張振玲，薛 忠，孫 朋，李云龍，顧開(kāi)朗，徐海飛(.徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 動(dòng)物工程系，江蘇 徐州 006; .中糧家佳康

(鹽城)有限公司，江蘇 鹽城 224200)

近年來(lái)，我國(guó)生豬、家禽、羊的存欄量一直居世界首位[1]。在帶來(lái)豐富的肉、蛋、奶等畜產(chǎn)品的同時(shí)，也產(chǎn)生大量廢棄物，死畜禽就是除糞便外最主要的一種。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年約產(chǎn)生7 千萬(wàn)具生豬尸體，約合2 00×104t左右的廢棄物[2]，加上牛羊和家禽，數(shù)量更多。大量的畜禽尸體若處理不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，甚至?xí)?lái)食品安全問(wèn)題，危害公共衛(wèi)生安全。目前，我國(guó)死畜禽無(wú)害化處理方法主要有深埋法、焚燒法、堆肥法、化尸窖法、化制法和生物降解法等[3]。深埋法存在潛在的污染土壤和地下水風(fēng)險(xiǎn)，焚燒法可能釋放二惡英等致癌物，化制法不能徹底殺滅瘋牛病病原且成本較高，化尸窖對(duì)建設(shè)位置和建筑質(zhì)量要求較高，易產(chǎn)生惡臭、血水，造成空氣和地下水污染。堆肥法和生物降解法優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，使用也越來(lái)越廣。特別是堆肥法，技術(shù)簡(jiǎn)單、成本低廉，可以在場(chǎng)處理等優(yōu)點(diǎn)而受到較多關(guān)注，被國(guó)內(nèi)外學(xué)者公認(rèn)為最具可行性的無(wú)害化和資源化處理方法。

1 堆 肥

堆肥就是在人工控制下，即在一定的水分、碳氮比(C/N)和通風(fēng)條件下，有機(jī)廢棄物經(jīng)自然界廣泛存在的微生物(細(xì)菌、放線菌、真菌等)或商業(yè)菌株作用，發(fā)生降解并向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)方向轉(zhuǎn)化的生物化學(xué)過(guò)程[3]。

堆肥是處理固體廢棄物較成熟的一種傳統(tǒng)技術(shù)。家庭或小農(nóng)場(chǎng)水平的堆肥使用已有幾千年的歷史，20世紀(jì)后期以來(lái)，越來(lái)越多的大型堆肥設(shè)施建立起來(lái)，以處理城市有機(jī)廢物，特別是近年來(lái)，堆肥已被視為可持續(xù)的較有前途的廢物處理方式[4]。堆肥是廢棄物資源化處理的主要方向，目前國(guó)內(nèi)外研究及應(yīng)用均較多且對(duì)不同行業(yè)產(chǎn)業(yè)廢棄物的堆肥化處理均有相應(yīng)研究。

動(dòng)物尸體堆肥(Animal carcasses composting)是將動(dòng)物尸體置于堆肥內(nèi)部，通過(guò)微生物的代謝過(guò)程降解動(dòng)物尸體，并利用降解過(guò)程中產(chǎn)生的高溫殺滅病原微生物，最終達(dá)到減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化的處理目的[3]。優(yōu)點(diǎn)：(1)可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行；(2)能夠滅活病原；(3)對(duì)環(huán)境的影響較??；(4)能產(chǎn)生有價(jià)值的肥料產(chǎn)品。缺點(diǎn)：(1)勞動(dòng)強(qiáng)度大；(2)需要鋪設(shè)墊層、防腐墻及防雨蓋頂；(3)需要補(bǔ)充碳源(如草類、木屑、谷物秸稈等)；(4)受季節(jié)及氣溫的影響較大；(5)耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)。

死畜禽處理是畜牧生產(chǎn)中的難題之一，高溫焚燒、化制法和堿水解法是目前歐盟處理死畜禽的主要方法[5]。堆肥主要在除歐盟外的國(guó)家使用[5-6]，在美國(guó)、加拿大和澳大利亞等許多發(fā)達(dá)國(guó)家得到認(rèn)可，并有在大規(guī)模疫病暴發(fā)時(shí)應(yīng)用于應(yīng)急處理的實(shí)例[6]，是一種簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用的處理方法，20世紀(jì)80年代首先使用在禽類尸體的處理上，后又使用在豬以及牛等大型牲畜的尸體處理上。死畜禽堆肥合適的條件為碳氮比25∶40、溫度45～66 ℃、含水率50%～60%、含氧量10%[7]。堆肥法目前在美國(guó)應(yīng)用非常廣泛，有43 個(gè)州規(guī)定可以在場(chǎng)使用堆肥處理死畜禽[8]。

2 死畜禽堆肥研究進(jìn)展

2.1 死畜禽堆肥系統(tǒng)

死畜禽堆肥形式多樣，依據(jù)維持堆體物料均勻及通氣條件所使用的技術(shù)手段由簡(jiǎn)單到復(fù)雜分為條垛式、通氣靜態(tài)垛式、發(fā)酵倉(cāng)式系統(tǒng)。按通風(fēng)情況分為被動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)和強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)。按照有無(wú)反應(yīng)器分為開(kāi)放式堆肥系統(tǒng)和反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)。

條垛式屬于開(kāi)放式系統(tǒng)，有一定局限性(占地大、周期長(zhǎng)、易受天氣影響、易散發(fā)臭氣、污染環(huán)境等)，逐漸研究利用箱式堆肥系統(tǒng)處理死畜禽[7]。

倉(cāng)式堆肥系統(tǒng)由堆肥倉(cāng)、除臭倉(cāng)、通風(fēng)和溫控等裝置組成。曝氣風(fēng)機(jī)通過(guò)堆肥倉(cāng)底部管道鼓風(fēng)，除臭風(fēng)機(jī)通過(guò)堆肥倉(cāng)頂部管道將臭氣抽排入除臭倉(cāng)，除臭倉(cāng)內(nèi)存放腐熟的堆肥等生物除臭物質(zhì)，利用裝載機(jī)添加和移動(dòng)堆肥物料，翻堆2～3次[9]。小型箱式也包括上述裝置，由PVC板制成，外圍設(shè)置保溫層，側(cè)面開(kāi)采樣口，箱蓋上設(shè)置冷凝水排出孔及排氣孔，通風(fēng)裝置由風(fēng)機(jī)和分布于箱底的PPR材質(zhì)通風(fēng)管構(gòu)成，通風(fēng)管底部開(kāi)設(shè)兩排夾角為60度的小孔，通風(fēng)管上面設(shè)置篩板以實(shí)現(xiàn)均勻布?xì)夂蜏p少阻塞，采用時(shí)間繼電器控制曝氣風(fēng)機(jī)開(kāi)、關(guān)時(shí)間和便攜式溫度傳感器檢測(cè)堆肥溫度[10]。倉(cāng)箱式技術(shù)操作簡(jiǎn)便、設(shè)施使用年限長(zhǎng)，不會(huì)污染地表水源和地下水，幾乎可以殺滅所有的細(xì)菌、病毒，不會(huì)造成疫病傳播，不論養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模大小皆可采用。

反應(yīng)器堆肥系統(tǒng)是將物料放置在部分或全部封閉的可控容器內(nèi)，占地小、可有效控制通風(fēng)、水分和溫度等因素、受外界環(huán)境影響較小、生物安全性好且可有效提高堆肥效率和產(chǎn)品質(zhì)量，更具優(yōu)勢(shì)，有很好的應(yīng)用前景[11]。既有簡(jiǎn)單的由托盤(pán)、木材或塑料及絲網(wǎng)組成的小型(迷你型)被動(dòng)通風(fēng)堆肥系統(tǒng)(一般最小為1.2 m×1.2 m×0.9 m，可以處理單個(gè)不超13.6 kg，共272 kg的小型動(dòng)物如仔豬、兔子、魚(yú)等的尸體)，好處是可以置于生產(chǎn)區(qū)且大小可訂制；也有大型的旋轉(zhuǎn)滾筒型(Rotating drum for carcass composting)系統(tǒng)(直徑3 m、長(zhǎng)15 m)[8]。

最近，美國(guó)又將最早用在禽流感引起的病死家禽處理上的被動(dòng)通風(fēng)塑料包裝堆肥系統(tǒng)(A passively-ventilated plastic-wrapped composting system)經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和改進(jìn)，在死畜禽無(wú)害化處理方面特別是在緊急情況下時(shí)有良好的應(yīng)用前景[12]。

2.2 死畜禽堆肥效果

堆肥在一定情況下溫度可達(dá)45～70 ℃并能持續(xù)數(shù)天，對(duì)于大多數(shù)病原菌以及雜草等植物種子都能夠殺滅，能有效地減小被處理物的體積，且堆肥產(chǎn)物具有改良土壤的作用，在美國(guó)和加拿大等國(guó)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

禽類體型相對(duì)較小，動(dòng)物尸體堆肥最早就是應(yīng)用在禽類上，堆肥能有效滅活病原微生物并能迅速降解染疫禽尸。給8周齡雛雞分別接種高致病性禽流感病毒(HPAIV)和減蛋綜合征病毒(EDSV-76)，將接種HPAIV雞的肺、氣管和氣囊，接種EDSV-76的雞脾臟、盲腸扁桃體和法氏囊進(jìn)行堆肥處理，10 d后，HPAV完全滅活，20 d后EDSV-76腺病毒完全滅活[13]；用木屑等作為填料與已感染新城疫病毒的死雞堆肥，2 d后，經(jīng)紅細(xì)胞凝集試驗(yàn)已檢測(cè)不到新城疫病毒(或新城疫病毒失活)，2 周后尸體軟組降解率達(dá)97%，4 周后完全降解[14]。為300日齡的來(lái)杭雞接種低病原性禽流感病毒，處死后與木屑和牛糞等填料堆肥，12 d后檢測(cè)不到禽流感病毒RNA，雞源線粒體生長(zhǎng)激素(growth hormone，GH)基因片段減少99%以上[15-16]。

對(duì)于體形較大的豬進(jìn)行堆肥，效果同樣較好，只是處理時(shí)間更長(zhǎng)。采用有效體積0.95 m3堆肥箱(5 cm厚保溫層)、供以100 L/(m3·min)的通風(fēng)率，對(duì)4.6～21.4 kg保育期死豬(每層3頭死豬，總質(zhì)量在28.0～30.0 kg)進(jìn)行冬季堆肥處理，堆肥箱內(nèi)溫度3～5 d升到50 ℃以上(試驗(yàn)期間外界環(huán)境日平均溫度為-11.2～2.7 ℃、最低溫度為-17.8 ℃)，堆肥6 周和8 周后死豬降解率分別為(93.6±3.5)%和(96.8±0.8)%，死豬僅剩下部分骨骼[17]。利用鋸末作碳源、自然環(huán)境中的土著菌發(fā)酵處理病死豬，中間不翻堆，180 d左右可以將病死豬降解到僅剩少量骨頭，經(jīng)采樣檢測(cè)豬瘟、藍(lán)耳病、圓環(huán)病毒、偽狂犬病等均為陰性，也未分離到病原菌[18]。

堆肥也可應(yīng)用于更大體形的牛尸上。將12具奶牛尸體與牛糞和沙土混合堆放，進(jìn)行露天堆肥，將每個(gè)奶牛置于厚約25～30 cm糞便和沙土混合物上面，然后再覆蓋上45～61 cm糞便和沙土的混合物，最終形成寬4.3～4.6 m、高1.8 m的堆體。期間降雨量為50.8 mm，此外沒(méi)有添加水分。堆肥開(kāi)始3 d后，溫度達(dá)到60 ℃。2 個(gè)月后，尸體降解(60～65)%，其中肉降解達(dá)90%。4 個(gè)月后，只發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)小骨頭(7至10 骨/胴體)。堆肥期間，堆體沒(méi)有進(jìn)行通風(fēng)，也不添加碳源。很明顯，如果添加水分、碳源及曝氣將會(huì)減少堆肥時(shí)間，但會(huì)增加生產(chǎn)者的勞動(dòng)和成本[10]。將16 具牛尸體(平均重約340 kg)置于秸稈層(40 cm)上，再覆蓋上糞便(160 cm)堆肥。在80 cm深度接種的大腸桿菌O157:H7、空腸彎曲菌和新城疫病毒，堆體快速升溫，55～65 ℃的高溫期持續(xù)超過(guò)35 d。7 d后已檢測(cè)不到大腸桿菌O157:H7和新城疫病毒；空腸彎曲菌在112 d內(nèi)被滅活。堆肥可以在應(yīng)急情況下作為無(wú)害化處理牛尸和糞便的有效手段[19]。

堆肥可作為處理感染朊病毒尸體的一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法[20-22]。實(shí)驗(yàn)室及大田堆肥條件下朊病毒降解情況表明，在野外條件下堆肥大幅降低朊病毒，可能是處理特定風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)SRM的一種可行方法[22]。

堆肥還可作為芽孢傳染性疾病傳播的生物控制手段[23]。將分別裝有蘇云金芽孢桿菌芽孢和地衣芽孢桿菌芽孢與無(wú)菌糞便的混合物(芽孢含量均為107CFU/g)的小瓶和多孔尼龍袋置于牛尸與糞便堆肥系統(tǒng)中，評(píng)估堆肥對(duì)炭疽桿菌芽孢(引起炭疽病)的影響。堆肥112 d后，小瓶和袋子中樣品兩種菌體的芽孢濃度均減少至102CFU/g，230 d后，小瓶中堆肥樣本已檢測(cè)不到地衣芽孢桿菌芽孢。

堆肥殺滅寄生蟲(chóng)及卵效果也非常顯著。對(duì)感染寄生蟲(chóng)的糞便持續(xù)堆肥20～25 d后,肉眼和顯微鏡下均檢測(cè)不到蟲(chóng)體和卵,對(duì)寄生蟲(chóng)體和蟲(chóng)卵有良好的殺滅效果[24]。

堆肥未來(lái)可能成為處理轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的方法[25]。將感染口蹄疫病毒的死豬與刨花、雞糞進(jìn)行堆肥，10 d口蹄疫病毒失去活性，21 d后完全降解，β-肌動(dòng)蛋白mRNA也被完全降解，標(biāo)志著堆體中尸體被降解[26]。用同樣方法對(duì)轉(zhuǎn)基因豬的尸體進(jìn)行堆肥，發(fā)現(xiàn)樣本中轉(zhuǎn)基因和線粒體DNA在堆肥腐熟后均被完全降解，殘留物中只檢出了部分骨頭片段[25]。

2.3 堆肥產(chǎn)物

堆肥可以殺滅大部分植物病原菌，對(duì)辣椒、西紅柿、秋葵和小麥?zhǔn)┯枚逊士梢砸种撇『?，如雪腐病及雜草的發(fā)生和生長(zhǎng)[27]，對(duì)于植物的生長(zhǎng)是安全和有益的。堆肥既解決了尸體的無(wú)害化處理問(wèn)題，生產(chǎn)出高檔有機(jī)肥料，例如可以作為花卉的底肥[28]。利用稻草和糞便等對(duì)豬尸體進(jìn)行堆肥處理在加拿大已經(jīng)開(kāi)始了商業(yè)化應(yīng)用，它是無(wú)害化處理和資源化利用的一種有效手段[19]，成為無(wú)害化處理和資源化利用的有效手段。

一般堆肥場(chǎng)的堆肥產(chǎn)品可作為林地、草地或綠地施用，也可作為土壤改良劑使用，畜禽動(dòng)物尸體堆肥產(chǎn)物主要是高檔有機(jī)肥，附加值較高，可用于經(jīng)濟(jì)作物如蔬菜和花卉等的底肥。

采用箱式自然通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行死雞好氧發(fā)酵證實(shí)發(fā)酵產(chǎn)品具有較高的N素含量，達(dá)16.19～17.92 g/kg[29]。死豬、豬糞和秸稈混合堆肥不少于6 周，堆肥溫度高于55 ℃的時(shí)間超過(guò)19 d，分解率達(dá)94%，有機(jī)質(zhì)含量47%～48%，全氮和全磷含量5.7%～6.4%[30]。用菇渣和煙末堆肥處理病死豬的衛(wèi)生指標(biāo)可以達(dá)到《NY525-2012有機(jī)肥料》及《GB18596-2001畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的標(biāo)準(zhǔn)，并且不僅簡(jiǎn)單、安全、環(huán)保，而且實(shí)現(xiàn)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展[31]。用鋸末作碳源堆肥處理病死豬，中間不翻堆，180 d左右可以將病死豬降解到僅剩少量骨頭，測(cè)其有機(jī)質(zhì)、總養(yǎng)分含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)NY525-2012，重金屬含量也符合標(biāo)準(zhǔn)，只有水分含量較高，經(jīng)干燥處理后即完全符合商品有機(jī)肥標(biāo)準(zhǔn)NY525-2012[19]。

堿化水解法(Alkaline hydrolysis)能有效殺滅病原體且操作方便，在美國(guó)越來(lái)越受到青睞。高堿度廢水可通過(guò)垃圾(低濕度，如庭院垃圾剪枝等)堆肥處理掉，美國(guó)佐治亞大學(xué)利用堿解法產(chǎn)生的廢水加入堆肥的試驗(yàn)表明，初始pH達(dá)9.39時(shí)并沒(méi)有抑制微生物活性[32]。

2.4 堆肥菌劑

在堆肥過(guò)程中通過(guò)加入分解有機(jī)物能力強(qiáng)的微生物菌劑，可提高初期堆料中有效微生物總數(shù)，加速堆肥材料的腐熟，有利于殺滅病原體、 蟲(chóng)卵和雜草種子等。堆肥專用復(fù)合菌劑的研究及應(yīng)用已成為加快堆肥腐熟化進(jìn)程、提高成品肥效、合理處理藥物殘留等問(wèn)題的有效手段。

目前，堆肥菌劑尤其高溫降解菌在畜禽糞便和城市生活垃圾等堆肥中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，且大量研究證明在堆肥中接種高溫菌劑可提高堆溫，促進(jìn)堆肥腐熟[33]。以枯草芽孢桿菌JBN001制備的單菌種發(fā)酵菌劑實(shí)現(xiàn)了病死豬只的有效降解。添加量為4 kg/1000kg病死豬，對(duì)病死豬降解效果良好，發(fā)酵產(chǎn)物的水溶性蛋白中己無(wú)大分子蛋白，其分子量低于6 kDa的多肽等物質(zhì)含量超過(guò)80%，所得降解產(chǎn)物的感官指標(biāo)和成分測(cè)定符合有機(jī)肥料的技術(shù)要求[33]。從鋸末和病死豬堆肥樣品中篩選獲得兩株高溫菌株，芽孢桿菌(Bacillusaestuarii)和嗜熱脫氮芽孢桿菌(Geobacillusthermodenitrificans)，可分別高效降解蛋白質(zhì)和脂肪，可以用于病死豬腐熟堆肥，且兩菌等體積混合后按0.6%添加量接種至病死豬堆肥中，能提高堆肥溫度，維持高溫時(shí)間，加快病病死豬的降解，從而有效殺滅病原微生物，達(dá)到無(wú)害化要求[34]。

3 小 結(jié)

堆肥法是符合我國(guó)國(guó)情的一種簡(jiǎn)單有效的處理方式，此方法在南方養(yǎng)殖區(qū)如四川、江西、廣西、海南等由于溫度較高效果較好，在北方通過(guò)增加保溫層、地暖或堆肥菌劑等措施，也可以有效地進(jìn)行。堆肥法堆漚時(shí)間較長(zhǎng)、處理能力有限，適合中小豬場(chǎng)或養(yǎng)殖戶采用，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，此法不僅可以處理死豬，而且可以和豬場(chǎng)糞便處理結(jié)合起來(lái)使用。一些規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)改用養(yǎng)殖場(chǎng)糞便無(wú)害化處理殘?jiān)婺拘?，既?jié)約購(gòu)買(mǎi)木屑的成本，又解決了養(yǎng)殖場(chǎng)的糞渣處理問(wèn)題，既節(jié)能又環(huán)保，同樣適于在較大規(guī)模的養(yǎng)殖場(chǎng)推廣和使用。

由于一些病原體很容易通過(guò)空氣傳播，所以最好是選擇現(xiàn)場(chǎng)堆肥病死畜禽。對(duì)于像禽流感病和口蹄疫等高度傳染性的病毒引起的死亡畜禽，更要優(yōu)先選擇現(xiàn)場(chǎng)堆肥處理，同時(shí)必須考慮預(yù)防措施，如在塑料管、容器內(nèi)或房屋內(nèi)堆肥以避免傳染。也要注意堆肥法的局限性，堆肥法不像焚燒和堿化水解法能殺死全部病原菌。對(duì)于一些能產(chǎn)生芽孢的細(xì)菌要格外重視，堆肥難以殺死芽孢，雖然有報(bào)道堆肥法可作為芽孢傳染性疾病傳播的生物控制手段[23]，但這方面的研究報(bào)道還不多，故處理感染芽孢細(xì)菌的畜禽尸體時(shí)要慎重，可優(yōu)先考慮別的方法比如堿化水解法或焚燒法，或者堆肥后再焚燒的方法；由朊病毒引起疾病的情況，如瘋牛病、羊癢病或慢性消耗性疾病而死亡的，也要格外慎重，堆肥不能夠完全殺滅朊病毒，也不能僅靠堆肥來(lái)處理這類染疫畜禽尸體，但是堆肥能減少朊病毒的50%，堆肥終產(chǎn)物可以進(jìn)一步高溫焚燒以殺滅朊病毒[8]，使用堆肥法處理可以減少風(fēng)險(xiǎn)和進(jìn)一步處理的成本，進(jìn)而可以降低總處理成本，美國(guó)已有這方面堆肥的經(jīng)驗(yàn)；對(duì)于堆肥處理轉(zhuǎn)基因動(dòng)物尸體，以后還應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究。

總之，堆肥法具有投資小、臭味小、不污染水源、能滅活病原、并能產(chǎn)生有價(jià)值的肥料產(chǎn)品且能在場(chǎng)進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，比較適于我國(guó)廣大種植區(qū)的死畜禽在場(chǎng)無(wú)害化處理，技術(shù)簡(jiǎn)單，成本低，應(yīng)進(jìn)一步研究和應(yīng)用。