我國畜禽養殖業(yè)規?；?、集約化發(fā)展迅速，畜禽糞便產(chǎn)生量逐年增加，畜禽糞便無(wú)害化處理已成為影響養殖業(yè)發(fā)展的重要因素。本文對畜禽糞便處理不當的危害以及國內外畜禽糞便的無(wú)害化處理方法進(jìn)行了綜述，并提出我國未來(lái)畜禽糞便處理的可行的發(fā)展模式，為提高我國畜禽糞便處理效率，促進(jìn)養殖業(yè)健康快速發(fā)展提供參考。

我國是傳統的農業(yè)大國，養殖業(yè)正向規?；?、集約化快速發(fā)展，同時(shí)產(chǎn)生了大量畜禽糞便。據估算，2009年我國畜禽養殖業(yè)糞便產(chǎn)生總量為32.64×108ｔ鮮重。目前，畜禽糞便主要靠耕地消納，但畜禽糞便施用太多會(huì )導致耕地負荷糞便過(guò)載，造成土壤污染和作物減產(chǎn)。歐盟農業(yè)政策規定，糞肥年施氮（Ｎ）量的限量標準為170 kg／hm2。朱兆良等提出我國耕地的糞便年施氮（Ｎ）量應控制在150～180 kg／hm2 。楊飛等研究表明，2009年我國平均單位耕地面積的畜禽糞便氮負荷達138.13 kg／hm2 ，而四川等六省都已達到202.98 kg／hm2 以上?？芍覈笄菁S便產(chǎn)量存在區域差異，部分地區產(chǎn)量過(guò)大。因此畜禽糞便若無(wú)法得到有效處理，會(huì )嚴重影響環(huán)境衛生及制約我國經(jīng)濟發(fā)展。

1 我國養殖現狀

我國是人口大國，對肉、奶、蛋的需求量逐年上升，這也促進(jìn)我國養殖業(yè)的發(fā)展。由散養逐漸轉化為集約化養殖，養殖規模也越來(lái)越大。2005年至2014年，國家統計局網(wǎng)站公布的數據顯示，我國養殖業(yè)肉奶蛋的產(chǎn)量逐年增加（圖１），肉類(lèi)產(chǎn)量增加25.5％，牛奶產(chǎn)量增加35.3％，禽蛋產(chǎn)量增加18.7％。畜禽糞便產(chǎn)量隨之增加，1999年我國畜禽糞便產(chǎn)量為19×108ｔ，2009年畜禽糞便產(chǎn)量為32.64×108ｔ。據估算，2020年全國畜禽糞便的產(chǎn)生量將達到42.44×108ｔ。畜禽糞便引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題日益嚴重。

2 禽糞便處理不當的危害

畜禽糞便的化學(xué)成分隨飼養水平、飼料成分、動(dòng)物消化水平不同而變異很大。李書(shū)田等分析了我國20個(gè)?。ㄊ校┲饕笄菁S便的養分含量，其平均值見(jiàn)表１。

畜禽糞便富含氮（Ｎ）、磷（Ｐ）、鉀（Ｋ）等養分。2002年，我國畜禽糞便中Ｎ、Ｐ、Ｋ 產(chǎn)生量相當于同年施用化肥中氮（2157.3×104 t）、磷（712.2×104ｔ）、鉀（422.5×104 ｔ）的70.9％、89.8％和25.1％。但畜禽糞便含大量病原菌、寄生蟲(chóng)及Zn、Cu 等重金屬，未經(jīng)處理或處理不當會(huì )對水體、空氣、土壤造成污染。

2.1 對水體的污染

畜禽糞便含氮、磷及有機質(zhì)，如果直接排放入水體中或施用后氮、磷流失，使水體富營(yíng)養化。Edwards 等研究表明，糞便隨雨水流失的流失物化學(xué)需氧量（COD）及懸浮固體（TSS）均比無(wú)機肥料高。糞便中的大量病菌、寄生蟲(chóng)及其蟲(chóng)卵會(huì )污染水源，引發(fā)傳染病。養殖場(chǎng)排放的污水平均每毫升含有33萬(wàn)個(gè)大腸桿菌和69萬(wàn)個(gè)大腸球菌；每1000 ml 沉淀池污水中含有190多個(gè)蛔蟲(chóng)卵和100多個(gè)線(xiàn)蟲(chóng)卵。

2.2 對空氣的污染

畜禽糞便能產(chǎn)生大量具有惡臭氣味的氣體，對空氣產(chǎn)生嚴重污染，進(jìn)而影響人類(lèi)健康。這些惡臭氣體種類(lèi)繁多，目前已確定的約有168種。一般按化學(xué)性質(zhì)分為4類(lèi)，即含硫化合物、含氮化合物、揮發(fā)性脂肪酸及芳香族物質(zhì)。惡臭氣體會(huì )影響養殖場(chǎng)附近居民的身體健康。Avery 等研究發(fā)現臭氣能抑制人的粘膜免疫功能，使唾液中的免疫球蛋白Ａ的含量及其分泌效率都降低。

2.3 對土壤的污染

畜禽糞便是良好的有機肥料，被微生物分解后為土壤提供大量的腐殖質(zhì)，改良土壤結構和肥力。但是糞便施用過(guò)多時(shí)，使土壤鹽分增加，土壤結塊，不利于作物生長(cháng)。飼料中的抗生素可隨糞便殘留到土壤中。Xu 等研究表明，長(cháng)期施用豬糞的土壤會(huì )殘留抗生素和增加抗生素抗性，且施用時(shí)間越長(cháng)殘留量越大。研究表明，我國農田土壤中69％的Cu，51％的Zn 來(lái)自于畜禽糞便。畜禽糞便已成為土壤重金屬污染的重要來(lái)源。

3 畜禽糞便的無(wú)害化處理技術(shù)

由于畜禽糞便處理不當會(huì )引發(fā)多種環(huán)境問(wèn)題，對其進(jìn)行無(wú)害化處理意義重大。我國畜禽糞便利用率不足50％，其中規模養殖業(yè)產(chǎn)生的畜禽糞便經(jīng)無(wú)害化處理的不足10％。目前畜禽糞便無(wú)害化處理的方法主要包括飼料化、肥料化、能源化等。

3.1 飼料化

糞便含有一定的營(yíng)養成分，可作為飼料資源。Ｍanjeli 等在仔豬日糧中添加10％～20％的牛糞對仔豬無(wú)不良影響，隨牛糞含量增加采食量下降。新鮮糞便中含有殘留藥物、病原菌、重金屬等會(huì )影響動(dòng)物健康。因此糞便需經(jīng)過(guò)一定的處理后代替動(dòng)物的部分日糧。Ｃaswell 等將糞便在150℃下保持20min，有很好的滅菌效果。Ｍesser 等用環(huán)氧乙烷處理雞糞，同樣取得很好的滅菌效果。程文定等用沸石生物處理劑處理畜禽糞便后，各項衛生指標均符合國家有關(guān)飼料衛生標準，有效降低飼料成本10.31％ ～12.04％，飼料轉化率提高3.73％～5.16％。畜禽糞便不但本身可直接作為飼料，而且可以飼養蛆蟲(chóng)作為飼料資源。用雞糞飼養的蠅蛆粗蛋白高達61.4％，富含精氨酸、賴(lài)氨酸、蛋氨酸等必須氨基酸。

畜禽糞便可直接飼喂或經(jīng)有效處理后飼喂動(dòng)物。但糞便中的殘留藥物，重金屬等可能引發(fā)安全問(wèn)題。

3.2 肥料化

畜禽糞便是傳統的有機肥料，可直接施用和堆肥。堆肥是糞便在微生物的作用下，使有機物礦質(zhì)化、腐殖化和無(wú)害化而變成肥力更好的腐熟肥料的過(guò)程。在此過(guò)程中，蛋白質(zhì)的氮、磷被分解成可被植物利用的有效態(tài)氮、磷，且產(chǎn)生腐殖質(zhì)，增加土壤肥力。堆肥能殺滅畜禽糞便中的病原菌、雜草種子等，同時(shí)減小糞便體積和降低臭味，便于運輸。堆肥過(guò)程復雜，受含水量、溫度、碳氮比（C/N）、微生物等多種因素影響。

3.2.1 含水量

微生物活動(dòng)需要適宜的水分維持，糞便含水量會(huì )直接影響堆肥過(guò)程物理及生物學(xué)變化。堆肥的適宜水分在50％～60％。水分高于60％時(shí)氧氣活動(dòng)被抑制，微生物活動(dòng)轉為厭氧活動(dòng)。水分達到70％時(shí)，堆肥中溫度下降快，微生物活性低，堆肥效果不佳。在堆肥期間，大量水分蒸發(fā)，需要適當添加水分濕潤堆肥糞便，使水分處于微生物活動(dòng)所需的最佳含量。

3.2.2 溫度

堆肥是溫度持續性變化的過(guò)程，溫度先由常溫逐漸升溫至一個(gè)最高溫度，再逐漸下降至常溫。溫度能顯著(zhù)影響微生物的代謝活動(dòng)及酶的活性。過(guò)低的溫度抑制微生物活動(dòng)，延長(cháng)堆肥腐熟的時(shí)間，而過(guò)高的堆溫（＞70℃）將對堆肥微生物產(chǎn)生有害影響。堆肥最佳溫度一般保持在45℃～55℃，此時(shí)糞便中微生物活動(dòng)旺盛，纖維素、脂肪、木質(zhì)素等被快速分解。

3.2.3 碳氮比C/N

C/N是影響堆肥質(zhì)量的重要因素。微生物活動(dòng)需要適宜的Ｃ／Ｎ，糞便Ｃ／Ｎ較低而不利于微生物活動(dòng)，如豬糞的C/N 只有11.3，并不能滿(mǎn)足堆肥需要。所以需要額外添加鋸末、木屑等調節C/N值。一般C/N在25～30較好。Ｇao等在雞糞好養堆肥中添加鋸末，結果顯示C/N為28時(shí)55℃以上的高溫期能持續3ｄ，種子發(fā)芽指數達94％，C/N低的處理組效果不佳。黃國鋒等在豬糞中添加木屑使C/N達到29時(shí)最好，比C/N為16時(shí)的堆肥早14ｄ腐熟。但過(guò)高的C/N會(huì )使溫度上升緩慢，降低堆肥的最高溫度且使高溫期縮短，影響堆肥品質(zhì)。

3.2.4 微生物

僅由糞便土著(zhù)微生物堆肥，周期長(cháng)且養分損失大，堆肥效率低，而在堆肥過(guò)程中添加微生物制劑能促進(jìn)堆肥腐熟，降低養分損失，提高糞便肥力。Liu 等將微生物接種至牛糞堆肥后，堆肥過(guò)程快于自然堆肥，堆肥的效果優(yōu)于自然堆肥。Wang 等用能降解纖維素的青霉菌堆肥后，糞便腐殖質(zhì)增加12％，纖維素分解增加57.5％。孫曉華等在豬糞發(fā)酵中添加纖維素分解菌黑曲霉，有利于快速分解有機物的有益菌種形成優(yōu)勢群落，顯著(zhù)提高發(fā)酵溫度，加快腐熟。

肥料化是一種傳統的使用畜禽糞便的方法。目前我國的畜禽糞便主要是直接還田。由于集約化養殖的發(fā)展，局部地區產(chǎn)生了大量的畜禽糞便，超出周?chē)氐呢摵?。多余的糞便堆肥后，經(jīng)包裝運輸至糞便產(chǎn)生少的地區，可大大緩解畜禽糞便引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題。但糞便堆肥周期長(cháng)，占用一定的土地資源。

3.3 能源化

能源化是將畜禽糞便通過(guò)一定的技術(shù)方法轉化為可利用的能源，包括燃燒產(chǎn)熱、厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣等。

3.3.1 燃燒產(chǎn)熱

畜禽糞便具有很高的熱值，可直接燃燒獲取熱能。長(cháng)期以來(lái)在高寒缺能的牧區糞便是主要的燃料。牦牛糞是我國西藏牧區主要的生活能源，占能源總消費的80％以上。畜禽糞便碳化后無(wú)異味易儲存，也可作為燃料使用。畜禽糞便碳化后進(jìn)一步加工為活性炭后對重金屬的吸附作用優(yōu)于市售活性炭。

3.3.2 厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣

畜禽糞便厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣的潛力巨大，2009年我國畜禽糞便沼氣潛力約1200×108 ｍ3，規?；B殖畜禽糞沼氣潛力約為472.1×108 ｍ3 。將畜禽糞便用于厭氧發(fā)酵沼氣是一種有效的能源化方法。厭氧發(fā)酵一般分為四個(gè)階段：水解階段、產(chǎn)酸階段、乙酸化脫氫階段、產(chǎn)甲烷階段。每一個(gè)階段均由相應的微生物完成，所以能夠直接或間接地影響微生物活動(dòng)的因素都能影響厭氧發(fā)酵過(guò)程。如原料成分、溫度、pH、微生物等。

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 原料成分

原料成分影響微生物的生長(cháng)，主要包括脂類(lèi)、蛋白質(zhì)及纖維素。脂類(lèi)物質(zhì)能為厭氧發(fā)酵提供大量的Ｃ和Ｈ而利于甲烷生成。Ｎeves 等研究顯示，厭氧發(fā)酵中一定量的油脂有利于產(chǎn)氣，但高油脂含量時(shí)對產(chǎn)氣有很強的抑制作用。油脂含量高時(shí)，產(chǎn)生大量揮發(fā)性脂肪酸（VFA）和長(cháng)鏈脂肪酸。而高濃度揮發(fā)性脂肪酸會(huì )抑制甲烷產(chǎn)生，同時(shí)降低發(fā)酵的pH，不利于微生物活動(dòng)而抑制甲烷產(chǎn)生。長(cháng)鏈脂肪酸的積累對微生物有毒性作用。蛋白質(zhì)可降解為氨。當氨積累至高水平時(shí)抑制厭氧發(fā)酵過(guò)程。纖維素主要影響原料的C/N比而影響微生物的生長(cháng)活動(dòng)。畜禽糞便中的C/N比較低，實(shí)際中需加入農作物秸稈等以調節C/N比。厭氧發(fā)酵的適宜C/N比為20～30。大量研究表明，僅用畜禽糞便制取甲烷的效果并不好，產(chǎn)氣量低，可能是因為糞便本身C/N過(guò)低。加入高碳含量的原料共同發(fā)酵，如粗甘油、農作物秸稈等，均能顯著(zhù)增加甲烷產(chǎn)量。

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 溫度

根據發(fā)酵溫度，厭氧發(fā)酵可分為高溫厭氧發(fā)酵（50～60 ℃）、中溫厭氧發(fā)酵（30～40℃）和低溫厭氧發(fā)酵（＜30℃）。高溫厭氧發(fā)酵最適溫度為50～55℃，中溫厭氧發(fā)酵最適溫度為32～38℃。一般高溫與中溫適合微生物活動(dòng)而有利于甲烷產(chǎn)生。所以高溫和中溫條件研究較多，低溫條件研究相對較少。低溫厭氧發(fā)酵的一些相關(guān)研究也取得了一定的成功。

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 pH

pH是厭氧發(fā)酵的關(guān)鍵影響因素，主要通過(guò)影響水解作用和產(chǎn)酸的微生物菌群。由于發(fā)酵底物的成分有所差異，所以厭氧發(fā)酵的最佳pH有一定的變化。厭氧發(fā)酵適宜pH為6.5～7.5。Ｚhai 等用雞糞和牛糞混合發(fā)酵產(chǎn)生甲烷，最適初始pH 為7.5。Kim 等認為pH為6.5時(shí)厭氧發(fā)酵的水解與產(chǎn)酸達到最佳。Zhang 等用豬糞與玉米秸稈混合高溫發(fā)酵，最大產(chǎn)氣量的pH為6.81。厭氧發(fā)酵過(guò)程中，CO2和VFA的積累會(huì )降低pH從而抑制甲烷產(chǎn)生。

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 微生物

為了提高厭氧發(fā)酵效率，增加產(chǎn)氣量，會(huì )對發(fā)酵底物進(jìn)行預處理，包括機械處理、熱處理及化學(xué)處理，但運用合適的微生物制劑也可取得顯著(zhù)的效果。甲烷的產(chǎn)生需要大量Ｃ和Ｈ。在厭氧發(fā)酵中，加入促進(jìn)Ｃ和Ｈ 釋放的微生物會(huì )顯著(zhù)提高降解率和產(chǎn)氣量。Baji 等在豬糞厭氧發(fā)酵中添加產(chǎn)氫細菌使沼氣產(chǎn)量增加160％～170％以上。Wei 等在厭氧發(fā)酵中使用半纖維素分解菌時(shí)，甲烷產(chǎn)量增加了53％。甲烷的生產(chǎn)是由產(chǎn)甲烷的細菌完成，加入產(chǎn)甲烷的菌劑可加快甲烷生成。王渝昆等運用產(chǎn)甲烷復合菌劑，可顯著(zhù)增加甲烷和沼氣產(chǎn)量，并縮短了啟動(dòng)時(shí)間。

畜禽糞便能源化是經(jīng)濟有效的處理方法。但若操作不當，會(huì )引發(fā)環(huán)境問(wèn)題。糞便燃燒時(shí)產(chǎn)生大量有害氣體和溫室氣體。厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生大量沼渣沼液，沼渣可作為肥料直接還田，沼液需經(jīng)處理才能排放。Gerardo 等將膜過(guò)濾技術(shù)和Gong 等用缺氧-好養膜生物反應器處理沼液均取得良好效果。我國沼氣池以中小規模為主，容積小，消化率低，平均池容量283ｍ3，遠低于德國的1000m3。另外，國外已報道用畜禽糞便生產(chǎn)糖類(lèi)物質(zhì)和酒精的初步研究。目前國內并無(wú)相關(guān)的研究報道。

   4 展 望

畜禽糞便會(huì )引發(fā)環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)也是巨大的資源寶庫。對于畜禽糞便的處理，發(fā)達國家早已提出并采用了種養結合模式。其養殖規模小，分散分布，畜禽產(chǎn)生的糞便足以被附近的耕地容納。因此避免了畜禽糞便污染環(huán)境的問(wèn)題。種養結合模式實(shí)現了物質(zhì)循環(huán)和生態(tài)平衡，是一種生態(tài)養殖模式。我國養殖業(yè)發(fā)展應以此為目標。要實(shí)現種養結合，首先養殖場(chǎng)需合理布局，不能過(guò)于集中，且規模適中。目前，我國養殖規模大、集約化程度高，使局部地區產(chǎn)生了大量糞便，附近卻沒(méi)有足夠的耕地容納。由這樣的現狀到種養結合，需要一定的過(guò)度時(shí)期。在過(guò)度時(shí)期中，我國畜禽糞便的處理，應加大堆肥和厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣的比重。堆肥后的糞便運輸至糞便產(chǎn)生少的地區，避免耕地負荷糞便過(guò)載。糞便經(jīng)厭氧發(fā)酵產(chǎn)氣后，即得到清潔能源，而且沼渣沼液也可還田。

養殖行業(yè)利潤小，糞便處理需政府加大資金支持和管理力度。同時(shí)應從全局出發(fā)，追溯污染源頭，并提高飼養水平，減少糞便產(chǎn)量和降低糞便中有害成分的含量。積極研究新的處理技術(shù)，將糞便更加充分的利用。畜禽糞便處理得當，將促進(jìn)我國養殖業(yè)健康快速發(fā)展和環(huán)境友好型社會(huì )的建設。