死畜禽堆肥研究进展

张振玲，薛 忠，孙 朋，李云龙，顾开朗，徐海飞(.徐州生物工程职业技术学院 动物工程系，江苏 徐州 006; .中粮家佳康

(盐城)有限公司，江苏 盐城 224200)

近年来，我国生猪、家禽、羊的存栏量一直居世界首位[1]。在带来丰富的肉、蛋、奶等畜产品的同时，也产生大量废弃物，死畜禽就是除粪便外最主要的一种。数据显示，我国每年约产生7 千万具生猪尸体，约合2 00×104t左右的废弃物[2]，加上牛羊和家禽，数量更多。大量的畜禽尸体若处理不当会严重污染环境，甚至会带来食品安全问题，危害公共卫生安全。目前，我国死畜禽无害化处理方法主要有深埋法、焚烧法、堆肥法、化尸窖法、化制法和生物降解法等[3]。深埋法存在潜在的污染土壤和地下水风险，焚烧法可能释放二恶英等致癌物，化制法不能彻底杀灭疯牛病病原且成本较高，化尸窖对建设位置和建筑质量要求较高，易产生恶臭、血水，造成空气和地下水污染。堆肥法和生物降解法优势越来越明显，使用也越来越广。特别是堆肥法，技术简单、成本低廉，可以在场处理等优点而受到较多关注，被国内外学者公认为最具可行性的无害化和资源化处理方法。

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)和通风条件下，有机废弃物经自然界广泛存在的微生物(细菌、放线菌、真菌等)或商业菌株作用，发生降解并向稳定的腐殖质方向转化的生物化学过程[3]。

堆肥是处理固体废弃物较成熟的一种传统技术。家庭或小农场水平的堆肥使用已有几千年的历史，20世纪后期以来，越来越多的大型堆肥设施建立起来，以处理城市有机废物，特别是近年来，堆肥已被视为可持续的较有前途的废物处理方式[4]。堆肥是废弃物资源化处理的主要方向，目前国内外研究及应用均较多且对不同行业产业废弃物的堆肥化处理均有相应研究。

动物尸体堆肥(Animal carcasses composting)是将动物尸体置于堆肥内部，通过微生物的代谢过程降解动物尸体，并利用降解过程中产生的高温杀灭病原微生物，最终达到减量化、无害化、稳定化的处理目的[3]。优点：(1)可以现场进行；(2)能够灭活病原；(3)对环境的影响较小；(4)能产生有价值的肥料产品。缺点：(1)劳动强度大；(2)需要铺设垫层、防腐墙及防雨盖顶；(3)需要补充碳源(如草类、木屑、谷物秸秆等)；(4)受季节及气温的影响较大；(5)耗时过长。

死畜禽处理是畜牧生产中的难题之一，高温焚烧、化制法和碱水解法是目前欧盟处理死畜禽的主要方法[5]。堆肥主要在除欧盟外的国家使用[5-6]，在美国、加拿大和澳大利亚等许多发达国家得到认可，并有在大规模疫病暴发时应用于应急处理的实例[6]，是一种简单的实现资源循环利用的处理方法，20世纪80年代首先使用在禽类尸体的处理上，后又使用在猪以及牛等大型牲畜的尸体处理上。死畜禽堆肥合适的条件为碳氮比25∶40、温度45～66 ℃、含水率50%～60%、含氧量10%[7]。堆肥法目前在美国应用非常广泛，有43 个州规定可以在场使用堆肥处理死畜禽[8]。

2 死畜禽堆肥研究进展

2.1 死畜禽堆肥系统

死畜禽堆肥形式多样，依据维持堆体物料均匀及通气条件所使用的技术手段由简单到复杂分为条垛式、通气静态垛式、发酵仓式系统。按通风情况分为被动通风系统和强制通风系统。按照有无反应器分为开放式堆肥系统和反应器堆肥系统。

条垛式属于开放式系统，有一定局限性(占地大、周期长、易受天气影响、易散发臭气、污染环境等)，逐渐研究利用箱式堆肥系统处理死畜禽[7]。

仓式堆肥系统由堆肥仓、除臭仓、通风和温控等装置组成。曝气风机通过堆肥仓底部管道鼓风，除臭风机通过堆肥仓顶部管道将臭气抽排入除臭仓，除臭仓内存放腐熟的堆肥等生物除臭物质，利用装载机添加和移动堆肥物料，翻堆2～3次[9]。小型箱式也包括上述装置，由PVC板制成，外围设置保温层，侧面开采样口，箱盖上设置冷凝水排出孔及排气孔，通风装置由风机和分布于箱底的PPR材质通风管构成，通风管底部开设两排夹角为60度的小孔，通风管上面设置筛板以实现均匀布气和减少阻塞，采用时间继电器控制曝气风机开、关时间和便携式温度传感器检测堆肥温度[10]。仓箱式技术操作简便、设施使用年限长，不会污染地表水源和地下水，几乎可以杀灭所有的细菌、病毒，不会造成疫病传播，不论养殖场规模大小皆可采用。

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，占地小、可有效控制通风、水分和温度等因素、受外界环境影响较小、生物安全性好且可有效提高堆肥效率和产品质量，更具优势，有很好的应用前景[11]。既有简单的由托盘、木材或塑料及丝网组成的小型(迷你型)被动通风堆肥系统(一般最小为1.2 m×1.2 m×0.9 m，可以处理单个不超13.6 kg，共272 kg的小型动物如仔猪、兔子、鱼等的尸体)，好处是可以置于生产区且大小可订制；也有大型的旋转滚筒型(Rotating drum for carcass composting)系统(直径3 m、长15 m)[8]。

最近，美国又将最早用在禽流感引起的病死家禽处理上的被动通风塑料包装堆肥系统(A passively-ventilated plastic-wrapped composting system)经过试验和改进，在死畜禽无害化处理方面特别是在紧急情况下时有良好的应用前景[12]。

2.2 死畜禽堆肥效果

堆肥在一定情况下温度可达45～70 ℃并能持续数天，对于大多数病原菌以及杂草等植物种子都能够杀灭，能有效地减小被处理物的体积，且堆肥产物具有改良土壤的作用，在美国和加拿大等国应用越来越广泛。

禽类体型相对较小，动物尸体堆肥最早就是应用在禽类上，堆肥能有效灭活病原微生物并能迅速降解染疫禽尸。给8周龄雏鸡分别接种高致病性禽流感病毒(HPAIV)和减蛋综合征病毒(EDSV-76)，将接种HPAIV鸡的肺、气管和气囊，接种EDSV-76的鸡脾脏、盲肠扁桃体和法氏囊进行堆肥处理，10 d后，HPAV完全灭活，20 d后EDSV-76腺病毒完全灭活[13]；用木屑等作为填料与已感染新城疫病毒的死鸡堆肥，2 d后，经红细胞凝集试验已检测不到新城疫病毒(或新城疫病毒失活)，2 周后尸体软组降解率达97%，4 周后完全降解[14]。为300日龄的来杭鸡接种低病原性禽流感病毒，处死后与木屑和牛粪等填料堆肥，12 d后检测不到禽流感病毒RNA，鸡源线粒体生长激素(growth hormone，GH)基因片段减少99%以上[15-16]。

对于体形较大的猪进行堆肥，效果同样较好，只是处理时间更长。采用有效体积0.95 m3堆肥箱(5 cm厚保温层)、供以100 L/(m3·min)的通风率，对4.6～21.4 kg保育期死猪(每层3头死猪，总质量在28.0～30.0 kg)进行冬季堆肥处理，堆肥箱内温度3～5 d升到50 ℃以上(试验期间外界环境日平均温度为-11.2～2.7 ℃、最低温度为-17.8 ℃)，堆肥6 周和8 周后死猪降解率分别为(93.6±3.5)%和(96.8±0.8)%，死猪仅剩下部分骨骼[17]。利用锯末作碳源、自然环境中的土著菌发酵处理病死猪，中间不翻堆，180 d左右可以将病死猪降解到仅剩少量骨头，经采样检测猪瘟、蓝耳病、圆环病毒、伪狂犬病等均为阴性，也未分离到病原菌[18]。

堆肥也可应用于更大体形的牛尸上。将12具奶牛尸体与牛粪和沙土混合堆放，进行露天堆肥，将每个奶牛置于厚约25～30 cm粪便和沙土混合物上面，然后再覆盖上45～61 cm粪便和沙土的混合物，最终形成宽4.3～4.6 m、高1.8 m的堆体。期间降雨量为50.8 mm，此外没有添加水分。堆肥开始3 d后，温度达到60 ℃。2 个月后，尸体降解(60～65)%，其中肉降解达90%。4 个月后，只发现有几个小骨头(7至10 骨/胴体)。堆肥期间，堆体没有进行通风，也不添加碳源。很明显，如果添加水分、碳源及曝气将会减少堆肥时间，但会增加生产者的劳动和成本[10]。将16 具牛尸体(平均重约340 kg)置于秸秆层(40 cm)上，再覆盖上粪便(160 cm)堆肥。在80 cm深度接种的大肠杆菌O157:H7、空肠弯曲菌和新城疫病毒，堆体快速升温，55～65 ℃的高温期持续超过35 d。7 d后已检测不到大肠杆菌O157:H7和新城疫病毒；空肠弯曲菌在112 d内被灭活。堆肥可以在应急情况下作为无害化处理牛尸和粪便的有效手段[19]。

堆肥可作为处理感染朊病毒尸体的一种经济实用的方法[20-22]。实验室及大田堆肥条件下朊病毒降解情况表明，在野外条件下堆肥大幅降低朊病毒，可能是处理特定风险物质SRM的一种可行方法[22]。

堆肥还可作为芽孢传染性疾病传播的生物控制手段[23]。将分别装有苏云金芽孢杆菌芽孢和地衣芽孢杆菌芽孢与无菌粪便的混合物(芽孢含量均为107CFU/g)的小瓶和多孔尼龙袋置于牛尸与粪便堆肥系统中，评估堆肥对炭疽杆菌芽孢(引起炭疽病)的影响。堆肥112 d后，小瓶和袋子中样品两种菌体的芽孢浓度均减少至102CFU/g，230 d后，小瓶中堆肥样本已检测不到地衣芽孢杆菌芽孢。

堆肥杀灭寄生虫及卵效果也非常显著。对感染寄生虫的粪便持续堆肥20～25 d后,肉眼和显微镜下均检测不到虫体和卵,对寄生虫体和虫卵有良好的杀灭效果[24]。

堆肥未来可能成为处理转基因动物的方法[25]。将感染口蹄疫病毒的死猪与刨花、鸡粪进行堆肥，10 d口蹄疫病毒失去活性，21 d后完全降解，β-肌动蛋白mRNA也被完全降解，标志着堆体中尸体被降解[26]。用同样方法对转基因猪的尸体进行堆肥，发现样本中转基因和线粒体DNA在堆肥腐熟后均被完全降解，残留物中只检出了部分骨头片段[25]。

2.3 堆肥产物

堆肥可以杀灭大部分植物病原菌，对辣椒、西红柿、秋葵和小麦施用堆肥可以抑制病害，如雪腐病及杂草的发生和生长[27]，对于植物的生长是安全和有益的。堆肥既解决了尸体的无害化处理问题，生产出高档有机肥料，例如可以作为花卉的底肥[28]。利用稻草和粪便等对猪尸体进行堆肥处理在加拿大已经开始了商业化应用，它是无害化处理和资源化利用的一种有效手段[19]，成为无害化处理和资源化利用的有效手段。

一般堆肥场的堆肥产品可作为林地、草地或绿地施用，也可作为土壤改良剂使用，畜禽动物尸体堆肥产物主要是高档有机肥，附加值较高，可用于经济作物如蔬菜和花卉等的底肥。

采用箱式自然通风系统进行死鸡好氧发酵证实发酵产品具有较高的N素含量，达16.19～17.92 g/kg[29]。死猪、猪粪和秸秆混合堆肥不少于6 周，堆肥温度高于55 ℃的时间超过19 d，分解率达94%，有机质含量47%～48%，全氮和全磷含量5.7%～6.4%[30]。用菇渣和烟末堆肥处理病死猪的卫生指标可以达到《NY525-2012有机肥料》及《GB18596-2001畜禽养殖业污染物排放标准》的标准，并且不仅简单、安全、环保，而且实现可观的经济效益，变废为宝，实现经济可持续发展[31]。用锯末作碳源堆肥处理病死猪，中间不翻堆，180 d左右可以将病死猪降解到仅剩少量骨头，测其有机质、总养分含量远远高于有机肥标准NY525-2012，重金属含量也符合标准，只有水分含量较高，经干燥处理后即完全符合商品有机肥标准NY525-2012[19]。

碱化水解法(Alkaline hydrolysis)能有效杀灭病原体且操作方便，在美国越来越受到青睐。高碱度废水可通过垃圾(低湿度，如庭院垃圾剪枝等)堆肥处理掉，美国佐治亚大学利用碱解法产生的废水加入堆肥的试验表明，初始pH达9.39时并没有抑制微生物活性[32]。

2.4 堆肥菌剂

在堆肥过程中通过加入分解有机物能力强的微生物菌剂，可提高初期堆料中有效微生物总数，加速堆肥材料的腐熟，有利于杀灭病原体、 虫卵和杂草种子等。堆肥专用复合菌剂的研究及应用已成为加快堆肥腐熟化进程、提高成品肥效、合理处理药物残留等问题的有效手段。

目前，堆肥菌剂尤其高温降解菌在畜禽粪便和城市生活垃圾等堆肥中已经得到广泛应用，且大量研究证明在堆肥中接种高温菌剂可提高堆温，促进堆肥腐熟[33]。以枯草芽孢杆菌JBN001制备的单菌种发酵菌剂实现了病死猪只的有效降解。添加量为4 kg/1000kg病死猪，对病死猪降解效果良好，发酵产物的水溶性蛋白中己无大分子蛋白，其分子量低于6 kDa的多肽等物质含量超过80%，所得降解产物的感官指标和成分测定符合有机肥料的技术要求[33]。从锯末和病死猪堆肥样品中筛选获得两株高温菌株，芽孢杆菌(Bacillusaestuarii)和嗜热脱氮芽孢杆菌(Geobacillusthermodenitrificans)，可分别高效降解蛋白质和脂肪，可以用于病死猪腐熟堆肥，且两菌等体积混合后按0.6%添加量接种至病死猪堆肥中，能提高堆肥温度，维持高温时间，加快病病死猪的降解，从而有效杀灭病原微生物，达到无害化要求[34]。

3 小 结

堆肥法是符合我国国情的一种简单有效的处理方式，此方法在南方养殖区如四川、江西、广西、海南等由于温度较高效果较好，在北方通过增加保温层、地暖或堆肥菌剂等措施，也可以有效地进行。堆肥法堆沤时间较长、处理能力有限，适合中小猪场或养殖户采用，经过改进后，此法不仅可以处理死猪，而且可以和猪场粪便处理结合起来使用。一些规模养殖场改用养殖场粪便无害化处理残渣代替木屑，既节约购买木屑的成本，又解决了养殖场的粪渣处理问题，既节能又环保，同样适于在较大规模的养殖场推广和使用。

由于一些病原体很容易通过空气传播，所以最好是选择现场堆肥病死畜禽。对于像禽流感病和口蹄疫等高度传染性的病毒引起的死亡畜禽，更要优先选择现场堆肥处理，同时必须考虑预防措施，如在塑料管、容器内或房屋内堆肥以避免传染。也要注意堆肥法的局限性，堆肥法不像焚烧和碱化水解法能杀死全部病原菌。对于一些能产生芽孢的细菌要格外重视，堆肥难以杀死芽孢，虽然有报道堆肥法可作为芽孢传染性疾病传播的生物控制手段[23]，但这方面的研究报道还不多，故处理感染芽孢细菌的畜禽尸体时要慎重，可优先考虑别的方法比如碱化水解法或焚烧法，或者堆肥后再焚烧的方法；由朊病毒引起疾病的情况，如疯牛病、羊痒病或慢性消耗性疾病而死亡的，也要格外慎重，堆肥不能够完全杀灭朊病毒，也不能仅靠堆肥来处理这类染疫畜禽尸体，但是堆肥能减少朊病毒的50%，堆肥终产物可以进一步高温焚烧以杀灭朊病毒[8]，使用堆肥法处理可以减少风险和进一步处理的成本，进而可以降低总处理成本，美国已有这方面堆肥的经验；对于堆肥处理转基因动物尸体，以后还应加强这方面的研究。

总之，堆肥法具有投资小、臭味小、不污染水源、能灭活病原、并能产生有价值的肥料产品且能在场进行等优点，比较适于我国广大种植区的死畜禽在场无害化处理，技术简单，成本低，应进一步研究和应用。