奶牛養殖碳減排與糞污資源利用技術措施

李志才，姜竹會，齊文娟

1 山東省青島市畜禽良種有限公司，山東青島 266000

2 山東省萊陽市譚格莊鎮農業綜合服務中心，山東萊陽 264000

3 山東省青島市平安保險股份有限公司，山東青島 266000

0 引言

我國在第75屆聯合國大會上向國際社會鄭重承諾實現碳達峰、碳中和的奮斗目標，即二氧化碳排放力爭在2030年前達到峰值，2060年前實現碳中和。中國政府這一重大環保戰略決策，必將對解決世界性溫室氣體排放環保難題，產生深遠影響，也將為我國乳業的綠色可持續發展指明前進方向。

農牧業是重要的溫室氣體排放源，而奶牛養殖業又是農牧業溫室氣體主要的排放源之一，約占農牧業溫室氣體總排放量的20%。從奶牛養殖業的碳足跡看，減少溫室氣體排放，牧場需在調整奶牛飼料營養、配制減排調控日糧、加強奶牛飼喂管理、完善奶牛福利設施、提高奶牛泌乳量，以及在糞污無害化處理和資源化利用等方面，積極采取綜合技術措施，實現奶牛養殖的低碳環保目標[1]。

1 科學配制奶牛日糧，做好飼喂管理

1.1 奶牛胃腸道的消化特點

奶牛系食草反芻家畜，在長期生物適應性進化過程中，形成了容量巨大的瘤胃，瓣胃、網胃、真胃和粗大發達的盲腸。奶牛能利用瘤胃和盲腸中的原蟲、真菌、甲烷菌等微生物，對飼草飼料進行發酵、降解、消化并吸收其中營養，同時產生大量的甲烷、二氧化碳等溫室氣體。這些氣體除少部分能被奶牛利用外，大部分通過奶牛反芻噯氣和肛門放屁排出體外，不僅污染環境，還降低了飼草飼料的利用率。

1.2 配制奶牛減排調控日糧

應根據奶牛不同類群、生長發育水平、泌乳量，科學設計不同精粗比例且營養全面平衡的日糧，添加瘤胃發酵菌群調節劑、甲烷抑制劑等飼料添加劑，既能保證奶牛按需足量采食，滿足泌乳營養需要，又能提高單位飼料泌乳量，減少甲烷、二氧化碳氣體的排放量[2]。

1.3 做好奶牛飼喂管理

為保證每頭奶牛的自由、足量采食和泌乳營養需要，除配制奶牛減排調控日糧外，做好奶牛的飼槽管理也非常重要。

1.3.1 配置充足的采食槽位

根據奶牛體況，為每頭泌乳奶牛配置50～70 cm寬度的采食槽位，保證每頭奶牛都能正常非爭搶地自由采食。

1.3.2 確定合理飼喂次數

根據不同類群奶牛采食需要，合理確定奶牛每天的減排調控日糧的飼喂次數。一般干奶牛、育成牛每天分發3 次日糧，泌乳奶牛每天可分發4 次日糧。炎熱夏季可適當再增加1 次，以保持日糧的新鮮度與喜食適口性，防止日糧酸敗變質影響奶牛的采食量。

1.3.3 及時推料

及時把飼槽外沿的草料推至奶牛采食的最佳位置，以方便采食；每次飼喂日糧要推料2～3 次，防止奶牛因吃不到日糧而影響采食量。

1.3.4 始終保持飼槽有料

保持不同類群奶牛飼槽有3%～5%的余料。

1.3.5 保持飼槽清潔衛生

不同類群奶牛的飼槽，在春、秋、冬三個季節，每天徹底清掃1 次，夏季每天徹底清掃2 次；每周用水刷洗消毒1 次[2]。

2 完善奶牛福利設施，提高泌乳量

奶牛福利是為奶牛提供干凈衛生、寬敞舒適、自由自在養殖環境條件。提高奶牛福利對保證牛只健康、減少疾病、提高生產性能意義重大。結合碳減排需求，應重點在以下方面提高奶牛福利[1]。

2.1 采用散欄飼養模式，提高奶牛生產性能

2.1.1 散欄飼養優點

與傳統的栓系飼養方式相比，散欄飼養：一是能讓奶牛自由采食和活動，減少疾病發生以及人為因素的影響，有利于發揮奶牛的泌乳潛能，提高5%～10%的泌乳量；二是能讓奶牛自由地進行社交活動，發情爬跨現象較明顯，便于牧場繁育人員適時查情和進行人工授精，有利于提高繁殖率。因此，新建牧場或進行碳減排技術改造時，應積極采用散欄飼養模式。

2.1.2 散欄飼養特點

散欄飼養模式是將日常生活生產的牛舍空間，劃分為采食區、飲水區、休息區、運動區4 個相互連接的功能區域。采食區的飼養設施主要有TMR草料運送車道、采食槽位和欄位頸枷，奶牛在其中可完全自由采食日糧；飲水區的飼養設施主要是飲水槽；休息區的飼養設施主要是自由臥床、奶牛通道和機械刮糞通道等；運動區主要是采食區和休息區之間的活動空間及牛舍外的運動場地。奶牛以群為單位，可在這4 個區域內自由采食、飲水、休息或運動[3]。

2.2 集中機械擠奶

散欄飼養的泌乳牛日常擠奶，須集中到專門設立的擠奶廳。奶牛集中擠奶能節約時間，提高效率和泌乳量，減少碳排放；保證牛奶衛生質量；有利于不同牛群的精細化飼養管理。

2.3 機械刮板清糞

100 頭泌乳牛每天約產生5 噸糞尿，如采用水沖清糞模式會形成10～15 噸糞污，而采用“機械刮板清糞”模式，會比水沖清糞模式減少100%～150%的糞污排放量和無害化處理量，糞污處理碳減排效果顯著。

2.4 按舒適指數配置奶牛飼養設施

散欄飼養配套設施須參照舒適指數要求，保證泌乳牛的舒適度[3]（表1）。

表1 奶牛散欄飼養配套設施舒適指數表

2.5 滿足牛舍運動場地需求

散欄牛舍和運動場地對奶牛舒適度的影響非常大。進行奶牛場建設或碳減排技術改造時，須參照奶牛散欄飼養配套設施舒適指數標準，還須滿足奶牛對飼喂槽位、休息臥床、行走通道、刮糞通道和運動場地等的配套設施要求。

2.6 配置通風噴淋設施

散欄飼養對牛舍環境有較高要求，需配置良好的通風換氣、噴淋降溫等設施，消除季節氣候對奶牛熱、冷應激的不良影響。散欄牛舍可采取“門窗+風扇+噴淋”自動調控通風換氣、噴淋降溫方式，以滿足通風、降溫、排濕要求，提高奶牛舒適度。

2.7 配置節能照明光源

加強牛舍照明和延長照明時間，促使奶牛腦垂體分泌催乳素、催產素等生物激素，促進泌乳和正常周期發情。為此，應在牛舍安裝足夠數量的LED照明燈，光照強度控制在50～70 Lus；LED照明燈比傳統白熾燈亮度高、耗能低，可節約5～7倍的用電量；LED照明燈光源會讓奶牛感到柔和、安全、放松和舒適，有利于提高泌乳量。

2.8 配足飲水槽

散欄牛舍須按奶牛飼養數量和飲水需求，配備充足飲水槽，保證每頭奶牛隨時喝上清潔衛生飲水。在寒冷季節，為防止結冰，飲水槽上可增加保溫裝置，如有條件，可安裝電熱自動控溫裝置，將水溫控制在10～16 ℃。

2.9 安裝自動牛體毛刷

在散欄牛舍的合適位置安裝自動牛體毛刷，可自動旋轉為奶牛刷拭按摩，清理皮毛，促進血液循環，提高舒適感。

2.10 滿足奶牛環境舒適指數要求

在進行新建牧場或牧場進行碳減排技術改造時，應滿足環境舒適指數要求，以接近自然，減少人為約束（表2）[4]。

表2 牧場環境舒適度指數表

3 糞污無害化處理，資源化減排利用

牧場在實施碳減排，進行綠色發展時，可根據自身實際條件采取以下技術措施。

3.1 生產有機肥

3.1.1 固液分離

牧場糞污集中至糞污處理場集糞池后，開啟混合攪拌旋切泵，將糞污中秸稈、長草切碎并攪拌均勻，輸送至固液分離機進行糞污固液分離。液體部分進行無害化處理；固體用好氧發酵堆肥技術生產農用有機肥。

3.1.2 好氧發酵堆肥形式和工藝流程

主要有條垛型好氧發酵堆肥、長槽型好氧發酵堆肥和反應器型好氧發酵堆肥3 種。好氧發酵堆肥工藝流程示意圖見圖1。

圖1 好氧發酵堆肥工藝流程示意圖

3.1.3 好氧發酵堆肥技術要點

糞污預處理。糞污好氧發酵前須預處理，對擬好氧發酵的混合物料水分、粒度、C/N、pH值等，進行堆肥物料參數調節和添加好氧發酵菌種[2]（表3）。

表3 好氧發酵堆肥物料預處理參數調節表

一次好氧發酵高溫殺菌。該階段堆肥好氧發酵周期因堆肥方式不同，堆肥時間也不同，通常為7～30 天。堆肥溫度一般控制在55～65 ℃。一次好氧發酵可降低糞污中臭氣等揮發性物質；殺滅糞污中寄生蟲卵、病原微生物和降低草籽發芽率；糞污的水分含量下降至45%～50%；有機物得到分解和礦化，釋放出N（氮）、P（磷）、K（鉀）等肥分，同時變得疏松、分散，達到無害化處理目的[5]。

二次好氧發酵陳化腐熟。該階段通過繼續好氧發酵，堆肥溫度控制在40～45 ℃；堆肥水分下降至40%左右，經干燥處理或晾曬達到35%以下標準要求。一般二次好氧發酵周期需20～30 天，使好氧發酵物料中未降解的有機物進一步分解、陳化、腐熟[6]。

堆肥后續階段處理。堆肥經兩次好氧發酵處理，可達到農用有機肥料質量標準要求，經粉碎、篩分、計量、包裝和質檢等后續階段處理，可提高有機肥商品價值和牧場糞污減排綜合效益。

3.2 制作牛床墊料

奶牛固體糞污經好氧發酵、消毒殺菌處理后達到衛生安全要求，可制作牛床墊料，對資源循環利用、碳減排意義重大。牛床墊料制作技術要點如下。

3.2.1 固體糞污預處理

固體糞污預處理方法參照3.1.1固體糞污處理方法。

3.2.2 固體糞污好氧發酵

固體糞污好氧發酵方式。一般多采用便于組織連續生產、需時短、可進行臭氣收集處理和發酵物料干燥處理的滾筒式反應器方式。滾筒式反應器是長筒形水平滾筒，通過自動操作程序控制，定時按照預定速率呈圓形周轉，使發酵物料自動定時翻攪混合、通風曝氣、蒸發水分、調節溫度和發酵物料的連續不斷投料與出料循環，可全天24 h不間斷處理固體糞污。

滾筒式反應器好氧發酵要點。發酵周期一般為7～14 天。每天翻堆6 次，每次翻堆滾筒旋轉攪拌2 h、停2 h。好氧發酵溫度：投料端65～70 ℃，保持5～6 天；出料端40～45 ℃。每天風機間歇通風曝氣，每開1 h，停1 h。可根據好氧發酵溫度需求情況，調節通風曝氣時間和強度。出料時發酵物料的含水率應控制在≤35%，如含水率＞35%，可通過調節通風曝氣時間和提高翻堆攪拌強度或熱風干燥處理等措施，確保好氧發酵物料含水率≤35%。好氧發酵后衛生指標須達到無致病菌和無蠅蟲卵的要求。

3.2.3 牛床墊料的使用方法

散欄牛舍設有奶牛趴臥休息的牛床。將清潔衛生的墊料鋪在牛床上，為奶牛提供舒適的趴臥休息條件，可使奶牛每天上床趴臥休息時間達到14～16 h，減少肢蹄、乳房等疾病發生，提高泌乳量。

一般牛床墊料的鋪設厚度為8～10 cm。日常牛床墊料管理需做到：每天及時清理牛床上的糞污和攤平牛床墊料；每星期用鏟車更換一次牛床25%～30%的污濕墊料；每2～3 天使用自行拋撒車，為牛床均勻拋撒添加一次新的牛床墊料，保持厚度，每周每頭奶牛需添加50～60 kg牛床墊料；每10～15 天趁奶牛統一到擠奶廳的時機，往牛床墊料上拋撒適量干石灰粉，進行1 次消毒[7]。

3.3 液體糞污無害化處理方法

奶牛糞污經固液分離后，固體糞污生產有機肥、牛床墊料和農田消納等；液體糞污一般多采用絮凝沉淀、好氧發酵和自然凈化綜合方法，進行無害化處理。

3.3.1 液體糞污無害化處理工藝

液體糞污無害化處理工藝流程見圖2。

圖2 液體糞污無害化處理工藝流程示意圖

3.3.2 液體糞污絮凝沉淀處理

液體糞污進入混凝沉淀池后，按0.1%比例添加聚合硫酸鋁混凝劑，通過強力風機鼓氣，使液體糞污在混凝沉淀池中上下翻滾，與聚合硫酸鋁混凝劑充分接觸形成混凝物，促使液體糞污中的有機物和鐵、錳、鎘、鋁、鉛等重金屬在絮凝沉淀池中沉淀形成污泥，液體糞污中的有機物去除率可達50%～60%。在處理液體糞污過程中，還會產生大量漂浮物渣。要及時將這些漂浮物渣和沉淀污泥清理出絮凝沉淀池，并隨固體糞污進行堆肥無害化處理。經絮凝沉淀處理的污水再進入好氧微生物發酵池，繼續好氧發酵處理[8]。

3.3.3 好氧微生物發酵處理

好氧微生物處理原理。液體糞污經混凝沉淀處理后，其污水再進入好氧微生物處理池。在強力風機曝氣、充分供氧條件下，污水中的好氧微生物快速繁殖，大量生長，對污水中氨氮等有機污物進行微生物降解處理。

好氧微生物處理污水所用時間。一般可按8 h處理一個批次污水，連續循環進行污水處理。要注意充分保證曝氣供氧時間，促使好氧微生物對污水進行硝化、酸化、降解，去除污水中氨氮等有機污染物。

好氧微生物處理池容量=奶牛牧場每批次污水需要處理量×每日污水可處理批次數量。好氧微生物處理池每次排水需留下1/4～1/3的已處理污水，作為好氧微生物菌種，滿足擬新處理污水需求[8]。

3.3.4 生物塘自然凈化處理

生物塘污水自然凈化原理。利用自然生物凈化能力對經絮凝沉淀處理和好氧微生物處理的污水進一步凈化處理。生物塘污水凈化的過程類似自然水體的自凈過程。在陽光、空氣、天然藻類、浮游生物和魚、蝦、蛙、鴨、鵝等共同作用下，進一步凈化處理污水中殘余的有機污染物[8]。

生物塘設置要求。生物塘盡可能利用現有的自然條件設置，務必做好防滲漏處理。在生物塘周圍植樹綠化，設立欄桿圍擋防溺水。生物塘天然凈化污水的容量設置，一般按好氧微生物處理池容量的10 倍以上設置。還要考慮寒冷冬季生物塘不能正常自然凈化時，其污水的暫時存儲問題。

生物塘污水自然凈化需用時間與利用。在春、夏、秋三季氣溫較高，生物塘自然凈化污水需7～15天的時間。冬季外界氣溫低，污水生物自然凈化的能力大大下降，因而生物凈化污水需要30～90 天，甚至更長的時間。生物塘自然凈化合格后的水可作擠奶廳、牛舍地面清潔沖刷和環境綠化與農田灌溉[8]。