河南省牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物資源產(chǎn)業(yè)化結(jié)合途徑分析

聶勝委，張巧萍，王二耀，張玉亭，何 寧

（1.河南省農(nóng)業(yè)科學院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南鄭州450002；2.河南省農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所，河南鄭州450002）

河南不僅是糧食生產(chǎn)大省，同時也是牛養(yǎng)殖業(yè)大省，牛肉產(chǎn)量和存欄頭數(shù)居全國各省市首位。據(jù)統(tǒng)計，2016年底，全國牛肉總產(chǎn)量為716.8萬t，河南為83.0萬t，占11.6%；全國牛存欄頭數(shù)為10 667.9萬頭，河南為887.2萬頭，占8.3%；而牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物生產(chǎn)總量也同樣處于前列，約8億t。隨著規(guī)?；I(yè)化牛養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，養(yǎng)殖場密集排放的糞（尿）對大氣、水體、土壤及居民生活等產(chǎn)生的不利影響也越來越嚴重，牛養(yǎng)殖業(yè)糞污染已成為面源污染的主要污染源。牛糞（尿）廢棄物是一種很好的生物質(zhì)資源，如何在種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；?、專業(yè)化以及人口密集的地區(qū)處理和利用這些資源，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)是科研工作者、政府管理部門、養(yǎng)殖企業(yè)（養(yǎng)殖戶）迫切關注的重要問題。

本研究就河南省牛養(yǎng)殖業(yè)的分布情況以及廢棄物資源化利用途徑進行分析和歸納，以期為提高牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物資源化利用能力和水平提供參考。

1 河南省牛養(yǎng)殖業(yè)區(qū)域分布情況

依據(jù)河南省統(tǒng)計年鑒資料，牛出欄數(shù)表示統(tǒng)計當年（2016年）生產(chǎn)牛的數(shù)量，年底存欄數(shù)表示統(tǒng)計當年（2016年）年底現(xiàn)有牛的存欄量。河南省省轄地市的分布情況如圖1所示，牛養(yǎng)殖數(shù)量大的（≥40萬頭）有南陽、駐馬店、開封、洛陽、商丘、周口6個地市；其中，牛養(yǎng)殖數(shù)量以南陽最多，出欄數(shù)、存欄數(shù)分別為93.94萬，113.97萬頭；其次為駐馬店，出欄數(shù)、存欄數(shù)分別為66.24萬，85.55萬頭；養(yǎng)殖數(shù)量較多的（20萬～40萬頭）有平頂山、三門峽、新鄉(xiāng)3個地市；養(yǎng)殖數(shù)量較少的（≤20萬頭）有鄭州、安陽、鶴壁、焦作、濮陽、許昌、濟源等，其中，鶴壁最少，出欄數(shù)、存欄數(shù)分別為2.72萬，3.07萬頭。河南省直管縣（市）中，以鄧州、新蔡、汝州3市（縣）的養(yǎng)殖量較大，其中，鄧州最大，出欄數(shù)、存欄數(shù)分別為19.02萬，22.04萬頭，其他直管縣（市）的量則較小。

牛肉產(chǎn)量、牛奶產(chǎn)量分別表示牛養(yǎng)殖業(yè)終端產(chǎn)品的分布情況（圖2）。牛肉產(chǎn)量在5萬t以上的有開封、南陽、周口、駐馬店5個地市，其中，南陽的產(chǎn)量最高（13.89 萬 t），其次為駐馬店（9.72 萬 t）；安陽、鶴壁的牛肉產(chǎn)量相比較低，其中，鶴壁的最低（0.36萬t）。從牛奶產(chǎn)量分布來看，鄭州、開封、洛陽、新鄉(xiāng)、南陽5地市產(chǎn)量較高，總產(chǎn)均超過25萬t；平頂山、焦作、商丘、周口4地市次之，總產(chǎn)超過了10萬t；其他地市則較低，如許昌、濟源產(chǎn)量不足5萬t；省直管縣（市）中，以汝州、鄧州、滑縣、新蔡4市（縣）的總產(chǎn)相對較高，其中，汝州的牛奶產(chǎn)量最高，達到5.27 萬 t。

通過對牛出欄數(shù)、存欄數(shù)以及牛肉產(chǎn)量、牛奶產(chǎn)量的分析可以看出，養(yǎng)殖量集中的地區(qū)，終端產(chǎn)品產(chǎn)量通常較高；但是也存在相反情況，如牛奶產(chǎn)量和養(yǎng)殖量大的南陽、駐馬店2地市反而低于鄭州、新鄉(xiāng)等，說明隨著人們生活水平的提高，牛奶生產(chǎn)有從供給量大的地區(qū)向需求量大且人口相對密集的地區(qū)轉(zhuǎn)移的特點。

2 牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物研究的文獻分析

為了解牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物資源化利用研究的整體情況，利用中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，在“篇名”檢索項中，以“牛糞”為檢索詞，檢索時間為2008—2018年，共檢索到647篇文獻，經(jīng)過甄別排查，共有有效文獻637篇，年際間數(shù)量結(jié)果如圖3所示。10a來，以研究或介紹有關牛糞的報道2008年為基準值（44篇），此后每年的報道數(shù)量均高于此基準值，年際之間總體報道量呈增加的趨勢，如2012年73篇，2014年76篇，2016年78篇。以5 a為一個階段，前5 a（2008—2012年）累計有 272篇，后 5 a（2013—2017年）累計有348篇，后一階段累計增加報道量76篇，研究報道顯著增多，說明科研人員對牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物的資源化再利用關注度在增加。

對報道的文獻按照其內(nèi)容及其與牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物的關聯(lián)程度，分為蚯蚓、食用菌、微生物、物質(zhì)轉(zhuǎn)化、作物土壤、瓜菜土壤、堆肥、氣體排放、其他等20個相關領域（表1），內(nèi)容涵蓋了種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、園藝瓜菜、氣體排放、產(chǎn)品等5大類。其中，牛糞堆肥領域的研究報道最多，累計有147篇文獻，占比為23.08%；其次為氣體排放領域（78篇），如產(chǎn)生沼氣（CH4）、氫氣（H2）、硫化氫（H2S）等，占比 12.24%。此外，堆肥過程中物質(zhì)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化（11.15%）、相關微生物的數(shù)量及變化（8.32%）、蚯蚓堆肥產(chǎn)品（5.81%）、降解菌的研制（4.08%）以及堆肥后施用對作物土壤（5.49%）、瓜菜土壤（3.14%）的影響等也是關注較多的領域。通過牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物資源化利用來延長產(chǎn)業(yè)鏈條，如利用牛糞來作生物炭、燃料、栽培食用菌、修復土壤、用作基質(zhì)等，也有較多的報道，而且技術相對較為成熟。值得注意的是，有些領域研究占比很低，如產(chǎn)品領域（0.94%），但是利用牛糞資源配以適宜的輔料，通過特殊的工藝流程，制作生態(tài)磚、燃料電池、陶粒、牙膏等產(chǎn)品，大大拓展了牛糞資源的用途，這為未來區(qū)域化解決牛糞資源提供了新的思路和方法。

表1 中國知網(wǎng)10 a（2008—2018年）來文獻研究領域分析

3 牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物產(chǎn)業(yè)化結(jié)合途徑

牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物是一種很好的生物質(zhì)資源，通過與種植業(yè)、園藝瓜菜、食用菌以及其他養(yǎng)殖業(yè)鏈接，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，促進牛糞資源多途徑、多樣化利用，提高產(chǎn)品附加值，為牛糞（尿）科學、合理利用提供適宜模式。

3.1 與種植業(yè)結(jié)合

當前，牛糞與種植業(yè)結(jié)合是資源化利用的主要途徑之一。通過不同途徑的堆肥還田，既能調(diào)節(jié)土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高養(yǎng)分含量，同時能夠防治特殊的病害，如茄子根腐病、蘋果花腐病等[1]。堆肥應掌握好堆肥階段的通風、溫度、填充料的選擇、堆料含水率、適宜的C/N和pH值等[2-4]關鍵條件和技術。

3.2 與園藝瓜菜產(chǎn)業(yè)結(jié)合

園藝瓜菜土壤復種指數(shù)較高，土地資源利用強度較大，將牛糞廢棄物資源與園藝瓜菜產(chǎn)業(yè)結(jié)合，具有改土、提質(zhì)、增效的良好效果。研究發(fā)現(xiàn)，施用牛糞生物炭能明顯改善土壤理化性質(zhì)，提高化肥利用效率，促進蔬菜生長[5]；如施用牛糞能提高菠菜[6]、西瓜[7]、黃瓜[8]等園藝蔬菜瓜果的產(chǎn)量。

同時，利用牛糞復配其他輔料制成園藝瓜菜育苗基質(zhì)[9]，能多種渠道利用。牛糞和酒糟配制適宜作西瓜、黃瓜、番茄生長的育苗基質(zhì)[10]；牛糞配以草炭、木醋液等制成黃瓜育苗基質(zhì)[11]；牛糞與菇渣配制制作番茄基質(zhì)[12]；牛糞與秸稈、蛭石、草炭等配制制作辣椒基質(zhì)[13]。

3.3 與食用菌產(chǎn)業(yè)結(jié)合

食用菌栽培在我國歷史悠久，利用牛糞栽培食用菌近年來已經(jīng)有較多研究和成熟技術。在牛糞中加入一定量的輔料（如稻草、秸稈、氮肥等）堆制發(fā)酵后，可以利用自身的養(yǎng)分栽培食用菌，如雙孢

菇[14]、平菇[15]、草菇[16]等。利用牛糞和農(nóng)作物秸稈發(fā)酵料栽培雙孢菇是當前應用較廣的途徑[17]，效益也相當可觀，研究表明，每平方米可產(chǎn)菇12.5～15.0kg，純利潤在100元/m2以上[14]。

3.3 與其他養(yǎng)殖業(yè)結(jié)合

牛糞自身富含豐富的養(yǎng)分，經(jīng)特定的工藝或技術處理，可轉(zhuǎn)變?yōu)轵球?、魚類等動物的飼料來源。如養(yǎng)殖蚯蚓[18-19]，要對牛糞進行預堆肥，以殺死大量病原菌和其他有害微生物，同時堆肥過程中如果發(fā)生厭氧發(fā)酵時產(chǎn)生甲烷、CO等氣體[20]，則選用適宜的蚯蚓品種[21-22]。也可以用作豬、雞、魚等動物的飼料[23]；這需要通過干燥法[24]將新鮮牛糞單獨或摻入一定比例的糠麩拌勻后，經(jīng)過脫水、滅菌，然后粉碎，摻到其他飼料中飼喂；或通過發(fā)酵法在牛糞中加入某些微生物菌劑或酶制劑以及其他輔料，然后在適宜的溫度下發(fā)酵，配制飼料進行飼喂。相關研究表明，將牛糞與淀粉渣、米糠和一些酶類物質(zhì)等經(jīng)發(fā)酵后制作的飼料養(yǎng)豬，能節(jié)約1/3的常規(guī)飼料[25]。利用生物發(fā)酵法制備的牛糞飼料，無異味，動物適口性好，消化率高[26]。此外，利用發(fā)酵干牛糞作奶牛場的墊料[27-29]，能夠提高泌乳牛的舒適度。

3.5 與其他工業(yè)結(jié)合

生產(chǎn)商品化產(chǎn)品方面，牛糞堆肥后的產(chǎn)物可以根據(jù)需要進一步加工成粉狀有機肥和顆粒狀有機肥產(chǎn)品，或者摻入化肥制成各種有機無機復混肥產(chǎn)品[30]。利用厭氧消化工藝[31-32]獲得沼氣[33]是目前研究最具發(fā)展前途的牛糞商品之一；同時，通過添加鋸末或設置堆體規(guī)模等，降低或減少溫室氣體排放量[34-37]。將牛糞與煤按照一定比例混合制成蜂窩煤，降低了原煤中的硫含量[38]。牛糞經(jīng)過熱解制成可燃氣體[39]；通過牛糞堆肥將麥秸廢棄物有效轉(zhuǎn)化為生物氫氣[40-41]。除此之外，很多地方還利用牛糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣進行發(fā)電，如美國、以色列、日本等。據(jù)悉，1 500頭奶牛的糞便所發(fā)的電，足以供應330個家庭的日常用電[42-43]。

另外，牛糞含有豐富的纖維素、半纖維素，將牛糞中的木質(zhì)素進行酶解轉(zhuǎn)化為糖，通過發(fā)酵可制作酒精[44-45]。通過堿處理，牛糞的還原糖率可達17.7%[46]，可以牛糞或牛糞與廢紙混合為原料制作紙漿[47]。利用牛糞中微生物對有機污染物進行降解[48]，可生產(chǎn)土壤改良劑；制作活性炭[49]?？衫门＜S添加少量木屑，燒制出活性炭或配以其他原料生產(chǎn)電池[50]、牙膏[51]、陶粒[52]等產(chǎn)品。牛糞栽培食用菌后可經(jīng)過提煉制成保健品、抗腫瘤藥物[53]，提煉鏈霉素[54]等。

4 河南省牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物資源化利用的建議

河南省牛養(yǎng)殖數(shù)量大，而且規(guī)模相對集中；同時，河南省也是我國糧食生產(chǎn)大省，種植業(yè)的規(guī)?；?、機械化程度相對較高。面對未來養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)狀，對牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物資源化利用提出如下建議。

4.1 加強政策引導和支持

在加強環(huán)境保護的同時，要提高養(yǎng)殖戶的環(huán)境保護意識和廢棄物處理能力。一方面政府部門應通過新型養(yǎng)殖技術培訓等進行科學、合理的養(yǎng)殖，提高環(huán)保意識；另一方面，加大環(huán)境保護執(zhí)法力度，加強檢查督導，“倒逼”養(yǎng)殖戶改善養(yǎng)殖條件，提高廢棄物處理能力和水平，使養(yǎng)殖戶變被動為主動。

4.2 因地制宜提高牛養(yǎng)殖業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)的銜接能力

隨著對牛養(yǎng)殖業(yè)廢棄物處理技術研究水平的不斷提高，牛糞作為與其他產(chǎn)業(yè)如種植、園藝瓜菜、食用菌業(yè)、沼氣、發(fā)電、醫(yī)藥、保健品等行業(yè)原料或資源的融合度也越來越高。因此，應多渠道、多途徑開發(fā)利用牛糞資源，延伸產(chǎn)業(yè)鏈條，提高產(chǎn)業(yè)附加值。在設施農(nóng)業(yè)集中的地區(qū)，可以開發(fā)以牛糞為原料的育苗基質(zhì)、生態(tài)有機肥等產(chǎn)品，在食用菌產(chǎn)業(yè)集中的地區(qū)，利用牛糞為原料生產(chǎn)雙孢菇等食用菌?？傊?，處理牛糞資源要結(jié)合當?shù)貙嶋H情況，科學合理地拓展牛糞資源利用途徑和方式。

4.3 擴大宣傳，搭建橋梁紐帶，為多產(chǎn)業(yè)融合提供輿論氛圍

產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展隨之帶來的是規(guī)?；?、專業(yè)化、工廠化的生產(chǎn)，對于中等規(guī)模的牛養(yǎng)殖戶來說，這在提高本行業(yè)效率的同時，不可避免地陷入了相對專一、封閉的小圈子。不同產(chǎn)業(yè)之間由于生產(chǎn)目的性不同而銜接度較差，養(yǎng)殖就是養(yǎng)殖，種植僅是種植，產(chǎn)業(yè)之間銜接較為松散。養(yǎng)殖業(yè)廢棄物是種植業(yè)所需的肥料，是栽培食用菌的原料，是養(yǎng)殖蚯蚓的飼料。所以說，擴大技術的媒體宣傳力度，通過政府引導和政策支持，在不同產(chǎn)業(yè)之間搭建橋梁紐帶，鼓勵和扶持養(yǎng)殖、種植、食用菌、園藝瓜菜、有機肥生產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)之間形成自發(fā)的鏈接，形成資源互補。