□张雪华 郭东坡 张定宏
近年来，由于规模化奶牛场数量不断增加，作为奶牛躺卧时所必需的传统垫料（沙子、稻壳等）出现了供不应求的情况，导致传统垫料的价格越来越高，这种情况导致奶牛场的运行成本大幅增加。牛粪作为奶牛场自有的副产物，方便、易取，成为可以替代传统垫料的最佳来源。本文整理了国外牛粪垫料的使用情况以及研究进展，同时针对国内现有研究以及牛粪垫料的生产模式进行分析，以期为牛粪卧床垫料生产及标准提供参考。
牛粪垫料的国外使用情况
回收后的牛粪可以作为卧床垫料进行使用的概念是20世纪70年代在美国建立的。当时，由于传统垫料的成本越来越高，牛粪垫料成为越来越多农场主的选择，特别是在美国中西部炎热干燥的地区，已经使用牛粪垫料很多年。英国规定在一定的条件下可以使用牛粪垫料，爱尔兰和威尔士政府明确规定了牛粪回用垫料的使用条件，而在2015年以前，牛粪回用卧床垫料一度是被北爱尔兰和威尔士禁止的。
1、国外对牛粪垫料的使用规定及标准
国外对牛粪垫料的规定标准也不尽相同，美国允许多种模式下生产的牛粪均可回用卧床垫料，基本上是固液分离、好氧堆肥以及厌氧堆肥的各种组合，而使用厌氧发酵后的沼渣作为牛床垫料占大多数。
在爱尔兰和威尔士，APHA对于牛粪用作卧床垫料的使用条件中规定，不可以使用堆肥或者厌氧发酵后的牛粪作为垫料，原因是堆肥时候的高温并不能完全杀灭病原菌，一些耐高温细菌的孢子仍有出现在原料奶中的可能，达到一定的程度将会影响巴氏杀菌乳以及奶酪的保质期。这一现象也出现在其他的一些研究报道中，但是有些研究表明，这些孢子对人体健康并无危险。除此之外，APHA还规定了牛粪垫料只可用于20月龄以上的泌乳阶段的奶牛。在Katharine的文章中也有类似表述，其原因是：导致牛副结核病（该病在青年牛时期传播较快）的病原菌在牛粪经过好氧发酵或者厌氧发酵后的样品中均有检出，故固体牛粪不适合用于干奶牛后期、产犊期间以及犊牛、育成牛。APHA还规定了牛粪回用牛床垫料的最低含固量不小于34%等一些使用条件。
2、国外对牛粪回用牛床垫料的研究
国外对牛粪垫料的研究主要集中在对奶牛乳房炎、牛奶质量的影响上。研究表明，奶牛肢蹄和乳房的卫生条件与牛奶中体细胞数息息相关，克雷伯氏菌、大肠杆菌、链球菌和葡萄球菌等种群，可以引起乳房炎，影响牛奶的产量和质量。故使用牛粪这种属于高细菌载体的物质作为垫料时，更需要格外关注垫料中的微生物对奶牛健康以及牛奶质量的影响。有研究表明，与稻壳垫料相比，加拿大东部农场的牛粪垫料对奶牛构成更大的微生物风险。
对于采用哪种生产模式（直接分离、经过厌氧或者好氧发酵处理等）获得的牛粪垫料更安全，有研究建议，不同生产模式生产出来的牛粪垫料，需要与牛奶质量相结合进行比较。
Husfeldt等对美国中西部38个奶牛场进行了调查研究，综合对比了厌氧消化后分离的沼渣、直接固液分离后的粪渣以及固液分离后采用滚筒发酵18—24小时的粪渣的化学、细菌等特性，得出结论：不同模式生产的垫料，在未使用时其化学和细菌学上有一定的差异，但是铺到卧床上一段时间后，其差异变小；而且三种模式生产的固体牛粪即便再进行通风等方式进行处理，也只是降低了含水率，对细菌特性并没有太大的影响。
笔者在整理国外的研究资料时发现，奶牛场可以从其他的奶牛场采购处理好的垫料用于自己的奶牛场，而且是厌氧发酵分离后存储了一两周的沼渣，这在国内基本上不可能被接受，因为大家普遍认为，购买其他奶牛场的牛粪垫料会带来很大的风险。在Katharine等的文章中也提到了一种将处理好的牛粪垫料经过压实覆膜后进行保存，可以存储6个月以上的时间，其特性未发生任何变化。
在牛粪卧床垫料的使用管理上，Katharine等研究发现酸碱性调节剂对未使用的牛粪垫料均有一定的细菌抑制作用。但是对于使用的垫料，只有碱性调节剂或者熟石灰有一定的细菌抑制作用，而且有效时间最多一天。对于任何类型的牛粪垫料，管理更重要。
国内对牛粪回用牛床垫料的研究
国内对牛粪回用牛床垫料的研究也主要集中在两个方面，一方面是牛粪垫料对于奶牛行为的影响，在卧床率、产奶量上均有一定的研究。研究表明，使用牛粪垫料可以增加泌乳牛的趴卧时间，缩短趴卧前的准备时间，并增加每天趴卧的次数。另一方面，环境卫生、微生物菌群、致病菌等方面也是国内研究者比较关注的部分，但是很多研究仅仅局限于引入的国外回用牛粪垫料的方式——BRU工艺对致病菌的影响，并未有更全面的研究。
1、国内针对牛粪回用牛床垫料的标准
目前，国内还未有强制标准来约束牛粪回用卧床垫料的使用，只有天津和内蒙古两个地方标准，天津地标中只规定了牛粪垫料的含固量不可以小于50%；内蒙古地标规定的条件相对较多：垫料含水率≤45%，粪大肠菌群数≤100MPN/g，金黄色葡萄球菌和沙门氏菌不得检出等。
致病菌越少越好，这是毋庸置疑的，但是要达到什么样的程度就可以算得上对奶牛、牛奶无害？以上两个地标中含水率的规定与国外要求相比均偏高，牛粪垫料含水率是否是越低越好？以及存储时间、增补频率、更换频率等等这些方面的研究在国内还较少，还需要更多更客观的研究，填补这个行业的空白。
2、国内牛粪回用卧床垫料的生产模式
目前，在国内牛粪回用卧床垫料的生产模式主要有三种：固液分离后好氧发酵、厌氧发酵后固液分离再烘干、固液分离后直接烘干。
固液分离：固液分离机基本上是每个奶牛场均会配置的设备，它可以有效地从含固量在5%以下的粪水中分离出含固量在25%—30%的粪渣。目前国内奶牛场的固液分离设备主要有螺旋挤压以及滚轮挤压两种，有的配合筛网使用，有的未配置筛网。这两种工艺挤压后的粪渣的含固量基本上在30%以下。在新机性能好的情况下，可以达到32%的含固量，很难再增加粪渣的含固量。目前有一款德国的螺旋挤压设备，在物料的出口端另外增加了一小段压缩腔，可以将前段分离出来的粪渣进一步进行脱水处理，将含固量提高至35%以上。
固液分离+好氧发酵：好氧发酵工艺是在控制好堆体的好氧环境条件的情况下，使得好氧菌迅速繁殖，在降解有机质的过程中，使得堆体温度增加至55℃以上，达到杀灭细菌，同时降低物料含水率的目的。杀菌以及降低含水率，这对于牛粪用作卧床垫料是有益的，但是经过好氧发酵后的牛粪中，仅大肠杆菌等一些耐中温的致病菌被杀死，而却容易产生耐高温菌，国外已经有相关方面的报道，故对堆肥后牛粪中的微生物还需要更多的研究来保证其安全性。
按照现有的内蒙古地标，牛粪含水率要降低至45%以下才可以回用垫料，那么从固液分离后70%多的含水率降低至45%以下，对于单纯采用好氧发酵来说需要很长的发酵周期且比较困难达到45%的含水率。因为好氧发酵的最佳含水率在50%—65%之间，故而在国内，奶牛场的牛粪好氧发酵之前，被引入了二次挤压设备。该设备可以将含水率70%以上的粪渣进一步进行脱水，降低至55%—60%之间，这种含水率的粪渣进入发酵车间，就能达到更好的发酵效果，缩短了发酵周期。但是这种挤压设备的磨损率较高，根据对市面上的二次挤压使用情况的调研，一台设备一年的配件费用至少要5万—6万元，高昂的维修费用，使得整个垫料生产成本增加。
沼气系统+固液分离+烘干：沼气工程一直都是国家所提倡的一种废弃物处理方式，不仅可以将易降解的有机质分解掉，同时可以产生沼气，使资源得到充分利用，减少温室气体的排放。沼气系统一般为35℃—38℃的中温厌氧发酵，据国外相关研究报道，这个温度下不仅不会降低牛粪中的细菌，反而对细菌有一定的增长作用。根据APHA的规定是不允许将沼渣用作奶牛场卧床垫料的。但是在美国，大部分农场主却都选用沼渣作为卧床垫料来使用。而在我国，由于沼渣分离后含水率依然在70%以上，所以一般会配置烘干设备进行进一步的烘干，可以将含水率控制在50%左右。烘干所用的燃料就来自于沼气系统，进风口温度可达600℃，牛粪在风干炉的停留时间保持在10分钟以上，可以达到更好的杀菌效果，但是否能从牛奶中检测出耐高温菌的孢子还需要更多的监测。
固液分离+烘干：固液分离后再烘干也是现在大型奶牛场用的比较多的一种模式，由于未设置沼气系统，所以燃料是个问题，而生物质颗粒的发展为该模式提供了很好的支持，使其成为可能。生物质燃料具有可再生性，属可再生资源，与风能、太阳能等同属可再生能源，资源丰富，可保证能源的持续利用；其污染性低，硫、氮含量低，燃烧过程中生成的SO2、NOX较少，二氧化碳净排放量近似于零，排放指标优于国家环保限定标准，属清洁能源。对现有奶牛场运行情况调查可知，一台生物质烘干设备每天可以生产150—200立方米的垫料，一般万头奶牛场配置两台即可满足要求，每立方垫料生产成本在20元左右。
综上所述，目前国内几种牛粪垫料的生产模式中，从资源化利用的角度考虑，模式二（沼气系统+固液分离+烘干）具有更大的优势。但是由于沼气系统的一次性投资较大，而且在我国北方地区，由于冬季寒冷，出现过沼气池不产沼气的失败例子，同时很多人认为沼气系统的管理繁琐且危险，导致很多奶牛场管理人员对沼气秉持很谨慎的态度，但是随着技术的不断发展，不管是寒冷地区的沼气运行问题还是管理问题，都有了很大的改善。
结论
牛粪作为奶牛场卧床垫料进行使用，国内外都有成功的例子，只是还缺少更多安全性的研究，特别是缺少国内对于不同含水率、不同生产模式下的牛粪垫料用于奶牛场后，对乳房炎、产奶量、乳品质等各方面影响的研究，以及缺少牛粪用作牛床垫料的标准、使用标准、管理规范等等，针对这些空白，需要科研单位和企业加以合作，为奶牛场管理人员提供更多的理论研究以及试验作为技术支持。