牛糞的處理與資源化利用

摘  要：近年來，隨著大規(guī)模集約化奶牛養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，牛糞集中排放造成的環(huán)境污染問題日益突出。在對(duì)土壤、水和空氣造成污染的同時(shí)，牛糞堆積在奶牛場(chǎng)的有限生產(chǎn)區(qū)域，嚴(yán)重影響了奶牛場(chǎng)的正常生產(chǎn)秩序。隨著奶牛養(yǎng)殖社區(qū)和大型新型奶牛場(chǎng)的環(huán)保要求的提高，對(duì)牛糞的處理和資源化利用的研究迫在眉睫。該文介紹了牛糞的處理方法和資源化利用研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：牛糞;處理;資源化利用

1 牛糞養(yǎng)分情況

牛糞本身是一種很好的生物質(zhì)資源，與其他牲畜糞便一樣，牛糞中含有大量的礦物元素（表1）和豐富的營(yíng)養(yǎng)成分（表2）。牛糞質(zhì)地細(xì)膩，含水量高，分解緩慢，熱值低，屬于晚肥。在養(yǎng)分含量方面，牛糞中的大部分礦質(zhì)元素和營(yíng)養(yǎng)成分均低于其他畜禽，有機(jī)質(zhì)含量與雞糞相似，只有粗纖維、粗灰和無氮提取物相對(duì)較高。但是，其產(chǎn)量高、用量大，礦物元素和營(yíng)養(yǎng)素的總量相對(duì)較大[1]。通過不同的加工技術(shù)和工藝，可以生產(chǎn)資源豐富、增值產(chǎn)品，在防止環(huán)境污染的同時(shí)，也可以獲得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2 牛糞的處理方法

隨著大規(guī)模、現(xiàn)代化和集約化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，特別是在一系列支持大規(guī)模畜牧業(yè)的支持下，養(yǎng)牛業(yè)的發(fā)展大大加快。然而，大量牛糞的積累也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。對(duì)于大型養(yǎng)牛場(chǎng)，如果沒有足夠的有效處理和利用方法，牛糞堆積造成的污染將嚴(yán)重影響?zhàn)B牛場(chǎng)的正常生產(chǎn)，阻礙畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。充分利用牛糞是預(yù)防和消除牛糞污染的關(guān)鍵[2]，牛糞的綜合利用迫在眉睫。當(dāng)前，牛糞處理大致可分為：有機(jī)肥加工、還田使用、沼氣發(fā)酵和飼料生產(chǎn)等幾種。牛糞作為飼料生產(chǎn)是綜合利用牛糞的方法之一。由于牛糞營(yíng)養(yǎng)成分豐富，經(jīng)過適當(dāng)處理，可以提高蛋白質(zhì)的消化率和代謝能，殺滅病原體，提高適口性，可作為飼料。目前，牛糞的處理方法主要有干燥方法、分解方法、發(fā)酵方法等。

2.1 發(fā)酵法 將一些微生物制劑或酶制劑等添加到牛糞中，在適當(dāng)?shù)臏囟认掳l(fā)酵，并且所獲得的產(chǎn)品用于飼養(yǎng)，如豬、雞和魚等動(dòng)物。例如，牛糞用青貯飼料發(fā)酵，并且具有足夠的水分和可溶性碳水化合物，以與其他畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈、草料或其他飼料粗飼料一起進(jìn)行青貯處理。青貯飼料、糞肥與飼草或其他飼料的比例為1︰1。該方法不僅可以改善適口性和吸收性，防止蛋白質(zhì)過量流失，還可以將一些非蛋白質(zhì)氮轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)，殺死幾乎所有有害微生物[3]。此外，發(fā)酵豬飼料，如淀粉殘?jiān)兔卓坊旌吓＜S發(fā)酵成飼料，喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，30%～40%的傳統(tǒng)飼料可以節(jié)省，而且豬喜歡吃，豬肉質(zhì)量也很好。通過脫水預(yù)處理牛糞后，分別在高溫和低溫下發(fā)酵2次。所得飼料的粗蛋白質(zhì)含量比現(xiàn)有技術(shù)高23.9%，具有良好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[4]。通過在沼氣池中發(fā)酵剩余的牛糞來獲得用于控制發(fā)酵溫度的熱源。實(shí)驗(yàn)表明，生物發(fā)酵牛糞飼料其中，15%生物發(fā)酵牛糞飼料，小鼠體重增加9.25%，并且生物牛糞發(fā)酵的飼料無異味，適口性好，消化率高[5]。

2.2 分解法 分解方法，也被稱為昆蟲方法，使用低等動(dòng)物如蒼蠅，蚯蚓和蝸牛來分解糞便，提供動(dòng)物蛋白，并且可以治療糞便。例如，蚯蚓是用牛糞飼養(yǎng)的。據(jù)估計(jì)，1m2約30～40kg培養(yǎng)基可得到蚯蚓1500～20000條。生產(chǎn)蚯蚓就是生產(chǎn)高質(zhì)量的動(dòng)物蛋白，可用于醫(yī)藥和其他行業(yè);蚯蚓糞是一種有機(jī)肥。牛糞用于簡(jiǎn)化處理品種，然后用蚯蚓喂養(yǎng)雞，這可以增加雞的體重增加和產(chǎn)蛋母雞所需的動(dòng)物飼料蛋白[6]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，100只雞每天可以產(chǎn)雞蛋1kg，每年可以產(chǎn)雞蛋100kg，增加收入3000元。繁殖后的牛糞仍可用作肥料，其肥效不降低。該方法經(jīng)濟(jì)可行，生態(tài)效益顯著。然而，由于早期糞便消毒，脫水處理，蠅蛆收集，蚯蚓和蝸牛飼養(yǎng)，高溫要求和年度生產(chǎn)困難等技術(shù)難題，尚未得到廣泛推廣。

2.3 干燥法 干燥法可分為自然干燥和機(jī)械干燥2種。自然干燥法是將新鮮牛糞單獨(dú)發(fā)酵或者加入一定比例的麩皮混合進(jìn)行發(fā)酵，然后撒在水泥地面或塑料布上，隨時(shí)翻堆，使其自然干燥，晾干，壓碎，然后將其混合到其他飼料中。該方法成本低，操作簡(jiǎn)單，但受天氣影響很大，可能會(huì)造成環(huán)境污染。機(jī)械干燥方法是利用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行干燥，除臭、滅菌等，被廣泛使用。此外，新型微波處理畜禽糞便也是一種更有效的飼料處理技術(shù)[7]。

3 牛糞的資源化利用

將牛糞作為生物質(zhì)資源的目的是使其無害化，減量化和資源化處理，并滿足環(huán)境可接受性和經(jīng)濟(jì)可行性。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境保護(hù)要求的提高，國(guó)內(nèi)外處理畜禽糞便的方法已發(fā)展出很多種，普遍受歡迎的是那些投資低，運(yùn)營(yíng)成本低和生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品能力的技術(shù)方法[8]。

3.1 施肥、飼料和能源利用

3.1.1 施肥 發(fā)酵后將畜禽糞便返回農(nóng)田是減少環(huán)境污染和充分利用農(nóng)業(yè)資源的最具成本效益的措施。研究表明，19108t畜禽糞便相當(dāng)于1108t有機(jī)肥。牛糞本身是一種豐富的生物質(zhì)資源和良好的有機(jī)肥料，可直接施用于田間，為作物提供養(yǎng)分。吳淑杭等研究表明，茄子根腐病可以通過巧妙地施用牛糞來治愈[9]。隨著集約化農(nóng)業(yè)的興起和發(fā)展，畜禽糞便日益集中，為了應(yīng)對(duì)這一現(xiàn)象，部分地區(qū)已經(jīng)建成一些有機(jī)肥生產(chǎn)加工廠。使用的方法包括厭氧發(fā)酵、快速干燥、微波和膨脹等。

3.1.2 飼料 開發(fā)生態(tài)肥料、土壤改良劑和畜禽糞肥復(fù)合肥，是目前比較有效的方法。劉煒等將牛糞生產(chǎn)成粒狀有機(jī)肥，有效解決了新鮮牛糞堆肥和牛糞沼氣發(fā)酵后沼渣含水量高、體積大、貯存、運(yùn)輸和使用不便的問題。目前，牛糞魚蝦已被廣泛用于生產(chǎn)。牛糞作為飼料是綜合利用的重要途徑之一。牛糞的能量主要通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生。

3.1.3 能源利用 許多國(guó)外學(xué)者已經(jīng)證明，將沼氣技術(shù)應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖可以帶來更好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益以及溫室氣體減排效益。Angeles和Mikael分別在菲律賓和瑞典進(jìn)行了研究，認(rèn)為沼氣在畜禽糞便和尿液處理中的應(yīng)用是一項(xiàng)很好的經(jīng)濟(jì)效益措施。焦燕等通過生物方法制作微生物燃料電池，充分利用牛糞產(chǎn)生能量，不僅可以減少牛糞污染環(huán)境，對(duì)人類造成傷害，還可以節(jié)約能源[10-11]，同時(shí)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，真正實(shí)現(xiàn)了肥料資源的利用。

3.2 發(fā)展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，消除牛糞 畜禽糞便在農(nóng)業(yè)中的使用是最直接有效的措施。利用好糞肥，可以提高土壤肥力，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分循環(huán)，對(duì)減少肥料使用，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)和水果業(yè)的結(jié)合，將建立一個(gè)生態(tài)畜牧業(yè)和牧場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)多層次的循環(huán)利用。采用方便、經(jīng)濟(jì)、高效的處理方式原則，以生態(tài)方式控制畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污染。牲畜-沼澤-果實(shí)模型基于養(yǎng)殖業(yè)的糞便，并在沼氣發(fā)酵后施用于土壤[12]。作為種植有機(jī)肥，它為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)提供飼料，形成良性循環(huán)。

利用先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)畜牧業(yè)、水果、谷物和蔬菜等育種和繁殖模式的組合，以及建立生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)畜牧業(yè)和種植業(yè)，可以控制畜牧場(chǎng)并有效利用畜禽糞便來解決環(huán)境污染問題。牛、沼澤、魚、牛糞的三維生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，是一種利用沼氣，沼肥（沼液，沼渣）的發(fā)酵，回收沼澤肥料養(yǎng)活魚類繁殖生態(tài)模型，創(chuàng)造能量并生產(chǎn)魚飼料，同時(shí)消除了污染，允許更多周期有效利用牛糞。它是促進(jìn)農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)和能源的綜合利用，節(jié)約和提高經(jīng)濟(jì)效益的有效措施。沼澤育肥魚可以節(jié)省大量精礦，增加魚類產(chǎn)量，減少牛糞的環(huán)境污染[13]。

據(jù)游洋等報(bào)道規(guī)?；i場(chǎng)采用“糞便-沼液、沼渣-牧場(chǎng)-飼養(yǎng)畜禽”生態(tài)模型，將為牧草、蔬菜和果樹給予種植面積，完全滿足大規(guī)模農(nóng)產(chǎn)品。它不僅可以生產(chǎn)大量的草、蔬菜和水果，還可以改善土壤[14]。沈陽馬剛鄉(xiāng)推廣的“沼氣池-廁所-養(yǎng)殖場(chǎng)-菜（水果，谷物）”庭院生態(tài)農(nóng)業(yè)模式是以沼氣為紐帶，種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)結(jié)合的生態(tài)農(nóng)業(yè)模式[15]，實(shí)現(xiàn)了氣化和化肥的同步生產(chǎn)。它是一個(gè)能源生態(tài)系統(tǒng)有效地利用了畜禽糞便，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

3.3 種植牧草作物，消納牛糞 楊林章等研究表明，牛糞施用在黑麥草的水培技術(shù)中，隨著濾液量的增高，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)量先上升后下降，同時(shí)黑麥草中氮、磷含量也隨之增加，濾液的量對(duì)黑麥草的水培系統(tǒng)中TN和TP的去除具有顯著影響。李禮等發(fā)現(xiàn)將牛糞和互花米草混合后發(fā)酵可促進(jìn)氣體的產(chǎn)生，并且日產(chǎn)氣量穩(wěn)定，產(chǎn)氣峰值比單一發(fā)酵早13d，累計(jì)產(chǎn)氣量為38.83%[16]。

3.4 培養(yǎng)食用菌處理牛糞 牛糞中富有機(jī)物和氮、磷、鉀等元素。食用菌味道鮮美，營(yíng)養(yǎng)豐富，甚至含有一些可制成保健品和抗腫瘤等藥物[17]。利用牛糞、秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物培育食用菌，使牛糞、玉米秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物做到處理，同時(shí)生產(chǎn)具有高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的食用菌。培養(yǎng)的培養(yǎng)基也可以直接還田或用作飼料，允許資源在多個(gè)水平上回收利用。利用糞便作為繁殖基質(zhì)，繁殖蚯蚓、蝸牛、蠅蛆等，種植蘑菇，真正實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”的理念。用牛糞代替小麥籽粒生產(chǎn)栽培的黑木耳種子，通過菌種萌發(fā)和食用材料的研究表明，黑木耳種子的產(chǎn)量和品質(zhì)與常規(guī)小麥種子完全相同。同時(shí)，將巴西蘑菇在牛糞中種植，巴西蘑菇不僅生長(zhǎng)快，生長(zhǎng)良好，而且大大縮短了生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

宋俊芬等利用秸稈牛糞的發(fā)酵來培養(yǎng)雙孢蘑菇，結(jié)果表明，雙孢蘑菇的產(chǎn)量為19kg/m2，牛糞的消費(fèi)量為18kg/m2。李艷榮等以稻草為培養(yǎng)材料，不同牛糞含量培養(yǎng)雙孢蘑菇[18]。結(jié)果表明，當(dāng)碳氮比為31.9時(shí)，即牛糞含量為14kg/m2，雙孢蘑菇生長(zhǎng)，產(chǎn)量最高。除了雙孢蘑菇，牛糞也用于平菇種植。劉杰等利用牛糞和食用菌的一些廢棄物培植側(cè)耳菇，發(fā)現(xiàn)其不僅滿足其生長(zhǎng)條件，而且有利于其的生長(zhǎng)，真正實(shí)現(xiàn)了生物資源的回收利用。

4 結(jié)語

總體而言，牛糞生物質(zhì)資源的多層次、綜合利用模式，將越來越多地得到人們的應(yīng)用和推廣。它既可以有效解決養(yǎng)殖業(yè)的環(huán)境污染問題，又可以綜合利用其他農(nóng)業(yè)廢棄物并將其轉(zhuǎn)化為商品，形成產(chǎn)業(yè)鏈，從而取得了良好的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。