奶牛场粪污资源化利用的“建兴生态模式”

童建军，张 眉，杨汉卿，姜建民，王 瑞，朱宝刚，王慧梓

1 陕西省畜牧技术推广总站，陕西西安 710016

2 陕西建兴奶牛繁育公司，陕西泾阳 713700

3 陕西省畜牧业协会，陕西西安 710016

0 引言

奶牛养殖业是畜牧业的重要支柱产业。“十三五”期间，我国奶牛生产规模化、集约化水平显著提升。2021年全国奶牛存栏1 000 多万头，牛奶总产3 000 多万吨，存栏百头以上的规模奶牛场占奶牛养殖比重近70%。规模化奶牛养殖对促进畜产经济发展，满足人民群众日益增长的生活需要，发挥着不可替代的作用。但规模奶牛场存在着粪污产生量和环保压力大的突出问题，据测算，每头奶牛（体重以500 kg计）每天排泄粪便约25 kg，尿液25～30 kg，加上挤奶厅冲洗，每头奶牛每天产生污水量40～45 kg[1]。牛场污水COD值高达2 000 mg/L，NH3-N在100 mg/L 以上[2]。研究奶牛场粪污无害化处理和资源化利用，探索适用于奶牛规模养殖的粪污资源化利用的模式和经验，从根本上解决养殖污染，是提高生产水平和经济效益的有效手段和方法，对促进我国奶业转型升级高质量发展，建设生态宜居新农村，助推乡村振兴具有重要的现实意义。

1 模式内容

陕西建兴奶牛繁育公司是一家集奶牛繁育、鲜奶生产和小麦良种培育的民营企业。该企业位于咸阳市泾阳县蒋路乡，现存栏奶牛2900 多头，日产鲜奶40 多吨。近年来，陕西省畜牧技术推广总站和陕西省畜牧业协会将其作为粪污资源化利用的试点单位，按照“谁污染、谁治理”的要求，本着“源头减量、过程控制、末端利用”的原则，深入研究，不断创新，成功探索出了以圈舍改造和发酵床养牛为核心，综合配套技术应用的规模奶牛场粪污资源化利用的“建兴生态模式”，走出了一条高效生产、治理污染、种养结合的可持续发展之路，为规模化奶牛场提供了一套可供借鉴的经验。

该公司创新的规模化奶牛场粪污资源化利用的“建兴生态模式”可以概括为“四化”，即源头严控减量化、圈舍改造一体化、发酵床体生态化、配套农田全消化。所谓“源头严控减量化”，是从场区的规划布局、生产工艺改进、饲料配方调整、疫病严格防控、单产水平提升等各个关键环节采取措施进行控制，达到单位乳品生产所产生的粪污、病死牛和医疗垃圾等废弃物量的最小化。“圈舍改造一体化”是将过去卧床与运动场分离的小型牛舍改造为大跨度活动屋面、卧床与运动场相结合的一体化连体式圈舍，在舍内修建发酵床替代卧栏和运动场。“发酵床体生态化”是将圈舍大部分空间改建成发酵床体，所产生的粪便通过发酵床中的微生物进行无害化处理，让牛在松软舒适、干净卫生的生态环境下躺卧反刍和悠闲活动。“配套农田全消化”是按照奶牛场粪污产生量流转了大量土地，使本场产生的粪污经无害化处理后能全部就地消纳得到利用。

2 工艺流程

如图1所示，该牛场的粪污主要产生于牛舍采食通道、挤奶厅和发酵床。采食通道的粪污，每天由专人用吸粪车清理，倾倒集粪池中。污水主要来自挤奶厅冲洗设备及地面等，通过地下管道流到集粪池。集粪池中的粪污通过干湿分离机进行干湿分离[3]。分离的固体粪便添加微生物菌种堆肥发酵后回填发酵床。奶牛排放在床体的粪尿和回填的固体粪便同发酵床的垫料一起进行好氧发酵处理。发酵床发酵的粪便节段性部分出粪，再在陈化车间进行陈化（厌氧有氧交替发酵）。经陈化发酵好的有机肥施到农田。分离出的污水进入沼气工程进行处理，沼气工程产生的沼渣用作还田，产生的沼气供场内做饭烧水和取暖等[4]。沼气工程发酵后的污水再经过氧化塘曝气后，兑水浇灌农田。

图1 奶牛场粪污资源化利用工艺流程示意图

3 经验措施

3.1 改造圈舍打基础

2016年，该公司奶牛场负责人和技术人员考察了其他牛场活动屋面圈舍受到启发，将原来舍内采食、躺卧与舍外配套露天运动场的小型圈舍改扩建为新型的集采食、躺卧结合的一体化连体式大圈舍（图2），其中成年牛舍10 栋、犊牛舍3 栋。圈舍采用框架结构和钢构材料，四周设置1.5 m高的钢管围栏。屋面为双坡式彩钢板屋面。每面屋面由上、下两部分组成，下半面固定，上半面做成可以开合的活动屋面。以电动机传动丝杠旋转，丝杠移动屋面，可根据天气情况开启，使阳光照射在牛床上。屋顶高15 m，两边檐高6 m；圈舍长200 m；成年牛舍宽70 m，犊牛舍宽60 m。圈舍内为双列式布局，中间是饲喂通道，宽5.5 m，便于大型机械操作。饲喂通道两边是采食通道，宽3 m，便于吸粪车操作[5]。采食通道上配套喷淋和风扇等降温设施。在采食通道与沿墙中间留有发酵床体位置，发酵床的立柱上安装风机。在圈舍之间栽植落叶乔木、种植草坪等，进一步绿化环境（图3）。

图2 一体化连体式大圈舍

图3 圈舍之间的绿地

3.2 采用发酵床养牛

3.2.1 发酵床制作

发酵床体为通体式，便于机械翻抛和出粪。长198 m、深0.6 m，成年舍宽60 m、犊牛舍宽50 m。地面用三合土夯实，四周用混凝土浇筑。在第一次床体垫料制作时，先将干湿分离的固体粪便与适量稻壳、菌棒渣等混合，含水量控制在50%～60%（以手紧握垫料能成团，松手抖动能散开，手心无明显水珠为宜）。添加枯草芽孢杆菌等复合菌种，采取好氧堆肥发酵后，填充到床体中，高度与床体上沿平。用发酵床替代卧床和运动场，奶牛除采食和挤奶外，大部分时间都在发酵床上安逸地躺卧和活动，所产生的大部分粪尿通过床体微生物好氧发酵得到处理（图4）。

图4 发酵床替代卧床和运动场

3.2.2 日常管理

泌乳牛在挤奶时，由专人用吸粪车清除采食通道粪污，用旋耕机对牛床翻抛。其他牛在躺卧时清除采食通道粪污，采食时翻抛床体。床体翻抛时，注意将新排粪尿与床体垫料翻抛均匀，避免局部湿度过大，粪量过多而发酵不充分。同时，根据季节、天气变化和床体垫料水分含量开启屋面、风扇或喷淋洒水，保持垫料湿度在50%～65%。严格控制发酵床的载畜密度，泌乳牛每头不少于20 ㎡，育成牛每头不少于15 ㎡。

3.2.3 出粪管理

第一次出粪时间为床体应用3年时，以后可根据床体粪量多少和施肥季节出粪。每次出粪时，注意采用隔断式条沟出粪，每次出粪量为床体粪量的1/5～1/3，出粪后将床体翻抛均匀，整理平整，有效保留微生物菌种，循环使用。

3.3 源头控制减产出

在废弃物源头减量化产生方面，一是通过对场区规划布局调整，将净、污道分设，雨、污水分流，大幅度减少了污水产生。二是通过圈舍改建，将大面积的露天运动场移到室内，大幅度减少了运动场因下雨产生的粪污量。三是采购两套先进的牛乳头刷，实现一次性完成清洗、擦干、前刺激和前药浴工作，大大减少了奶牛在挤奶环节乳房清洗、冲刷等用水量及纸巾（毛巾）等消耗品，减少牛场废弃物产生量。四是通过加强育种工作、调整饲料配方、改善环境卫生、强化疫病防控等综合措施，减少甲烷气体产生，提高单产水平和减少发病率，达到单位乳品生产废弃物产生最小化的目标。

3.4 过程处理无害化

该场购置2 台吸粪车每天对采食通道的粪污及时清理，购置了3 台组合式螺旋挤压干湿分离机，对粪污进行干湿分离。分离的固体粪便和奶牛排泄在发酵床上的粪污都经微生物进行有氧发酵。由于粪污在第一时间及时清理和处理，有效抑制了空气中的野生菌发酵而产生氨气、硫化氢、吲哚等有害物质，阻止了氮元素的流失，并使粪污中蛋白等大分子物质得到降解，使农作物更易吸收，提高了肥效。在有氧发酵的过程中，内部温度可达到60～70 ℃，能有效杀死致病微生物和杂草种子等。该场修建了1 300 m3的沼气池和20 000 m3氧化塘，分离的污水经过沼气工程发酵和氧化塘曝气，有效降低了COD值，到达灌溉要求。

3.5 流转土地全消纳

为了能使本场产生的粪污在处理后能全部消纳，该公司在原流转400 亩农田的基础上又流转了120 亩农田，并铺设了2 000 m的沼液输送贮存管网。同时，将原种植的多年生苜蓿调整为一年两季种植小麦和青贮玉米，大大提高了农田的需肥量，实现了本场粪污能够就地全部消纳。同时，种植的青贮玉米和小麦秸秆全部用作奶牛的粗饲料，真正实现了种养结合、资源利用、循环发展（图5）。

图5 流传土地种植农作物消纳粪污

4 应用效果

4.1 生产水平不断提升

一是养殖规模扩大。该模式的应用，解决了牛卧栏数量限制养殖数量发展的问题，在场区面积不变的情况下，多养牛成为现实。该场奶牛存栏和牛奶日产量从2016年的1 500 头和18 吨分别增加到2022年的2 900 头和40 吨，生产规模不断扩大。二是生产效率明显提高。牛舍改造前一个饲养员可管60～70 头牛，改造后一个饲养员可管500 头泌乳牛或600 头青年牛。三是生产水平明显提升。奶牛平均日单产从2016年的30 kg/头提升到2022年的39.5 kg/头。犊牛日增重从480 g/d提高到900 g/d以上。该场被陕西省畜牧技术推广总站和农业农村部分别授予为奶牛养殖转型升级高质量发展示范场和部级奶牛规模养殖标准化示范场。

4.2 疾病得到有效控制

采用吸粪车清理粪污，避免了刮粪板对奶牛肢蹄的伤害。奶牛乳房炎和肢体病发病率明显下降，成年母牛每年的药费由改造前的100 元/头降至改造后的30 元/头。犊牛断奶成活率从89%提高到95%[5]。

4.3 乳品质量得到提高

发酵床的应用，使奶牛所处环境得到极大改善，有效降低了乳房炎等疾病发生，乳品质量明显提高。据陕西省奶牛DHI中心测定分析，该场牛奶平均体细胞数和细菌总数从2016年的32 万个/mL和5 万个/mL以上[6]，下降到2022年的20 万个/mL和1 万个/mL以下；平均乳蛋白率和乳脂率从2016年的3.1%和3.2%[6]提高到2022年的3.2%和3.8%。该场先后被陕西省奶牛DHI中心和中国奶业协会授予为DHI技术应用示范牛场和“学生饮用奶奶源基地”。

4.4 经济效益不断提升

鲜奶销售收入从2016年的2 325 万元增加到2021年的5 168 万元；出售母牛和小公牛的收入由2016年的120 万元和80 万元增加到2021年的365 万元和210 万元。每年有机肥替代了10 万元的化肥投入。由于土壤有机质含量高，小麦种子饱满，出芽率高苗情好，赢得了种子公司长期购销合同。生产的小麦种子亩产500 kg，不仅产量高，而且具有明显的价格优势。种植的青贮玉米比当地同类玉米田亩产多0.8～1.0 吨。

4.5 生态环境持续改善

该场粪污资源化利用生态模式的应用，粪污采取干湿分离、好氧发酵；污水经过沼气发酵和氧化塘曝气，达到无害化处理，彻底解决了废弃物的污染问题，场区及周边生态环境持续改善。过去粪便乱堆、污水四溢、苍蝇横飞、臭气熏天的状况得到彻底改观。走进现在的牛场，绿树掩映、布局合理，牛舍整齐有序、床体松软舒适、牛体洁净如洗，奶牛在发酵床上愉悦地躺卧或悠闲地活动，员工在岗位上快乐地工作，呈现出一幅人与自然和谐的美丽画卷。