高溫堆肥技術(shù)在我國畜禽糞便污染治理中的應(yīng)用

何芳　羅陽　浣成　伍佰鑫　易康樂　李晟　孫鏖　李昊幫

摘要 畜禽糞便無害化處理是保障畜牧業(yè)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要措施，而高溫堆肥是生產(chǎn)工業(yè)有機肥的有效途徑，但目前畜牧業(yè)畜禽廢污資源化利用還存在諸多問題。闡述了我國畜禽糞便污染現(xiàn)狀，介紹了高溫堆肥技術(shù)在畜禽糞便污染處理中的應(yīng)用，旨在為提高我國畜禽糞便處理效率以及促進養(yǎng)殖業(yè)的健康、快速發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞 畜禽糞便；高溫堆肥；有機肥

中圖分類號 S141.4 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）17-0041-03

Abstract Harmless treatment of livestock and poultry manure is an important measure for the sustainable development between animal husbandry industry and environment， and hightemperature composting is an effective way of industrial production.However， there are many problems in the utilization of livestock and poultry waste pollution resources at present.The pollution situations of livestock and poultry manure in China were expounded.And the application of hightemperature composting technology in pollution treatment of livestock and poultry manure was introduced， so as to provide references for improving the treatment efficiency of livestock and poultry manure in China and promoting the healthy and rapid development of aquaculture.

Key words Livestock manure；Hightemperature composting；Organic fertilizer

近年來，我國畜牧業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和經(jīng)濟效益穩(wěn)步增長，規(guī)模化、集約化、標(biāo)準(zhǔn)化程度不斷提高。據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒》（2016）統(tǒng)計，2005—2015年我國肉豬出欄數(shù)達到70 825萬頭，豬年存欄數(shù)45 112.5萬頭，豬肉產(chǎn)量5 486.5萬t，牛出欄數(shù)10 817萬頭，牛肉產(chǎn)量700.1萬t，羊肉產(chǎn)量440.8萬t，牛奶產(chǎn)量3 754.7萬t，禽蛋產(chǎn)量2 999.2萬t[1]。我國畜牧業(yè)在供需平衡方面實現(xiàn)了精準(zhǔn)把控，畜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及產(chǎn)能分配隨宏觀經(jīng)濟環(huán)境的變化而逐步調(diào)整，經(jīng)歷了快速發(fā)展階段后增長速度開始放緩，逐步向高質(zhì)量、高品質(zhì)類型轉(zhuǎn)變，但受集約化、規(guī)?；l(fā)展模式的影響，高度養(yǎng)殖密集區(qū)畜禽糞便生產(chǎn)量巨大，受資金、技術(shù)、政策等因素的限制，畜禽廢棄物對環(huán)境的污染問題日趨嚴(yán)重[2-3]。筆者闡述了我國畜禽糞便污染現(xiàn)狀，并介紹了高溫堆肥技術(shù)在畜禽糞便污染處理中的應(yīng)用。

1 我國畜禽糞便污染現(xiàn)狀

畜禽糞便、養(yǎng)殖臭氣、墊圈褥草以及死畜禽尸體等廢棄物是畜牧業(yè)對環(huán)境污染的重要來源，其中以畜禽糞便污染范圍以及污染程度最為明顯[4-5]，主要表現(xiàn)在以下方面：①集約化程度高，糞便生產(chǎn)量大。20世紀(jì)80年代我國畜禽糞便總產(chǎn)量僅6.9億t，2009年已達到32.64億t，預(yù)測2020年畜禽糞便排放量將達到42.44億t[6]。②廢污殘留物含量高，存在污染風(fēng)險。

為了預(yù)防畜禽疾病發(fā)生、促進動物生長，在配合飼料中添加銅、鋅、抗生素等飼料添加劑，但由于其生物有效性低，極易排出動物體外，造成工業(yè)生產(chǎn)的有機肥中抗生素、重金屬以及致病菌含量嚴(yán)重超標(biāo)，用作農(nóng)家肥施用時會出現(xiàn)養(yǎng)分釋放慢、礦化時間長等不良影響，致使污染物殘存在土壤-作物體系中，造成食品安全隱患[7]。因此，企業(yè)在大力發(fā)展產(chǎn)業(yè)集約化的同時，還應(yīng)加強畜禽糞便資源化利用技術(shù)攻關(guān)，生產(chǎn)與治理并重，不斷加強畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1.1 重金屬污染

Cu、Zn、As等重金屬元素可促進動物生長，提高飼料利用率，作為添加劑應(yīng)用于飼料工業(yè)中具有重要意義。例如，Cu能提高動物采食量，也是動物機體相關(guān)酶的催化劑；As能抑制和殺滅動物腸道寄生蟲，提高機體免疫力等。但是，當(dāng)飼料中過量添加Cu和Zn時，加上生物體的富集功能[8-10]，會導(dǎo)致動物排放至生境中的糞便重金屬含量嚴(yán)重超標(biāo)。石艷平等[11]對嘉興市27家規(guī)?；i場糞便樣品中重金屬的含量進行測定，發(fā)現(xiàn)Cu、Zn、As超標(biāo)率分別為71.9%、78.9%和42.1%，其中仔豬糞便中Cu和Zn超標(biāo)率均達100%；龐妍等[12]對關(guān)中平原養(yǎng)殖集中區(qū)糞便中重金屬元素進行測定，發(fā)現(xiàn)牛糞、雞糞、豬糞樣品中Cr超標(biāo)率分別為7.69%、4.35%和8.00%，而豬糞中Cu、Zn超標(biāo)率分別達到76.00%和8.00%。畜禽糞便重金屬污染較為普遍，是造成環(huán)境污染的重要因素之一，而我國以生豬類糞便污染最為嚴(yán)重。

1.2 抗生素污染 抗生素（Antibiotics）是由微生物（細(xì)菌、真菌、放線菌）或高等動植物在新陳代謝過程中所產(chǎn)生的一類次級代謝化學(xué)物質(zhì)，通過影響細(xì)菌蛋白質(zhì)合成、破壞細(xì)胞壁和影響DNA復(fù)制等多種方式抑制或干擾病原微生物的生長代謝[13]。隨著近代飼料工業(yè)的發(fā)展，抗生素濫用現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，但由于病原菌的變異速度以及動物機體對抗生素的依賴性越來越強，使得抗生素在飼料中的添加量逐年提升。畜禽糞便中抗生素殘留的原因是動物經(jīng)過消化代謝后，僅有少部分抗生素被裂解、羥基化和葡萄糖苷酸化轉(zhuǎn)化為無活性物質(zhì)，50%～80%以原形或代謝物形式隨糞便和尿液直接排出[14-16]。張慧敏等[17]發(fā)現(xiàn)規(guī)?；B(yǎng)殖場畜禽糞便中四環(huán)素、土霉素和金霉素的殘留量為3.36～6.48 mg/kg，而家庭散養(yǎng)畜禽糞便中3種抗生素殘留量為0.28～0.65 mg/kg。郭冬生等[18]推測2011年湖南省畜禽糞便中抗生素排泄總量為103.09 t，且豬糞是抗生素排泄的主體。Zhao等[19]對我國規(guī)模化養(yǎng)殖場畜禽糞便的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，環(huán)丙沙星和恩諾沙星在牛糞中的含量分別為29.59和46.70 mg/kg，其在豬糞中含量分別為33.98和33.26 mg/kg。Pan等[20]研究發(fā)現(xiàn)新鮮豬糞中四環(huán)素類抗生素殘留量達764.4 mg/kg。由此可見，畜禽糞便中抗生素殘留情況普遍存在，抗生素污染治理已刻不容緩。

1.3 病原體污染

畜禽消化道中棲息著數(shù)以億計的微生物，這些共生微生物能輔助動物消化代謝和維持腸道平衡，畜禽糞便中同樣附著大量的病原微生物和寄生蟲，據(jù)統(tǒng)計每年畜禽糞便共排出3.2×1023個隱孢子蟲卵囊[21]，已成為傳染病傳播隱患，甚至危害人類健康。李基棕等[22]對2個規(guī)?；i場周邊的空氣、飲用水、排污水、土壤以及糞便樣本進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)葡萄球菌、鏈球菌、大腸桿菌、沙門氏菌、耶爾森菌、變形桿菌、巴氏桿菌、李氏桿菌、芽孢桿菌和梭狀芽孢桿菌是豬場周邊分布的主要優(yōu)勢菌，而這些優(yōu)勢菌大多具有致病功能。謝秀蘭等[23]從患病羔羊糞便中分離出4株具有較高致病力和多重耐藥性的奇異變形桿菌，并對健康小鼠具有較高的致病性。巖銳等[24]從腹瀉病牛糞便樣品中分理出1株致病性大腸埃希菌，接種至12只健康小鼠體內(nèi)后，24 h內(nèi)全部死亡。畜禽糞便雖然攜帶了大量的有害微生物，但大多數(shù)可以通過物理、化學(xué)等方法殺滅，因此對畜禽糞便中病原體的防治應(yīng)十分注重抗性菌株的突變。

2 高溫堆肥技術(shù)在我國畜禽糞便污染治理中的應(yīng)用

高溫堆肥是現(xiàn)代工業(yè)有機肥生產(chǎn)的重要技術(shù)之一，將各種堆肥材料按一定比例混合，通過人為控制水分、pH、溫度、碳氮比（C/N）等因素，在好氧、厭氧或好氧-厭氧交替的條件下，對糞便進行腐解，最終轉(zhuǎn)化為有機肥。由于資金、認(rèn)識和技術(shù)因素的限制，我國利用高溫堆肥技術(shù)處理畜禽糞便的比例并不高，農(nóng)田中直接施用生糞或畜禽糞便隨意排放的現(xiàn)象依然存在。然而，在許多發(fā)達國家，高溫堆肥技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于工業(yè)化。據(jù)法國官方數(shù)據(jù)統(tǒng)計，每年高溫堆肥處理豬糞、牛糞、雞糞共860萬t，占比63.16%[25]。由此可見，高溫堆肥是當(dāng)前畜牧業(yè)畜禽糞便資源化利用的有效途徑，在未來畜牧業(yè)廢污處理方面具有巨大的應(yīng)用前景。

2.1 高溫堆肥對畜禽糞便重金屬殘留的影響 大量研究表明，高溫堆肥能夠鈍化畜禽糞便中的重金屬，降低重金屬的有效性，究其原因是畜禽糞便中含有大量溶解態(tài)有機質(zhì)，對某些游離重金屬具有一定的螯合作用，形成碳酸鹽結(jié)合態(tài)或有機質(zhì)結(jié)合態(tài)[7]。鄭國砥等[26]研究了高溫堆肥處理對豬糞重金屬結(jié)合形態(tài)變化的影響，發(fā)現(xiàn)堆肥處理能降低可交換態(tài)和碳酸鹽交換態(tài)Pb、Ni、Cu、Cr、Zn、As 和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Pb、Cu、Cr、As 的分配系數(shù)，從而降低豬糞中重金屬的有效性，從而達到降低豬糞中重金屬污染的風(fēng)險。由于某些畜禽糞便中重金屬含量較高，高溫堆肥時需要添加鈍化劑進行高溫腐熟，如生物炭、膨潤土、沸石、磷礦粉、石灰等，這些鈍化劑具有較大的空腔表面、靜電力以及離子交換性能，能有效吸附重金屬，從而降低重金屬的生物有效性。劉小嶼等[27]研究生物炭對豬糞有機肥中重金屬Cu、Zn的鈍化效果，發(fā)現(xiàn)生物炭可不同程度降低辣椒莖葉和辣椒果實中Cu、Zn的累積量，同時可促進辣椒生長，提高辣椒產(chǎn)量。由此可見，這些鈍化劑不僅能鈍化重金屬，而且能一定程度增加肥力，促進農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)，有效緩解畜禽糞便中重金屬對環(huán)境的污染。

2.2 高溫堆肥對畜禽糞便抗生素殘留的影響

飼料中添加抗生素可提高養(yǎng)殖場的經(jīng)濟效益，但過量添加抗生素會使微生物具有選擇壓力，向耐藥方向演變，誘導(dǎo)病原微生物產(chǎn)生抗性基因，抗性菌株隨糞便排出后，通過基因水平轉(zhuǎn)移污染土壤和地下水環(huán)境?？股貧埩羰切笄菁S便處理的難點和熱點，大量研究發(fā)現(xiàn)高溫堆肥對抗生素以及抗性基因的擴散和傳播具有一定的削減效果。孟磊等[28]研究了利用高溫堆肥去除雞糞中抗生素殘留，發(fā)現(xiàn)高溫堆肥可去除雞糞中48.4%～77.1%的氟喹諾酮類抗生素，且在堆肥初期（0～14 d）降解速度最快。Selvam等[29]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過42 d的高溫堆肥可使豬糞中磺胺類和四環(huán)素類抗性基因均降至檢出限以下。勾長龍等[30]研究高溫堆肥對豬糞中抗生素及抗生素抗性基因的影響，發(fā)現(xiàn)低劑量處理組（10 mg/kg）中四環(huán)素、土霉素和金霉素的去除率分別為91%、94%和92%，高劑量組（50 mg/kg）中四環(huán)素、土霉素和金霉素的去除率分別為60%、62%和71%，且經(jīng)堆肥處理后抗性基因tetC、tetG、tetM、tetQ、tetW的相對豐度下降。這些研究表明高溫堆肥對畜禽糞便抗生素殘留有一定的去除效果，并對其抗性基因也有一定的削減作用。

2.3 高溫堆肥對畜禽糞便有害微生物的影響

高溫堆肥分為升溫、高溫以及降溫腐熟3個階段，對有害微生物的去除集中在升溫和高溫階段，生糞中大多數(shù)致病菌的最適生長溫度在37 ℃以下，隨著溫度的升高，大多數(shù)致病菌會被高溫殺滅，有益分解菌成為主體，新的微生物區(qū)系隨而建立。Himathongkham等[31]和Zaleski等[32]認(rèn)為牛糞高溫堆肥的第10天大腸桿菌和沙門氏菌的去除率在90%以上，第14天李氏桿菌被徹底殺滅。此外，高溫堆肥對糞便中的寄生蟲也表現(xiàn)出良好的殺滅效果。王洪志等[33]對雙流縣5個規(guī)?；B(yǎng)豬場糞便進行高溫堆肥，發(fā)現(xiàn)堆肥前小袋蟲、球蟲、蛔蟲等陽性率較高，而堆肥后各種寄生蟲及蟲卵的陰性率均在99%以上。仇天雷等[34]研究表明，雞糞中沙門氏菌在堆肥起始階段全部被殺滅，而大腸菌群堆肥末期（47 d）才降至檢出限以下。因此，高溫堆肥可以殺滅畜禽糞便中微生物和寄生蟲卵，有效控制了傳染病以及人畜共患病的傳播。

3 小結(jié)

畜牧業(yè)畜禽糞便污染水源、空氣和土壤，還易造成疾病傳播，給我國帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染，如何使畜禽糞便無害化、資源化、減量化已成為我國以及世界性亟需解決的難題。高溫堆肥因無害化程度高、堆肥時間短、處理規(guī)模大、適于工廠化生產(chǎn)等優(yōu)點而逐漸成為畜禽糞便處理的首選方式[5]。然而，我國對高溫堆肥的研究起步較晚，工業(yè)化程度低，堆肥過程中各項指標(biāo)還不明確，例如發(fā)酵過程中氮素?fù)p失嚴(yán)重、腐熟指標(biāo)不明確等，較大程度地限制了高溫堆肥的工業(yè)化應(yīng)用。面對諸多不利因素，近年來我國高度重視有機肥的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，連續(xù)13年發(fā)布以“三農(nóng)”為主題的中央一號文件，不斷優(yōu)化產(chǎn)能過剩、調(diào)整供給側(cè)結(jié)構(gòu)，促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。隨著新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體的不斷涌現(xiàn)以及消費主體、國家的政策導(dǎo)向，有機肥相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、檢測方法、評價和使用技術(shù)的研究不斷增多，使得高溫堆肥的工業(yè)化應(yīng)用越來越受到重視，這于對緩解畜禽糞便對環(huán)境的污染，促進畜禽糞便的資源化利用、工廠化生產(chǎn)以及有機肥產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。

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