牛粪的处理与资源化利用

摘  要：近年来，随着大规模集约化奶牛养殖业的快速发展，牛粪集中排放造成的环境污染问题日益突出。在对土壤、水和空气造成污染的同时，牛粪堆积在奶牛场的有限生产区域，严重影响了奶牛场的正常生产秩序。随着奶牛养殖社区和大型新型奶牛场的环保要求的提高，对牛粪的处理和资源化利用的研究迫在眉睫。该文介绍了牛粪的处理方法和资源化利用研究现状。

关键词：牛粪;处理;资源化利用

1 牛糞养分情况

牛粪本身是一种很好的生物质资源，与其他牲畜粪便一样，牛粪中含有大量的矿物元素（表1）和丰富的营养成分（表2）。牛粪质地细腻，含水量高，分解缓慢，热值低，属于晚肥。在养分含量方面，牛粪中的大部分矿质元素和营养成分均低于其他畜禽，有机质含量与鸡粪相似，只有粗纤维、粗灰和无氮提取物相对较高。但是，其产量高、用量大，矿物元素和营养素的总量相对较大[1]。通过不同的加工技术和工艺，可以生产资源丰富、增值产品，在防止环境污染的同时，也可以获得良好的经济和社会效益。

2 牛粪的处理方法

随着大规模、现代化和集约化农业的发展，特别是在一系列支持大规模畜牧业的支持下，养牛业的发展大大加快。然而，大量牛粪的积累也造成了严重的环境污染问题。对于大型养牛场，如果没有足够的有效处理和利用方法，牛粪堆积造成的污染将严重影响养牛场的正常生产，阻碍畜牧业的可持续发展。充分利用牛粪是预防和消除牛粪污染的关键[2]，牛粪的综合利用迫在眉睫。当前，牛粪处理大致可分为：有机肥加工、还田使用、沼气发酵和饲料生产等几种。牛粪作为饲料生产是综合利用牛粪的方法之一。由于牛粪营养成分丰富，经过适当处理，可以提高蛋白质的消化率和代谢能，杀灭病原体，提高适口性，可作为饲料。目前，牛粪的处理方法主要有干燥方法、分解方法、发酵方法等。

2.1 发酵法 将一些微生物制剂或酶制剂等添加到牛粪中，在适当的温度下发酵，并且所获得的产品用于饲养，如猪、鸡和鱼等动物。例如，牛粪用青贮饲料发酵，并且具有足够的水分和可溶性碳水化合物，以与其他畜禽粪便和农作物秸秆、草料或其他饲料粗饲料一起进行青贮处理。青贮饲料、粪肥与饲草或其他饲料的比例为1︰1。该方法不仅可以改善适口性和吸收性，防止蛋白质过量流失，还可以将一些非蛋白质氮转化为蛋白质，杀死几乎所有有害微生物[3]。此外，发酵猪饲料，如淀粉残渣和米糠混合牛粪发酵成饲料，喂养实验结果表明，30%～40%的传统饲料可以节省，而且猪喜欢吃，猪肉质量也很好。通过脱水预处理牛粪后，分别在高温和低温下发酵2次。所得饲料的粗蛋白质含量比现有技术高23.9%，具有良好的营养价值[4]。通过在沼气池中发酵剩余的牛粪来获得用于控制发酵温度的热源。实验表明，生物发酵牛粪饲料其中，15%生物发酵牛粪饲料，小鼠体重增加9.25%，并且生物牛粪发酵的饲料无异味，适口性好，消化率高[5]。

2.2 分解法 分解方法，也被称为昆虫方法，使用低等动物如苍蝇，蚯蚓和蜗牛来分解粪便，提供动物蛋白，并且可以治疗粪便。例如，蚯蚓是用牛粪饲养的。据估计，1m2约30～40kg培养基可得到蚯蚓1500～20000条。生产蚯蚓就是生产高质量的动物蛋白，可用于医药和其他行业;蚯蚓粪是一种有机肥。牛粪用于简化处理品种，然后用蚯蚓喂养鸡，这可以增加鸡的体重增加和产蛋母鸡所需的动物饲料蛋白[6]。据统计，100只鸡每天可以产鸡蛋1kg，每年可以产鸡蛋100kg，增加收入3000元。繁殖后的牛粪仍可用作肥料，其肥效不降低。该方法经济可行，生态效益显著。然而，由于早期粪便消毒，脱水处理，蝇蛆收集，蚯蚓和蜗牛饲养，高温要求和年度生产困难等技术难题，尚未得到广泛推广。

2.3 干燥法 干燥法可分为自然干燥和机械干燥2种。自然干燥法是将新鲜牛粪单独发酵或者加入一定比例的麸皮混合进行发酵，然后撒在水泥地面或塑料布上，随时翻堆，使其自然干燥，晾干，压碎，然后将其混合到其他饲料中。该方法成本低，操作简单，但受天气影响很大，可能会造成环境污染。机械干燥方法是利用相关设备进行干燥，除臭、灭菌等，被广泛使用。此外，新型微波处理畜禽粪便也是一种更有效的饲料处理技术[7]。

3 牛粪的资源化利用

将牛粪作为生物质资源的目的是使其无害化，减量化和资源化处理，并满足环境可接受性和经济可行性。随着经济的发展和环境保护要求的提高，国内外处理畜禽粪便的方法已发展出很多种，普遍受欢迎的是那些投资低，运营成本低和生产高附加值产品能力的技术方法[8]。

3.1 施肥、饲料和能源利用

3.1.1 施肥 发酵后将畜禽粪便返回农田是减少环境污染和充分利用农业资源的最具成本效益的措施。研究表明，19108t畜禽粪便相当于1108t有机肥。牛粪本身是一种丰富的生物质资源和良好的有机肥料，可直接施用于田间，为作物提供养分。吴淑杭等研究表明，茄子根腐病可以通过巧妙地施用牛粪来治愈[9]。随着集约化农业的兴起和发展，畜禽粪便日益集中，为了应对这一现象，部分地区已经建成一些有机肥生产加工厂。使用的方法包括厌氧发酵、快速干燥、微波和膨胀等。

3.1.2 饲料 开发生态肥料、土壤改良剂和畜禽粪肥复合肥，是目前比较有效的方法。刘炜等将牛粪生产成粒状有机肥，有效解决了新鲜牛粪堆肥和牛粪沼气发酵后沼渣含水量高、体积大、贮存、运输和使用不便的问题。目前，牛粪鱼虾已被广泛用于生产。牛粪作为饲料是综合利用的重要途径之一。牛粪的能量主要通过厌氧发酵产生。

3.1.3 能源利用 许多国外学者已经证明，将沼气技术应用于畜禽养殖可以带来更好的经济效益、环境效益以及温室气体减排效益。Angeles和Mikael分别在菲律宾和瑞典进行了研究，认为沼气在畜禽粪便和尿液处理中的应用是一项很好的经济效益措施。焦燕等通过生物方法制作微生物燃料电池，充分利用牛粪产生能量，不仅可以减少牛粪污染环境，对人类造成伤害，还可以节约能源[10-11]，同时取得了良好的经济效益，真正实现了肥料资源的利用。

3.2 发展生态循环农业，消除牛粪 畜禽粪便在农业中的使用是最直接有效的措施。利用好粪肥，可以提高土壤肥力，实现养分循环，对减少肥料使用，保护生态环境，促进农业可持续发展具有重要意义。农业、畜牧業、渔业和水果业的结合，将建立一个生态畜牧业和牧场，实现多层次的循环利用。采用方便、经济、高效的处理方式原则，以生态方式控制畜禽养殖场污染。牲畜-沼泽-果实模型基于养殖业的粪便，并在沼气发酵后施用于土壤[12]。作为种植有机肥，它为水产养殖业提供饲料，形成良性循环。

利用先进技术实现畜牧业、水果、谷物和蔬菜等育种和繁殖模式的组合，以及建立生态经济系统畜牧业和种植业，可以控制畜牧场并有效利用畜禽粪便来解决环境污染问题。牛、沼泽、鱼、牛粪的三维生态农业模式，是一种利用沼气，沼肥（沼液，沼渣）的发酵，回收沼泽肥料养活鱼类繁殖生态模型，创造能量并生产鱼饲料，同时消除了污染，允许更多周期有效利用牛粪。它是促进农业、畜牧业、渔业和能源的综合利用，节约和提高经济效益的有效措施。沼泽育肥鱼可以节省大量精矿，增加鱼类产量，减少牛粪的环境污染[13]。

据游洋等报道规模化猪场采用“粪便-沼液、沼渣-牧场-饲养畜禽”生态模型，将为牧草、蔬菜和果树给予种植面积，完全满足大规模农产品。它不仅可以生产大量的草、蔬菜和水果，还可以改善土壤[14]。沈阳马刚乡推广的“沼气池-厕所-养殖场-菜（水果，谷物）”庭院生态农业模式是以沼气为纽带，种植业和养殖业结合的生态农业模式[15]，实现了气化和化肥的同步生产。它是一个能源生态系统有效地利用了畜禽粪便，具有巨大的经济和社会效益。

3.3 种植牧草作物，消纳牛粪 杨林章等研究表明，牛粪施用在黑麦草的水培技术中，随着滤液量的增高，发现其产量先上升后下降，同时黑麦草中氮、磷含量也随之增加，滤液的量对黑麦草的水培系统中TN和TP的去除具有显著影响。李礼等发现将牛粪和互花米草混合后发酵可促进气体的产生，并且日产气量稳定，产气峰值比单一发酵早13d，累计产气量为38.83%[16]。

3.4 培养食用菌处理牛粪 牛粪中富有机物和氮、磷、钾等元素。食用菌味道鲜美，营养丰富，甚至含有一些可制成保健品和抗肿瘤等药物[17]。利用牛粪、秸秆等农业废弃物培育食用菌，使牛粪、玉米秸秆等农业废弃物做到处理，同时生产具有高营养价值和经济价值的食用菌。培养的培养基也可以直接还田或用作饲料，允许资源在多个水平上回收利用。利用粪便作为繁殖基质，繁殖蚯蚓、蜗牛、蝇蛆等，种植蘑菇，真正实现“变废为宝”的理念。用牛粪代替小麦籽粒生产栽培的黑木耳种子，通过菌种萌发和食用材料的研究表明，黑木耳种子的产量和品质与常规小麦种子完全相同。同时，将巴西蘑菇在牛粪中种植，巴西蘑菇不仅生长快，生长良好，而且大大缩短了生产时间，提高了生产效率。

宋俊芬等利用秸秆牛粪的发酵来培养双孢蘑菇，结果表明，双孢蘑菇的产量为19kg/m2，牛粪的消费量为18kg/m2。李艳荣等以稻草为培养材料，不同牛粪含量培养双孢蘑菇[18]。结果表明，当碳氮比为31.9时，即牛粪含量为14kg/m2，双孢蘑菇生长，产量最高。除了双孢蘑菇，牛粪也用于平菇种植。刘杰等利用牛粪和食用菌的一些废弃物培植侧耳菇，发现其不仅满足其生长条件，而且有利于其的生长，真正实现了生物资源的回收利用。

4 结语

总体而言，牛粪生物质资源的多层次、综合利用模式，将越来越多地得到人们的应用和推广。它既可以有效解决养殖业的环境污染问题，又可以综合利用其他农业废弃物并将其转化为商品，形成产业链，从而取得了良好的环境效益、经济效益和社会效益。