羊糞資源化利用的研究進(jìn)展

朱云芬，李 蓉，向極釬，陳瀟飛，譚德俊，王國(guó)貴，馬 進(jìn)

（1.恩施土家族苗族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北 恩施 445002；2.湖北省富硒產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，湖北 恩施 445002；3.恩施清江生物工程有限公司，湖北 恩施 445002；4.恩施市禾陽(yáng)農(nóng)牧專業(yè)合作社，湖北 恩施 445002）

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制改革不斷深化，中國(guó)畜牧業(yè)呈現(xiàn)持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展的景象，規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化、集中化養(yǎng)殖水平得到顯著提高，且超越美國(guó)和歐洲成為目前世界上最大的畜禽養(yǎng)殖國(guó)，向世界輸送了大量?jī)?yōu)質(zhì)的肉蛋奶等畜禽產(chǎn)品，推動(dòng)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展也帶來(lái)一系列不可避免的問(wèn)題，成千上萬(wàn)噸養(yǎng)殖廢棄垃圾未能得到有效處理和利用，成為危害環(huán)境、破壞生態(tài)系統(tǒng)的污染源。與此同時(shí)，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見(jiàn)》，指出將促進(jìn)畜禽廢棄物“減量化、無(wú)害化、資源化”的綜合研究利用作為重點(diǎn)，加速構(gòu)建種養(yǎng)結(jié)合、農(nóng)牧循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展新格局，為全面建成小康社會(huì)夯實(shí)基礎(chǔ)。

草食畜牧業(yè)是建設(shè)現(xiàn)代畜牧業(yè)的重要組成部分。近年來(lái)，為促進(jìn)草食畜牧業(yè)又快又好發(fā)展，保障優(yōu)質(zhì)安全草食畜產(chǎn)品有效供給，促進(jìn)畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)，加快現(xiàn)代畜牧業(yè)建設(shè)，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部（原農(nóng)業(yè)部）印發(fā)了《全國(guó)草食畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》的通知，全國(guó)各地政府也相繼出臺(tái)一系列扶持措施，如增加補(bǔ)貼、給予獎(jiǎng)勵(lì)、加大投資力度等［1］。這些舉措推動(dòng)了各地草食畜牧業(yè)的升級(jí)和轉(zhuǎn)型。然而從整體來(lái)看，草食畜產(chǎn)品供應(yīng)缺口大，仍處于供不應(yīng)求的階段，并且高品質(zhì)乳產(chǎn)品及優(yōu)質(zhì)牛羊肉存在產(chǎn)量小、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、價(jià)格虛高且產(chǎn)品品質(zhì)得不到保障等問(wèn)題，難以滿足消費(fèi)者差異需求。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年中國(guó)羊存欄總數(shù)達(dá)30 231.67萬(wàn)只，同比增長(zhǎng)1.01%；出欄總數(shù)31 218.4萬(wàn)只，同比增長(zhǎng)1.71%。2003—2016年，全國(guó)羊場(chǎng)總數(shù)量從2 860.38萬(wàn)個(gè)下降至1 557.15萬(wàn)個(gè)，下降了45.56%，并且羊場(chǎng)規(guī)模在100只以上的占比也從0.60%上升至3.16%。這些數(shù)據(jù)表明，中國(guó)養(yǎng)羊業(yè)目前正朝著規(guī)模化、集中化優(yōu)化發(fā)展，隨之而來(lái)的則是大規(guī)模養(yǎng)殖帶來(lái)的畜禽糞污問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)道，早在2000年，國(guó)內(nèi)養(yǎng)殖所產(chǎn)生的畜禽糞便等廢棄物達(dá)到27億t；到了2018年，高達(dá)38億t；2020年時(shí)，全國(guó)產(chǎn)生42.44億t的畜禽糞便廢棄物［3］。畜禽糞污是由碳、氫、氧、磷、氮等元素組成的有機(jī)廢料，這些廢料若不予以處理直接排放就會(huì)成為污染，如果將其加以轉(zhuǎn)化，這些碳、氫、氧、磷、氮就變成了能夠二次利用的營(yíng)養(yǎng)及能量元素。目前，中國(guó)對(duì)養(yǎng)殖糞便廢棄物的利用率還不及60%，這也就意味著，每年約有15.2億t的含大量致病菌、寄生蟲(chóng)卵、重金屬等有毒有害物質(zhì)的未經(jīng)處理的畜禽糞污排泄到農(nóng)田、江河湖海等生態(tài)系統(tǒng)，不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，隨著食物鏈的發(fā)展，更會(huì)危害人類自身健康。畜禽養(yǎng)殖廢棄物已經(jīng)成為中國(guó)最主要的農(nóng)業(yè)污染源之一［4］。羊糞尿?qū)儆跔I(yíng)養(yǎng)成分含量較高的畜禽糞污，其中含有大量未被消化吸收的纖維素和半纖維素等物質(zhì)。因此，遵循國(guó)務(wù)院“關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用”的糞污治理原則，開(kāi)展對(duì)羊糞資源化綜合利用、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究具有重要實(shí)踐意義。本研究綜述了羊糞的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、多種利用途徑及其優(yōu)點(diǎn)和弊端，以期為羊糞的利用提供新思路。

1 羊糞的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

羊糞外觀呈黑色顆粒狀，糞質(zhì)細(xì)膩，肥質(zhì)濃密，是一種熱性糞料。經(jīng)測(cè)定，羊糞中蛋白質(zhì)含量約為4.10%～4.70%，且有機(jī)物占24.00%～27.00%，氮0.70%～0.80%，磷0.45%～0.60%，鉀0.40%～0.50%［5］。其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于豬糞和牛糞，僅次于禽糞，是作為肥料的優(yōu)質(zhì)原料。然而未經(jīng)處理的羊糞適口性差，且含有大量的殘留藥物（抗生素）、病原菌、重金屬（銅、汞、鉛）以及寄生蟲(chóng)卵等，如果直接作為肥料施入田中會(huì)對(duì)水源、空氣以及土壤造成污染。

2 羊糞資源化利用的處理途徑

2.1 羊糞肥料化

羊糞最常見(jiàn)的利用方式就是轉(zhuǎn)化成為有機(jī)肥，且無(wú)害化處理成有機(jī)肥有兩種方式，分別是干燥法和堆肥法。

2.1.1 羊糞干燥法 羊糞的干燥即通過(guò)自然光照風(fēng)干或人工烘干使得新鮮羊糞中含水量降低至18%以下［6］。干燥法操作簡(jiǎn)單方便，成本低廉且生產(chǎn)效率高；但該方法生產(chǎn)出來(lái)的羊糞肥中會(huì)含有蟲(chóng)卵、雜草種等有害物質(zhì)，干燥過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生氨氣等有害氣體污染環(huán)境。此外，羊糞營(yíng)養(yǎng)成分含量高，如直接施入田中可能使農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩，最終造成農(nóng)作物徒長(zhǎng)、倒伏、燒苗等危害。

2.1.2 羊糞堆肥法 堆肥法是中國(guó)歷史悠久的處理各類畜禽糞污的手段之一。該方法是在人為控制發(fā)酵溫度、水分及通風(fēng)條件下，憑借糞污內(nèi)自身含有的細(xì)菌、真菌等微生物或者人為添加菌劑，依靠其高溫發(fā)酵使畜禽糞便內(nèi)的有機(jī)物分解，進(jìn)一步降解為穩(wěn)定化、無(wú)害化的腐殖質(zhì)的生物學(xué)過(guò)程［7］。在羊糞堆肥腐熟的過(guò)程中，不穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)被微生物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的、能夠直接被植物根系吸收利用的養(yǎng)分，且發(fā)酵過(guò)程所產(chǎn)生的高溫殺死了糞便中的致病菌、蟲(chóng)卵和雜草種子，這樣施入田中能減少雜草和害蟲(chóng)的滋生，不僅是一種優(yōu)良的土壤調(diào)理劑，更是一種豐厚的有機(jī)肥［8］。同時(shí)生物堆肥發(fā)酵還具有運(yùn)行成本低、二次污染小等特點(diǎn)，是羊糞無(wú)害化處理較為理想且有效的方式之一。

堆肥處理根據(jù)發(fā)酵過(guò)程中微生物對(duì)氧氣的需要量分為好氧堆肥和厭氧堆肥［9］。好氧堆肥又稱為高溫堆肥，是指微生物在氧氣充足的環(huán)境下對(duì)羊糞進(jìn)行發(fā)酵分解。好氧堆肥相較于厭氧堆肥［10］羊糞的發(fā)酵更加完全，效果更好，腐熟時(shí)間少、周期短，而且有害氣體產(chǎn)生量少，異味小。綜上來(lái)看，現(xiàn)代堆肥優(yōu)化處理工藝中好氧堆肥是更好的選擇。

2.2 羊糞飼料化

追溯到明代時(shí)期，徐光啟在《農(nóng)政全書(shū)》中記載有將畜禽糞便用于喂養(yǎng)魚(yú)類。陳建興等［3］研究將驢糞作為黃粉蟲(chóng)的飼料，能節(jié)約常規(guī)飼料。羊因其特殊的反芻消化結(jié)構(gòu)，飼料經(jīng)過(guò)其代謝吸收被排出體外后仍含有一些營(yíng)養(yǎng)成分。據(jù)測(cè)定，風(fēng)干羊糞的蛋白質(zhì)含量為4.10%～4.70%，還含有一定量的粗脂肪、粗纖維、B族維生素等養(yǎng)分，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚碇笱蚣S也能被二次利用作為畜禽飼料。然而，畜禽糞便飼料化利用目前還存在許多問(wèn)題，如糞便中惡臭如何吸附、病原微生物需要滅活、殘留抗生素及有毒重金屬必須消除等［11］。綜合來(lái)看，將羊糞轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害化并符合飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的飼料資源程序復(fù)雜、難度較大且成本高，因此羊糞飼料化如果需要普遍推廣應(yīng)用仍需要更進(jìn)一步的研究［12］。

2.3 羊糞能源化

羊糞能源化是指利用羊糞厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，具體指羊糞、農(nóng)作物秸稈和雜草等有機(jī)物在適宜的水分、溫度和厭氧條件下，通過(guò)各類微生物的分解代謝，最終形成甲烷和二氧化碳等可燃性混合氣體的過(guò)程［13］。中國(guó)被稱為沼氣之鄉(xiāng)，糞便沼氣化在國(guó)內(nèi)已有幾十年的發(fā)展歷史，厭氧發(fā)酵技術(shù)也較為成熟，羊糞沼氣化不僅能解決對(duì)羊糞的利用問(wèn)題，還能消耗種植廢棄物秸稈，而且所產(chǎn)生的沼氣、沼液及沼渣都屬于農(nóng)村可再生資源［14］。沼氣能作為能源用于發(fā)電、燃燒等。沼液和沼渣含有豐富的有機(jī)質(zhì)、腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、鉀等微量元素，能起到很好的改良土壤作用，更是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)灌溉肥料及魚(yú)類養(yǎng)殖餌料［15］。隨著中國(guó)農(nóng)村地區(qū)沼氣工程建設(shè)的推進(jìn)，糞污+秸稈發(fā)酵所生產(chǎn)的沼氣為人民群眾提供了一種更加清潔和優(yōu)質(zhì)的可再生能源，在糞污再利用、改造能源結(jié)構(gòu)和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面起到了重要作用。

2.4 羊糞的新型利用方式

羊糞除了肥料化、飼料化和能源化等常見(jiàn)的利用方式，隨著現(xiàn)代研究的不斷深入，現(xiàn)在也有了新型處理模式。

2.4.1 羊糞蚯蚓混合堆肥 蚯蚓堆肥是將傳統(tǒng)的自然堆肥方法與新型現(xiàn)代的生物處理相結(jié)合，通過(guò)蚯蚓自身消化代謝以及微生物的分解作用對(duì)糞便等有機(jī)廢棄物進(jìn)行降解，最終得到蚯蚓和蚯蚓糞有機(jī)肥［16］。蚯蚓屬于優(yōu)質(zhì)蛋白飼料，富含23種氨基酸，可作為水產(chǎn)、禽類等動(dòng)物的蛋白補(bǔ)充劑。而且蚯蚓中含有多種抗體，在醫(yī)藥方面有廣泛應(yīng)用研究［17］。蚯蚓糞是一種黑色、質(zhì)地輕、肥分高、營(yíng)養(yǎng)全面且比表面積和孔隙率很高的均勻顆粒狀固體，具有很好的孔性、通氣性和排水性，能有效地改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤肥力，是優(yōu)質(zhì)的土壤改良劑。同時(shí)，蚯蚓糞還含有豐富的有益微生物，對(duì)于畜牧業(yè)養(yǎng)殖所產(chǎn)生的臭氣具有高效的吸附作用，減少大氣污染。由此看來(lái)，利用蚯蚓處理羊糞，不僅解決了羊糞便污染問(wèn)題，還得到了蚯蚓和蚯蚓糞這些優(yōu)質(zhì)副產(chǎn)品，安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)效益高，是一種新型的農(nóng)牧業(yè)循環(huán)模式及循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系。

2.4.2 羊糞生產(chǎn)食用菌 羊糞含有豐富的有機(jī)質(zhì)和N、P、K等元素，混合一定的輔料發(fā)酵之后是生產(chǎn)食用菌的優(yōu)質(zhì)培養(yǎng)料。利用畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈等栽培食用菌不僅是對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用，且生產(chǎn)出高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益的食用菌，栽培后的菌渣還能還田作肥料，真正實(shí)現(xiàn)了資源的多層次循環(huán)利用。任愛(ài)民［18］研究發(fā)現(xiàn)，用麥草羊糞培養(yǎng)料栽培雙孢蘑菇有出菇早、產(chǎn)量高且品質(zhì)好的優(yōu)點(diǎn)。毛偉娟［19］利用牛糞和大蒜秸稈等農(nóng)村固廢生產(chǎn)食用菌，每平方米菇床可生產(chǎn)8 kg雙孢蘑菇，同時(shí)利用約11 kg干牛糞、77 kg鮮牛糞，一年就可消化770 t鮮牛糞。雅梅［20］用干羊糞和禾草堆肥發(fā)酵制作菌菇培養(yǎng)料，因羊糞中含有一些殺菌物質(zhì)，與其他糞肥發(fā)酵制作的培養(yǎng)基相比較，羊糞培養(yǎng)料污染和生蟲(chóng)的概率更低。楊菁等［21］應(yīng)用豬糞分離渣代替木屑進(jìn)行毛木耳的栽培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，豬糞分離渣和木屑所生產(chǎn)毛木耳的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值并無(wú)顯著差異。綜上所述，利用畜禽糞便發(fā)展循環(huán)農(nóng)業(yè)，栽培食用菌目前取得了比較顯著的效果。然而食用菌菌絲在培養(yǎng)料中吸收了自身所必需的碳、氮、鉀、磷、硫、鈣等元素的同時(shí)，也吸收了砷、鉛、汞、鎘等重金屬，食用菌對(duì)重金屬的富集作用可能存在食用安全隱患。因此，用羊糞培養(yǎng)食用菌還需要更加深入的研究。

2.4.3 羊糞生物炭吸附重金屬 將羊糞進(jìn)行烘干、粉碎處理，過(guò)篩之后，在馬弗爐700℃下碳化2.5 h，即得到羊糞生物炭（SMB）［22］。制得的SMB屬于新型、高效、可再生資源的生物炭吸附劑，能起到清潔水源和土壤、過(guò)濾和吸附重金屬的作用［23］。研究表明，SMB對(duì)水溶液中Pb、Zn、Cd和Cu重金屬均能有效吸附，在適宜條件下（控制pH），能接近100%的吸附率［24］。同時(shí)，SMB還是溶液或土壤中NH4+、NO3-、PO43-的優(yōu)良吸附劑，將SMB作為有機(jī)肥施入土壤后能吸附多種離子，進(jìn)而減少氮、磷的淋溶損失，提高土壤肥力，是一種優(yōu)良的土壤改良劑［25，26］。有研究表明，竹生物炭（BB）的含量對(duì)羊糞便混合堆肥過(guò)程中氣體排放、發(fā)酵成熟度和微生物結(jié)構(gòu)及多樣性變化均有顯著影響［27，28］。

3 小結(jié)及展望

隨著國(guó)家對(duì)草食畜牧業(yè)發(fā)展的大力支持，羊糞的資源化和無(wú)害化綜合利用是養(yǎng)殖業(yè)和生態(tài)環(huán)境平衡發(fā)展的必然選擇。對(duì)于養(yǎng)殖場(chǎng)而言，羊糞的無(wú)害化處理是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的第一步，進(jìn)而對(duì)其資源化綜合利用、變廢為寶，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益才能促使養(yǎng)殖業(yè)健康、持續(xù)發(fā)展。羊糞含有豐富的有機(jī)質(zhì)和微量元素，是能被植物、動(dòng)物重復(fù)利用的優(yōu)質(zhì)生物能源。如何充分利用羊糞中的營(yíng)養(yǎng)成分，減少致病菌、蟲(chóng)卵及重金屬的危害，是羊糞綜合利用的重點(diǎn)問(wèn)題。相信隨著羊糞微生物發(fā)酵及有毒有害重金屬處理技術(shù)等加工工藝的不斷完善，羊糞的資源化利用將會(huì)得到更加深入的研究與應(yīng)用，羊糞在畜牧業(yè)生產(chǎn)中也會(huì)得到更加廣泛應(yīng)用。