发酵床养猪技术是从铺设垫料养猪法逐步演化而来的。铺设垫料养猪法是在地面上铺垫柔软有吸附力的农作物秸秆等物料的养猪模式。其目的是吸附粪尿和改善地面的坚硬、冰凉、湿滑等条件。与发酵床技术不同的是，垫料养猪中的粪尿在垫料中主要发生腐败反应，没有正常的发酵过程，只能使粪尿吸纳到垫料中，不能解决粪尿的出路问题。这样就必须在短时间内(一般到一个批次出栏前)清理更换垫料，否则粪尿过多会影响猪的生长。另外，垫料养猪方法不产生明显发酵反应和发酵热量，而发酵床持续产生较多热量和有用物质。

1.发酵的菌种和发酵

从发酵床的发酵目的来看，发酵床功能菌群要具备自身活力强大、休眠性好、对粪尿的降解效率高、不产生明显的有害物质、发酵成熟的垫料能成为猪的替代饲料等特点。

目前发酵床的功能菌的原种为来自森林浅层土壤中的土著菌。良好的商品菌剂由多种功能菌组成，包括丝状真菌、酵母菌、放线菌等。功能菌大多为好氧菌。发酵床的发酵过程以有氧发酵过程占绝对优势。

发酵过程由多种功能菌组成的菌群系统分工协作共同完成，是由多种物质参与化学转化的复杂的生物化学反应过程。它需要不同温区活性的菌种相互配合，单一菌种无法达到目的，而人工简单掺和在一起的混合菌种可能存在相互对抗而无法发挥很高的效能，直接采集的野生天然复合菌群的活性功能对发酵床环境又不完全适合，这就需要对天然复合菌群进行培养驯化和加工。

构成发酵床的功能菌群，是由很多种以菌类为主的微生物组成的复杂的微生态系统。其中不但有人工添加的菌类，还包括垫料中原有的和猪的粪尿中带入的部分菌类。

组成发酵床的垫料不同，发酵床所处的周围环境以及运行过程中的维护情况也不完全一致，发酵过程和生成的最终产物也有差异。要弄清楚发酵的化学反应过程需要做大量的研究工作。但不论发酵反应过程如何，只要达到在不产生明显有害物质的前提下高效地降解粪尿的目标，发酵床的运行都可以认为是正常的。

2.发酵床的发酵条件

发酵床良好运行的过程就是功能菌群正常生长繁殖的过程。功能菌群的生长条件包括垫料中适合碳氮元素比例的营养源、相对充分的氧气供应及合适的温度、水分含量和pH值等。

(1)菌体生长的营养源：粪尿中能量物质包括未被消化利用的碳水化合物、蛋白质和其他含氮物质(粗蛋白)等，是发酵菌群代谢活动的主要能量来源。垫料原料中含碳元素较高的以纤维素为主的碳水化合物(包括少量低分子糖类物质)为菌体生长提供补充能源，同时还是构成菌体物质碳元素的主要来源。猪粪尿中的氮素是构建菌体细胞的主要材料。

微生物合成的自身物质中，碳元素和氮元素的含量比较稳定，大约为5∶1。而在吸收利用1份氮元素时需要消耗4～5份碳元素提供的能量支持。因此，微生物生长所需要的最适合碳氮元素比例大致为25∶1。碳氮两种元素的比例简称为碳氮比。在发酵床运行过程中，要采取措施控制垫料中的碳氮比，保障发酵菌群持续高效地生长繁殖，以完成发酵降解粪尿的目的。猪粪尿中的碳氮比在7∶1左右，是提供氮素的主要原料。所以，发酵床的垫料原料必须选用碳氮比大于25∶1的材料相配合，才能使发酵正常进行。垫料原料中碳氮比越高，维持发酵的时间越长。

(2)垫料的透气性：发酵床功能菌群的生长活动以有氧发酵占绝对优势。满足氧气供应是保证发酵的前提，同时需要及时排出发酵生成的废气和蒸腾的水汽，这就需要垫料有良好的透气性。相反，如果垫料的透气性差，氧气供应不足，厌氧微生物活动增强，就不能正常降解粪尿，而是生成大量的腐殖质，使氮素积留垫料中，这样垫料会快速老化，最终发酵床功能失效。

(3)垫料的吸水性和水分含量：水分是发酵菌群正常生长的基本保证，也是保障垫料中养分和微生物移动的条件。垫料水分含量直接影响发酵床的运行效率和成败，水分过少会抑制发酵菌群生长。水分过多不但使发酵产生的温度过快散失，中间发酵层不能积存较高温度，而且会减少垫料中空气的含量，阻碍空气在垫料中的流动和交换，影响发酵过程氧气供应和废气排出。一般来说，发酵床垫料中水分含量在40%左右最有利于发酵。垫料的吸水性是发酵床保持合适水分含量的重要条件。

干撒式发酵床中没有粪尿进入的地方不发酵，这些地方的垫料越干越好。

(4)适宜的酸碱度：所有微生物都有自身特有的适宜酸碱度。发酵床功能菌群的适宜酸碱度(pH值)一般在7.5左右，过高过低都会损害功能菌群的正常生长。正常运行的发酵床垫料会自动调节自身的酸碱度，不用人工特别干预。虽然发酵过程中产生有机酸类物质，但同时也生成大量的氨，氨是碱性，与酸类中和生成盐类，使垫料酸碱度接近中性。垫料偏碱性时会加速氨气的挥发，使碱性物质减少;在偏酸性条件下则利于形成比较稳定的铵盐，减缓氨气的挥发。垫料中的多数物质对酸碱度的变化产生强大的缓冲作用，也使酸碱度趋于稳定。

(5)适宜的厚度：发酵床垫料必须保持适宜的厚度。这有两方面的需要：一是只有相当的厚度才能保证单位面积内的发酵空间和发酵功率，以满足最大限度地降解粪尿的目的;二是只有相当的厚度才能有足够的上下保温层保护中间发酵层的热度和正常运行。但垫料太厚，则会导致发酵层温度过高，发酵层透气不良，影响发酵效果;同时垫料过厚，不仅使采购垫料的投资过大，还会增加以后翻动垫料的困难。

干撒式发酵床养猪适宜的垫料厚度为50～60厘米，而湿式发酵床则要求垫料厚度达到80～100厘米。

(6)适宜的温度：发酵床功能菌群的正常生长还需要适宜的温度。每种功能菌群对温度的适应性也有差异。一般来说，发酵床最适宜的发酵温度为30～40 ℃，特别是在发酵床启动阶段更需要适宜的温度。温度过低不能形成有效的发酵，长时间的低温还会使发酵功能菌群衰败。

3.各功能层的作用和温度

根据发酵床垫料发挥的作用不同，人为地将其分为三层。上层为保护层，5～10厘米厚，暴露在最外层，温度较低，发酵功能较弱，但起保温和保护作用，使中部发酵层保持稳定的、温度较高的发酵环境。中间为发酵层，温度和环境比较稳定，是主要的发酵区。下部为缓冲层，发酵能力较弱，起保护中间发酵层温度和内部发酵环境稳定、承载过量的粪尿水分等作用。见图1。

由于热量通过传导、辐射、对流及水分蒸发吸热等途径的散失，垫料表面的温度始终接近猪舍空气温度。发酵作用主要集中在中间层，越往下接近中间核心层，温度越高，一般达到40～50 ℃，局部在发酵活动旺盛时甚至达到80 ℃，再往下温度逐渐下降。过高的温度会对功能菌群自身的活力产生抑制。不过垫料不断翻动会给经过高温的垫料补充菌种。

没有粪尿的地方，干燥的垫料不发酵，当然就不产生热量，垫料可保持地表温度。

4.发酵过程中的物质转化与运动

氮在猪粪尿中含量相对较高，是造成环境富营养化和生成恶臭的主要元素，是引起环境污染的主要因素。在发酵床垫料中，碳元素的含量远比氮元素高得多。粪尿和垫料这两种物质混合后就形成了比较均衡的碳氮元素比例，适合发酵床功能菌群的生长。

发酵床上猪的粪尿有三个出路，即在发酵功能菌群的作用下生成气体、菌体物质和残留在垫料中的其他非蛋白物质。气体包括二氧化碳和氨气等含氮气体。发酵产生的菌体物质部分与垫料一起被猪食用，成为猪的饲料。粪尿中的水分被发酵过程产生的热蒸腾到空气中，与发酵产生的其他气体一起排出。

垫料原料中的碳元素主要存在于碳水化合物中。这些碳水化合物绝大多数是木质素、纤维素、半纤维素等纤维质，还有少量低分子糖类物质，包括葡萄糖、蔗糖等单糖和双糖。在发酵过程中，低分子糖类优先被发酵菌作为营养物质利用而分解，大分子碳水化合物如木质素等纤维质也被菌群缓慢分解，但相对于猪粪尿的分解速度慢得多，比较稳定。随着发酵过程的持续进行，垫料中活跃的碳水化合物，特别是低分子糖类逐步被分解消耗，发酵菌的碳水化合物供应减少，发酵能力会逐渐降低。如不添加新鲜垫料，使用较长时间的垫料，发酵功能就会老化。

垫料中各主要化学元素的变化：

●碳元素

粪尿中的碳元素大多参与了发酵过程，生成了二氧化碳等气体和菌体蛋白物质，作为残留物质存留在垫料中的很少。

垫料原料中的碳元素多以木质素、纤维素等致密的高分子状态存在。经过发酵过程，有部分生成低分子糖类、低分子脂肪酸等，部分与氮素结合生成蛋白质等菌体物质。

碳元素在垫料中逐步消耗减少。

●氮元素

猪吃进饲料中的含氮物质部分未被消化吸收通过粪便排出。吸收进入体内的含氮营养物质一半以上沉积在体内，其余部分生成代谢废物以尿素等形式排泄到体外。在发酵床垫料中，粪尿中的氮元素大多转化为包括氨气在内的氮化合物气体、铵盐和菌体蛋白以及少量硝酸盐，还有一些复杂的非蛋白类含氮有机物质。氨等气体持续不断地排出。铵盐在垫料中不稳定，可变成氨气排出，也可转化为菌体蛋白、非蛋白类含氮有机物和硝酸盐类。

垫料中的氮元素和碳元素都有两个出路：一是转化为气体排放，二是随着垫料被猪吃掉。

氮在垫料中是逐步增加的元素。

●磷元素

饲料中的磷主要有两种：一是饲料原料中原有的，大多以植酸的形式存在，少部分以核酸形式存在;二是人工添加的磷酸盐。植酸在猪体内消化吸收不多，大部分随粪便排出，除非在饲料中人工添加植酸酶，或提前发酵使植酸中的磷降解为无机态的磷酸盐。尿中排出的磷多以磷酸盐形式存在，磷酸盐是尿中主要的无机盐类之一。发酵过程中磷是组成菌体核酸的主要元素。发酵床的发酵功能菌群能够使植酸水解为己酸和磷酸盐，磷酸盐部分随着垫料被猪食入成为猪的营养补充。没有被菌体用完的磷元素，将在垫料中以盐类为主要形式存留。

●金属元素

金属元素包括钠、钾、钙等常量元素和多种微量元素。金属元素一般不会生成气体，部分被菌体合成为菌体物质，其余则以盐类状态存留在垫料中，使垫料中的盐类浓度逐步提高。同时有部分盐类，如铜、铁、锌和锰等会形成不溶状态的无机盐或有机盐沉积到垫料中，缓冲了垫料中可溶性盐类浓度。如果猪食入垫料的量较大，使金属元素的消耗与粪尿中的排放数量维持大致的平衡，则垫料中的盐类浓度明显升高缓慢，不易形成盐渍现象。否则，发酵床会在运行较长时间后，由于盐渍作用导致发酵功能菌活力逐步下降，最终使发酵失败。

磷和金属元素在垫料中也会逐步积存。

总之，随着发酵过程的持续进行，发酵床垫料中的糖类和纤维素等碳水化合物的含量逐渐下降，而氮素物质、磷和金属盐类等粪尿发酵残留物逐步增加。从外观上看，由于垫料中的纤维素、木质素等结构物质逐步分解消耗，垫料的弹性和韧度持续下降，呈粉化趋势，并且越来越容易板结，垫料颜色也越来越趋向深褐色，甚至变化到接近黑色。

5.发酵床内部的生态环境

在正常运行的发酵床中，多种功能菌群通过协作，形成了比较稳固的物质转化协作模式，即生态链条，也形成了相对稳定的生态环境。功能菌群不但充满了整个发酵床空间，而且形成了对自身适合的物质代谢环境。不符合这种物质代谢环境的其他外来菌种很难在这种特定的环境中生存和生长，特别是腐败菌类。发酵过程还产生高温，杀死不耐高温的微生物和寄生虫卵。一般的病原微生物的适宜生活温度为猪的体温范围，不能耐受高温环境，所以绝大多数的致病菌难以在发酵床垫料中存活。

6.发酵床在生态链中的作用

生物分为动物、植物和微生物三个界别，物质和能量在三者之间互相转化，三者互相依存，构成和谐的生命运动循环。如果弱化了某一个环节，循环平衡就会被打破，造成上一环节的产物积存，这就形成了环境污染。在猪的野生和散养状态下，猪排出的粪尿直接进入野外土壤或依靠人工施入农田，通过土壤中的微生物降解为气体和可被植物吸收利用的小分子物质，成为植物生长的营养，植物又成为猪等动物的食物。猪场粪尿污染的本质就是没有及时地、恰当地把粪尿交给微生物和植物来处理。

发酵床养猪修复了规模养猪破坏的生态链条，符合生态循环的自然法则。