奶牛糞蚯蚓生物堆肥技術模式分析

羅 帥，孫志民，袁巧霞，鐘 波，李青江

1 山東省農業(yè)機械科學研究院，山東濟南 250100

2 華中農業(yè)大學工學院，湖北武漢 430070

0 引言

近年來養(yǎng)殖業(yè)呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢，根據(jù)國家統(tǒng)計局《中國統(tǒng)計年鑒2020》[1]公布的數(shù)據(jù)，2019年我國牧業(yè)總產(chǎn)值達到3.31 萬億元，占農林牧漁總產(chǎn)值的26.67%，同比2018年提高1.40 個百分點；牛的頭數(shù)在2019年底超過0.91 億頭；牛奶年產(chǎn)量已超過3 200 萬噸。隨著奶牛養(yǎng)殖規(guī)模的增長，規(guī)?；⒓s化成為奶牛養(yǎng)殖業(yè)的顯著發(fā)展趨勢。如何及時有效處理規(guī)?；B(yǎng)殖場的奶牛糞污成為一個普遍關注的問題。

蚯蚓是一種古老的生物，對促進地球物質循環(huán)具有重要的生態(tài)作用，被Stewart稱作“了不起的地下工作者”[2]，蚯蚓生物堆肥被認為是一種環(huán)境友好型的作物增產(chǎn)方式[3]。長期以來，蚯蚓在生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)中起到了重要的推動作用。近些年來，蚯蚓生物堆肥在畜禽糞污的處理中展現(xiàn)出巨大的潛力[4]，奶牛糞作為公認的適于蚯蚓生物堆肥的原料，也是目前使用最為廣泛的原料，其價值也得到重視。本文從可行性、處理工藝流程及處理效益等方面對奶牛糞蚯蚓生物堆肥技術模式進行分析，以期為畜禽廢棄物處理研究人員、相關養(yǎng)殖企業(yè)提供參考。

1 奶牛糞蚯蚓生物堆肥技術模式可行性分析

1.1 技術需求分析

近年來，國務院和國家部委、地方各級主管部分相繼印發(fā)《農業(yè)農村部辦公廳、生態(tài)環(huán)境部辦公廳關于促進畜禽糞污還田利用依法加強養(yǎng)殖污染治理的指導意見》（農辦牧〔2019〕84號）、《國務院辦公廳關于促進畜牧業(yè)高質量發(fā)展的意見》（國辦發(fā)〔2020〕31號）、《“十四五”全國農業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》（農規(guī)發(fā)〔2021〕8號）等政策文件，支持持續(xù)開展畜禽糞污資源化利用整縣推進，建設糞肥還田利用種養(yǎng)結合基地，推進綠色種養(yǎng)循環(huán)，推行畜禽糞便低成本、機械化、就地就近還田。農業(yè)農村部辦公廳、生態(tài)環(huán)境部辦公廳聯(lián)合發(fā)布的《關于進一步明確畜禽糞污還田利用要求強化養(yǎng)殖污染監(jiān)管的通知》（農辦牧〔2020〕23號）中提出，鼓勵畜禽糞污還田利用，明確還田利用標準規(guī)范，糞污經(jīng)無害化處理后還田利用具體要求及限量應符合《GB/T 36195—2018 畜禽糞便無害化處理技術規(guī)范》和《GB/T 25246—2010 畜禽糞便還田技術規(guī)范》，糞污經(jīng)處理后向環(huán)境排放的，應符合《GB 18596—2001 畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》和地方有關排放標準。低成本高效益的畜禽糞污處理方式成為養(yǎng)殖業(yè)的迫切需求。

1.2 處理量及產(chǎn)物可用性分析

蚯蚓生物堆肥對牛糞的處理量要滿足奶牛場生產(chǎn)需求。根據(jù)相關研究測算[5]，育成期奶牛糞便產(chǎn)生量為13.85 kg/天·頭，成年期奶牛糞便產(chǎn)生量為32.84 kg/天·頭。按照育成期奶牛和成年期奶牛比例為4∶6計算，存欄1 000 頭的奶牛養(yǎng)殖場每天產(chǎn)糞量如下。

新鮮奶牛糞容重按1.01 g/cm3計算[6]，每天產(chǎn)生牛糞總體積為25.49 m3。按單個養(yǎng)殖舍長度100 m計，每一養(yǎng)殖舍養(yǎng)奶牛100 頭，共需10 個養(yǎng)殖舍。蚯蚓生物堆肥床沿養(yǎng)殖舍布置，物料堆放寬度1.5 m，每天產(chǎn)生的奶牛糞平均鋪放在蚯蚓生物堆肥床上，堆積高度約為1.7 cm。正常蚯蚓每天采食量約為蚯蚓自身體重。按堆肥床內蚯蚓活體平均生物量20 kg/m3計，每天預計可處理牛糞30 t，可以滿足每天牛糞處理需求。

奶牛糞蚯蚓生物堆肥處理的主要產(chǎn)物為蚯蚓糞和蚯蚓。蚯蚓糞的用途之一是作為有機肥料再利用。2021年6月開始實施的《NY/T 525—2021 有機肥料》，對商品有機肥料的技術指標和限量指標作了規(guī)定。商品有機肥料標準要求與牛糞過腹處理蚯蚓糞指標值對比見表1。對比蚯蚓過腹處理牛糞蚯蚓糞的各項指標，基本滿足商品有機肥料的基本要求，經(jīng)過適當加工可以滿足有機肥料標準要求。

表1 商品有機肥料標準要求與牛糞過腹處理蚯蚓糞指標值對比

獲得的蚯蚓可以作為魚餌、中藥材等使用。為規(guī)范飼料原料生產(chǎn)、經(jīng)營和使用，保障養(yǎng)殖動物產(chǎn)品質量安全，原農業(yè)部于2012年制定了《飼料原料目錄》（中華人民共和國農業(yè)部公告 第1773號），此后又經(jīng)過多次修訂。該目錄明確了蚯蚓粉（蚯蚓經(jīng)干燥、粉碎的產(chǎn)品）可以作為飼料原料使用。

2 奶牛糞蚯蚓生物堆肥處理模式工藝流程

2.1 總體規(guī)劃

以1 000 頭規(guī)模奶牛場為例，其奶牛糞蚯蚓生物堆肥處理模式總體規(guī)劃如圖1。養(yǎng)殖舍兩側為奶?；顒訁^(qū)域，中間為工作通道；兩相鄰養(yǎng)殖舍之間改造為蚯蚓養(yǎng)殖床，中間設置有排水溝。養(yǎng)殖舍兩側奶牛糞污排入到蚯蚓養(yǎng)殖床中，經(jīng)蚯蚓生物過腹轉化之后成為蚯蚓糞，蚯蚓糞及蚯蚓經(jīng)分離后進一步利用。該總體規(guī)劃充分利用該養(yǎng)殖規(guī)模條件下典型奶牛養(yǎng)殖場的場地和技術條件，適于大部分養(yǎng)殖場參考借鑒。

2.2 一般工藝流程

蚯蚓生物堆肥處理奶牛場牛糞的一般工藝流程如圖2。奶牛養(yǎng)殖中產(chǎn)生的糞污經(jīng)收集后由牛糞布料機均勻撒布到蚯蚓生物堆肥床上，根據(jù)需要可噴灑好氧堆肥菌劑，經(jīng)蚯蚓過腹處理后得到蚯蚓糞，蚯蚓和蚯蚓糞經(jīng)分離裝置分離。蚯蚓根據(jù)生產(chǎn)需要，經(jīng)適當處理用作魚餌，亦可進一步加工可以作為飼料原料、中藥材，提取超氧化物歧化酶用作化妝品原料等用途。

圖2 奶牛糞蚯蚓生物堆肥處理一般工藝流程

該工藝可滿足奶牛場養(yǎng)殖糞污的再利用需求，實現(xiàn)綠色農業(yè)種養(yǎng)循環(huán)。此外，還有更多可能的循環(huán)途徑，如蚯蚓糞作為自積自造自用有機肥，種植奶牛養(yǎng)殖粗飼料；蚯蚓糞經(jīng)精加工制成商品有機肥料作為產(chǎn)品出售等。蚯蚓糞可以提供植物容易吸收的營養(yǎng)物質，調節(jié)植物生長和土壤微生物菌群[11]，改良土壤[12]，緩解作物連作障礙，控制土傳病害，提高作物產(chǎn)量和品質[13]。

2.3 注意事項及關鍵點

目前蚯蚓規(guī)模化養(yǎng)殖所用到的主要品種為赤子愛勝蚓（Eisenia fetida），20世紀70年代從日本引進我國后商品名為“大平2號”，是一種適合于人工養(yǎng)殖的優(yōu)良品種。選用其他蚯蚓種前要充分考察所選蚯蚓種適應性，蚯蚓種引進之后先進行3～5 天的試樣，未出現(xiàn)異常狀況再進行大規(guī)模養(yǎng)殖。養(yǎng)殖過程中可以添加少量秸稈以調節(jié)碳氮比（C/N），并注意控制含水率，必要時對原料進行堆置、調節(jié)pH值等預處理后再進行使用。

3 奶牛糞蚯蚓生物堆肥處理模式效益分析

3.1 經(jīng)濟效益分析

養(yǎng)殖場前期投入主要為蚯蚓生物堆肥床的改造投入。運行過程中的蚯蚓生物堆肥所獲得的產(chǎn)物主要為蚯蚓糞及蚯蚓，兩者均有較大的經(jīng)濟效益。根據(jù)目前活體蚯蚓市場價格20 元/kg計算，成年蚯蚓產(chǎn)量以100 kg/m2·年，養(yǎng)殖場采用蚯蚓生物處理奶牛糞污投入產(chǎn)出分析見表2。

表2 蚯蚓生物堆肥處理奶牛糞污模式投入產(chǎn)出分析

當年總投入共計277.00 萬元，蚯蚓及蚯蚓糞銷售收入380.00 萬元，利潤可達100.00 萬元左右。通過對現(xiàn)有奶牛養(yǎng)殖場進行簡單改造，即可實現(xiàn)對奶牛糞污的就地化處理。蚯蚓對奶牛糞進行過腹處理，充分利用養(yǎng)殖場現(xiàn)有場地，且具有可觀的經(jīng)濟效益。

3.2 環(huán)境和社會效益分析

規(guī)模養(yǎng)殖場面臨的環(huán)境保護壓力非常大，1 000頭規(guī)模奶牛場每天產(chǎn)生的糞污高達25.24 t，年糞污產(chǎn)生量超過9 000.00 t，若得不到及時有效的處理，會造成嚴重的環(huán)境污染和破壞。

根據(jù)農業(yè)農村部辦公廳發(fā)布的《畜禽糞污土地承載力測算技術指南》（農辦牧〔2018〕1號），1 個豬當量的氮排泄量為11.00 kg，磷排泄量為1.65 kg；100 頭豬相當于15 頭奶牛；奶牛固體糞便中氮素占氮排泄總量的50.00%，磷素占80.00%。據(jù)此計算，1 個1 000 頭規(guī)模奶牛養(yǎng)殖場，每天通過糞便排出的氮排泄量計算如下。

每天通過糞便排出的磷排放量計算如下。

每年氮素和磷素的排放量分別達到36.67 t和8.80 t。

以小麥為例，目標產(chǎn)量為4.5 hm2，氮素需求量135.00 kg，磷素需求量45.00 kg，土壤氮磷養(yǎng)分分級?、蚣?，施肥供給養(yǎng)分占比取45.00%，糞肥占施肥比例取50.00%，糞肥中氮素當季利用率取27.50%，磷素當季利用率取32.50%。每公頃糞肥氮素需求量計算如下。

每公頃糞肥磷素需求量計算如下。

糞污收集過程中氮留存率取62.00%，磷留存率取72.00%，則奶牛場每年產(chǎn)生的奶牛糞污制成蚯蚓糞可供超過200 公頃小麥田在滿足氮磷養(yǎng)分需求的條件下替代50.00%的化肥施用量。

4 小結

奶牛糞蚯蚓生物堆肥技術，實現(xiàn)養(yǎng)殖糞污的循環(huán)利用，在中共中央辦公廳、國務院辦公廳眾多導向政策支持的背景下，具有良好的發(fā)展前景。在充分利用奶牛養(yǎng)殖場現(xiàn)有條件的前提下，給出了奶牛糞蚯蚓生物堆肥處理模式的工藝流程，該模式具有可觀的經(jīng)濟效益以及環(huán)境和社會效益，在響應國家政策，實現(xiàn)奶牛養(yǎng)殖場糞污就地消納、能量循環(huán)、綜合利用，促進奶牛養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興等方面具有重要的現(xiàn)實意義。