理系统等缺点而言，发酵床养猪是自然式的通风，能容纳的猪只数量更多，且每只猪的活动空间更大[14]。（3）猪舍内通风透气，温湿度均适宜猪的生长，Rebecca S.等研究发现与传统养猪法相比，发酵床的猪花在站立、拱翻等运动上的活动时间更多，机体抵抗力增强[15]。，猪只发病减少，特别是呼吸道和消化道疾病的发生，从而大大减轻了因饲养规模的扩大而导致的疾病增多。，减少抗生素、抗菌性药物的使用，饲料转化率提高，料肉比进一步降低，猪肉品质大大提高，生产出真正意义上的有机猪肉；（4）猪粪尿与锯末等垫料的混合物在微生物的作用下迅速发酵分解，产生热量，中心温度可达40-50℃，表层温度能长期维持在25-30℃，因此微生物发酵床能很好的解决了猪舍的冬季保温难题，节约了能源；（5）由于微生物发酵床养猪技术不需要用水冲猪舍，可节约大量用水，不需要每天清除粪便，采用自动给食、自动饮水技术等众多优势，一个人可同时饲养几百头猪只，节省人力资源，生猪体内无寄生虫、无需治病，节省药品费用，因此在现代化规模养猪场中运用该项技术，经济效益将十分明显。
1.2 微生物发酵床垫料的研究进展
近二十年来，许多学者及农牧畜业的技术人员对微生物发酵床养猪模式进行了大量研究，主要集中在微生物发酵床养猪的基本原理、工艺流程、适宜的猪舍条件、菌种采集、垫料制作、发酵床制备、微生态制剂的使用及日常发酵床的管理、发酵床益生菌鉴定等方面。施光华等[16]研究了土壤微生物发酵床养猪技术的要点及优点；樊志刚等[17]、陈绿素等[18]、刘卫林等[19]均研究了微生物发酵舍养猪的技术原理及优点。在我国上世纪90年代，在中国部分省市开展了发酵床养猪技术的实验示范[20]，肖泸燕等[21]通过对生物发酵零排放养猪技术的深入介绍与分析，得出该技术的优势所在，并对其潜在问题进行思考，为今后该技术的应用推广提供理论依据；王少华等[22]报道了山东省沂南县某养猪公司采用日本生物发酵舍环保节能无公害养猪新技术，将猪舍演变为物质不断循环利用、生态系统良性循环的绿色工厂，从源头上解决了污染问题。由于微生物发酵床养猪是一种无污染、零排放的有机农业技术，因此许多养猪户一直不敢使用常规消毒药对发酵床进行消毒，生怕影响微生物降解能力而造成死床，王振玲等[23]采用二氧化氯和威特消毒王两种消毒药对发酵床消毒后，通过垫料中的微生物菌落总数的变化，观察消毒药对发酵床微生物的影响，结果表明这两种消毒药对0cm，-5cm，-15cm三个层面的垫料菌数有些影响，但经48h后细菌数量随着时间的延长开始增长，如果观察到垫料对粪便降解能力下降，可及时喷洒营养剂缓解或清除垫料表层。虽然发酵床养猪有许多优点，但是近年来人们逐渐发现它在生产中也存在一些弊端，梁桂[24]对此做了相关研究，发现发酵床垫料主要采用锯末，需求量大，若大规模推广发酵床养猪，会使市场供应不足；由于垫料中存在发酵菌种，病猪必须隔离治疗，一旦暴发疾病，将很难控制；发酵床中的温度（约40℃-70℃）并不能彻底杀灭病原菌，此外垫料可以维持使用的时间限度说法不一等。
“发酵床”是填入垫料池中垫料原料的总称，它是微生物发酵床养猪法中的核心技术之一，Wirth[25]认为，好的垫料应该是价廉易得，它能使动物安乐、舒适，吸水、吸氨气性能强，粉尘少，有害有毒物质少，粪尿不易腐败。杨旭等[26]探讨了常用实验动物垫料刨花、玉米芯以及再生纸的物理性能、卫生标准及细胞毒性作用，结果表明刨花和玉米芯等农业副产品可以作为实验动物垫料。李宝龙等[27]根据国家标准的要求，阐述了实验动物垫料种类、质量控制和主要评价指标。周开锋等[28]研究了零污染养猪垫料池的建设、垫料原料的选择。福建洛东生物技术有限公司等[29]从日常时间、夏季、猪出栏后、妊娠舍、分娩舍等不同时期研究了发酵床垫料的管理。应三成等[30]对不同使用时间和类型的生猪发酵床垫料中的22个有机和无机成份进行了测定分析，结果表明废弃垫料不能直接用作有机肥还田。Morrison等[14]研究发现，微生物发酵床养猪后的垫料废弃物可以作为天然的肥料；
但是有些养猪厂的记录显示与传统家养的猪相比，在发酵床上的猪从2周龄长到可以宰杀的过程中出现了大量问题[31,32]，如发酵床的猪只的饲料转化效率降低了10%（饲料:收益），且可能产生1-2mm的背膘[33]。发酵床垫料管理的好坏不仅关系到垫料使用的年限，而且会影响猪群的健康状况和饲养效果[34]，其中垫料的含水率、翻动、温度、填充料的选择等是发酵床运行良好的重要因素[35]，在堆肥过程中，适宜的起始含水率为50%-60%，当垫料水分含量小于40%时，有机物难以分解，不利于微生物生长[36]。
微生物发酵床养猪体系中，垫料发酵水平的控制是垫料管理的核心，如何使猪的排泄物与垫料的处理能力达到平衡对发酵床养猪非常关键。由于地区和操作过程的差异，有些猪场垫料的发酵效果并不理想，存在发霉、发酸、不发酵的现象，直接导致发酵的失败，造成人力、物力的大量浪费，甚至会造成猪只的中毒现象。许多学者在发酵床气味控制、培养基调控、营养元素分解进行了大量的研究。Groenestein等[37]在混合肥料和锯屑的微生物发酵过程中，每周测定发酵床温度、湿度、pH值、尿素、氨气、亚硝酸盐、氟化物、氧化还原电位数、可溶性和不溶性蛋白质和锯屑颗粒大小的变化，发现垫料发酵水平直接影响着发酵床的猪粪降解、臭气分解、物质转化、病原菌防控。Chan等[12]研究发现要使垫料发酵成功，其湿度必须维持在50%左右，具有较高的pH值和较低的尿素、氨气和亚硝酸盐，但是不溶性蛋白质和硫酸盐含量较高，从而可知管理得当的发酵床垫料有利于控制恶臭气体的产生。Tiquia等 [9]研究发现发酵不成功的垫料循环回收利用于农业土壤中，会产生危害植物的毒性物质影响种子发芽、农作物的生长。Tam等[4]研究发现使用时间较久的养猪发酵床垫料含有高浓度的有机碳和营养素，其传导率、Cu、Zn的含量也更高。
2 3发酵床的微生物特性的研究
23.1 发酵床的微生物种类的研究
目前，不少学者对微生物发酵床养猪中发酵床的微生物进行了研究，张庆宁等[38]从生态养猪模式的发酵床中分离纯化到14株优势好氧细菌，这些菌株在猪粪和垫料组成的发酵床生长优势强，耐发酵高热，能产生多种与猪粪降解相关的酶类，除臭效果明显，对某些病原菌具有抑制作用，对猪安全并有促进生长的功能。刘让等[39]通过实验室和野外采集样本，分别获得1株地衣芽孢杆菌、3株蜡样芽孢杆菌、1株短小芽孢杆菌、1株乳酸杆菌，研究得到这6株菌对大肠杆菌、葡萄球菌均有不同程度的抑制作用，且动物试验安全，为生态养猪提供了发酵菌种。
大肠菌群是关系到食品安全的主要微生物，根据畜禽粪便无公害化处理技术的要求，栾炳志[1]研究了微生物垫料在发酵进行的过程中大肠菌群值均在104/100g范围之内，达到了GB7959－87中规定的无公害化，维持垫料适当高温是抑制大肠杆菌的有效手段，在厚垫料养猪生产中粪便不断排入到垫料中，垫料发酵也能持续进行，大肠菌群可以得到有效抑制，由此可以看出厚垫料养猪所得到的猪肉产品在对食品安全方面造成严重威胁的大肠菌群方面不存在问题。
23.2 发酵床的微生物生物量的研究
在微生物发酵床的发酵过程中，猪粪尿排泄在垫料上，自然发酵不断进行，微生物在发酵进程中发挥着重要作用，微生物的种类和数量的变化影响着发酵床的运行状况，其过程与禽畜粪便堆肥的腐熟过程有许多相似之处，凌云等[40]研究发现，在禽畜粪便堆肥过程中，发酵床里细菌的数量最多，在不同堆肥温度时期各微生物的数量有不同的变化，如升温期各种微生物数量均增加，高温期只有高温细菌和高温放线菌的数量继续上升，在腐熟期细菌数量下降，而放线菌和霉菌数量明显上升，发酵床的微生物群落结构不断发生着变化。虽然通过平板培养基分离的方法可以计算出发酵床常见微生物（即细菌、真菌、放线菌）的数量变化，但是该方法操作繁琐，工作量大，人为因素干扰较多，且大部分微生物在普通培养基是不可培养的，所以运用琼脂培养基法并不能完整得显示发酵床在发酵过程中的微生物的种类和含量的变化。
土壤微生物调节土壤中的物质循环和能量流动，微生物既可作为养分的“库”也可作为养分的“源”，是土壤有机质的活性部分。微生物对环境变化很敏感，能够较早地指示生态系统功能的变化，因此微生物量库的任何变化，都会影响养分的循环和有效性。土壤微生物生物量是植物所需营养元素的转化因子和资源库，一般仅占土壤有机质的1%-3%，但却控制着土壤有机物的分解、腐殖质的形成、养分转化和循环等各个生化过程。微生物发酵床上也生长着大量微生物，若将发酵床视为一个生态系统，运行良好的发酵床上的动物、植物、微生物与周围环境之间是和谐的，则微生物生物量可以指示发酵床这个生态系统功能的变化；土壤微生物生物量通常是用于评价土壤的生物状态和土壤肥力，而废弃的发酵床垫料也可以循环利用作为植物生长的肥料，鉴于发酵床垫料与土壤在微生物特性上的这些相似处，是否可以通过测定发酵床的微生物生物量，了解发酵床在自然发酵进程中的微生物数量的变化，而这一设想可以与发酵床垫料经琼脂培养法所测得的微生物种类和数量进行比较，如果两种方法测得的结果非常接近，今后就可以直接检测发酵床垫料的微生物生物量氮、碳的含量，掌握发酵床在自然发酵过程中微生物的变化，从而正确指导发酵床的日常运行。
3 4 发酵床的微生物群落结构的研究
微生物是生态系统的重要组成部分，它既受到外界环境的影响，而其自身的结构和功能变化也会对环境产生持续的作用，这些作用主要是通过群落代谢功能差异来实现的，因此研究微生物群落结构和功能多样性能够揭示微生物与环境间相互作用的内在机制[41]，对于开发微生物资源，揭示群落结构与功能的联系，从而掌握微生物群落功能的定向调控具有重要意义。微生物群落结构的研究是指在一定区域内或生境下，微生物组成、数量及相互关系决定了生态功能的特性和强弱，是实现生态功能、标记环境变化的重要因素[42]。微生物群落结构及多样性研究方法大体可分为两类：一类用于分析可培养的微生物群落；另一类用于分析整个微生物群落。第一类分析方法基于微生物分离的菌株形态判别、微生物分离菌株在Biolog GN微滴定板中的反应和微生物分离菌株的脂肪酸甲酯谱（FAME profiles）等；后一类分析方法不需要培养微生物，包括群落水平的生理特性（微生物群落水平生理图谱CLPP）分析、磷脂脂肪酸（phospholipid fatty acid，PLFA）方法等。
3.1 微生物群落结构常见的研究方法
传统的微生物生态学研究是基于微生物的直接培养来分析环境中微生物的种群结构及其生态关系的，吕德国等[43]利用选择性培养基，研究野生条件下嫁接与砧木东北山樱根际细菌、真菌、放线菌的数量、群落组成以及种群多样性；张海耿等[44]采用传统微生物培养方法，培养计数不同时期生物载体上的异养细菌、氨氧化细菌及硝化菌，结合变性梯度凝胶电泳技术，分析了细菌群落特征DNA指纹图谱，对优势菌属进行同源性分析并建立系统发育树。靳振江等[45]用稀释平板菌落计数法和PCR-DGGE研究了含铜、铬与镍废水的三阶段波形潜流人工湿地中微生物的数量和群落结构的变化。由于自然界中可培养微生物数量不足实际微生物数量的1%，同时培养基方法存在着一定局限性，如可分离培养的微生物种类有限、分离培养后微生物的生理特性易发生改变等，传统方法显然不适合微生物群落结构研究。
近年来广泛应用的分子生物学方法，如荧光原位杂交法、TGGE、DGGE等，通过核酸序列测定得到环境样品中各种微生物的菌落指纹和特征性核苷酸序列，来确定微生物的多样性及其分类地位，这种方法虽然不经过分离培养技术而直接对环境微生物进行分析，可以直接可靠的反映微生物的群落结构信息[46]，但是只能检测到样品中数量高于1%的优势种群，却无法获得微生物群落代谢功能与总体活性的信息。梁昱婷[47]利用RFLP（限制性片段长度多态性分析）和实时荧光定量PCR（Real-time PCR）两种方法分析了人工制成的酸性矿坑水和矿石表面的微生物种群的多样性；董萍等[48]利用T-RFLP 技术(综合运用PCR 技术、DNA 限制性酶切技术和DNA 序列自动分析技术)对温榆河不同尺度、不同时期的微生物群落结构进行了研究；郭飞宏等[49]利用PCR-DGGE 技术研究塔式蚯蚓生态滤池微生物群落结构变化。Biolog（微平板法）方法是目前已知的研究微生物代谢功能多样性较有力的方法，是一种群落水平的生理特性分析方法，该方法利用Biolog GN系统获得关于微生物群落碳源利用能力的大量数据，反映出关于微生物活性的丰富信息，但是这种方法对接种量和培养时间有较严格要求，Choi等[50]利用Biolog GN和Biolog ECO板对6 种不同水样（3种淡水、3种海水水样）中的微生物群落进行比较，结果表明，不同水体中的好氧异养微生物群落的代谢特征差异明显，微量营养元素的不同会引起微生物对同种碳源的代谢差异。
3.2 以磷脂脂肪酸为代表的生物标记法
磷脂是活细胞膜上的重要组分，其含量与微生物的生物量的比例相对固定[51]，在真核生物和细菌的膜中磷脂分别占约50％和98％[52]，而且磷脂在细胞死亡后迅速降解。磷脂脂肪酸（PLFA）是磷脂的构成成分，它具有结构多样性和生物特异性，各种基质中PLFA的存在及其丰度可揭示特定生物或生物种群的存在及其丰度。因此，运用磷脂脂肪酸( PLFA)方法不仅克服了传统微生物培养法和分子生物学方法的局限，还可以准确、快速地研究环境中微生物的群落结构，而且PLFAs、酯链磷脂脂肪酸(EL-PLFA)法对微生物总生物量可以进行定量分析[53]。
目前磷脂脂肪酸生物标记在土壤、海河沉积物、堆肥垫料和其他样品等微生物群落结构研究中得到广泛应用。Song等[54]人对基于分析PLFA图谱的土壤识别模式进行了探索，对种植不同作物（牧草，西红柿，稻谷，杏仁，棉花，无花果，胡桃木等）的土壤成功地进行了分类识别。White等（1979年）[55]最先利用脂肪酸标记法研究了河口沉积物中微生物群落数量的变化。 刘波[56]等[56]运用脂肪酸生物标记法研究了零排放猪舍基质垫层微生物群落的多样性，结果表明不同生物标记多样性指数在基质垫层不同层次分布不同，提出了微生物群落分布的特征指标，构建发酵指数指示基质垫层的发酵特性；郑雪芳等秦臻等[57]以磷脂脂肪酸(PLFA)组成信息为指标，描述了大曲类固态发酵体系微生物群落结构特征，结果显示：5 种不同生产工艺的大曲样品中检出18 种磷脂脂肪酸，优势PLFAs 是16:0、18:2ω6,9 和18:1ω9，占总PLFAs 物质的量的90% 以上；郑佳等[58]以PLFA为指标，研究了不同窖龄( 5年、100年和300年) 的窖池窖泥、糟醅和黄水的微生物群落结构特征，结果表明：窖泥中总PLFA 含量最高，糟醅次之，黄水最低，PLFA 的组成因窖龄而异。Arab等[59]采用培养法和PLFA方法研究了对小麦根腐病表现不同抗性的两种小麦基因型根际土壤微生物群落结构组成，结果表明：在小麦中Bohouth-6根际提取的微生物磷脂脂肪酸中，革兰氏阴性细菌假单胞杆菌（Pseudomons）特有脂肪酸cy19:0和Sif7含量明显高于品种Salamouni。
4 5 微生物发酵床的挥发性物质气味物质研究
4.1 传统养猪猪舍的恶臭成分研究
国家规定的恶臭污染物排放标准（GB14554-93）有以下物质：氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳、苯乙烯。猪排泄物在微生物作用下厌氧分解产生的恶臭物质多达160 余种，主要包括挥发性脂肪酸、酚类、吲哚类、氨和挥发性胺、含硫化合物[61]，其中挥发性脂肪酸包括乙酸、丙酸、异戊酸、己酸等，吲哚和酚类化合物主要包括吲哚、粪臭素、甲酚和4-乙酚，挥发性含硫化合物主要包括硫化物、甲硫醇和乙硫醇，来自粪中硫酸盐的还原和含硫氨基酸的代谢。
传统养猪生产过程中的恶臭主要来源于畜舍地板累积的粪尿和畜舍外的粪堆、粪池，这些粪尿分解产生的有害挥发性气体数量多且浓度大，有风时能传播很远。猪舍内粪尿分解产生的恶臭使猪抵抗力和免疫力降低，代谢强度减弱，生产能力下降，对疾病的易感性提高，长期生活在养猪场周边恶臭环境中的人们更易患气管炎、支气管炎、肺炎等呼吸系统疾病[60]。
国家规定的恶臭污染物排放标准（GB14554-93）有以下物质：氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳、苯乙烯。猪排泄物在微生物作用下厌氧分解产生的恶臭物质多达160 余种，主要包括挥发性脂肪酸、酚类、吲哚类、氨和挥发性胺、含硫化合物[61]，其中挥发性脂肪酸包括乙酸、丙酸、异戊酸、己酸等，吲哚和酚类化合物主要包括吲哚、粪臭素、甲酚和4-乙酚，挥发性含硫化合物主要包括硫化物、甲硫醇和乙硫醇，来自粪中硫酸盐的还原和含硫氨基酸的代谢。
4.2 微生物发酵床猪舍的气味物质研究
微生物发酵床猪舍为全开放猪舍，猪舍通风透气、阳光普照、温湿度适宜猪的生长，猪生活在垫料上，猪的排泄物被垫料中的细菌作为营养迅速降解、消化，猪舍内无明显异味感，猪舍内不会臭气熏天和蝇蛆滋生。猪舍地面由于填满干净的圈底有机垫料，及时翻埋，没有污水、粪便，圈底有机垫料干净卫生，铲起来松软适度，没有传统猪舍的过度臭味。
在微生物发酵床养猪过程中，猪粪尿排泄在垫料上，在微生物的作用下两者自然发酵，垫料中微生物发酵的好坏直接影响着猪粪的分解，当垫料中微生物因某些原因生长不良时，排泄在垫料上的猪粪无法分解，使得发酵床产生严重的猪粪尿恶臭味，无法达到微生物降解猪粪的目的。微生物发酵床发出的挥发性有机化合物是粪尿中厌氧菌分解不同底物的中间或终端产物，成分复杂，且各组分的臭味相互干扰而非简单叠加，它是由不同的挥发性物质组成，恶臭成分也能够判别发酵床微生物发酵的好坏。Groenestein等[37]测定了发酵床的氨气、N2O、NO气体的挥发，结果表明在混合肥料和锯屑的微生物发酵过程中，如果发酵条件不理想，就会产生污染空气的挥发性中间气体N2O和NO，直接影响猪只的生长。Chan等[12]研究也发现具有良好发酵进程的发酵床可以减少尿素、氨、氧化亚氮、硫化氢、吲哚、3-甲基吲哚等臭味物质产生和挥发。此外Shilton[62]、Bonazzi[63]等和Kaufmann[64]等研究也发现发酵床可以减少许多令人不愉快的气体。但也有研究发现发酵床猪舍的有害气体不但没有减少，反而增加的结果，Philippe等[65]分别在传统的水泥地面和以稻草为主铺成的厚垫草地面饲养五个批次的肥育猪，每个月运用红外线光声检测气体NH3、N2O、CH4、CO2的排放，最后发现发酵床比传统的水泥地板养猪产生更多的污染气体，如水泥地板养猪和发酵床的NH3排放量分别是6.2g/天、13.1g/天。
5 6微生物发酵床垫料的发酵程度的判定
5.1 堆肥的腐熟程度的研究
虽然微生物发酵床垫料的发酵水平的控制对发酵床的有效长期的运行有重要的作用，而目前国内外以养猪发酵床垫料为材料研究其发酵程度的研究尚未见报道，但是许多国内外学者研究了大量堆肥的腐熟指标，堆肥是利用含有肥料成分的动植物遗体和排泄物，加上泥土和矿物质混合堆积，在高温、多湿的条件下，经过发酵腐熟、微生物分解而制成的一种有机肥料，对畜禽粪便堆肥的腐熟指标也有不少的报道，包括养鸡场、养牛场和养猪场等的鸡粪、牛粪和猪粪的堆肥[66-68]。我国在畜禽粪便堆肥处理质量控制上，堆肥产品质量标准除卫生学指标外，从堆肥产品的含水率、pH 值、养分含量等理化指标评价产品的肥效性[69]，也有比较全面和科学的堆肥腐熟度评价指标。堆肥腐熟度作为衡量堆肥反应过程的控制指标，从堆肥腐熟的实用意义上看，植物生长试验应是评价堆肥腐熟度最终和最具有说服力的方法[70]。
5.2 微生物发酵床垫料的发酵程度判别体系的初探
养猪发酵床是把垫料在猪舍铺设成一定厚度的垫料层，利用生猪拱翻的生活习性，使垫料和猪粪尿充分混合，通过样品微生物菌落的分解发酵，使猪粪尿中的有机物质得到充分的分解和转化。虽然发酵床的发酵过程与堆肥腐熟进程有相似之处，但是由于发酵床在使用过程中，随着时间的增长，猪的粪便、尿等在垫料上发酵后转变的物质很难测定，发酵时间的不同，其转变的物质也不同，前人的研究中未发现有效的方法检测到垫料实际发酵过程中的营养成分的变化、微生物群落的变化等，而这些物质变化都与垫料的发酵水平程度密切相关。
发酵床垫料是一个复杂的混合体系，根据物理评价指标虽然可以粗略观察垫料的发酵程度，这种方法总的来说具有直观、检测简便、快速的优点，不需要大量的仪器和复杂的测定，常用于定性描述垫料发酵过程所处的状态，适合有经验的技术人员现场应用。但是难以定量表征垫料的发酵程度，缺乏可信度和可操作性，由于缺乏量化的测定指标，容易造成人为引起的主观误差，只能与其他指标结合使用。此外垫料的发酵水平受诸多因素影响，如何通过发酵水平的化学、生物指标来简单直观的判断其发酵程度，用于指导生产实践，目前尚未见相关文献报道。所以今后对微生物发酵床养猪可以从垫料的发酵水平的研究入手，为发酵床垫料循环利用模式的建立提供实验依据，对于今后在发酵一定时间后的垫料中添加新鲜垫料时，观察它的发酵程度有重要的生产意义，有利于废弃垫料作为有机肥和生物肥药的研究。
6 展望
微生物发酵床养猪技术创造了无污染、零排放的优良环境，其经济性和环保性是传统养猪技术所无法比拟的，它解决了一直以来难以解决的粪便处理难题，而且达到了经济、环保的双赢目标，给我国养猪业带来了一场深刻的历史变革，今后将有可能作为规模化养猪的趋势而得到大面积的推广和应用，发酵床养猪在粪污处理、冬季保温上确有明显优势，在北方地区推广效果更为明显。但是随之而来的问题也是需要深刻考虑的：由于微生物发酵床养猪的大规模推广，使得发酵床的垫料材料成本需求增大，价格会相应提高，就需要寻找更易获得和廉价的材料，从而减少成本；发酵床的温湿度必须控制在一定范围，中国各个地区的气候环境相差很大，要使发酵床养猪可以一年四季都在全国各地大量推广，需要根据气候情况进一步优化发酵床的操作运行；运行不好的发酵床会出现发霉、死床等问题，不能用于养猪，垫料因此就浪费了，所以要根据垫料的材料性质运用适宜的发酵剂，来延长垫料的使用时间；如何判断到底使用了多久的发酵床不能再用于养猪的难题，就涉及到发酵床垫料的自然发酵水平的判断，需要借鉴堆肥腐熟程度判断的相关指标，建立适合微生物发酵床垫料的发酵程度判别体系，适时地废弃不能再用于养猪的发酵床垫料，从而减少环境污染和对猪只的身体伤害，同时这些废弃垫料如何循环利用于农作物、食用菌等多种作物的肥料，也会是今后研究的热点。
任何一种技术都会存在优缺点，也有一定的应用条件，微生物发酵床养猪技术也不例外，关键需要从各个方面综合考虑，只有客观认识其优缺点，才可能更有利于这一技术的发展推广。
参考文献：
[1] 栾炳志.厚垫料养猪模式垫料参数的研究[D].山东农业大学,2009.
[2] 彭里,王定勇.重庆市畜禽粪便年排放量的估算研究[J].农业工程学报,2004,20(1):288-292.
[3] 王连珠,李奇民等.微生物发酵床养猪技术研究进展[J].中国动物保健,2008,7:29-30.
[4] Tam,N.F.Y.,Vrijmoed,L.L.P.Effects of Commercial Bacterial Product on Microbial Decompos ition of Pig Manure Under Pig-on-litter System[J].Research Report of the City Polytechnic of Hong Kong,1993,BCH-93-01.
[5] Tiquia,S.M.Further Composting of Pig-manure Disposed from the Pig-on-litter (POL) System in Hong Kong[D]. The University of Hong Kong. Pokfulam Road, Hong Kong,1996.
[6] Tam,N.F.Y.,Tiquia,S.M.,Vrijmoed,L.L.P.Nutrient transformation of pig manure under pig-on-litter system[J]. In Int.Symp.on the Science of Composting,Bologna,Italy.1995.
[7] Rebecca Sargent Morrison,Lee J.Johnston.A note on the effects of two versus one feeder locations on the feeding behaviour and growth performance of pigs in a deep-litter,large roup housing system[J]. Applied Animal Behaviour Science, 2007 (107): 157–161.
[8] S.P.Turner,M.Ewen,J.A.Rooke.The effect of space allowance on performance,aggression and immune competence of growing pigs housed on straw deep-litter at different group sizes[J]. Livestock Production Science, 2000 (66): 47–55.
[9] S.M.Tiquia,N.F.Y.Tam,I.J.Hodgkiss.Effects of turning frequency on composting of spent pig-manure sawdust litter[J]. Bioresource Technology,1997 (62):37-42.
[10] 李兆华,张志彬,王巍等.解析发酵床养猪技术[J].吉林畜牧兽医,2010,31(1):5-7.
[11] Collin A,van Milgen J,Duboi S.Effect of high temperature on feeding behavior and heat production in group-housed young pigs[J].Br J Nutr,2001,86(1):63-70.
[12] Chan D.K.O.Donna Chaw,Christina Y.Y.L.Management of the sawdust litter in the ‘pig-on-litter’ system of pig waste treatment[J].Original Research Article Resources, Conservationand Recycling,1994(11):51-72.
[13] Pedersen S.Thermoregulatory behavior of growing-finishing pigs in pens with access to out-door area [J].Agricultural Engineering, International,2003: 21-25.
[14] R.S. Morrison,P.H.Hemsworth,G.M.Cronin.The social and feeding behaviour of growing pigs in deep-litter, large group housing systems[J].2003:173-188.
[15] Rebecca S.Morrison,Lee J.The behaviour, welfare, growth performance and meat quality of pigs housed in a deep-litter, large group housing system compar-ed to a conventional confine-ment system[J].2007:12-24.
[16] 施光华,甘友保,朱冠元等.土壤微生物发酵床养猪技术[J].畜牧与兽医, 2006,38(3):59.
[17] 樊志刚,李胜刚等.生物发酵舍养猪技术原理及优点[J].畜禽饲