堆肥技術在處理死畜禽上的應用

問鑫 高鳳仙

摘要：如何安全、無害的處理死畜禽一直是阻礙畜牧業發展的一大困擾。堆肥化處理死畜禽在國外已經得到了大量的研究及應用，本文綜述了堆肥原理、影響堆肥效果的因素、堆肥種類及其在死家禽處理上的應用和研究進展。為我國無害化處理死畜禽提供了新的參考。

關鍵詞：堆肥;死畜禽;禽流感

隨著畜牧業的快速發展，畜禽養殖已走向了集約化生產，極高的促進了經濟發展。于此同時也造成了嚴重的污染，主要來自畜禽糞便、污水以及病死的畜禽殘體。據統計，養殖場的畜禽死亡率在5%—10%之間，如果不及時對死畜禽進行有效地處理，會嚴重影響畜牧業的健康發展、公共衛生以及食品安全，并造成空氣污染甚至疾病傳播。常規的死畜禽處理方法包括焚燒、深埋和煉油等。目前，除了出現大規模疫災以外，一些家禽生產區域已經禁止了掩埋處理這一措施。從生物學角度來講，焚燒是一種安全無害的處理方法，但是其處理效率較低，并且成本較高。由于上述方法受到嚴格的生物學和環境方面的限制，不能達到對死畜禽低成本、無害化處理的要求，掩埋和焚燒等方法的使用逐漸減少。近幾年研究者對采用堆肥方法處理死畜禽進行了研究，說明堆肥法不但可以有效降低成本、控制環境污染，并且堆肥制品可作為土壤改良劑施于耕地，改善土地的肥力。

1 堆肥處理死畜禽原理及影響因素

1.1 原理

堆肥化是一種可控制的生物降解和轉化過程。通過利用大自然中的細菌、放射菌、菌類等微生物，將廢棄物中的有機物通過生物、化學等途徑，轉換、分解成穩定的腐殖質或土壤改良劑的方法，稱為堆肥法。死畜禽堆肥過程如圖l所示，其原理就是微生物在高溫下將死畜禽分解并為微生物的繁殖提供能量，同時利用堆肥產生的殺滅微生物和病菌，由此達到對死畜禽無害化處理的目的。死畜禽的堆肥提供了一種安全、無害和低成本的方法，把死亡的畜禽轉化為一種無味的腐殖質樣的物質，可提高土壤肥力。

1.2 影響因素

堆肥過程是一種由多種微生物參與、對畜禽糞便和屠體中有機物進行的復雜生化反應過程.所有影響微生物活性的因素都將對堆肥化進程和產品的質量造成影響，如溫度、水分、pH值、C/N、通氣量等。

1.2.1 溫度

在堆肥過程中，溫度是影響堆肥效果的好壞和決定其能否達到無害化處理要求的重要指標之一。堆肥是一個不斷產熱的過程，若不采取適當的措施，溫度可達到800C左右。此狀態下，有機質會過度消耗，降低堆肥質量;溫度超過60℃時，真菌活動受抑制，放線菌和孢子細菌進行降解，超過70℃時，微生物呈孢子狀態，活性急速降低，抑制微生物的活動。馬瑛等研究發現，高溫（50-55℃）堆肥條件下反應6d，降解率達到了94%，而在常溫下（23-30℃）下反應9d，降解率僅僅只有45%，說明溫度過低會減慢有機物的分解速度。堆肥處理死畜禽時.微生物生長所需的溫度和有機物的分解溫度分別在在45 -60℃、43—66℃時最為適宜。常采用調整通風量或采用翻堆的辦法控制堆體的溫度。

1.2.2 水分

水分是堆肥微生物生命活動的基礎，也是堆肥工藝的重要參數之一。羅維等報道，當水分含量低于45%時，會阻礙微生物的新陳代謝，降低微生物的生物活性，導致堆肥難以腐熟;當水分高于65%時，則會增加堆肥的壓實度、降低FAS （FreeAir Space，自由空域），造成堆肥中氧氣含量減少，從而導致微生物活性降低，分解速度減慢，形成發臭的中間產物;堆肥的最適含水率一般為50%-60%。在此應注意的是，堆料中適宜的水分含量主要與堆料本身的組成有關，死畜禽本身就有較高的含水量，所以堆肥處理過程中應適當減少堆料的含水率。

1.2.3 pH

大量研究表明，大多數堆肥微生物在中性或弱堿性的條件下活性最高。當堆體pH小于4.5或大于10.5時，均會降低微生物的活性，使堆體溫度降低、堆肥分解速率減慢，甚至產生有害的中間產物。通常可采用翻堆或通風等方法調節堆體的pH，使其達到正常范圍。Sanehez報道，在堆肥過程中，堆料pH通常在7.5 -8.5時，微生物的活性最大，可獲得最大堆肥效率。

1.2.4 C/N

C/N決定著堆肥中的微生物的生長趨勢.影響著有機物的分解速度。最適的微生物C/N比為25：1。若C/N比值過高，微生物會因缺N導致生長受阻，由此導致有機物的分解速度降低;若其比值過低，同樣會因為C不足而抑制微生物的生長，降低有機物分解效率，同時，N含量過高會導致N以氨氣的形式揮發，污染環境。由于死畜禽本身就含有大量蛋白質，含氮量較高，所以，在實際生產中堆肥的C/N應在30：1-35：1之間。

1.2.5 通氣量

堆肥中的含氧量直接關系著微生物的生長活動。在堆肥處理死畜禽的過程中，氧的含量維持在10%時，可以很好的維持死畜禽的分解過程。當堆體內氧氣含量不足時，會使堆肥體系變為厭氧狀態，發生厭氧反應，產生硫化氫和小分子有機酸等還原性物質，并產生有害氣體，污染環境。當翻堆頻率或強制通風量過多，會導致堆料中的水分大量流失，從而阻礙微生物的新陳代謝，降低微生物的活性。故在堆肥過程中應當控制好翻堆頻率和通風問題。

焦洪超等研究了通風量分別為0.5、0.3和0m3/min對堆肥效果的影響，結果表明，通風量為0.3m3/min時能有效維持堆料升溫和高溫期的時間，綜合效果較理想。而孫曉杰等以樹葉和糞渣為堆肥原料.則證明通風量為0.14m3/min時堆肥效果最佳。Tadahiro等研究發現通氣量為lOOml/m3·min時污泥堆肥仍呈厭氧狀態。可見不同材料的堆肥對通風量的要求不一樣，要根據不同的材料來確定不同的通風量。

2 堆肥系統及在死畜禽處理上的應用

目前堆肥化技術已經得到了廣泛的應用，不同的堆肥方法越來越多，分類也比較復雜。筆者按照有無反應器裝置將其分為開放式堆肥系統和反應器堆肥系統。

2.1 開放式堆肥系統及在死畜禽處理上的應用

開放式系統主要包括條垛式堆肥和強制通風靜態垛系統。條垛式堆肥是將原料堆積成窄長條垛，在好氧條件下分解。由于條垛式堆肥系統具有所需設備簡易、成本較低、穩定性好、堆肥產品腐熟度高等優點，所以最先應用于處理死禽的研究。條垛式也有較明顯的缺點如處理周期長、占地面積大、易受天氣的影響、臭氣易散發，污染環境等。

強制通風靜態系統又稱作靜態曝氣堆，是由美國農業部馬里蘭州Beltsville的農業研究中心開發的。其機制為：在堆肥混合物的底端安裝通氣管，通氣管由小木塊、碎稻草等透氣性能良好的物質包裹起來，通氣管道與向堆體供氣或抽氣的鼓風機相連，向堆體供氣。它相較于條垛式堆肥的優勢在于：堆內的氧氣由鼓風機向堆體通風來提供，堆肥過程中不用對堆體進行翻堆，可以減少臭氣的散發，污染環境。另外，在堆體表面鋪一層腐熟堆肥及吸附性強的物質.可以有效的控制氨氣的堆內氣體的散發。

目前，條垛式堆肥系統技術已經比較成熟。條垛式堆肥最早用于處理死雞。俄亥俄州立大學采用靜態條垛式堆肥對死雞進行了處理，3個月后，死雞的軟組織全部分解，只剩胸骨和少量脛骨。加拿大安大略省用鋸屑+稻草+墊料+死亡蛋雞為堆肥原料，采用條垛式堆肥法處理死亡蛋雞，結果表明，在堆肥5-lOd溫度達到最高，然后逐漸下降，在12-21d翻堆一次，隨后溫度再次上升;30d后，除了頭骨、脛骨，幾乎看不到家禽屠體。Flory等報道，研究者采用堆肥技術對弗吉尼亞州的染疫（低致病性禽流感）火雞進行處理，結果表明，堆肥法可有效的、安全的處理染疫火雞，是一種有效的尸體處理方法。

近年來，研究者對堆肥技術在處理死畜禽的應用上逐漸涉及到大型動物尸體，并逐漸豐富了對堆肥機理及病原微生物的活動規律的研究，推動了這一安全的處理手段的實際應用。

Saqib等采用靜態條垛堆肥系統對死牛和死馬進行處理，結果表明，堆肥結束時，沙門氏菌和大腸桿菌等病原微生物明顯減少。Tim等設計了重復聯合條垛式堆肥系統（25mx5mx2.4m;長×寬×高：如圖2所示，其中A為橫切面，B為縱切面），用大麥秸稈+糞肥+牛尸為堆肥原料，將25m長的條垛分為許多格，每一格可放置一個牛尸。實驗過程中溫度超過55℃并維持了一個月，牛尸體和糞肥中的病原體在堆肥14天內全部滅活;147d后，除了部分長骨，尸體幾乎完全降解，最終的堆肥產品可用于農作物生產的肥料。

大量試驗表明，利用堆肥化處理死畜禽，不僅可以快速降解畜禽尸體，還可以有效的控制染疫畜禽體內的病原微生物，防止疫病傳染，達到無害化處理的要求。

死畜禽在堆肥過程中會產生一定量的溫室氣體。Hao等在采用條垛式堆肥處理死牛，并觀察了溫室氣體排放情況。研究發現，1組（牛的制定部位如頭骨，腦，脊髓+麥秸+糞便）和2組（糞便+麥秸+死牛）處理的溫室氣體排放量在第5-7周達到峰值，產生的溫室氣體包括CO2、CH4、N20等。

雖然條垛式堆肥系統可以達到死畜禽無害化處理、資源化利用的要求，但是如何很好的控制溫室氣體的排放還有待研究。由于條垛式有占地面積大，處理周期長，易受外界環境影響的缺陷。因此近年來的研究多采用箱式堆肥系統處理死畜禽。

2.2 反應器堆肥系統及在死畜禽處理上的應用

反應器堆肥系統是將物料放置在部分或全部封閉的可控容器內，該容器可以控制通風和水分條件，使物料進行生物降解和轉化。相比于開放式堆肥系統，反應器堆肥系統更有優勢：占地面積小、可有效控制通風、水分和溫度等因素、受外界環境影響較小。目前國內試驗多用靜止式（箱式）系統處理死畜禽，一般需要兩個階段的堆肥箱，第一階段結束后應當將堆肥與死畜禽殘留物充分混合，再進入第二階段堆肥過程。

Lawson等利用雞糞、麥秸為堆料原料，用靜態箱式堆肥法處理了125只母雞尸體，堆肥3d后，溫度達到55℃，lOd后達到最大值71.3℃，高溫持續了30d降至65℃。結果表明，在堆肥8周之后，雞尸的肉，羽毛和許多小骨骼被分解，并且并未檢測出病原微生物，但試驗過程中可聞到惡臭氣體。堆肥化完成后，堆肥的氮、磷、鉀含量較高，可作為作物生產用的肥料。習佳林對夏季、冬季不同通風速率對死雞堆肥化的效果進行了研究，試驗采用強制通風靜態箱式堆肥系統，夏季設置3.6m3/h和4.8m3/h兩個通風速率，試驗期為89d，結果表明，3.6組堆肥箱溫度60℃以上維持了70d，4.8組維持了40d，堆肥結束后均無檢測出大腸桿菌，并且兩組死雞屠體都分解了95%以上：冬季設置2.1m3/h（1組）、1.5m3/h（2組）、0.9m3/h（3組）三個通風速率，試驗期為74d，試驗結束時三組死雞的分解率分別為90.69%、89.67%、85.15%;試驗過程中C02、N20、NH3排放量與通風量呈負相關（P<0.05），CH4的排放量與通風量無顯著相關（P=0.46）。通風量增加可以促進微生物的活動.加速尸體的分解，但隨著通風量增加，溫室氣體的排放也相應增加。如何在提高死畜禽分解速率的基礎上，控制溫室氣體的排放有待進一步研究。

王爽利用靜態箱式堆肥體系處理染疫雞尸，分別用雞糞、木屑和雞尸（1組）和牛糞、稻草和雞尸（2組）進行兩次堆肥，在堆肥過程中，原發大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的數量均會下降，其中金黃色葡萄球菌和禽流感病毒RNA分別在在堆制第40d和第12d完全滅活。l組堆肥40d過程中，雞尸濕重減少59+4.4%，總DNA減少93%;在堆肥第4d，2組較l組的雞尸濕重和基因降解率分別高出153%（P<0.05）和62%（P

另外，Murray等報道，在采用堆肥法處理轉基因豬的研究中發現，在堆肥結束時用PCR檢測了轉基因豬中的轉基因和線粒體標記，遺傳物質至少減少了10倍，并且尸體大部分被分解。說明堆肥化也是處理轉基因動物的一種適當的方法。

箱式堆肥系統是一個相對密閉的過程，在處理死畜禽過程中很難了解尸體降解的情況。Akd-emz等通過對堆肥過程中產生的VOCs（volatileorganic compounds，揮發性有機化合物）進行檢測，由此來判斷畜禽降解的情況（如圖3所示）;研究表明，在檢測出的43中VOCs中，二甲基二硫化物、二甲基三硫化物和嘧啶三種物質只能在豬組織上檢測到，而不能在其他堆料中檢測出來，所以可通過對以上三種VOCs的測定來判斷死畜禽的降解情況。

3 展望

死畜禽的無害化處理一直是困擾畜牧業發展的難題。現實生產過程中，大多養殖場處理死畜禽的設施不足，無害化處理的能力有限，導致死畜禽尸體被隨意掩埋，焚燒甚至丟棄，再給食品安全和疫病防控帶來威脅的同時.對環境也產生了極大的污染。而堆肥化相較于掩埋、焚燒等方法具有環境污染小，安全性高，資源再利用等優勢，是一種很好的處理死畜禽的方法。

目前，我國堆肥技術在處理死畜禽上的研究并不多，應用方面更是幾乎空白。而大量的資料表明，利用堆肥技術處理死畜禽或染疫畜禽均可以達到很好的效果，不但可以減少環境污染、控制病菌傳播，做到真正意義上的無害化、安全化，并且堆肥產品還可以作為農作物的肥料，達到了資源化的要求。所以應當將這一技術推廣開來，充分的應用到實際生產中去。

參考文獻（略）

新版中國飼料工業統計信息系統于2018年元月1日正式啟動。