广告
畜禽粪便科学管理在目前国内的集约化养殖中是不可或缺的环节。畜禽粪便管理体系涵盖多方面，文章主要从粪便的危害、粪便的产量、粪便的用处、如何合理利用粪便管理系统以及对粪便处理的不同策略这5个方面出发，对猪场粪便高效处理提出建议，希望能对养殖企业今后加强畜禽粪便管理提供参考。
畜禽的粪便是生态环境中的重要污染源，但又是一类现今尚未充分利用的资源，如果使用得当，可以替代大量的化肥，如以猪粪为主原料生产的有机肥，每t售价可达450元以上。但是需要对畜禽粪便进行科学管理以最大程度地降低其气味，减少养分流失和排放，否则它将成为严重挑战公共卫生的问题。另外畜牧业的集约化方式导致产生的大量粪肥超出了本地需要，并且生产集中在特定的地点，带来了粪便储存、清除的严重压力。其次，动物粪便中含有多种微生物，可能对人类和动物造成危害。这些微生物会引起食物污染和流行病传播，因此对公共健康构成威胁。实际上，世界上几种食源性疾病已与粪便污染直接或间接相关，因此，为了面对与动物粪便处理相关的一些挑战，提倡可持续的粪便管理实践和策略是动物生产策略中不可或缺的一部分。
1 粪便的危害
近年来，全世界范围内越来越多的猪场趋向于密集型养殖，在狭窄局限的环境下，猪的排泄物和残留的饲料等积聚在舍内，易导致舍内空气质量下降，让动物和劳动者暴露于含有大量挥发性气味化合物和影响身体健康的多种生物气溶胶中。
细菌是猪舍生物气溶胶的主要成分之一。猪舍内的气溶胶细菌病原体可能导致劳动者和猪感染疾病，例如肺炎、哮喘、鼻炎等，这些致病源包括有生命的与无生命的。另外，由于抗生素在猪场中的滥用，导致病原对抗生素的耐药性不断增强，而猪舍内空气定期排出到外部环境，可能会给公共卫生带来严重问题。研究显示，密闭猪舍中空气传播的大多数细菌都来自猪粪和肮脏的垫料。试验证实，不同粪便清除系统的菌丝、放线菌和变形杆菌的相对丰度显著不同。三种粪便清理系统中（包括带板条的深坑粪便系统、深垫床系统、粪便刮除系统），带板条的深坑粪便系统的猪舍生物气溶胶细菌丰度为峰值。（见表1）
2 粪便的产量
粪便产量主要取决于与动物有关的许多因素，如饲喂方式、生产阶段、生产系统的类型等。曾有相关统计，全球动物每年生产的粪便总量约为1.2亿t，以453.6kg（1000磅）的猪为1单元，1d所能产生的总粪便量为28.6kg（63.1磅）。不同猪群间粪便的日/年产生量差异显著，公猪粪便日产生量显著大于其他猪群，哺乳仔猪粪便日产生量显著小于其他猪群。按照传统的养殖方法，每头猪日产2～3kg的粪便，每年出栏1万头肉猪就会产生7300～10950t粪便，每年会向大气排放氨气38.16kg，二氧化硫34.8kg。
3 粪便的用处
粪便的用处很大，其不同组成成分起着不同的作用，详见表2。另外，据统计，不同阶段的猪，每头和每年生产的粪便中发现的典型植物营养素的平均重量存在较大差异，详见表3。粪便中的营养来自动物食用的饲料，本质上，动物食用的大多数营养物质最终都来自肥料。肥料中的养分含量取决于肥料的类型及其处理方式，其养分是无机和有机形式的混合物，肥料中的许多无机养分与商业化肥相同，这些营养素包括氨、氮、可溶性磷酸盐和钾盐，它们溶于水，植物可以立即利用它们。肥料营养的有机形式来自粪便中的植物组织，细胞和细菌的残留，被称为缓释营养素，因为植物是无法立即利用它们的。当肥料在土壤中腐烂并释放出养分后，这些缓慢释放的养分就可以被植物利用。液体肥料和固体禽畜肥料含有大量易于溶解的无机营养素，尤其是氮。其他固体肥料中的大多数氮是有机的，并呈缓慢释放。土壤中的微生物分解了肥料中的有机物，这会将氮和其他养分释放为迅速溶解的无机形式，肥料的种类和环境决定了氮的释放速度。
4 合理采用粪便管理系统
动物粪便管理系统是农业废物管理系统的重要组成部分。粪便管理很重要，因为它可以大大减少与粪便处理和利用相关的风险。高效的粪便管理系统是限制或防止粪便或其成分进入大环境的重要保障。科学合理的粪便管理有助于健康、环境、经济与社会效益。在不同的生产系统下饲养的动物会影响所采用的粪便管理系统和策略。当前已经确定了粪便管理系统的几种方法。每个粪便管理系统也都有其自身面临的挑战，尤其是在养分管理方面。氮、磷和钾是影响动物粪便的主要营养物质，主要是因为它们在土壤中的重要性。由于土地有限，并且缺乏营养测试来确定肥料施用前的要求，通常施用肥料的土壤往往含有过量的氮和磷，因此必须全面管理与粪便管理系统相关的肥料生产、存储、处理、转移和利用的基本功能，以最大程度地减少养分流失，防止出现污染和其他潜在风险。
5 粪便处理的不同策略
动物粪便可以根据其稠度或水分含量分为液体粪肥（固形物含量最高为5％）、浆料和半固态粪肥（固形物含量为5％至25％）和固态粪肥（固形物含量超过25％）。通过利用物理、生物或化学等方式可以达到减少粪便量、提高其适用性和提高肥料价值的目标。处理形式包括脱水、固液分离、厌氧和好氧污水贮留池、营养强化、制粒、堆肥、精制和沼气池等。下面重点介绍几种粪便处理方式。
5.1 厌氧消化
粪便的最常用处理技术是厌氧消化，粪便的厌氧消化是粪便产生能量的过程，该过程是在没有氧气的情况下，厌氧细菌将有机废物中的有机物转化为甲烷，将其用于发电。动物粪便在储存过程中会释放出大量的氮气和甲烷，可以通过冷却，使用固体覆盖物，从浆液中机械分离固体或捕获排放的甲烷来减少粪便中甲烷的排放量。此外，厌氧消化过程会产生潜在有价值的副产物。
爱尔兰国立大学实验室研究发现，反应器内的青贮饲料与猪粪以1∶1的比例共同消化，可以在一定程度上提高甲烷产量。当反应器每日每立方米的有机负荷率高达3kg挥发性固体，并且青贮饲料的挥发性固体比例为40%时，甲烷的产量是非常稳定的，每日高达501m3。在中试中，混合使用粪便+青贮饲料的挥发性固体去除率比单独使用粪便从41.4%提高到53.9%，表明猪粪与青贮饲料混合消化比单独消化的效果要显著。
5.2 好氧消化
好氧消化也是粪便处理的常用技术之一，可用于处理液体肥料以减少气味、化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD），以及控制病原体。好氧处理通常是分批或半连续（分批进料）处理，在分批处理中，所有未处理的物料都从设备中移出，然后再重新填充未处理的浆料，而分批进料则会将未处理的物料添加到消化器中，从而将某些处理过的物料置换掉。1kg粪便大概含63.7g粗蛋白，2.1g总氮，0.9g总磷，1.1g总钾，1.8g钙，0.7g镁，0.3g硫，37.6mg铜，137.2mg锌，6.0g铁，425.5mg锰，9.2mg硼，1.0mg钼等，经过合适的处理，大量粪便转化为有机肥料在经济上是可行的，并且对于环境也是有益的。猪场建议用3种方式管理粪便：牧场管理、堆肥和清除。其中对于将猪饲养在舍内或混凝土地面上的农场来说，堆肥是一种选择，因为粪便很容易被铲起并转移到堆肥区域。大型商业养猪场在大的污水贮存池储存粪尿，利用细菌将粪尿分解为固体和液体，然后将其作为燃料或肥料出售。贮存池设置的地点需远离住宅及考虑当地地形和气候可以选择露天堆肥，为了减少异味，需要将储存罐围起来，并在其上面放一个罩子，还可以在储存罐周围种植茂密的灌木，例如一些生长快速的杂交澳大利亚柳树，以帮助交换气体并捕获气味。一般来说，1头体重90.7kg的猪每天可排泄5.9kg的粪便，一年可排泄2150kg的粪便，猪场农户可选择相关的堆肥机器和有机肥设备来生产粪便生物有机肥，经过堆肥处理后，粪便作为土壤添加剂是非常安全的。
实际生产中，推荐使用一系列在猪粪便有机肥生产过程中起到关键作用的装备，包括固液分离器、用于堆肥和发酵过程的堆肥转换器、用于粪便颗粒化处理过程的有机肥料制粒机、用于筛选过程的筛网、旋转干燥机、冷却器和自动包装机等。
影响高效堆肥的因素很多（见表4），其中主要受4个因素影响：通风、营养平衡、水分含量、温度。如果合理控制这4个因素，堆肥会非常快速地完成。其中通风是非常关键的因素，堆肥过程中需要很多氧气，而空气来源可以利用风机或鼓风机进行搅拌或混匀。
堆肥的方法有很多，其中畜牧业中最具实用性的两种方法是：1）翻动的条垛系统和注入空气的垛。一般情况下，可使用被定期搅动或翻动的窄长垛。垛的大小取决于给它们充气的设备以及材料组成。如果条垛系统横断面过大，当它被翻动时，垛的中心会产生厌氧和难闻的气味。如果条垛系统横断面太小，可能会快速丢失热量，并且垛自身无法达到蒸发湿度、灭菌和除掉杂草种子的高温（见表5）。强制通风静态垛，是通过一条或多条管道给垛提供空气，保持稳定的空气供应，这个过程保证堆肥在3～5个星期完成处理并产生的气味最少，不过该系统容易堵塞供气管道。
条垛堆肥是劳动密集型工作，几乎每天都需要跟踪处理；相反，充气垛只需要在堆肥建造或移动的时候进行人工处理，占用较少的土地并且粪肥很容易堆到屋顶。
5.3 营养策略
降低畜禽粪便的产量和粪便管理的潜在排放量，也可以采取营养策略进行。研究发现给猪只饲喂低蛋白日粮与高蛋白日粮相比，前者粪便产量较低，氮素输出强度降低；另有研究表明用各种类型的明矾给猪补充氨基酸、添加酶等，可进一步减少猪的氮排泄。这也意味着有较低的肥料和养分输出，并减少了粪便对环境的潜在影响。
5.4 减少粪便臭气的策略
尽管降低粪便产量是猪场粪污处理的重头戏，但是猪场粪便的臭气处理也需要密切关注。以下是关于猪场粪便臭气处理的一些方法：1）相比到处散布粪便，注入型粪便可以减少50%～75%的气味，成本大约是0.0055元/L。2）日粮控制是相对较容易实现减少气味的方式。研究发现，降低日粮中的粗蛋白水平和单体氨基酸可以减少20%的气味。3）在室外种植一排较短的灌木/乔木。靠近建筑物种植一排较高的乔木，将有助于改善猪场气味。实施过程中需要考虑耗费的时间成本及树木对自然通风设施的影响。4）覆盖粪坑。无论是可透气的（稻草、玉米秸秆、土工织物）或不可透气的（高密度聚乙烯）的覆盖物，覆盖后有助于防止气体逸出。透气罩可减少40%～50%的气味，成本7.5～18.8元/平方米（10～25美分/平方英尺），不透水覆盖物的成本更高，75.3～105.5元/平方米（1～1.4美元/平方英尺），能减少70%～80%的气味，但需要对覆盖物上的积雪和雨水加以管理。5）浆料酸化是丹麦养猪生产中常用的一种方法，农场主可以通过这种方法在很大程度上减少氨气和温室气体（GHG）的排放。据报道，当酸化发生在室外粪肥储存阶段之前，减少量最大。6）通过螺旋压榨机机械分离浆料是另一种流行的处理方法。该工艺可返回液体和较少量的浆料固体成分，并通过在偏远的农场中使用富含磷的固体成分来提高养分的再分配，同时减少粪便运输过程中的燃料消耗。7）粪便刮除系统相对常规粪便清除系统，可显著降低猪舍内硫化氢和氨气的浓度和排放（降低了90%），而且刮除系统的每头猪运营成本只需要9元，比改造猪舍的成本降低了35%。尽管目前正在采用旨在减少与猪粪管理相关的排放量的技术，但评估和提高其有效性非常重要。
5.5 其他策略
5.5.1 采用人工湿地
在泰加斯莫尔公园建立的16个中等规模的综合人工湿地系统（ICW），发现其中9个处理养猪业废水的ICW系统的肠道指示剂细菌的数量减少，并在最终液体中未检测到大肠杆菌、链球菌和沙门氏菌。但由于ICW需要耗费大量土地，故限制其在养猪业的使用。
5.5.2 采用生物滤池
生物滤池床可吸收氨气、硫化氢和灰尘等，降低65%～80%的气味，成本约为2.7元/每头育肥猪，但需要加强滤池管理，特别是水分含量，确保生物滤池设计与通风系统兼容。
NUI戈尔韦实验室研发的木屑生物滤池成功去除了猪粪中分离出的液体部分中的营养。试验结果表明，影响因素包括生物滤池规模、气温和降雨变化，中试规模的木屑生物滤池可减少多达54%的固体、80%的化学需氧量、93%的5日生物需氧量、86%的总氮和79%的总磷。在用不同化学方式处理滤池废水时，硫酸铝的效果要显著好于石灰，其可去除废水84%的浑浊度、76%的化学耗氧量以及99.6%的总磷。微生物学分析表明，沙门氏菌从未在生物滤池中出现，另外大肠杆菌和肠球菌在进水中的含量始终低于出水检测限度，并且大肠杆菌数量也减少了。
6 总结
合理利用畜禽粪便是一个重要的环境问题，畜禽粪便通常被认为是“废物”，实际上根据它们的价值，可认为是畜禽生产中的待“回收资源”。管理粪便可以让生产者有第二次机会利用已经支付但未被动物充分利用的养分，而由于收集，控制和散布畜禽粪便带来的额外费用，可通过生产者将肥料用作资源时产生的作物增产和营养累积方面进行抵消。
