堆肥技术在处理死畜禽上的应用

问鑫 高凤仙

摘要：如何安全、无害的处理死畜禽一直是阻碍畜牧业发展的一大困扰。堆肥化处理死畜禽在国外已经得到了大量的研究及应用，本文综述了堆肥原理、影响堆肥效果的因素、堆肥种类及其在死家禽处理上的应用和研究进展。为我国无害化处理死畜禽提供了新的参考。

关键词：堆肥;死畜禽;禽流感

随着畜牧业的快速发展，畜禽养殖已走向了集约化生产，极高的促进了经济发展。于此同时也造成了严重的污染，主要来自畜禽粪便、污水以及病死的畜禽残体。据统计，养殖场的畜禽死亡率在5%—10%之间，如果不及时对死畜禽进行有效地处理，会严重影响畜牧业的健康发展、公共卫生以及食品安全，并造成空气污染甚至疾病传播。常规的死畜禽处理方法包括焚烧、深埋和炼油等。目前，除了出现大规模疫灾以外，一些家禽生产区域已经禁止了掩埋处理这一措施。从生物学角度来讲，焚烧是一种安全无害的处理方法，但是其处理效率较低，并且成本较高。由于上述方法受到严格的生物学和环境方面的限制，不能达到对死畜禽低成本、无害化处理的要求，掩埋和焚烧等方法的使用逐渐减少。近几年研究者对采用堆肥方法处理死畜禽进行了研究，说明堆肥法不但可以有效降低成本、控制环境污染，并且堆肥制品可作为土壤改良剂施于耕地，改善土地的肥力。

1 堆肥处理死畜禽原理及影响因素

1.1 原理

堆肥化是一种可控制的生物降解和转化过程。通过利用大自然中的细菌、放射菌、菌类等微生物，将废弃物中的有机物通过生物、化学等途径，转换、分解成稳定的腐殖质或土壤改良剂的方法，称为堆肥法。死畜禽堆肥过程如图l所示，其原理就是微生物在高温下将死畜禽分解并为微生物的繁殖提供能量，同时利用堆肥产生的杀灭微生物和病菌，由此达到对死畜禽无害化处理的目的。死畜禽的堆肥提供了一种安全、无害和低成本的方法，把死亡的畜禽转化为一种无味的腐殖质样的物质，可提高土壤肥力。

1.2 影響因素

堆肥过程是一种由多种微生物参与、对畜禽粪便和屠体中有机物进行的复杂生化反应过程.所有影响微生物活性的因素都将对堆肥化进程和产品的质量造成影响，如温度、水分、pH值、C/N、通气量等。

1.2.1 温度

在堆肥过程中，温度是影响堆肥效果的好坏和决定其能否达到无害化处理要求的重要指标之一。堆肥是一个不断产热的过程，若不采取适当的措施，温度可达到800C左右。此状态下，有机质会过度消耗，降低堆肥质量;温度超过60℃时，真菌活动受抑制，放线菌和孢子细菌进行降解，超过70℃时，微生物呈孢子状态，活性急速降低，抑制微生物的活动。马瑛等研究发现，高温（50-55℃）堆肥条件下反应6d，降解率达到了94%，而在常温下（23-30℃）下反应9d，降解率仅仅只有45%，说明温度过低会减慢有机物的分解速度。堆肥处理死畜禽时.微生物生长所需的温度和有机物的分解温度分别在在45 -60℃、43—66℃时最为适宜。常采用调整通风量或采用翻堆的办法控制堆体的温度。

1.2.2 水分

水分是堆肥微生物生命活动的基础，也是堆肥工艺的重要参数之一。罗维等报道，当水分含量低于45%时，会阻碍微生物的新陈代谢，降低微生物的生物活性，导致堆肥难以腐熟;当水分高于65%时，则会增加堆肥的压实度、降低FAS （FreeAir Space，自由空域），造成堆肥中氧气含量减少，从而导致微生物活性降低，分解速度减慢，形成发臭的中间产物;堆肥的最适含水率一般为50%-60%。在此应注意的是，堆料中适宜的水分含量主要与堆料本身的组成有关，死畜禽本身就有较高的含水量，所以堆肥处理过程中应适当减少堆料的含水率。

1.2.3 pH

大量研究表明，大多数堆肥微生物在中性或弱碱性的条件下活性最高。当堆体pH小于4.5或大于10.5时，均会降低微生物的活性，使堆体温度降低、堆肥分解速率减慢，甚至产生有害的中间产物。通常可采用翻堆或通风等方法调节堆体的pH，使其达到正常范围。Sanehez报道，在堆肥过程中，堆料pH通常在7.5 -8.5时，微生物的活性最大，可获得最大堆肥效率。

1.2.4 C/N

C/N决定着堆肥中的微生物的生长趋势.影响着有机物的分解速度。最适的微生物C/N比为25：1。若C/N比值过高，微生物会因缺N导致生长受阻，由此导致有机物的分解速度降低;若其比值过低，同样会因为C不足而抑制微生物的生长，降低有机物分解效率，同时，N含量过高会导致N以氨气的形式挥发，污染环境。由于死畜禽本身就含有大量蛋白质，含氮量较高，所以，在实际生产中堆肥的C/N应在30：1-35：1之间。

1.2.5 通气量

堆肥中的含氧量直接关系着微生物的生长活动。在堆肥处理死畜禽的过程中，氧的含量维持在10%时，可以很好的维持死畜禽的分解过程。当堆体内氧气含量不足时，会使堆肥体系变为厌氧状态，发生厌氧反应，产生硫化氢和小分子有机酸等还原性物质，并产生有害气体，污染环境。当翻堆频率或强制通风量过多，会导致堆料中的水分大量流失，从而阻碍微生物的新陈代谢，降低微生物的活性。故在堆肥过程中应当控制好翻堆频率和通风问题。

焦洪超等研究了通风量分别为0.5、0.3和0m3/min对堆肥效果的影响，结果表明，通风量为0.3m3/min时能有效维持堆料升温和高温期的时间，综合效果较理想。而孙晓杰等以树叶和粪渣为堆肥原料.则证明通风量为0.14m3/min时堆肥效果最佳。Tadahiro等研究发现通气量为lOOml/m3·min时污泥堆肥仍呈厌氧状态。可见不同材料的堆肥对通风量的要求不一样，要根据不同的材料来确定不同的通风量。

2 堆肥系统及在死畜禽处理上的应用

目前堆肥化技术已经得到了广泛的应用，不同的堆肥方法越来越多，分类也比较复杂。笔者按照有无反应器装置将其分为开放式堆肥系统和反应器堆肥系统。

2.1 开放式堆肥系统及在死畜禽处理上的应用

开放式系统主要包括条垛式堆肥和强制通风静态垛系统。条垛式堆肥是将原料堆积成窄长条垛，在好氧条件下分解。由于条垛式堆肥系统具有所需设备简易、成本较低、稳定性好、堆肥产品腐熟度高等优点，所以最先应用于处理死禽的研究。条垛式也有较明显的缺点如处理周期长、占地面积大、易受天气的影响、臭气易散发，污染环境等。

强制通风静态系统又称作静态曝气堆，是由美国农业部马里兰州Beltsville的农业研究中心开发的。其机制为：在堆肥混合物的底端安装通气管，通气管由小木块、碎稻草等透气性能良好的物质包裹起来，通气管道与向堆体供气或抽气的鼓风机相连，向堆体供气。它相较于条垛式堆肥的优势在于：堆内的氧气由鼓风机向堆体通风来提供，堆肥过程中不用对堆体进行翻堆，可以减少臭气的散发，污染环境。另外，在堆体表面铺一层腐熟堆肥及吸附性强的物质.可以有效的控制氨气的堆内气体的散发。

目前，条垛式堆肥系统技术已经比较成熟。条垛式堆肥最早用于处理死鸡。俄亥俄州立大学采用静态条垛式堆肥对死鸡进行了处理，3个月后，死鸡的软组织全部分解，只剩胸骨和少量胫骨。加拿大安大略省用锯屑+稻草+垫料+死亡蛋鸡为堆肥原料，采用条垛式堆肥法处理死亡蛋鸡，结果表明，在堆肥5-lOd温度达到最高，然后逐渐下降，在12-21d翻堆一次，随后温度再次上升;30d后，除了头骨、胫骨，几乎看不到家禽屠体。Flory等报道，研究者采用堆肥技术对弗吉尼亚州的染疫（低致病性禽流感）火鸡进行处理，结果表明，堆肥法可有效的、安全的处理染疫火鸡，是一种有效的尸体处理方法。

近年来，研究者对堆肥技术在处理死畜禽的应用上逐渐涉及到大型动物尸体，并逐渐丰富了对堆肥机理及病原微生物的活动规律的研究，推动了这一安全的处理手段的实际应用。

Saqib等采用静态条垛堆肥系统对死牛和死马进行处理，结果表明，堆肥结束时，沙门氏菌和大肠杆菌等病原微生物明显减少。Tim等设计了重复联合条垛式堆肥系统（25mx5mx2.4m;长×宽×高：如图2所示，其中A为横切面，B为纵切面），用大麦秸秆+粪肥+牛尸为堆肥原料，将25m长的条垛分为许多格，每一格可放置一个牛尸。实验过程中温度超过55℃并维持了一个月，牛尸体和粪肥中的病原体在堆肥14天内全部滅活;147d后，除了部分长骨，尸体几乎完全降解，最终的堆肥产品可用于农作物生产的肥料。

大量试验表明，利用堆肥化处理死畜禽，不仅可以快速降解畜禽尸体，还可以有效的控制染疫畜禽体内的病原微生物，防止疫病传染，达到无害化处理的要求。

死畜禽在堆肥过程中会产生一定量的温室气体。Hao等在采用条垛式堆肥处理死牛，并观察了温室气体排放情况。研究发现，1组（牛的制定部位如头骨，脑，脊髓+麦秸+粪便）和2组（粪便+麦秸+死牛）处理的温室气体排放量在第5-7周达到峰值，产生的温室气体包括CO2、CH4、N20等。

虽然条垛式堆肥系统可以达到死畜禽无害化处理、资源化利用的要求，但是如何很好的控制温室气体的排放还有待研究。由于条垛式有占地面积大，处理周期长，易受外界环境影响的缺陷。因此近年来的研究多采用箱式堆肥系统处理死畜禽。

2.2 反应器堆肥系统及在死畜禽处理上的应用

反应器堆肥系统是将物料放置在部分或全部封闭的可控容器内，该容器可以控制通风和水分条件，使物料进行生物降解和转化。相比于开放式堆肥系统，反应器堆肥系统更有优势：占地面积小、可有效控制通风、水分和温度等因素、受外界环境影响较小。目前国内试验多用静止式（箱式）系统处理死畜禽，一般需要两个阶段的堆肥箱，第一阶段结束后应当将堆肥与死畜禽残留物充分混合，再进入第二阶段堆肥过程。

Lawson等利用鸡粪、麦秸为堆料原料，用静态箱式堆肥法处理了125只母鸡尸体，堆肥3d后，温度达到55℃，lOd后达到最大值71.3℃，高温持续了30d降至65℃。结果表明，在堆肥8周之后，鸡尸的肉，羽毛和许多小骨骼被分解，并且并未检测出病原微生物，但试验过程中可闻到恶臭气体。堆肥化完成后，堆肥的氮、磷、钾含量较高，可作为作物生产用的肥料。习佳林对夏季、冬季不同通风速率对死鸡堆肥化的效果进行了研究，试验采用强制通风静态箱式堆肥系统，夏季设置3.6m3/h和4.8m3/h两个通风速率，试验期为89d，结果表明，3.6组堆肥箱温度60℃以上维持了70d，4.8组维持了40d，堆肥结束后均无检测出大肠杆菌，并且两组死鸡屠体都分解了95%以上：冬季设置2.1m3/h（1组）、1.5m3/h（2组）、0.9m3/h（3组）三个通风速率，试验期为74d，试验结束时三组死鸡的分解率分别为90.69%、89.67%、85.15%;试验过程中C02、N20、NH3排放量与通风量呈负相关（P<0.05），CH4的排放量与通风量无显著相关（P=0.46）。通风量增加可以促进微生物的活动.加速尸体的分解，但随着通风量增加，温室气体的排放也相应增加。如何在提高死畜禽分解速率的基础上，控制温室气体的排放有待进一步研究。

王爽利用静态箱式堆肥体系处理染疫鸡尸，分别用鸡粪、木屑和鸡尸（1组）和牛粪、稻草和鸡尸（2组）进行两次堆肥，在堆肥过程中，原发大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的数量均会下降，其中金黄色葡萄球菌和禽流感病毒RNA分别在在堆制第40d和第12d完全灭活。l组堆肥40d过程中，鸡尸湿重减少59+4.4%，总DNA减少93%;在堆肥第4d，2组较l组的鸡尸湿重和基因降解率分别高出153%（P<0.05）和62%（P

另外，Murray等报道，在采用堆肥法处理转基因猪的研究中发现，在堆肥结束时用PCR检测了转基因猪中的转基因和线粒体标记，遗传物质至少减少了10倍，并且尸体大部分被分解。说明堆肥化也是处理转基因动物的一种适当的方法。

箱式堆肥系统是一个相对密闭的过程，在处理死畜禽过程中很难了解尸体降解的情况。Akd-emz等通过对堆肥过程中产生的VOCs（volatileorganic compounds，挥发性有机化合物）进行检测，由此来判断畜禽降解的情况（如图3所示）;研究表明，在检测出的43中VOCs中，二甲基二硫化物、二甲基三硫化物和嘧啶三种物质只能在猪组织上检测到，而不能在其他堆料中检测出来，所以可通过对以上三种VOCs的测定来判断死畜禽的降解情况。

3 展望

死畜禽的无害化处理一直是困扰畜牧业发展的难题。现实生产过程中，大多养殖场处理死畜禽的设施不足，无害化处理的能力有限，导致死畜禽尸体被随意掩埋，焚烧甚至丢弃，再给食品安全和疫病防控带来威胁的同时.对环境也产生了极大的污染。而堆肥化相较于掩埋、焚烧等方法具有环境污染小，安全性高，资源再利用等优势，是一种很好的处理死畜禽的方法。

目前，我国堆肥技术在处理死畜禽上的研究并不多，应用方面更是几乎空白。而大量的资料表明，利用堆肥技术处理死畜禽或染疫畜禽均可以达到很好的效果，不但可以减少环境污染、控制病菌传播，做到真正意义上的无害化、安全化，并且堆肥产品还可以作为农作物的肥料，达到了资源化的要求。所以应当将这一技术推广开来，充分的应用到实际生产中去。

参考文献（略）

新版中国饲料工业统计信息系统于2018年元月1日正式启动。