微生物发酵床养猪法是指利用植物废弃物谷壳、秸秆、锯糠、椰糠等材料制作发酵床垫层，接种微生物，猪养殖在垫层上，排出的粪便由微生物分解消纳，原位发酵成有机肥的方法^[1]。微生物发酵床猪舍室内湿热环境和通风状况在不同季节变化很大。周忠凯等^[2]对发酵床猪舍的温度、湿度、二氧化碳浓度进行连续监测，分析了冬、春和夏季舍内湿热环境状况，结果表明冬季发酵床猪舍内平均温度20.3℃，湿度77.8％，二氧化碳体积分数1 720 μL·L^-1，受通风量降低的影响，冬季发酵床猪舍的二氧化碳含量显著高于夏季(P<0.05)。盛清凯等^[3]试验表明冬季采用发酵床养猪模式可改善猪舍环境，提高猪的生产性能与免疫性能，优于水泥地面养殖模式。

长期以来，人们认为微生物发酵床养猪的缺点之一是夏季高温阶段猪舍内温度太高，不利于猪的生长。刘振等^[4]剖析了生长猪在发酵床和水泥地面上休息姿势的变化与温热环境的关系，认为夏季气温和发酵产热构成了生长猪的高温环境,生长猪回避发酵热,其维持行为多表现于水泥地面上。为解决这一问题，刘波等^[5]提出了微生物发酵床大栏猪舍的设计，通过采用钢构建造，提高猪舍高度和保温能力，扩大养猪空间，增加猪舍通气量，提高猪舍散热能力，建立了一个发酵床面积为1 800 m²的大栏猪舍，饲养1 600头猪，猪舍肩高6 m，大窗通风，通风面积占墙体面积的2/3，配备有分级水帘。经过2年周期的使用，出栏生猪逾6 000头，取得了理想的效果，为解决微生物发酵床夏季高温季节养猪提供科学依据^[5]。在生产过程中，通过环境自动监测采集夏季高温季节微生物发酵床猪舍内外环境参数，分析动态变化规律，为生产环境控制和策略优化提供参考。

微生物发酵床大栏养殖猪舍位于福建省福州市福清渔溪。

猪舍内外环境参数监测。试验从2014年6月1日开始，2014年9月12日结束，共104 d。采用计算机环境参数自动采集系统，每3 s采集1次。猪舍内温度、湿度、氨气、二氧化碳传感器安装于垫料表面上方150 cm，垫料内层温度传感器安装在垫料下20 cm处。室外安装农业小气候气象站，记录温度、湿度、地表温度、二氧化碳含量、瞬时风速、太阳总辐射。

(1)高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内环境参数监测。统计夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内温度、垫料内层温度、相对湿度、氨气含量、二氧化碳含量等的日平均值，构建矩阵，分析夏季104 d的环境参数变化动态。分析微生物发酵床大栏猪舍室内环境参数相关性，以天数为指标，环境参数为样本，进行相关系数统计，利用聚类分析揭示因子间的相互关系。进行猪舍室内温度聚类分析，以天数为样本，最高温度、最低温度、平均温度为指标，欧氏距离为尺度，进行系统聚类，进行高温区、中温区、常温区的划分。

(2)高温季节微生物发酵床大栏猪舍室外环境参数变化。统计夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室外夏季104 d的环境参数变化状况，分析微生物发酵床大栏猪舍室外环境参数相关性。

(3)夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内外环境参数相互关系。利用室内环境参数(平均温度、垫料内层温度、相对湿度、氨气含量，二氧化碳含量)和室外的环境参数(温度、湿度、地表温度、二氧化碳、瞬时风速、太阳总辐射)构建矩阵，分析猪舍室内外环境参数相关性；比较室内温度与垫料温度变化动态、室内温度与室外温度变化动态、猪舍室内外二氧化碳含量变化动态、猪舍室内氨气含量变化动态、猪舍室内外环境参数月份变化动态。

图表绘制采用Microsoft Excel软件，聚类分析等采用DPS数据处理软件^[6]。

夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内环境观察结果见图 1。结果表明，室内平均温度29.3℃，垫料内层平均温度40.5℃，室内平均湿度78.0%，平均氨气体积分数14.4 μL·L^-1，平均二氧化碳体积分数955 μL·L^-1。由于猪舍通风能力强以及装备有降温设备，室内平均空气温度不超过30℃，平均二氧化碳体积分数小于1 200 μL·L^-1；平均氨气体积分数小于20 μL·L^-1，在9~19 μL·L^-1波动，与高温季节温度关系不大，与猪的生长和发酵床的管理有关。发酵床内的环境参数未超过猪舍限量的阈值，符合猪的生长条件，解决了夏季高温季节发酵床养猪的环境条件。垫料内层最高温度在47℃左右，室内空气最高34℃左右。垫料内层平均温度要比室内空气平均温度高约10℃。垫料内层温度高有利于微生物发酵，室内温度30℃左右有利于猪的生长。

图 1 高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内环境参数日平均值变化趋势 Fig. 1 Trends of indoor environment parameters in large-scale piggery of microorganism fermentation bed in hot summer

利用夏季猪舍室内平均温度、最高温度、最低温度构建矩阵，以欧式距离平方为尺度，进行系统聚类。结果表明，当λ=25时，可将温度分为2类。第一类为高温区，温度范围为28～32℃，在该区中，当λ=14时，可将其分为2个亚类，第一亚类温度范围为28～29.6℃，共31 d，包括6月的17、18、19、20、21、22、23、24、25、27、28、29、30，7月的1～4、21～25日，8月的12、13、14、19～21日，9月的4、5、12日。第二亚类温度范围为29.7～32℃，共52 d，包括7月的5、10～20、26～31日，8月的1～11、15～18、22～31日，9月的1～3，6～11日。第2类为中温区，温度范围为24～27℃，共16 d，为6月的1～16日。

微生物发酵床大栏猪舍室内环境参数相关分析结果见表 1。室内温度与垫料内层温度相关系数为0.554 0，呈显著正相关；室内温度与室内湿度的相关系数为-0.433 3，呈显著负相关；氨气与二氧化碳含量相关系数为0.037 5，无显著相关性，它们与室内温度、室内湿度、垫料内层温度无显著相关。发酵床猪舍室内环境参数聚类分析见图 2。室内温度和湿度归为一类，氨气和二氧化碳归为一类。

表 1(Tab.1)

表 1 夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内环境参数的相关系数 Tab.1 Indoor environment parameter′s correlation coefficient in large-scale piggery of microorganism fermentation bed in hot summer 项目 室内温度 垫料内层温度 室内湿度 氨气体积分数 CO2体积分数 室内温度 1.0000 垫料内层温度 0.5540* 1.0000 室内湿度 -0.4333* -0.1085 1.0000 氨气体积分数 0.1832 0.2175 -0.2133 1.0000 CO2体积分数 -0.0941 0.1239 0.2106 0.0375 1.0000

表 1 夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内环境参数的相关系数 Tab.1 Indoor environment parameter′s correlation coefficient in large-scale piggery of microorganism fermentation bed in hot summer

图 2 发酵床猪舍室内环境参数聚类分析 Fig. 2 Cluster analysis of indoor environment parameters in fermentation bed piggery

2014年6月1日至9月12日的微生物发酵床猪舍室外的温度、湿度、地表温、空气二氧化碳、瞬时风速、太阳总辐射的日平均值结果见图 3。监测期内平均温度为29.0℃，最高温度为33.7℃，最低温度为25.8℃。日平均相对湿度80.2%，地表温度31.2℃，二氧化碳体积分数574 μL·L^-1，瞬时风速2.2 m·s^-1，太阳总辐射199 W·m^-2。夏季室外环境参数满足生猪的生长环境要求。

图 3 高温季节微生物发酵床大栏猪舍室外环境参数日平均值变化趋势 Fig. 3 Trends of outdoor environment parameters in large-scale piggery of microorganism fermentation bed in hot summer

结果(表 2)显示，夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室外平均温度、最高温度、最低温度、地表温度相互间的相关系数在0.85~0.89，呈极显著正相关；温度(平均温度、最高温度、最低温度、地表温度)与湿度呈负相关，但相关性不显著(r=-0.17~-0.47)，与二氧化碳含量呈正相关，相关性也不显著(r=0.09~0.41)；相对湿度、二氧化碳含量、瞬时风速、太阳辐射之间无显著相关性；地表温度与太阳辐射显著正相关(r=0.77)。发酵床猪舍室外环境参数聚类分析见图 4。结果将参数分为温湿特性和气体特性2类。

表 2(Tab.2)

表 2 夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室外环境参数相关系数 Tab.2 Outdoor environment parameter′s correlation coefficient in large-scale piggery of microorganism fermentation bed in hot summer 因子 平均温度 最高温度 最低温度 相对湿度 地表温度 二氧化碳体积分数 瞬时风速 太阳辐射 平均温度 1.0000 最高温度 0.8987 1.0000 最低温度 0.8577 0.6740 1.0000 相对湿度 -0.4714 -0.4538 -0.1713 1.0000 地表温度 0.8743 0.8263 0.6763 -0.6047 1.0000 二氧化碳体积分数 0.3270 0.4199 0.4162 0.2965 0.0994 1.0000 瞬时风速 -0.3031 -0.4754 -0.2259 -0.0196 -0.3117 -0.2228 1.0000 太阳辐射 0.4965 0.4885 0.2432 -0.6755 0.7730 -0.1810 -0.1303 1.0000

表 2 夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室外环境参数相关系数 Tab.2 Outdoor environment parameter′s correlation coefficient in large-scale piggery of microorganism fermentation bed in hot summer

图 4 夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室外环境参数聚类分析 Fig. 4 Cluster analysis of outdoor environment parameters in fermentation bed piggery

利用夏季猪舍室外104 d的平均温度、最高温度、最低温度构建矩阵，以欧氏距离的平方为尺度，进行系统聚类分析。当λ=25时，可将温度分为2类。第1类为高温区，温度范围为27~31℃，在该区中，当λ=12时，可将其分为2个亚类，第1亚类温度范围为27~29℃，共49 d，为6月的17、26日，7月的1、2、3、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、21、24、25、26、27、31日，8月的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、18、23、24、25、28、30、31日，9月的1、2、3、7、8、9、10、12；第2亚类温度范围为30~31℃，共33 d，为6月的1、17、20、21、22、24、25、30日，7月的4、17、18、19、20、22、23、28、29、30日，8月的11、12、13、14、16、17、19、21、22、26、27、29日，9月的5、6、11日。第2类为常温区，温度范围为23~26℃，共22 d，为6月的2~16、18、19、23、28、29日，8月的20日，9月的4日。

夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内外环境参数相关性分析结果见表 3。分析发现：(1)室内平均温度与室外平均温度和室外相对湿度无显著相关，室内相对湿度与室外相对湿度无显著相关性，表明发酵床猪舍具有较好的温度和湿度调节性能；(2)室内二氧化碳与室外二氧化碳无显著相关，表明猪舍内产生的二氧化碳具有独立性；(3)室内氨气与所有监测因子无显著相关性，表明室内产生的氨气不受其他环境因子的影响，与猪粪发酵有关；(4)室内与室外相关的环境参数有：室内平均温度与室外二氧化碳呈显著负相关(-0.42)，室内相对湿度与室外温度(平均、最高、最低)、室外地表温度、室外二氧化碳呈显著正相关(0.54^*、0.54^*、0.46^*、0.44^*、0.52^*)。

表 3(Tab.3)

表 3 夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内外环境参数相关系数 Tab.3 Correlation among the indoor and outdoor environment parameters in large-scale piggery in hot summer 项目 室内平均温度 垫料内层温度 室内相对湿度 室内氨气 室内二氧化碳 室外平均温度 室外最高温度 室外最低温度 室外相对湿度 室外地表温度 室外二氧化碳 室外瞬时风速 室外太阳辐射 室内平均温度 1.00 垫料内层温度 0.55 1.00 室内相对湿度 -0.43 -0.11 1.00 室内氨气 0.18 0.22 -0.21 1.00 室内二氧化碳 -0.09 0.12 0.21 0.04 1.00 室外平均温度 -0.03 0.35 0.54* -0.10 0.26 1.00 室外最高温度 -0.07 0.26 0.54* -0.06 0.27 0.90 1.00 室外最低温度 -0.12 0.30 0.46* -0.08 0.24 0.86 0.68 1.00 室外相对湿度 -0.05 0.00 -0.33 0.23 0.01 -0.48 -0.46 -0.18 1.00 室外地表温度 -0.09 0.24 0.44* -0.11 0.24 0.87 0.83 0.68 -0.61 1.00 室外二氧化碳 -0.42* -0.14 0.52* -0.08 0.19 0.31 0.41 0.40 0.30 0.09 1.00 室外瞬时风速 0.18 0.04 -0.20 -0.10 -0.33 -0.31 -0.48 -0.23 -0.01 -0.32 -0.21 1.00 室外太阳辐射 0.02 0.00 0.23 -0.10 0.11 0.51 0.49 0.25 -0.68 0.77 -0.20 -0.14 1.00

表 3 夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内外环境参数相关系数 Tab.3 Correlation among the indoor and outdoor environment parameters in large-scale piggery in hot summer

微生物发酵床猪舍室内外环境参数聚类分析见图 5。当λ=25时，可将温度分为2类，第1类为温湿特性类，包括了室外平均温度、室外地表温度、室内平均温度、室外最低温度、室外最高温度、垫料内层温度、室内氨气浓度、室外瞬时风速、室内相对湿度、室外相对湿度、室外太阳辐射等参数；第2类为二氧化碳特性类，包括室内二氧化碳、室外二氧化碳等参数。

图 5 夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内外环境参数聚类分析 Fig. 5 Cluster analysis of indoor and outdoor environment parametersin large-scale piggery of microbial fermentation bed in hot summer

猪舍室内温度与室外温度变化动态见图 1、图 3。室外最高平均温度在32℃左右，室内最高平均温度在32℃左右；在夏季高温季节，室内通过水帘降温，风机通风和遮阳处理，使得温度与室外温度差异不大，表明通过主动降温技术可以控制温度。

微生物发酵床大栏猪舍室内外二氧化碳浓度变化动态见图 1、图 3。室外二氧化碳浓度平均值为574 ppm，变化幅度较小；室内二氧化碳浓度955 ppm，是室外的1.73倍，波动幅度很大。

2014年6、7、8、9月份室内外参数对比见表 4，平均温度猪舍内分别为27.4、30.0、30.0、29.9℃，猪舍外分别为26.9、30.3、29.4、29.7℃，两者相近；相对湿度猪舍内分别为68.6%、78.7%、81.5%、89.2%，猪舍外分别为82.0%、78.5%、80.7%、78.6%，两者相近；猪舍内垫料温度分别为40.1、44.2、38.4、37.7℃，猪舍外地表温度为29.2、32.4、31.5、32.0℃，垫料深处温度比地表温度高出5~12℃。

夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍各月份室内外环境参数聚类分析表明(图 6)。当λ=25时，可分为2类，第1类为室外温度依赖型，从月份统计总体看，室外温度、室外地温、室外辐射、室内湿度、室内二氧化碳、室外二氧化碳之间存在着相关性，如月平均室外温度影响到月平均室内湿度变化趋势，从而影响到月平均室内二氧化碳。第2类为室外湿度依赖型，室内温度、室内NH₃、室内垫温、室外风速、室外湿度存在着相关性，室外风速影响着室外湿度，预示着季节变化，影响室内温度和垫温，影响到发酵床的发酵能力，影响到室内垫温。

表 4(Tab.4)

表 4 夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内外环境参数月份变化动态比较 Tab.4 Monthly dynamic analysis for indoor and outdoor environment parameters in large-scale piggery in hot summer 月份 室内环境参数 室外环境参数 温度/℃ 垫料内温/℃ 湿度/% NH3/(μL·L-1) CO2/(μL·L-1) 温度/℃ 地表温/℃ 湿度/% CO2/(μL·L-1) 风速/(m·s-1) 辐射/(W·m-2) 6 27.4 40.1 68.6 15.3 929 26.9 29.2 81.9 549 2.37 167 7 30.0 44.2 78.7 14.8 966 30.3 32.4 78.5 572 2.31 226 8 30.0 38.4 81.5 14.0 952 29.4 31.5 80.7 594 1.91 205 9 29.9 37.7 89.2 12.5 995 29.7 32.0 78.6 589 2.08 196

表 4 夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内外环境参数月份变化动态比较 Tab.4 Monthly dynamic analysis for indoor and outdoor environment parameters in large-scale piggery in hot summer

图 6 夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内外环境参数聚类分析 Fig. 6 Cluster analysis of indoor and outdoor environment parameters in large-scale piggery of microbial fermentation bed in hot summer

(1)微生物发酵床大栏猪舍实现了夏季高温季节舍内温度的调控。

刘波等^[5]报道了微生物发酵床大栏猪舍通过高架钢构，大窗通风，水帘风机设计与计算机控制，控制舍内温度条件，使得整个夏季高温季节猪舍内的温度与猪舍外的温度相近。结合微生物发酵床大栏通风系统和温控系统的设计，6、7、8、9月份，猪舍内平均温度分别为27.4、30.0、30.0、29.9℃，猪舍外分别为26.9、30.3、29.4、29.7℃，两者相近，解决了夏季高温季节发酵床养猪遇到的高温问题。杨艳等^[7]探讨南方夏季高温条件下微生物发酵床养猪的效果，结果表明：发酵床组与传统养猪组日增重均差异不显著(P>0.05)，发病率基本一致。因而通过大栏设计，配备大窗通风和水帘风机降温，可将发酵床猪舍内温度控制在与室外气温相近的水平，对夏季发酵床养猪没有不良影响。

(2)微生物发酵床大栏猪舍温区划分为猪群管理提供依据。

夏季高温季节微生物发酵床大栏内的温区可以划分为2类，第1类为高温区，温度范围为28～32℃，在该区中，当λ=14时，可将其分为2个亚类，第1亚类温度范围为28～29.6℃，第2亚类温度范围为29.7～32℃，第2类为中温区，温度范围为24～27℃。同样，夏季高温季节大栏养猪场室外的温区可以划分为2类，第1类为高温区，温度范围为27～31℃，在该区中，当λ=12时，可将其分为2个亚类，第1亚类温度范围为27～29℃，第2亚类温度范围为30～31℃。第2类为常温区，温度范围为23～26℃。微生物发酵床大栏猪舍的设计，使得舍内环境参数独立于舍外，猪舍内外温区划分相似，表明环境控制可实现微生物发酵床大栏猪舍内外温度相似，从而顺利度夏。

(3)微生物发酵床大栏猪舍实现了二氧化碳和氨气浓度的控制。

周玉刚等^[8]的测定结果表明，早晨8：00发酵床猪舍NH₃含量为保育舍2.54 μL·L^-1、母猪舍4.61 μL·L^-1、育肥舍1.24 μL·L^-1；传统猪舍NH₃含量为保育舍4.84 μL·L^-1、母猪舍7.42 μL·L^-1、育肥舍8.26 μL·L^-1，发酵床猪舍NH₃含量显著低于传统猪舍。段淇斌等^[9]研究了发酵床对育肥猪舍空气环境的影响，结果表明：生物发酵床猪舍内NH₃平均含量在各季节均低于传统猪舍对照组，夏季极显著低于对照组(P<0.01)，发酵床养猪为猪的生长发育提供适宜的环境。徐旨弘等^[10]研究表明北京夏季时发酵床能显著降低舍内氨气和硫化氢含量(P<0.05)，但做好夏季发酵床的通风和环境调控措施非常关键。本研究表明，夏季高温季节微生物发酵床大栏猪舍室内氨气体积分数的最大值为19 μL·L^-1，最小值为9 μL·L^-1，与高温季节温度关系不大，与猪的生长和发酵床的管理有关。通过良好的自动通气控制，氨气和二氧化碳含量均满足了养殖标准。