死畜禽堆肥研究進展

張振玲，薛 忠，孫 朋，李云龍，顧開朗，徐海飛(.徐州生物工程職業(yè)技術學院 動物工程系，江蘇 徐州 006; .中糧家佳康

(鹽城)有限公司，江蘇 鹽城 224200)

近年來，我國生豬、家禽、羊的存欄量一直居世界首位[1]。在帶來豐富的肉、蛋、奶等畜產品的同時，也產生大量廢棄物，死畜禽就是除糞便外最主要的一種。數據顯示，我國每年約產生7 千萬具生豬尸體，約合2 00×104t左右的廢棄物[2]，加上牛羊和家禽，數量更多。大量的畜禽尸體若處理不當會嚴重污染環(huán)境，甚至會帶來食品安全問題，危害公共衛(wèi)生安全。目前，我國死畜禽無害化處理方法主要有深埋法、焚燒法、堆肥法、化尸窖法、化制法和生物降解法等[3]。深埋法存在潛在的污染土壤和地下水風險，焚燒法可能釋放二惡英等致癌物，化制法不能徹底殺滅瘋牛病病原且成本較高，化尸窖對建設位置和建筑質量要求較高，易產生惡臭、血水，造成空氣和地下水污染。堆肥法和生物降解法優(yōu)勢越來越明顯，使用也越來越廣。特別是堆肥法，技術簡單、成本低廉，可以在場處理等優(yōu)點而受到較多關注，被國內外學者公認為最具可行性的無害化和資源化處理方法。

1 堆 肥

堆肥就是在人工控制下，即在一定的水分、碳氮比(C/N)和通風條件下，有機廢棄物經自然界廣泛存在的微生物(細菌、放線菌、真菌等)或商業(yè)菌株作用，發(fā)生降解并向穩(wěn)定的腐殖質方向轉化的生物化學過程[3]。

堆肥是處理固體廢棄物較成熟的一種傳統(tǒng)技術。家庭或小農場水平的堆肥使用已有幾千年的歷史，20世紀后期以來，越來越多的大型堆肥設施建立起來，以處理城市有機廢物，特別是近年來，堆肥已被視為可持續(xù)的較有前途的廢物處理方式[4]。堆肥是廢棄物資源化處理的主要方向，目前國內外研究及應用均較多且對不同行業(yè)產業(yè)廢棄物的堆肥化處理均有相應研究。

動物尸體堆肥(Animal carcasses composting)是將動物尸體置于堆肥內部，通過微生物的代謝過程降解動物尸體，并利用降解過程中產生的高溫殺滅病原微生物，最終達到減量化、無害化、穩(wěn)定化的處理目的[3]。優(yōu)點：(1)可以現場進行；(2)能夠滅活病原；(3)對環(huán)境的影響較??；(4)能產生有價值的肥料產品。缺點：(1)勞動強度大；(2)需要鋪設墊層、防腐墻及防雨蓋頂；(3)需要補充碳源(如草類、木屑、谷物秸稈等)；(4)受季節(jié)及氣溫的影響較大；(5)耗時過長。

死畜禽處理是畜牧生產中的難題之一，高溫焚燒、化制法和堿水解法是目前歐盟處理死畜禽的主要方法[5]。堆肥主要在除歐盟外的國家使用[5-6]，在美國、加拿大和澳大利亞等許多發(fā)達國家得到認可，并有在大規(guī)模疫病暴發(fā)時應用于應急處理的實例[6]，是一種簡單的實現資源循環(huán)利用的處理方法，20世紀80年代首先使用在禽類尸體的處理上，后又使用在豬以及牛等大型牲畜的尸體處理上。死畜禽堆肥合適的條件為碳氮比25∶40、溫度45～66 ℃、含水率50%～60%、含氧量10%[7]。堆肥法目前在美國應用非常廣泛，有43 個州規(guī)定可以在場使用堆肥處理死畜禽[8]。

2 死畜禽堆肥研究進展

2.1 死畜禽堆肥系統(tǒng)

死畜禽堆肥形式多樣，依據維持堆體物料均勻及通氣條件所使用的技術手段由簡單到復雜分為條垛式、通氣靜態(tài)垛式、發(fā)酵倉式系統(tǒng)。按通風情況分為被動通風系統(tǒng)和強制通風系統(tǒng)。按照有無反應器分為開放式堆肥系統(tǒng)和反應器堆肥系統(tǒng)。

條垛式屬于開放式系統(tǒng)，有一定局限性(占地大、周期長、易受天氣影響、易散發(fā)臭氣、污染環(huán)境等)，逐漸研究利用箱式堆肥系統(tǒng)處理死畜禽[7]。

倉式堆肥系統(tǒng)由堆肥倉、除臭倉、通風和溫控等裝置組成。曝氣風機通過堆肥倉底部管道鼓風，除臭風機通過堆肥倉頂部管道將臭氣抽排入除臭倉，除臭倉內存放腐熟的堆肥等生物除臭物質，利用裝載機添加和移動堆肥物料，翻堆2～3次[9]。小型箱式也包括上述裝置，由PVC板制成，外圍設置保溫層，側面開采樣口，箱蓋上設置冷凝水排出孔及排氣孔，通風裝置由風機和分布于箱底的PPR材質通風管構成，通風管底部開設兩排夾角為60度的小孔，通風管上面設置篩板以實現均勻布氣和減少阻塞，采用時間繼電器控制曝氣風機開、關時間和便攜式溫度傳感器檢測堆肥溫度[10]。倉箱式技術操作簡便、設施使用年限長，不會污染地表水源和地下水，幾乎可以殺滅所有的細菌、病毒，不會造成疫病傳播，不論養(yǎng)殖場規(guī)模大小皆可采用。

反應器堆肥系統(tǒng)是將物料放置在部分或全部封閉的可控容器內，占地小、可有效控制通風、水分和溫度等因素、受外界環(huán)境影響較小、生物安全性好且可有效提高堆肥效率和產品質量，更具優(yōu)勢，有很好的應用前景[11]。既有簡單的由托盤、木材或塑料及絲網組成的小型(迷你型)被動通風堆肥系統(tǒng)(一般最小為1.2 m×1.2 m×0.9 m，可以處理單個不超13.6 kg，共272 kg的小型動物如仔豬、兔子、魚等的尸體)，好處是可以置于生產區(qū)且大小可訂制；也有大型的旋轉滾筒型(Rotating drum for carcass composting)系統(tǒng)(直徑3 m、長15 m)[8]。

最近，美國又將最早用在禽流感引起的病死家禽處理上的被動通風塑料包裝堆肥系統(tǒng)(A passively-ventilated plastic-wrapped composting system)經過試驗和改進，在死畜禽無害化處理方面特別是在緊急情況下時有良好的應用前景[12]。

2.2 死畜禽堆肥效果

堆肥在一定情況下溫度可達45～70 ℃并能持續(xù)數天，對于大多數病原菌以及雜草等植物種子都能夠殺滅，能有效地減小被處理物的體積，且堆肥產物具有改良土壤的作用，在美國和加拿大等國應用越來越廣泛。

禽類體型相對較小，動物尸體堆肥最早就是應用在禽類上，堆肥能有效滅活病原微生物并能迅速降解染疫禽尸。給8周齡雛雞分別接種高致病性禽流感病毒(HPAIV)和減蛋綜合征病毒(EDSV-76)，將接種HPAIV雞的肺、氣管和氣囊，接種EDSV-76的雞脾臟、盲腸扁桃體和法氏囊進行堆肥處理，10 d后，HPAV完全滅活，20 d后EDSV-76腺病毒完全滅活[13]；用木屑等作為填料與已感染新城疫病毒的死雞堆肥，2 d后，經紅細胞凝集試驗已檢測不到新城疫病毒(或新城疫病毒失活)，2 周后尸體軟組降解率達97%，4 周后完全降解[14]。為300日齡的來杭雞接種低病原性禽流感病毒，處死后與木屑和牛糞等填料堆肥，12 d后檢測不到禽流感病毒RNA，雞源線粒體生長激素(growth hormone，GH)基因片段減少99%以上[15-16]。

對于體形較大的豬進行堆肥，效果同樣較好，只是處理時間更長。采用有效體積0.95 m3堆肥箱(5 cm厚保溫層)、供以100 L/(m3·min)的通風率，對4.6～21.4 kg保育期死豬(每層3頭死豬，總質量在28.0～30.0 kg)進行冬季堆肥處理，堆肥箱內溫度3～5 d升到50 ℃以上(試驗期間外界環(huán)境日平均溫度為-11.2～2.7 ℃、最低溫度為-17.8 ℃)，堆肥6 周和8 周后死豬降解率分別為(93.6±3.5)%和(96.8±0.8)%，死豬僅剩下部分骨骼[17]。利用鋸末作碳源、自然環(huán)境中的土著菌發(fā)酵處理病死豬，中間不翻堆，180 d左右可以將病死豬降解到僅剩少量骨頭，經采樣檢測豬瘟、藍耳病、圓環(huán)病毒、偽狂犬病等均為陰性，也未分離到病原菌[18]。

堆肥也可應用于更大體形的牛尸上。將12具奶牛尸體與牛糞和沙土混合堆放，進行露天堆肥，將每個奶牛置于厚約25～30 cm糞便和沙土混合物上面，然后再覆蓋上45～61 cm糞便和沙土的混合物，最終形成寬4.3～4.6 m、高1.8 m的堆體。期間降雨量為50.8 mm，此外沒有添加水分。堆肥開始3 d后，溫度達到60 ℃。2 個月后，尸體降解(60～65)%，其中肉降解達90%。4 個月后，只發(fā)現有幾個小骨頭(7至10 骨/胴體)。堆肥期間，堆體沒有進行通風，也不添加碳源。很明顯，如果添加水分、碳源及曝氣將會減少堆肥時間，但會增加生產者的勞動和成本[10]。將16 具牛尸體(平均重約340 kg)置于秸稈層(40 cm)上，再覆蓋上糞便(160 cm)堆肥。在80 cm深度接種的大腸桿菌O157:H7、空腸彎曲菌和新城疫病毒，堆體快速升溫，55～65 ℃的高溫期持續(xù)超過35 d。7 d后已檢測不到大腸桿菌O157:H7和新城疫病毒；空腸彎曲菌在112 d內被滅活。堆肥可以在應急情況下作為無害化處理牛尸和糞便的有效手段[19]。

堆肥可作為處理感染朊病毒尸體的一種經濟實用的方法[20-22]。實驗室及大田堆肥條件下朊病毒降解情況表明，在野外條件下堆肥大幅降低朊病毒，可能是處理特定風險物質SRM的一種可行方法[22]。

堆肥還可作為芽孢傳染性疾病傳播的生物控制手段[23]。將分別裝有蘇云金芽孢桿菌芽孢和地衣芽孢桿菌芽孢與無菌糞便的混合物(芽孢含量均為107CFU/g)的小瓶和多孔尼龍袋置于牛尸與糞便堆肥系統(tǒng)中，評估堆肥對炭疽桿菌芽孢(引起炭疽病)的影響。堆肥112 d后，小瓶和袋子中樣品兩種菌體的芽孢濃度均減少至102CFU/g，230 d后，小瓶中堆肥樣本已檢測不到地衣芽孢桿菌芽孢。

堆肥殺滅寄生蟲及卵效果也非常顯著。對感染寄生蟲的糞便持續(xù)堆肥20～25 d后,肉眼和顯微鏡下均檢測不到蟲體和卵,對寄生蟲體和蟲卵有良好的殺滅效果[24]。

堆肥未來可能成為處理轉基因動物的方法[25]。將感染口蹄疫病毒的死豬與刨花、雞糞進行堆肥，10 d口蹄疫病毒失去活性，21 d后完全降解，β-肌動蛋白mRNA也被完全降解，標志著堆體中尸體被降解[26]。用同樣方法對轉基因豬的尸體進行堆肥，發(fā)現樣本中轉基因和線粒體DNA在堆肥腐熟后均被完全降解，殘留物中只檢出了部分骨頭片段[25]。

2.3 堆肥產物

堆肥可以殺滅大部分植物病原菌，對辣椒、西紅柿、秋葵和小麥施用堆肥可以抑制病害，如雪腐病及雜草的發(fā)生和生長[27]，對于植物的生長是安全和有益的。堆肥既解決了尸體的無害化處理問題，生產出高檔有機肥料，例如可以作為花卉的底肥[28]。利用稻草和糞便等對豬尸體進行堆肥處理在加拿大已經開始了商業(yè)化應用，它是無害化處理和資源化利用的一種有效手段[19]，成為無害化處理和資源化利用的有效手段。

一般堆肥場的堆肥產品可作為林地、草地或綠地施用，也可作為土壤改良劑使用，畜禽動物尸體堆肥產物主要是高檔有機肥，附加值較高，可用于經濟作物如蔬菜和花卉等的底肥。

采用箱式自然通風系統(tǒng)進行死雞好氧發(fā)酵證實發(fā)酵產品具有較高的N素含量，達16.19～17.92 g/kg[29]。死豬、豬糞和秸稈混合堆肥不少于6 周，堆肥溫度高于55 ℃的時間超過19 d，分解率達94%，有機質含量47%～48%，全氮和全磷含量5.7%～6.4%[30]。用菇渣和煙末堆肥處理病死豬的衛(wèi)生指標可以達到《NY525-2012有機肥料》及《GB18596-2001畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》的標準，并且不僅簡單、安全、環(huán)保，而且實現可觀的經濟效益，變廢為寶，實現經濟可持續(xù)發(fā)展[31]。用鋸末作碳源堆肥處理病死豬，中間不翻堆，180 d左右可以將病死豬降解到僅剩少量骨頭，測其有機質、總養(yǎng)分含量遠遠高于有機肥標準NY525-2012，重金屬含量也符合標準，只有水分含量較高，經干燥處理后即完全符合商品有機肥標準NY525-2012[19]。

堿化水解法(Alkaline hydrolysis)能有效殺滅病原體且操作方便，在美國越來越受到青睞。高堿度廢水可通過垃圾(低濕度，如庭院垃圾剪枝等)堆肥處理掉，美國佐治亞大學利用堿解法產生的廢水加入堆肥的試驗表明，初始pH達9.39時并沒有抑制微生物活性[32]。

2.4 堆肥菌劑

在堆肥過程中通過加入分解有機物能力強的微生物菌劑，可提高初期堆料中有效微生物總數，加速堆肥材料的腐熟，有利于殺滅病原體、 蟲卵和雜草種子等。堆肥專用復合菌劑的研究及應用已成為加快堆肥腐熟化進程、提高成品肥效、合理處理藥物殘留等問題的有效手段。

目前，堆肥菌劑尤其高溫降解菌在畜禽糞便和城市生活垃圾等堆肥中已經得到廣泛應用，且大量研究證明在堆肥中接種高溫菌劑可提高堆溫，促進堆肥腐熟[33]。以枯草芽孢桿菌JBN001制備的單菌種發(fā)酵菌劑實現了病死豬只的有效降解。添加量為4 kg/1000kg病死豬，對病死豬降解效果良好，發(fā)酵產物的水溶性蛋白中己無大分子蛋白，其分子量低于6 kDa的多肽等物質含量超過80%，所得降解產物的感官指標和成分測定符合有機肥料的技術要求[33]。從鋸末和病死豬堆肥樣品中篩選獲得兩株高溫菌株，芽孢桿菌(Bacillusaestuarii)和嗜熱脫氮芽孢桿菌(Geobacillusthermodenitrificans)，可分別高效降解蛋白質和脂肪，可以用于病死豬腐熟堆肥，且兩菌等體積混合后按0.6%添加量接種至病死豬堆肥中，能提高堆肥溫度，維持高溫時間，加快病病死豬的降解，從而有效殺滅病原微生物，達到無害化要求[34]。

3 小 結

堆肥法是符合我國國情的一種簡單有效的處理方式，此方法在南方養(yǎng)殖區(qū)如四川、江西、廣西、海南等由于溫度較高效果較好，在北方通過增加保溫層、地暖或堆肥菌劑等措施，也可以有效地進行。堆肥法堆漚時間較長、處理能力有限，適合中小豬場或養(yǎng)殖戶采用，經過改進后，此法不僅可以處理死豬，而且可以和豬場糞便處理結合起來使用。一些規(guī)模養(yǎng)殖場改用養(yǎng)殖場糞便無害化處理殘渣代替木屑，既節(jié)約購買木屑的成本，又解決了養(yǎng)殖場的糞渣處理問題，既節(jié)能又環(huán)保，同樣適于在較大規(guī)模的養(yǎng)殖場推廣和使用。

由于一些病原體很容易通過空氣傳播，所以最好是選擇現場堆肥病死畜禽。對于像禽流感病和口蹄疫等高度傳染性的病毒引起的死亡畜禽，更要優(yōu)先選擇現場堆肥處理，同時必須考慮預防措施，如在塑料管、容器內或房屋內堆肥以避免傳染。也要注意堆肥法的局限性，堆肥法不像焚燒和堿化水解法能殺死全部病原菌。對于一些能產生芽孢的細菌要格外重視，堆肥難以殺死芽孢，雖然有報道堆肥法可作為芽孢傳染性疾病傳播的生物控制手段[23]，但這方面的研究報道還不多，故處理感染芽孢細菌的畜禽尸體時要慎重，可優(yōu)先考慮別的方法比如堿化水解法或焚燒法，或者堆肥后再焚燒的方法；由朊病毒引起疾病的情況，如瘋牛病、羊癢病或慢性消耗性疾病而死亡的，也要格外慎重，堆肥不能夠完全殺滅朊病毒，也不能僅靠堆肥來處理這類染疫畜禽尸體，但是堆肥能減少朊病毒的50%，堆肥終產物可以進一步高溫焚燒以殺滅朊病毒[8]，使用堆肥法處理可以減少風險和進一步處理的成本，進而可以降低總處理成本，美國已有這方面堆肥的經驗；對于堆肥處理轉基因動物尸體，以后還應加強這方面的研究。

總之，堆肥法具有投資小、臭味小、不污染水源、能滅活病原、并能產生有價值的肥料產品且能在場進行等優(yōu)點，比較適于我國廣大種植區(qū)的死畜禽在場無害化處理，技術簡單，成本低，應進一步研究和應用。