羊糞資源化利用的研究進展

朱云芬，李 蓉，向極釬，陳瀟飛，譚德俊，王國貴，馬 進

（1.恩施土家族苗族自治州農業科學院，湖北 恩施 445002；2.湖北省富硒產業技術研究院，湖北 恩施 445002；3.恩施清江生物工程有限公司，湖北 恩施 445002；4.恩施市禾陽農牧專業合作社，湖北 恩施 445002）

隨著市場經濟體制改革不斷深化，中國畜牧業呈現持續、穩定、健康發展的景象，規模化、產業化、集中化養殖水平得到顯著提高，且超越美國和歐洲成為目前世界上最大的畜禽養殖國，向世界輸送了大量優質的肉蛋奶等畜禽產品，推動了農村經濟發展。然而，經濟的高速發展也帶來一系列不可避免的問題，成千上萬噸養殖廢棄垃圾未能得到有效處理和利用，成為危害環境、破壞生態系統的污染源。與此同時，國務院辦公廳印發了《關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用的意見》，指出將促進畜禽廢棄物“減量化、無害化、資源化”的綜合研究利用作為重點，加速構建種養結合、農牧循環的可持續發展新格局，為全面建成小康社會夯實基礎。

草食畜牧業是建設現代畜牧業的重要組成部分。近年來，為促進草食畜牧業又快又好發展，保障優質安全草食畜產品有效供給，促進畜牧業結構調整和轉型升級，加快現代畜牧業建設，農業農村部（原農業部）印發了《全國草食畜牧業發展規劃（2016—2020年）》的通知，全國各地政府也相繼出臺一系列扶持措施，如增加補貼、給予獎勵、加大投資力度等［1］。這些舉措推動了各地草食畜牧業的升級和轉型。然而從整體來看，草食畜產品供應缺口大，仍處于供不應求的階段，并且高品質乳產品及優質牛羊肉存在產量小、產品結構單一、價格虛高且產品品質得不到保障等問題，難以滿足消費者差異需求。據統計，2017年中國羊存欄總數達30 231.67萬只，同比增長1.01%；出欄總數31 218.4萬只，同比增長1.71%。2003—2016年，全國羊場總數量從2 860.38萬個下降至1 557.15萬個，下降了45.56%，并且羊場規模在100只以上的占比也從0.60%上升至3.16%。這些數據表明，中國養羊業目前正朝著規模化、集中化優化發展，隨之而來的則是大規模養殖帶來的畜禽糞污問題。據統計報道，早在2000年，國內養殖所產生的畜禽糞便等廢棄物達到27億t；到了2018年，高達38億t；2020年時，全國產生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廢料，這些廢料若不予以處理直接排放就會成為污染，如果將其加以轉化，這些碳、氫、氧、磷、氮就變成了能夠二次利用的營養及能量元素。目前，中國對養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、寄生蟲卵、重金屬等有毒有害物質的未經處理的畜禽糞污排泄到農田、江河湖海等生態系統，不僅破壞了生態環境，隨著食物鏈的發展，更會危害人類自身健康。畜禽養殖廢棄物已經成為中國最主要的農業污染源之一［4］。羊糞尿屬于營養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。因此，遵循國務院“關于加快推進畜禽養殖廢棄物資源化利用”的糞污治理原則，開展對羊糞資源化綜合利用、促進農業可持續發展的研究具有重要實踐意義。本研究綜述了羊糞的營養價值、多種利用途徑及其優點和弊端，以期為羊糞的利用提供新思路。

1 羊糞的營養價值

羊糞外觀呈黑色顆粒狀，糞質細膩，肥質濃密，是一種熱性糞料。經測定，羊糞中蛋白質含量約為4.10%～4.70%，且有機物占24.00%～27.00%，氮0.70%～0.80%，磷0.45%～0.60%，鉀0.40%～0.50%［5］。其營養價值高于豬糞和牛糞，僅次于禽糞，是作為肥料的優質原料。然而未經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）以及寄生蟲卵等，如果直接作為肥料施入田中會對水源、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

羊糞最常見的利用方式就是轉化成為有機肥，且無害化處理成有機肥有兩種方式，分別是干燥法和堆肥法。

2.1.1 羊糞干燥法 羊糞的干燥即通過自然光照風干或人工烘干使得新鮮羊糞中含水量降低至18%以下［6］。干燥法操作簡單方便，成本低廉且生產效率高；但該方法生產出來的羊糞肥中會含有蟲卵、雜草種等有害物質，干燥過程中也會產生氨氣等有害氣體污染環境。此外，羊糞營養成分含量高，如直接施入田中可能使農作物營養過剩，最終造成農作物徒長、倒伏、燒苗等危害。

2.1.2 羊糞堆肥法 堆肥法是中國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酵溫度、水分及通風條件下，憑借糞污內自身含有的細菌、真菌等微生物或者人為添加菌劑，依靠其高溫發酵使畜禽糞便內的有機物分解，進一步降解為穩定化、無害化的腐殖質的生物學過程［7］。在羊糞堆肥腐熟的過程中，不穩定的有機質被微生物轉化為穩定的、能夠直接被植物根系吸收利用的養分，且發酵過程所產生的高溫殺死了糞便中的致病菌、蟲卵和雜草種子，這樣施入田中能減少雜草和害蟲的滋生，不僅是一種優良的土壤調理劑，更是一種豐厚的有機肥［8］。同時生物堆肥發酵還具有運行成本低、二次污染小等特點，是羊糞無害化處理較為理想且有效的方式之一。

堆肥處理根據發酵過程中微生物對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境下對羊糞進行發酵分解。好氧堆肥相較于厭氧堆肥［10］羊糞的發酵更加完全，效果更好，腐熟時間少、周期短，而且有害氣體產生量少，異味小。綜上來看，現代堆肥優化處理工藝中好氧堆肥是更好的選擇。

2.2 羊糞飼料化

追溯到明代時期，徐光啟在《農政全書》中記載有將畜禽糞便用于喂養魚類。陳建興等［3］研究將驢糞作為黃粉蟲的飼料，能節約常規飼料。羊因其特殊的反芻消化結構，飼料經過其代謝吸收被排出體外后仍含有一些營養成分。據測定，風干羊糞的蛋白質含量為4.10%～4.70%，還含有一定量的粗脂肪、粗纖維、B族維生素等養分，經過適當的加工處理之后羊糞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］。綜合來看，將羊糞轉變為無害化并符合飼料衛生標準的飼料資源程序復雜、難度較大且成本高，因此羊糞飼料化如果需要普遍推廣應用仍需要更進一步的研究［12］。

2.3 羊糞能源化

羊糞能源化是指利用羊糞厭氧發酵產生沼氣，具體指羊糞、農作物秸稈和雜草等有機物在適宜的水分、溫度和厭氧條件下，通過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程［13］。中國被稱為沼氣之鄉，糞便沼氣化在國內已有幾十年的發展歷史，厭氧發酵技術也較為成熟，羊糞沼氣化不僅能解決對羊糞的利用問題，還能消耗種植廢棄物秸稈，而且所產生的沼氣、沼液及沼渣都屬于農村可再生資源［14］。沼氣能作為能源用于發電、燃燒等。沼液和沼渣含有豐富的有機質、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，更是一種優質的有機灌溉肥料及魚類養殖餌料［15］。隨著中國農村地區沼氣工程建設的推進，糞污+秸稈發酵所生產的沼氣為人民群眾提供了一種更加清潔和優質的可再生能源，在糞污再利用、改造能源結構和發展循環經濟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的利用方式，隨著現代研究的不斷深入，現在也有了新型處理模式。

2.4.1 羊糞蚯蚓混合堆肥 蚯蚓堆肥是將傳統的自然堆肥方法與新型現代的生物處理相結合，通過蚯蚓自身消化代謝以及微生物的分解作用對糞便等有機廢棄物進行降解，最終得到蚯蚓和蚯蚓糞有機肥［16］。蚯蚓屬于優質蛋白飼料，富含23種氨基酸，可作為水產、禽類等動物的蛋白補充劑。而且蚯蚓中含有多種抗體，在醫藥方面有廣泛應用研究［17］。蚯蚓糞是一種黑色、質地輕、肥分高、營養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構、提高土壤肥力，是優質的土壤改良劑。同時，蚯蚓糞還含有豐富的有益微生物，對于畜牧業養殖所產生的臭氣具有高效的吸附作用，減少大氣污染。由此看來，利用蚯蚓處理羊糞，不僅解決了羊糞便污染問題，還得到了蚯蚓和蚯蚓糞這些優質副產品，安全環保、經濟效益高，是一種新型的農牧業循環模式及循環經濟體系。

2.4.2 羊糞生產食用菌 羊糞含有豐富的有機質和N、P、K等元素，混合一定的輔料發酵之后是生產食用菌的優質培養料。利用畜禽糞便和農作物秸稈等栽培食用菌不僅是對農業廢棄物資源化利用，且生產出高營養價值和經濟效益的食用菌，栽培后的菌渣還能還田作肥料，真正實現了資源的多層次循環利用。任愛民［18］研究發現，用麥草羊糞培養料栽培雙孢蘑菇有出菇早、產量高且品質好的優點。毛偉娟［19］利用牛糞和大蒜秸稈等農村固廢生產食用菌，每平方米菇床可生產8 kg雙孢蘑菇，同時利用約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酵制作菌菇培養料，因羊糞中含有一些殺菌物質，與其他糞肥發酵制作的培養基相比較，羊糞培養料污染和生蟲的概率更低。楊菁等［21］應用豬糞分離渣代替木屑進行毛木耳的栽培試驗發現，豬糞分離渣和木屑所生產毛木耳的營養價值并無顯著差異。綜上所述，利用畜禽糞便發展循環農業，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料中吸收了自身所必需的碳、氮、鉀、磷、硫、鈣等元素的同時，也吸收了砷、鉛、汞、鎘等重金屬，食用菌對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 將羊糞進行烘干、粉碎處理，過篩之后，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、過濾和吸附重金屬的作用［23］。研究表明，SMB對水溶液中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，SMB還是溶液或土壤中NH4+、NO3-、PO43-的優良吸附劑，將SMB作為有機肥施入土壤后能吸附多種離子，進而減少氮、磷的淋溶損失，提高土壤肥力，是一種優良的土壤改良劑［25，26］。有研究表明，竹生物炭（BB）的含量對羊糞便混合堆肥過程中氣體排放、發酵成熟度和微生物結構及多樣性變化均有顯著影響［27，28］。

3 小結及展望

隨著國家對草食畜牧業發展的大力支持，羊糞的資源化和無害化綜合利用是養殖業和生態環境平衡發展的必然選擇。對于養殖場而言，羊糞的無害化處理是保護生態環境的第一步，進而對其資源化綜合利用、變廢為寶，產生經濟效益才能促使養殖業健康、持續發展。羊糞含有豐富的有機質和微量元素，是能被植物、動物重復利用的優質生物能源。如何充分利用羊糞中的營養成分，減少致病菌、蟲卵及重金屬的危害，是羊糞綜合利用的重點問題。相信隨著羊糞微生物發酵及有毒有害重金屬處理技術等加工工藝的不斷完善，羊糞的資源化利用將會得到更加深入的研究與應用，羊糞在畜牧業生產中也會得到更加廣泛應用。