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

(西藏自治區農牧科學院 農業資源與環境研究所，西藏 拉薩 850032)

畜禽廢棄物主要指養殖畜禽產生的排泄物、飼料殘渣等有機物，含有豐富的有機質和氮、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，則是重要的農業污染源。根據《第二次全國污染源普查公報》，畜禽養殖排放的化學需氧量(COD)占農業源的比例達到56%，與過量化肥施用一樣，是造成水體富營養化的主要因素，亦是農村蒼蠅繁殖、惡臭產生的主要源頭，是美好鄉村建設的主要障礙。如果對畜禽廢棄物加以收集、處理，實現其資源化利用，則能變廢為寶，產生優質有機肥，培肥土壤。為了減少畜禽廢棄物的污染，加強其資源化利用率，國務院辦公廳2017 年48 號文件提出“要加快畜禽養殖廢棄物資源化利用，綜合利用率達到75%以上”。

2021 年的中央一號文件，即《中共中央國務院關于全面推進鄉村振興加快農業農村現代化的意見》中又指出：“推進農業綠色發展……加強畜禽糞污資源化利用”。

西藏是我國的主要牧區，畜牧業特別是牛羊養殖一直是西藏國民經濟的支柱產業。近年來，隨著城鎮居民生活水平的提高，人們對肉、奶、蛋等畜禽產品的需求快速增加。養殖業的快速發展為農民增收和城鄉居民生活改善做出了重要貢獻，但是養殖廢棄物資源化利用水平過低帶來的可持續發展問題也同樣突出，其排放的總氮和總磷占農業污染源總氮磷排放的90%以上[1]，是首位的農業污染源。與此同時，養殖廢棄物得不到有效的收集還田，西藏耕地長期缺乏有機物料的投入，土壤肥力下降、可耕性變差，有機質含量降低，有機—無機復合團聚體減少，微生物活動減弱，土壤容重增加，土壤理化性狀變差，速效養分降低、呈現出易板結、適耕性下降等特征，西藏耕地地力退化趨勢日趨嚴重。在調查中發現，西藏中西部地區優質有機肥的施用量不足500 kg/667 m2，遠低于1 000^1 500 kg/667 m2的標準用量。西藏土壤有機質含量平均值為24.51 g/kg，地力屬于中下等水平，中西部地區有機質處于下等水平。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，改善土壤養分條件，增加耕地地力。

周芳等[2]利用排污系數法根據西藏的牲畜存欄量估算了糞污產生量和生化需氧量、總氮、總磷等主要污染物的產生量，并對糞污產生的污染情況進行了分析，但沒有提及糞污的處理方法。王艷華[3]對西藏拉薩市養殖廢棄物資源化利用現狀進行了分析，并提出了資源化利用的建議，主要有加強政府指導、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，難以對實際生產形成指導。

1 西藏畜禽糞污產生量

根據2020 年西藏統計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

然后根據存欄牲畜種類，以及各類牲畜的排泄量，計算畜禽糞污量。

N 為牛、羊、豬的飼養量，萬頭；Ti 為飼養周期，按1年計算；Pi為日排泄系數。

不同動物日排泄系數如表1所示[4]。

表1 不同動物日排泄系數

根據以上數據計算出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，主要是養殖牲畜的結構發生了變化。2015 年牛的數量為599萬頭，占比33.3%，2019年牛的養殖數量為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 的化肥替代量計算則可以替代2 571.5^2 636.9 噸化肥，當然這是理論計算值，在生產中要盡可能實現畜禽廢棄物肥料化，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，藏中和藏西地區干旱寒冷的氣候環境不利于樹木生長，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循環，有機物質不能還田，損失了土壤養分；同時農民在室內燃燒牛糞，易導致空氣污染，是主要的污染暴露源[4-5]。目前，隨著交通便捷，物流發達，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。對于養殖場產生的畜禽糞污，在有沼氣設備的情況下進行沼氣發酵，產生沼氣，且以大型奶牛飼養場為主，目前拉薩有新希望1 家，日喀則有2家、林芝有3家。但是，沼氣生產設備投資大，平均投資需要200^300 萬，同時需要有充足的廢棄物資源，只有一些有實力的大型企業或者國家投資的養殖場才有沼氣處理配套設施。

肥料化則較為普遍，農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。養殖場一般都將養殖糞便進行收集，堆放后還田作為有機肥料，有些實現種養業無縫連接，完成養殖廢棄物就地消納。例如曲水縣的玉珠奶牛飼養場，人工收集牛糞，堆放后翌年春天運輸到地里，做肥料使用，種植青貯玉米，實現產草量4 000 kg/667 m2。

畜禽廢棄物的肥料化一直受到推崇，《農業圣典》[6]一書系統研究了中國和印度的農業實踐，提出了土壤健康的概念，指出東方農田經過4 千多年的種植土壤肥力仍沒有退化的關鍵就是使用動物糞便、秸稈殘渣還田和種植綠肥、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，有機凋零物較少，此時畜禽糞便就顯得更為重要。在草地生態系統中，草的養分供應主要依靠牛羊糞便的返還，占比達到80%[7]。但是在農業生態系統中，牛羊糞便如果直接還田也會產生一些問題，糞便中含有大量的氮，還田后在適宜的溫度和濕度條件下，糞便就會在微生物作用下自行發酵，發酵會增加地溫、產生大量的氨氣，如果控制不當則容易造成燒苗，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，黑穗病的孢子就會混在糞便中，還田后孢子可以在土壤中繼續生存，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酵技術，通過高溫發酵處理，消除糞便中的雜草、病原微生物，并將難以降解的有機物分解成作物能吸收的小分子有機物，將發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，研究表明僅將羊、牛、雞的糞便轉化為肥料就可節省將近1/3 的化肥。糞污肥料化主要有厭氧和好養兩種處理方式，農村的傳統靜態堆肥和工廠沼氣發酵屬于厭氧發酵，厭氧堆肥發酵是低溫發酵周期長，有機物分解不徹底，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酵，耗氧堆肥發酵主要是在充分通風曝氣的情況下，利用芽孢桿菌、嗜熱菌等微生物將牲畜糞便中的有機質進行轉化降解，在降解過程中堆垛溫度可以升溫到50^80 ℃，并持續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，腐熟原料，充分腐熟的原料不會對農作物形成傷害，還可以作為商品有機肥原料。

2021 年5 月，筆者在西藏農牧科學院5 號試驗地開展了堆肥試驗，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，經過雜草發芽試驗為0株/dm3，說明雜草種子已被完全殺死，毒性試驗時種子的發芽率為96%，與對照沒有差異。

高溫堆肥化技術還可以有效地降解糞便中的抗生素，在畜禽養殖過程中，為了減少動物疾病，大量抗生素被使用，其中約有37%^60%沒有被動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造成2次污染，通過高溫堆肥技術則可以有效對抗生素進行降解，余佩瑤等[8]研究發現高溫堆肥對于四環素、磺胺二甲嘧啶類抗生素除去率達80%。

4 好氧堆肥處理畜禽廢棄物的建議

高溫堆肥發酵技術在西藏農村尚未普及，近幾年來隨著國家對農村環境以及畜禽廢棄物處理的關注，開始在一些區縣引導農民進行集中糞污發酵處理，建立了一些發酵池。但是，由于技術的原因，大部分發酵池尚處于空置狀態，這種情況更需要加強政府的指導工作，增加投資和技術支持，除了發酵池的建設外還需要配套小型糞污收集車、鏟車等基礎工具，每個點要有專業的技術人員進行指導，或者培養當地的農民科技特派員，掌握好氧堆肥發酵技術，以政府補貼、固化技術、示范應用的模式推廣高溫堆肥發酵技術。

目前堆肥技術相對成熟，但是西藏具有特殊的地理環境，主要表現為紫外線強，晝夜溫差大，較高時可以達到20 ℃的溫差，如果在冬季發酵環境溫度較低，微生物難以啟動，堆體升溫困難，需要根據高原氣候及養殖場主要廢棄物組成特點篩選低溫高效發酵菌株，研究復合菌劑配方和發酵原料最適組分配比，實現西藏低溫條件下畜禽糞便的高效分解，形成高寒區畜禽廢棄物堆肥發酵技術體系；還可以充分利用西藏豐富的太陽能，開發太陽能堆肥系統，目前西藏農牧科學院農業資源與環境研究所開發了太陽能增溫、保溫堆肥發酵系統，利用菲涅爾鏡片和陽光追蹤系統高效聚集太陽能，通過介質將熱能引入水箱中，加熱水體，控制水循環實現發酵槽的增溫和保溫功能，提高發酵效率。

好氧堆肥發酵一般是在發酵槽內進行，底部安有爆氣管道，通過鼓風系統進行強制間接性曝氣，達到給堆體供氧的目的。在堆肥前需要對原料的配比進行調節，一般碳氮比為25^30，含水量為60%^70%，并適當添加菌渣、秸稈粉末等物料提高堆體的透氣性。在發酵過程中，微生物將物料中的氮進行分解，由于氨氣以及物料本身的原因會產生大量的臭氣，最好在發酵槽上覆蓋分子膜，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散，而氨氣、硫化氫大分子氣體無法通過，避免了發酵槽內水氣聚集以及臭氣擴散的問題，同時還有防雨保溫作用，因此在好氧堆肥發酵過程中采用分子膜覆蓋是當前的主要發酵方式。

5 小 結

畜禽廢棄物含有大量的有機質和氮、磷、鉀等微量元素，以往西藏大部分牛羊糞便被當做燃料使用，還田量很少，導致西藏土壤質量等級僅為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需要對糞便進行處理，做好糞便的無害化工作。高溫堆肥發酵是糞便無害化處理的有效方法，可以高效轉化有機物質、殺滅雜草和分解其他一些有害物質，提高糞便的利用效率。但是，在西藏要對畜禽糞便進行高溫好氧發酵，還需要政策支持、完善發酵技術、提高農技人員對好氧發酵工藝的認識，使堆肥發酵技術更好地服務于西藏農業。