堆肥技術(shù)在處理死畜禽上的應(yīng)用

問鑫 高鳳仙

摘要：如何安全、無害的處理死畜禽一直是阻礙畜牧業(yè)發(fā)展的一大困擾。堆肥化處理死畜禽在國外已經(jīng)得到了大量的研究及應(yīng)用，本文綜述了堆肥原理、影響堆肥效果的因素、堆肥種類及其在死家禽處理上的應(yīng)用和研究進(jìn)展。為我國無害化處理死畜禽提供了新的參考。

關(guān)鍵詞：堆肥;死畜禽;禽流感

隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖已走向了集約化生產(chǎn)，極高的促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展。于此同時也造成了嚴(yán)重的污染，主要來自畜禽糞便、污水以及病死的畜禽殘?bào)w。據(jù)統(tǒng)計(jì)，養(yǎng)殖場的畜禽死亡率在5%—10%之間，如果不及時對死畜禽進(jìn)行有效地處理，會嚴(yán)重影響畜牧業(yè)的健康發(fā)展、公共衛(wèi)生以及食品安全，并造成空氣污染甚至疾病傳播。常規(guī)的死畜禽處理方法包括焚燒、深埋和煉油等。目前，除了出現(xiàn)大規(guī)模疫災(zāi)以外，一些家禽生產(chǎn)區(qū)域已經(jīng)禁止了掩埋處理這一措施。從生物學(xué)角度來講，焚燒是一種安全無害的處理方法，但是其處理效率較低，并且成本較高。由于上述方法受到嚴(yán)格的生物學(xué)和環(huán)境方面的限制，不能達(dá)到對死畜禽低成本、無害化處理的要求，掩埋和焚燒等方法的使用逐漸減少。近幾年研究者對采用堆肥方法處理死畜禽進(jìn)行了研究，說明堆肥法不但可以有效降低成本、控制環(huán)境污染，并且堆肥制品可作為土壤改良劑施于耕地，改善土地的肥力。

1 堆肥處理死畜禽原理及影響因素

1.1 原理

堆肥化是一種可控制的生物降解和轉(zhuǎn)化過程。通過利用大自然中的細(xì)菌、放射菌、菌類等微生物，將廢棄物中的有機(jī)物通過生物、化學(xué)等途徑，轉(zhuǎn)換、分解成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)或土壤改良劑的方法，稱為堆肥法。死畜禽堆肥過程如圖l所示，其原理就是微生物在高溫下將死畜禽分解并為微生物的繁殖提供能量，同時利用堆肥產(chǎn)生的殺滅微生物和病菌，由此達(dá)到對死畜禽無害化處理的目的。死畜禽的堆肥提供了一種安全、無害和低成本的方法，把死亡的畜禽轉(zhuǎn)化為一種無味的腐殖質(zhì)樣的物質(zhì)，可提高土壤肥力。

1.2 影響因素

堆肥過程是一種由多種微生物參與、對畜禽糞便和屠體中有機(jī)物進(jìn)行的復(fù)雜生化反應(yīng)過程.所有影響微生物活性的因素都將對堆肥化進(jìn)程和產(chǎn)品的質(zhì)量造成影響，如溫度、水分、pH值、C/N、通氣量等。

1.2.1 溫度

在堆肥過程中，溫度是影響堆肥效果的好壞和決定其能否達(dá)到無害化處理要求的重要指標(biāo)之一。堆肥是一個不斷產(chǎn)熱的過程，若不采取適當(dāng)?shù)拇胧瑴囟瓤蛇_(dá)到800C左右。此狀態(tài)下，有機(jī)質(zhì)會過度消耗，降低堆肥質(zhì)量;溫度超過60℃時，真菌活動受抑制，放線菌和孢子細(xì)菌進(jìn)行降解，超過70℃時，微生物呈孢子狀態(tài)，活性急速降低，抑制微生物的活動。馬瑛等研究發(fā)現(xiàn)，高溫（50-55℃）堆肥條件下反應(yīng)6d，降解率達(dá)到了94%，而在常溫下（23-30℃）下反應(yīng)9d，降解率僅僅只有45%，說明溫度過低會減慢有機(jī)物的分解速度。堆肥處理死畜禽時.微生物生長所需的溫度和有機(jī)物的分解溫度分別在在45 -60℃、43—66℃時最為適宜。常采用調(diào)整通風(fēng)量或采用翻堆的辦法控制堆體的溫度。

1.2.2 水分

水分是堆肥微生物生命活動的基礎(chǔ)，也是堆肥工藝的重要參數(shù)之一。羅維等報(bào)道，當(dāng)水分含量低于45%時，會阻礙微生物的新陳代謝，降低微生物的生物活性，導(dǎo)致堆肥難以腐熟;當(dāng)水分高于65%時，則會增加堆肥的壓實(shí)度、降低FAS （FreeAir Space，自由空域），造成堆肥中氧氣含量減少，從而導(dǎo)致微生物活性降低，分解速度減慢，形成發(fā)臭的中間產(chǎn)物;堆肥的最適含水率一般為50%-60%。在此應(yīng)注意的是，堆料中適宜的水分含量主要與堆料本身的組成有關(guān)，死畜禽本身就有較高的含水量，所以堆肥處理過程中應(yīng)適當(dāng)減少堆料的含水率。

1.2.3 pH

大量研究表明，大多數(shù)堆肥微生物在中性或弱堿性的條件下活性最高。當(dāng)堆體pH小于4.5或大于10.5時，均會降低微生物的活性，使堆體溫度降低、堆肥分解速率減慢，甚至產(chǎn)生有害的中間產(chǎn)物。通常可采用翻堆或通風(fēng)等方法調(diào)節(jié)堆體的pH，使其達(dá)到正常范圍。Sanehez報(bào)道，在堆肥過程中，堆料pH通常在7.5 -8.5時，微生物的活性最大，可獲得最大堆肥效率。

1.2.4 C/N

C/N決定著堆肥中的微生物的生長趨勢.影響著有機(jī)物的分解速度。最適的微生物C/N比為25：1。若C/N比值過高，微生物會因缺N導(dǎo)致生長受阻，由此導(dǎo)致有機(jī)物的分解速度降低;若其比值過低，同樣會因?yàn)镃不足而抑制微生物的生長，降低有機(jī)物分解效率，同時，N含量過高會導(dǎo)致N以氨氣的形式揮發(fā)，污染環(huán)境。由于死畜禽本身就含有大量蛋白質(zhì)，含氮量較高，所以，在實(shí)際生產(chǎn)中堆肥的C/N應(yīng)在30：1-35：1之間。

1.2.5 通氣量

堆肥中的含氧量直接關(guān)系著微生物的生長活動。在堆肥處理死畜禽的過程中，氧的含量維持在10%時，可以很好的維持死畜禽的分解過程。當(dāng)堆體內(nèi)氧氣含量不足時，會使堆肥體系變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，發(fā)生厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生硫化氫和小分子有機(jī)酸等還原性物質(zhì)，并產(chǎn)生有害氣體，污染環(huán)境。當(dāng)翻堆頻率或強(qiáng)制通風(fēng)量過多，會導(dǎo)致堆料中的水分大量流失，從而阻礙微生物的新陳代謝，降低微生物的活性。故在堆肥過程中應(yīng)當(dāng)控制好翻堆頻率和通風(fēng)問題。

焦洪超等研究了通風(fēng)量分別為0.5、0.3和0m3/min對堆肥效果的影響，結(jié)果表明，通風(fēng)量為0.3m3/min時能有效維持堆料升溫和高溫期的時間，綜合效果較理想。而孫曉杰等以樹葉和糞渣為堆肥原料.則證明通風(fēng)量為0.14m3/min時堆肥效果最佳。Tadahiro等研究發(fā)現(xiàn)通氣量為lOOml/m3·min時污泥堆肥仍呈厭氧狀態(tài)?？梢姴煌牧系亩逊蕦νL(fēng)量的要求不一樣，要根據(jù)不同的材料來確定不同的通風(fēng)量。

2 堆肥系統(tǒng)及在死畜禽處理上的應(yīng)用

目前堆肥化技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，不同的堆肥方法越來越多，分類也比較復(fù)雜。筆者按照有無反應(yīng)器裝置將其分為開放式堆肥系統(tǒng)和反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)。

2.1 開放式堆肥系統(tǒng)及在死畜禽處理上的應(yīng)用

開放式系統(tǒng)主要包括條垛式堆肥和強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)垛系統(tǒng)。條垛式堆肥是將原料堆積成窄長條垛，在好氧條件下分解。由于條垛式堆肥系統(tǒng)具有所需設(shè)備簡易、成本較低、穩(wěn)定性好、堆肥產(chǎn)品腐熟度高等優(yōu)點(diǎn)，所以最先應(yīng)用于處理死禽的研究。條垛式也有較明顯的缺點(diǎn)如處理周期長、占地面積大、易受天氣的影響、臭氣易散發(fā)，污染環(huán)境等。

強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)系統(tǒng)又稱作靜態(tài)曝氣堆，是由美國農(nóng)業(yè)部馬里蘭州Beltsville的農(nóng)業(yè)研究中心開發(fā)的。其機(jī)制為：在堆肥混合物的底端安裝通氣管，通氣管由小木塊、碎稻草等透氣性能良好的物質(zhì)包裹起來，通氣管道與向堆體供氣或抽氣的鼓風(fēng)機(jī)相連，向堆體供氣。它相較于條垛式堆肥的優(yōu)勢在于：堆內(nèi)的氧氣由鼓風(fēng)機(jī)向堆體通風(fēng)來提供，堆肥過程中不用對堆體進(jìn)行翻堆，可以減少臭氣的散發(fā)，污染環(huán)境。另外，在堆體表面鋪一層腐熟堆肥及吸附性強(qiáng)的物質(zhì).可以有效的控制氨氣的堆內(nèi)氣體的散發(fā)。

目前，條垛式堆肥系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟。條垛式堆肥最早用于處理死雞。俄亥俄州立大學(xué)采用靜態(tài)條垛式堆肥對死雞進(jìn)行了處理，3個月后，死雞的軟組織全部分解，只剩胸骨和少量脛骨。加拿大安大略省用鋸屑+稻草+墊料+死亡蛋雞為堆肥原料，采用條垛式堆肥法處理死亡蛋雞，結(jié)果表明，在堆肥5-lOd溫度達(dá)到最高，然后逐漸下降，在12-21d翻堆一次，隨后溫度再次上升;30d后，除了頭骨、脛骨，幾乎看不到家禽屠體。Flory等報(bào)道，研究者采用堆肥技術(shù)對弗吉尼亞州的染疫（低致病性禽流感）火雞進(jìn)行處理，結(jié)果表明，堆肥法可有效的、安全的處理染疫火雞，是一種有效的尸體處理方法。

近年來，研究者對堆肥技術(shù)在處理死畜禽的應(yīng)用上逐漸涉及到大型動物尸體，并逐漸豐富了對堆肥機(jī)理及病原微生物的活動規(guī)律的研究，推動了這一安全的處理手段的實(shí)際應(yīng)用。

Saqib等采用靜態(tài)條垛堆肥系統(tǒng)對死牛和死馬進(jìn)行處理，結(jié)果表明，堆肥結(jié)束時，沙門氏菌和大腸桿菌等病原微生物明顯減少。Tim等設(shè)計(jì)了重復(fù)聯(lián)合條垛式堆肥系統(tǒng)（25mx5mx2.4m;長×寬×高：如圖2所示，其中A為橫切面，B為縱切面），用大麥秸稈+糞肥+牛尸為堆肥原料，將25m長的條垛分為許多格，每一格可放置一個牛尸。實(shí)驗(yàn)過程中溫度超過55℃并維持了一個月，牛尸體和糞肥中的病原體在堆肥14天內(nèi)全部滅活;147d后，除了部分長骨，尸體幾乎完全降解，最終的堆肥產(chǎn)品可用于農(nóng)作物生產(chǎn)的肥料。

大量試驗(yàn)表明，利用堆肥化處理死畜禽，不僅可以快速降解畜禽尸體，還可以有效的控制染疫畜禽體內(nèi)的病原微生物，防止疫病傳染，達(dá)到無害化處理的要求。

死畜禽在堆肥過程中會產(chǎn)生一定量的溫室氣體。Hao等在采用條垛式堆肥處理死牛，并觀察了溫室氣體排放情況。研究發(fā)現(xiàn)，1組（牛的制定部位如頭骨，腦，脊髓+麥秸+糞便）和2組（糞便+麥秸+死牛）處理的溫室氣體排放量在第5-7周達(dá)到峰值，產(chǎn)生的溫室氣體包括CO2、CH4、N20等。

雖然條垛式堆肥系統(tǒng)可以達(dá)到死畜禽無害化處理、資源化利用的要求，但是如何很好的控制溫室氣體的排放還有待研究。由于條垛式有占地面積大，處理周期長，易受外界環(huán)境影響的缺陷。因此近年來的研究多采用箱式堆肥系統(tǒng)處理死畜禽。

2.2 反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)及在死畜禽處理上的應(yīng)用

反應(yīng)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(nèi)，該容器可以控制通風(fēng)和水分條件，使物料進(jìn)行生物降解和轉(zhuǎn)化。相比于開放式堆肥系統(tǒng)，反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)更有優(yōu)勢：占地面積小、可有效控制通風(fēng)、水分和溫度等因素、受外界環(huán)境影響較小。目前國內(nèi)試驗(yàn)多用靜止式（箱式）系統(tǒng)處理死畜禽，一般需要兩個階段的堆肥箱，第一階段結(jié)束后應(yīng)當(dāng)將堆肥與死畜禽殘留物充分混合，再進(jìn)入第二階段堆肥過程。

Lawson等利用雞糞、麥秸為堆料原料，用靜態(tài)箱式堆肥法處理了125只母雞尸體，堆肥3d后，溫度達(dá)到55℃，lOd后達(dá)到最大值71.3℃，高溫持續(xù)了30d降至65℃。結(jié)果表明，在堆肥8周之后，雞尸的肉，羽毛和許多小骨骼被分解，并且并未檢測出病原微生物，但試驗(yàn)過程中可聞到惡臭氣體。堆肥化完成后，堆肥的氮、磷、鉀含量較高，可作為作物生產(chǎn)用的肥料。習(xí)佳林對夏季、冬季不同通風(fēng)速率對死雞堆肥化的效果進(jìn)行了研究，試驗(yàn)采用強(qiáng)制通風(fēng)靜態(tài)箱式堆肥系統(tǒng)，夏季設(shè)置3.6m3/h和4.8m3/h兩個通風(fēng)速率，試驗(yàn)期為89d，結(jié)果表明，3.6組堆肥箱溫度60℃以上維持了70d，4.8組維持了40d，堆肥結(jié)束后均無檢測出大腸桿菌，并且兩組死雞屠體都分解了95%以上：冬季設(shè)置2.1m3/h（1組）、1.5m3/h（2組）、0.9m3/h（3組）三個通風(fēng)速率，試驗(yàn)期為74d，試驗(yàn)結(jié)束時三組死雞的分解率分別為90.69%、89.67%、85.15%;試驗(yàn)過程中C02、N20、NH3排放量與通風(fēng)量呈負(fù)相關(guān)（P<0.05），CH4的排放量與通風(fēng)量無顯著相關(guān)（P=0.46）。通風(fēng)量增加可以促進(jìn)微生物的活動.加速尸體的分解，但隨著通風(fēng)量增加，溫室氣體的排放也相應(yīng)增加。如何在提高死畜禽分解速率的基礎(chǔ)上，控制溫室氣體的排放有待進(jìn)一步研究。

王爽利用靜態(tài)箱式堆肥體系處理染疫雞尸，分別用雞糞、木屑和雞尸（1組）和牛糞、稻草和雞尸（2組）進(jìn)行兩次堆肥，在堆肥過程中，原發(fā)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的數(shù)量均會下降，其中金黃色葡萄球菌和禽流感病毒RNA分別在在堆制第40d和第12d完全滅活。l組堆肥40d過程中，雞尸濕重減少59+4.4%，總DNA減少93%;在堆肥第4d，2組較l組的雞尸濕重和基因降解率分別高出153%（P<0.05）和62%（P

另外，Murray等報(bào)道，在采用堆肥法處理轉(zhuǎn)基因豬的研究中發(fā)現(xiàn)，在堆肥結(jié)束時用PCR檢測了轉(zhuǎn)基因豬中的轉(zhuǎn)基因和線粒體標(biāo)記，遺傳物質(zhì)至少減少了10倍，并且尸體大部分被分解。說明堆肥化也是處理轉(zhuǎn)基因動物的一種適當(dāng)?shù)姆椒ā?/p>

箱式堆肥系統(tǒng)是一個相對密閉的過程，在處理死畜禽過程中很難了解尸體降解的情況。Akd-emz等通過對堆肥過程中產(chǎn)生的VOCs（volatileorganic compounds，揮發(fā)性有機(jī)化合物）進(jìn)行檢測，由此來判斷畜禽降解的情況（如圖3所示）;研究表明，在檢測出的43中VOCs中，二甲基二硫化物、二甲基三硫化物和嘧啶三種物質(zhì)只能在豬組織上檢測到，而不能在其他堆料中檢測出來，所以可通過對以上三種VOCs的測定來判斷死畜禽的降解情況。

3 展望

死畜禽的無害化處理一直是困擾畜牧業(yè)發(fā)展的難題?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過程中，大多養(yǎng)殖場處理死畜禽的設(shè)施不足，無害化處理的能力有限，導(dǎo)致死畜禽尸體被隨意掩埋，焚燒甚至丟棄，再給食品安全和疫病防控帶來威脅的同時.對環(huán)境也產(chǎn)生了極大的污染。而堆肥化相較于掩埋、焚燒等方法具有環(huán)境污染小，安全性高，資源再利用等優(yōu)勢，是一種很好的處理死畜禽的方法。

目前，我國堆肥技術(shù)在處理死畜禽上的研究并不多，應(yīng)用方面更是幾乎空白。而大量的資料表明，利用堆肥技術(shù)處理死畜禽或染疫畜禽均可以達(dá)到很好的效果，不但可以減少環(huán)境污染、控制病菌傳播，做到真正意義上的無害化、安全化，并且堆肥產(chǎn)品還可以作為農(nóng)作物的肥料，達(dá)到了資源化的要求。所以應(yīng)當(dāng)將這一技術(shù)推廣開來，充分的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中去。

參考文獻(xiàn)（略）

新版中國飼料工業(yè)統(tǒng)計(jì)信息系統(tǒng)于2018年元月1日正式啟動。