羊粪资源化利用的研究进展

朱云芬，李 蓉，向极钎，陈潇飞，谭德俊，王国贵，马 进

（1.恩施土家族苗族自治州农业科学院，湖北 恩施 445002；2.湖北省富硒产业技术研究院，湖北 恩施 445002；3.恩施清江生物工程有限公司，湖北 恩施 445002；4.恩施市禾阳农牧专业合作社，湖北 恩施 445002）

随着市场经济体制改革不断深化，中国畜牧业呈现持续、稳定、健康发展的景象，规模化、产业化、集中化养殖水平得到显著提高，且超越美国和欧洲成为目前世界上最大的畜禽养殖国，向世界输送了大量优质的肉蛋奶等畜禽产品，推动了农村经济发展。然而，经济的高速发展也带来一系列不可避免的问题，成千上万吨养殖废弃垃圾未能得到有效处理和利用，成为危害环境、破坏生态系统的污染源。与此同时，国务院办公厅印发了《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》，指出将促进畜禽废弃物“减量化、无害化、资源化”的综合研究利用作为重点，加速构建种养结合、农牧循环的可持续发展新格局，为全面建成小康社会夯实基础。

草食畜牧业是建设现代畜牧业的重要组成部分。近年来，为促进草食畜牧业又快又好发展，保障优质安全草食畜产品有效供给，促进畜牧业结构调整和转型升级，加快现代畜牧业建设，农业农村部（原农业部）印发了《全国草食畜牧业发展规划（2016—2020年）》的通知，全国各地政府也相继出台一系列扶持措施，如增加补贴、给予奖励、加大投资力度等［1］。这些举措推动了各地草食畜牧业的升级和转型。然而从整体来看，草食畜产品供应缺口大，仍处于供不应求的阶段，并且高品质乳产品及优质牛羊肉存在产量小、产品结构单一、价格虚高且产品品质得不到保障等问题，难以满足消费者差异需求。据统计，2017年中国羊存栏总数达30 231.67万只，同比增长1.01%；出栏总数31 218.4万只，同比增长1.71%。2003—2016年，全国羊场总数量从2 860.38万个下降至1 557.15万个，下降了45.56%，并且羊场规模在100只以上的占比也从0.60%上升至3.16%。这些数据表明，中国养羊业目前正朝着规模化、集中化优化发展，随之而来的则是大规模养殖带来的畜禽粪污问题。据统计报道，早在2000年，国内养殖所产生的畜禽粪便等废弃物达到27亿t；到了2018年，高达38亿t；2020年时，全国产生42.44亿t的畜禽粪便废弃物［3］。畜禽粪污是由碳、氢、氧、磷、氮等元素组成的有机废料，这些废料若不予以处理直接排放就会成为污染，如果将其加以转化，这些碳、氢、氧、磷、氮就变成了能够二次利用的营养及能量元素。目前，中国对养殖粪便废弃物的利用率还不及60%，这也就意味着，每年约有15.2亿t的含大量致病菌、寄生虫卵、重金属等有毒有害物质的未经处理的畜禽粪污排泄到农田、江河湖海等生态系统，不仅破坏了生态环境，随着食物链的发展，更会危害人类自身健康。畜禽养殖废弃物已经成为中国最主要的农业污染源之一［4］。羊粪尿属于营养成分含量较高的畜禽粪污，其中含有大量未被消化吸收的纤维素和半纤维素等物质。因此，遵循国务院“关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用”的粪污治理原则，开展对羊粪资源化综合利用、促进农业可持续发展的研究具有重要实践意义。本研究综述了羊粪的营养价值、多种利用途径及其优点和弊端，以期为羊粪的利用提供新思路。

1 羊粪的营养价值

羊粪外观呈黑色颗粒状，粪质细腻，肥质浓密，是一种热性粪料。经测定，羊粪中蛋白质含量约为4.10%～4.70%，且有机物占24.00%～27.00%，氮0.70%～0.80%，磷0.45%～0.60%，钾0.40%～0.50%［5］。其营养价值高于猪粪和牛粪，仅次于禽粪，是作为肥料的优质原料。然而未经处理的羊粪适口性差，且含有大量的残留药物（抗生素）、病原菌、重金属（铜、汞、铅）以及寄生虫卵等，如果直接作为肥料施入田中会对水源、空气以及土壤造成污染。

2 羊粪资源化利用的处理途径

2.1 羊粪肥料化

羊粪最常见的利用方式就是转化成为有机肥，且无害化处理成有机肥有两种方式，分别是干燥法和堆肥法。

2.1.1 羊粪干燥法 羊粪的干燥即通过自然光照风干或人工烘干使得新鲜羊粪中含水量降低至18%以下［6］。干燥法操作简单方便，成本低廉且生产效率高；但该方法生产出来的羊粪肥中会含有虫卵、杂草种等有害物质，干燥过程中也会产生氨气等有害气体污染环境。此外，羊粪营养成分含量高，如直接施入田中可能使农作物营养过剩，最终造成农作物徒长、倒伏、烧苗等危害。

2.1.2 羊粪堆肥法 堆肥法是中国历史悠久的处理各类畜禽粪污的手段之一。该方法是在人为控制发酵温度、水分及通风条件下，凭借粪污内自身含有的细菌、真菌等微生物或者人为添加菌剂，依靠其高温发酵使畜禽粪便内的有机物分解，进一步降解为稳定化、无害化的腐殖质的生物学过程［7］。在羊粪堆肥腐熟的过程中，不稳定的有机质被微生物转化为稳定的、能够直接被植物根系吸收利用的养分，且发酵过程所产生的高温杀死了粪便中的致病菌、虫卵和杂草种子，这样施入田中能减少杂草和害虫的滋生，不仅是一种优良的土壤调理剂，更是一种丰厚的有机肥［8］。同时生物堆肥发酵还具有运行成本低、二次污染小等特点，是羊粪无害化处理较为理想且有效的方式之一。

堆肥处理根据发酵过程中微生物对氧气的需要量分为好氧堆肥和厌氧堆肥［9］。好氧堆肥又称为高温堆肥，是指微生物在氧气充足的环境下对羊粪进行发酵分解。好氧堆肥相较于厌氧堆肥［10］羊粪的发酵更加完全，效果更好，腐熟时间少、周期短，而且有害气体产生量少，异味小。综上来看，现代堆肥优化处理工艺中好氧堆肥是更好的选择。

2.2 羊粪饲料化

追溯到明代时期，徐光启在《农政全书》中记载有将畜禽粪便用于喂养鱼类。陈建兴等［3］研究将驴粪作为黄粉虫的饲料，能节约常规饲料。羊因其特殊的反刍消化结构，饲料经过其代谢吸收被排出体外后仍含有一些营养成分。据测定，风干羊粪的蛋白质含量为4.10%～4.70%，还含有一定量的粗脂肪、粗纤维、B族维生素等养分，经过适当的加工处理之后羊粪也能被二次利用作为畜禽饲料。然而，畜禽粪便饲料化利用目前还存在许多问题，如粪便中恶臭如何吸附、病原微生物需要灭活、残留抗生素及有毒重金属必须消除等［11］。综合来看，将羊粪转变为无害化并符合饲料卫生标准的饲料资源程序复杂、难度较大且成本高，因此羊粪饲料化如果需要普遍推广应用仍需要更进一步的研究［12］。

2.3 羊粪能源化

羊粪能源化是指利用羊粪厌氧发酵产生沼气，具体指羊粪、农作物秸秆和杂草等有机物在适宜的水分、温度和厌氧条件下，通过各类微生物的分解代谢，最终形成甲烷和二氧化碳等可燃性混合气体的过程［13］。中国被称为沼气之乡，粪便沼气化在国内已有几十年的发展历史，厌氧发酵技术也较为成熟，羊粪沼气化不仅能解决对羊粪的利用问题，还能消耗种植废弃物秸秆，而且所产生的沼气、沼液及沼渣都属于农村可再生资源［14］。沼气能作为能源用于发电、燃烧等。沼液和沼渣含有丰富的有机质、腐殖酸、粗蛋白、氮、磷、钾等微量元素，能起到很好的改良土壤作用，更是一种优质的有机灌溉肥料及鱼类养殖饵料［15］。随着中国农村地区沼气工程建设的推进，粪污+秸秆发酵所生产的沼气为人民群众提供了一种更加清洁和优质的可再生能源，在粪污再利用、改造能源结构和发展循环经济方面起到了重要作用。

2.4 羊粪的新型利用方式

羊粪除了肥料化、饲料化和能源化等常见的利用方式，随着现代研究的不断深入，现在也有了新型处理模式。

2.4.1 羊粪蚯蚓混合堆肥 蚯蚓堆肥是将传统的自然堆肥方法与新型现代的生物处理相结合，通过蚯蚓自身消化代谢以及微生物的分解作用对粪便等有机废弃物进行降解，最终得到蚯蚓和蚯蚓粪有机肥［16］。蚯蚓属于优质蛋白饲料，富含23种氨基酸，可作为水产、禽类等动物的蛋白补充剂。而且蚯蚓中含有多种抗体，在医药方面有广泛应用研究［17］。蚯蚓粪是一种黑色、质地轻、肥分高、营养全面且比表面积和孔隙率很高的均匀颗粒状固体，具有很好的孔性、通气性和排水性，能有效地改善土壤结构、提高土壤肥力，是优质的土壤改良剂。同时，蚯蚓粪还含有丰富的有益微生物，对于畜牧业养殖所产生的臭气具有高效的吸附作用，减少大气污染。由此看来，利用蚯蚓处理羊粪，不仅解决了羊粪便污染问题，还得到了蚯蚓和蚯蚓粪这些优质副产品，安全环保、经济效益高，是一种新型的农牧业循环模式及循环经济体系。

2.4.2 羊粪生产食用菌 羊粪含有丰富的有机质和N、P、K等元素，混合一定的辅料发酵之后是生产食用菌的优质培养料。利用畜禽粪便和农作物秸秆等栽培食用菌不仅是对农业废弃物资源化利用，且生产出高营养价值和经济效益的食用菌，栽培后的菌渣还能还田作肥料，真正实现了资源的多层次循环利用。任爱民［18］研究发现，用麦草羊粪培养料栽培双孢蘑菇有出菇早、产量高且品质好的优点。毛伟娟［19］利用牛粪和大蒜秸秆等农村固废生产食用菌，每平方米菇床可生产8 kg双孢蘑菇，同时利用约11 kg干牛粪、77 kg鲜牛粪，一年就可消化770 t鲜牛粪。雅梅［20］用干羊粪和禾草堆肥发酵制作菌菇培养料，因羊粪中含有一些杀菌物质，与其他粪肥发酵制作的培养基相比较，羊粪培养料污染和生虫的概率更低。杨菁等［21］应用猪粪分离渣代替木屑进行毛木耳的栽培试验发现，猪粪分离渣和木屑所生产毛木耳的营养价值并无显著差异。综上所述，利用畜禽粪便发展循环农业，栽培食用菌目前取得了比较显著的效果。然而食用菌菌丝在培养料中吸收了自身所必需的碳、氮、钾、磷、硫、钙等元素的同时，也吸收了砷、铅、汞、镉等重金属，食用菌对重金属的富集作用可能存在食用安全隐患。因此，用羊粪培养食用菌还需要更加深入的研究。

2.4.3 羊粪生物炭吸附重金属 将羊粪进行烘干、粉碎处理，过筛之后，在马弗炉700℃下碳化2.5 h，即得到羊粪生物炭（SMB）［22］。制得的SMB属于新型、高效、可再生资源的生物炭吸附剂，能起到清洁水源和土壤、过滤和吸附重金属的作用［23］。研究表明，SMB对水溶液中Pb、Zn、Cd和Cu重金属均能有效吸附，在适宜条件下（控制pH），能接近100%的吸附率［24］。同时，SMB还是溶液或土壤中NH4+、NO3-、PO43-的优良吸附剂，将SMB作为有机肥施入土壤后能吸附多种离子，进而减少氮、磷的淋溶损失，提高土壤肥力，是一种优良的土壤改良剂［25，26］。有研究表明，竹生物炭（BB）的含量对羊粪便混合堆肥过程中气体排放、发酵成熟度和微生物结构及多样性变化均有显著影响［27，28］。

3 小结及展望

随着国家对草食畜牧业发展的大力支持，羊粪的资源化和无害化综合利用是养殖业和生态环境平衡发展的必然选择。对于养殖场而言，羊粪的无害化处理是保护生态环境的第一步，进而对其资源化综合利用、变废为宝，产生经济效益才能促使养殖业健康、持续发展。羊粪含有丰富的有机质和微量元素，是能被植物、动物重复利用的优质生物能源。如何充分利用羊粪中的营养成分，减少致病菌、虫卵及重金属的危害，是羊粪综合利用的重点问题。相信随着羊粪微生物发酵及有毒有害重金属处理技术等加工工艺的不断完善，羊粪的资源化利用将会得到更加深入的研究与应用，羊粪在畜牧业生产中也会得到更加广泛应用。