淺議西藏畜禽廢棄物資源化利用途徑

劉國一，普布貴吉，謝永春，張華國

(西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，西藏 拉薩 850032)

畜禽廢棄物主要指養(yǎng)殖畜禽產(chǎn)生的排泄物、飼料殘?jiān)扔袡C(jī)物，含有豐富的有機(jī)質(zhì)和氮、磷等元素。畜禽廢棄物是一把雙刃劍，如果不加處理隨意排放，則是重要的農(nóng)業(yè)污染源。根據(jù)《第二次全國污染源普查公報(bào)》，畜禽養(yǎng)殖排放的化學(xué)需氧量(COD)占農(nóng)業(yè)源的比例達(dá)到56%，與過量化肥施用一樣，是造成水體富營養(yǎng)化的主要因素，亦是農(nóng)村蒼蠅繁殖、惡臭產(chǎn)生的主要源頭，是美好鄉(xiāng)村建設(shè)的主要障礙。如果對畜禽廢棄物加以收集、處理，實(shí)現(xiàn)其資源化利用，則能變廢為寶，產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，培肥土壤。為了減少畜禽廢棄物的污染，加強(qiáng)其資源化利用率，國務(wù)院辦公廳2017 年48 號文件提出“要加快畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用，綜合利用率達(dá)到75%以上”。

2021 年的中央一號文件，即《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見》中又指出：“推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展……加強(qiáng)畜禽糞污資源化利用”。

西藏是我國的主要牧區(qū)，畜牧業(yè)特別是牛羊養(yǎng)殖一直是西藏國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)。近年來，隨著城鎮(zhèn)居民生活水平的提高，人們對肉、奶、蛋等畜禽產(chǎn)品的需求快速增加。養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展為農(nóng)民增收和城鄉(xiāng)居民生活改善做出了重要貢獻(xiàn)，但是養(yǎng)殖廢棄物資源化利用水平過低帶來的可持續(xù)發(fā)展問題也同樣突出，其排放的總氮和總磷占農(nóng)業(yè)污染源總氮磷排放的90%以上[1]，是首位的農(nóng)業(yè)污染源。與此同時(shí)，養(yǎng)殖廢棄物得不到有效的收集還田，西藏耕地長期缺乏有機(jī)物料的投入，土壤肥力下降、可耕性變差，有機(jī)質(zhì)含量降低，有機(jī)—無機(jī)復(fù)合團(tuán)聚體減少，微生物活動(dòng)減弱，土壤容重增加，土壤理化性狀變差，速效養(yǎng)分降低、呈現(xiàn)出易板結(jié)、適耕性下降等特征，西藏耕地地力退化趨勢日趨嚴(yán)重。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，西藏中西部地區(qū)優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥的施用量不足500 kg/667 m2，遠(yuǎn)低于1 000^1 500 kg/667 m2的標(biāo)準(zhǔn)用量。西藏土壤有機(jī)質(zhì)含量平均值為24.51 g/kg，地力屬于中下等水平，中西部地區(qū)有機(jī)質(zhì)處于下等水平。因此，需要探討西藏畜禽廢棄物資源化利用方式，提高畜禽廢棄物資源化利用率，改善土壤養(yǎng)分條件，增加耕地地力。

周芳等[2]利用排污系數(shù)法根據(jù)西藏的牲畜存欄量估算了糞污產(chǎn)生量和生化需氧量、總氮、總磷等主要污染物的產(chǎn)生量，并對糞污產(chǎn)生的污染情況進(jìn)行了分析，但沒有提及糞污的處理方法。王艷華[3]對西藏拉薩市養(yǎng)殖廢棄物資源化利用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并提出了資源化利用的建議，主要有加強(qiáng)政府指導(dǎo)、資金投入、科技支撐等措施。但是，這些研究只是從宏觀上闡述了畜禽廢棄物的處理利用原則，缺乏具體的處理利用方法，難以對實(shí)際生產(chǎn)形成指導(dǎo)。

1 西藏畜禽糞污產(chǎn)生量

根據(jù)2020 年西藏統(tǒng)計(jì)年鑒得出西藏牲畜近5 年存欄量，如圖1所示。

圖1 西藏近5年牲畜存欄量

然后根據(jù)存欄牲畜種類，以及各類牲畜的排泄量，計(jì)算畜禽糞污量。

N 為牛、羊、豬的飼養(yǎng)量，萬頭；Ti 為飼養(yǎng)周期，按1年計(jì)算；Pi為日排泄系數(shù)。

不同動(dòng)物日排泄系數(shù)如表1所示[4]。

表1 不同動(dòng)物日排泄系數(shù)

根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算出2015—2019 年西藏主要畜禽糞便排放量，如表2所示。

表2 西藏近5年主要畜禽糞便排放量 噸

從趨勢上看，2015—2019 年牲畜存欄量呈下降趨勢(圖1)，但是2019 年的畜禽糞便排放量增加，主要是養(yǎng)殖牲畜的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。2015 年牛的數(shù)量為599萬頭，占比33.3%，2019年牛的養(yǎng)殖數(shù)量為622 萬頭，占比38%，由于牛的糞便排放量較大，所以2019年畜禽糞便較高。近5年西藏主要牲畜糞便排放量在7 714.4^7 910.8 噸之間，如果按照1/3 的化肥替代量計(jì)算則可以替代2 571.5^2 636.9 噸化肥，當(dāng)然這是理論計(jì)算值，在生產(chǎn)中要盡可能實(shí)現(xiàn)畜禽廢棄物肥料化，減少化肥用量。

2 西藏畜禽糞便通常利用方式

燃料化是西藏牛羊糞便的傳統(tǒng)利用方式，由于西藏缺乏煤、天然氣等石化能源，藏中和藏西地區(qū)干旱寒冷的氣候環(huán)境不利于樹木生長，薪柴也比較缺乏，所以牛糞就成了取暖御寒、炊事餐飲的主要能源。但是，燃燒牛羊糞打破了固有的物質(zhì)循環(huán)，有機(jī)物質(zhì)不能還田，損失了土壤養(yǎng)分；同時(shí)農(nóng)民在室內(nèi)燃燒牛糞，易導(dǎo)致空氣污染，是主要的污染暴露源[4-5]。目前，隨著交通便捷，物流發(fā)達(dá)，西藏大部分居民都可以采購煤炭或使用天然氣，牛糞作為燃料的比例呈下降趨勢，特別是年輕人不太愿意使用牛糞做燃料。對于養(yǎng)殖場產(chǎn)生的畜禽糞污，在有沼氣設(shè)備的情況下進(jìn)行沼氣發(fā)酵，產(chǎn)生沼氣，且以大型奶牛飼養(yǎng)場為主，目前拉薩有新希望1 家，日喀則有2家、林芝有3家。但是，沼氣生產(chǎn)設(shè)備投資大，平均投資需要200^300 萬，同時(shí)需要有充足的廢棄物資源，只有一些有實(shí)力的大型企業(yè)或者國家投資的養(yǎng)殖場才有沼氣處理配套設(shè)施。

肥料化則較為普遍，農(nóng)村常將牛羊糞便與火爐燃燒后的余灰，以及廁所的人糞尿混合制成土渣肥施用于地里。養(yǎng)殖場一般都將養(yǎng)殖糞便進(jìn)行收集，堆放后還田作為有機(jī)肥料，有些實(shí)現(xiàn)種養(yǎng)業(yè)無縫連接，完成養(yǎng)殖廢棄物就地消納。例如曲水縣的玉珠奶牛飼養(yǎng)場，人工收集牛糞，堆放后翌年春天運(yùn)輸?shù)降乩?，做肥料使用，種植青貯玉米，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)草量4 000 kg/667 m2。

畜禽廢棄物的肥料化一直受到推崇，《農(nóng)業(yè)圣典》[6]一書系統(tǒng)研究了中國和印度的農(nóng)業(yè)實(shí)踐，提出了土壤健康的概念，指出東方農(nóng)田經(jīng)過4 千多年的種植土壤肥力仍沒有退化的關(guān)鍵就是使用動(dòng)物糞便、秸稈殘?jiān)€田和種植綠肥、輪作倒茬的方法。在青藏高原干旱寒冷的條件下，生物生長困難，有機(jī)凋零物較少，此時(shí)畜禽糞便就顯得更為重要。在草地生態(tài)系統(tǒng)中，草的養(yǎng)分供應(yīng)主要依靠牛羊糞便的返還，占比達(dá)到80%[7]。但是在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，牛羊糞便如果直接還田也會(huì)產(chǎn)生一些問題，糞便中含有大量的氮，還田后在適宜的溫度和濕度條件下，糞便就會(huì)在微生物作用下自行發(fā)酵，發(fā)酵會(huì)增加地溫、產(chǎn)生大量的氨氣，如果控制不當(dāng)則容易造成燒苗，使作物死亡。畜禽糞便直接還田，還容易滋生雜草，特別是羊糞雜草種子含量較大可達(dá)20^60株/dm3。畜禽糞便還是很多作物病害的載體，比如感染青稞黑穗病的植株作為牲畜飼料，黑穗病的孢子就會(huì)混在糞便中，還田后孢子可以在土壤中繼續(xù)生存，感染新的植株。因此，對于畜禽糞便肥料化的最佳利用方法是采用有氧堆肥發(fā)酵技術(shù)，通過高溫發(fā)酵處理，消除糞便中的雜草、病原微生物，并將難以降解的有機(jī)物分解成作物能吸收的小分子有機(jī)物，將發(fā)酵好的肥料再還田利用。

3 畜禽糞污堆肥化利用方法

畜禽糞污肥料化利用，是糞污資源化高效利用途經(jīng)，研究表明僅將羊、牛、雞的糞便轉(zhuǎn)化為肥料就可節(jié)省將近1/3 的化肥。糞污肥料化主要有厭氧和好養(yǎng)兩種處理方式，農(nóng)村的傳統(tǒng)靜態(tài)堆肥和工廠沼氣發(fā)酵屬于厭氧發(fā)酵，厭氧堆肥發(fā)酵是低溫發(fā)酵周期長，有機(jī)物分解不徹底，雜草種子及病原微生物不能消除，所以高效的堆肥方式為耗氧堆肥發(fā)酵，耗氧堆肥發(fā)酵主要是在充分通風(fēng)曝氣的情況下，利用芽孢桿菌、嗜熱菌等微生物將牲畜糞便中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化降解，在降解過程中堆垛溫度可以升溫到50^80 ℃，并持續(xù)15^30 d，該過程能夠徹底殺死病原微生物和雜草種子，并分解有毒有害物質(zhì)，腐熟原料，充分腐熟的原料不會(huì)對農(nóng)作物形成傷害，還可以作為商品有機(jī)肥原料。

2021 年5 月，筆者在西藏農(nóng)牧科學(xué)院5 號試驗(yàn)地開展了堆肥試驗(yàn)，第2 d 溫度開始上升，第4 d 溫度就升到50 ℃以上，到第8 d 上升到峰值73.5 ℃，溫度在70 ℃以上持續(xù)了15 d，然后溫度開始下降，升溫情況如圖2所示。

圖2 堆肥溫度變化圖

高溫腐熟的原料沒有異味，只能聞到輕微的泥土味道，經(jīng)過雜草發(fā)芽試驗(yàn)為0株/dm3，說明雜草種子已被完全殺死，毒性試驗(yàn)時(shí)種子的發(fā)芽率為96%，與對照沒有差異。

高溫堆肥化技術(shù)還可以有效地降解糞便中的抗生素，在畜禽養(yǎng)殖過程中，為了減少動(dòng)物疾病，大量抗生素被使用，其中約有37%^60%沒有被動(dòng)物吸收隨著糞便直接排除體外，這部分抗生素被帶入土壤將會(huì)造成2次污染，通過高溫堆肥技術(shù)則可以有效對抗生素進(jìn)行降解，余佩瑤等[8]研究發(fā)現(xiàn)高溫堆肥對于四環(huán)素、磺胺二甲嘧啶類抗生素除去率達(dá)80%。

4 好氧堆肥處理畜禽廢棄物的建議

高溫堆肥發(fā)酵技術(shù)在西藏農(nóng)村尚未普及，近幾年來隨著國家對農(nóng)村環(huán)境以及畜禽廢棄物處理的關(guān)注，開始在一些區(qū)縣引導(dǎo)農(nóng)民進(jìn)行集中糞污發(fā)酵處理，建立了一些發(fā)酵池。但是，由于技術(shù)的原因，大部分發(fā)酵池尚處于空置狀態(tài)，這種情況更需要加強(qiáng)政府的指導(dǎo)工作，增加投資和技術(shù)支持，除了發(fā)酵池的建設(shè)外還需要配套小型糞污收集車、鏟車等基礎(chǔ)工具，每個(gè)點(diǎn)要有專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)，或者培養(yǎng)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)民科技特派員，掌握好氧堆肥發(fā)酵技術(shù)，以政府補(bǔ)貼、固化技術(shù)、示范應(yīng)用的模式推廣高溫堆肥發(fā)酵技術(shù)。

目前堆肥技術(shù)相對成熟，但是西藏具有特殊的地理環(huán)境，主要表現(xiàn)為紫外線強(qiáng)，晝夜溫差大，較高時(shí)可以達(dá)到20 ℃的溫差，如果在冬季發(fā)酵環(huán)境溫度較低，微生物難以啟動(dòng)，堆體升溫困難，需要根據(jù)高原氣候及養(yǎng)殖場主要廢棄物組成特點(diǎn)篩選低溫高效發(fā)酵菌株，研究復(fù)合菌劑配方和發(fā)酵原料最適組分配比，實(shí)現(xiàn)西藏低溫條件下畜禽糞便的高效分解，形成高寒區(qū)畜禽廢棄物堆肥發(fā)酵技術(shù)體系；還可以充分利用西藏豐富的太陽能，開發(fā)太陽能堆肥系統(tǒng)，目前西藏農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所開發(fā)了太陽能增溫、保溫堆肥發(fā)酵系統(tǒng)，利用菲涅爾鏡片和陽光追蹤系統(tǒng)高效聚集太陽能，通過介質(zhì)將熱能引入水箱中，加熱水體，控制水循環(huán)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵槽的增溫和保溫功能，提高發(fā)酵效率。

好氧堆肥發(fā)酵一般是在發(fā)酵槽內(nèi)進(jìn)行，底部安有爆氣管道，通過鼓風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制間接性曝氣，達(dá)到給堆體供氧的目的。在堆肥前需要對原料的配比進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般碳氮比為25^30，含水量為60%^70%，并適當(dāng)添加菌渣、秸稈粉末等物料提高堆體的透氣性。在發(fā)酵過程中，微生物將物料中的氮進(jìn)行分解，由于氨氣以及物料本身的原因會(huì)產(chǎn)生大量的臭氣，最好在發(fā)酵槽上覆蓋分子膜，分子膜能夠讓小分子自由通過，水蒸氣可以透過分子膜向外擴(kuò)散，而氨氣、硫化氫大分子氣體無法通過，避免了發(fā)酵槽內(nèi)水氣聚集以及臭氣擴(kuò)散的問題，同時(shí)還有防雨保溫作用，因此在好氧堆肥發(fā)酵過程中采用分子膜覆蓋是當(dāng)前的主要發(fā)酵方式。

5 小 結(jié)

畜禽廢棄物含有大量的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等微量元素，以往西藏大部分牛羊糞便被當(dāng)做燃料使用，還田量很少，導(dǎo)致西藏土壤質(zhì)量等級僅為8.3級，低于全國平均水平。近年來，隨著城郊天然氣和煤的使用，農(nóng)戶逐漸減少用牛羊糞做燃料，更多的畜禽糞便得以積累還田。在畜禽糞便肥料化的同時(shí)需要對糞便進(jìn)行處理，做好糞便的無害化工作。高溫堆肥發(fā)酵是糞便無害化處理的有效方法，可以高效轉(zhuǎn)化有機(jī)物質(zhì)、殺滅雜草和分解其他一些有害物質(zhì)，提高糞便的利用效率。但是，在西藏要對畜禽糞便進(jìn)行高溫好氧發(fā)酵，還需要政策支持、完善發(fā)酵技術(shù)、提高農(nóng)技人員對好氧發(fā)酵工藝的認(rèn)識，使堆肥發(fā)酵技術(shù)更好地服務(wù)于西藏農(nóng)業(yè)。