羅 帥，孫志民，袁巧霞，鐘 波，李青江

1 山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250100

2 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖北武漢 430070

0 引言

近年來養(yǎng)殖業(yè)呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢，根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局《中國統(tǒng)計(jì)年鑒2020》[1]公布的數(shù)據(jù)，2019年我國牧業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到3.31 萬億元，占農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值的26.67%，同比2018年提高1.40 個(gè)百分點(diǎn)；牛的頭數(shù)在2019年底超過0.91 億頭；牛奶年產(chǎn)量已超過3 200 萬噸。隨著奶牛養(yǎng)殖規(guī)模的增長，規(guī)?；⒓s化成為奶牛養(yǎng)殖業(yè)的顯著發(fā)展趨勢。如何及時(shí)有效處理規(guī)模化養(yǎng)殖場的奶牛糞污成為一個(gè)普遍關(guān)注的問題。

蚯蚓是一種古老的生物，對促進(jìn)地球物質(zhì)循環(huán)具有重要的生態(tài)作用，被Stewart稱作“了不起的地下工作者”[2]，蚯蚓生物堆肥被認(rèn)為是一種環(huán)境友好型的作物增產(chǎn)方式[3]。長期以來，蚯蚓在生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)中起到了重要的推動作用。近些年來，蚯蚓生物堆肥在畜禽糞污的處理中展現(xiàn)出巨大的潛力[4]，奶牛糞作為公認(rèn)的適于蚯蚓生物堆肥的原料，也是目前使用最為廣泛的原料，其價(jià)值也得到重視。本文從可行性、處理工藝流程及處理效益等方面對奶牛糞蚯蚓生物堆肥技術(shù)模式進(jìn)行分析，以期為畜禽廢棄物處理研究人員、相關(guān)養(yǎng)殖企業(yè)提供參考。

1 奶牛糞蚯蚓生物堆肥技術(shù)模式可行性分析

1.1 技術(shù)需求分析

近年來，國務(wù)院和國家部委、地方各級主管部分相繼印發(fā)《農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳、生態(tài)環(huán)境部辦公廳關(guān)于促進(jìn)畜禽糞污還田利用依法加強(qiáng)養(yǎng)殖污染治理的指導(dǎo)意見》（農(nóng)辦牧〔2019〕84號）、《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見》（國辦發(fā)〔2020〕31號）、《“十四五”全國農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》（農(nóng)規(guī)發(fā)〔2021〕8號）等政策文件，支持持續(xù)開展畜禽糞污資源化利用整縣推進(jìn)，建設(shè)糞肥還田利用種養(yǎng)結(jié)合基地，推進(jìn)綠色種養(yǎng)循環(huán)，推行畜禽糞便低成本、機(jī)械化、就地就近還田。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳、生態(tài)環(huán)境部辦公廳聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步明確畜禽糞污還田利用要求強(qiáng)化養(yǎng)殖污染監(jiān)管的通知》（農(nóng)辦牧〔2020〕23號）中提出，鼓勵(lì)畜禽糞污還田利用，明確還田利用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，糞污經(jīng)無害化處理后還田利用具體要求及限量應(yīng)符合《GB/T 36195—2018 畜禽糞便無害化處理技術(shù)規(guī)范》和《GB/T 25246—2010 畜禽糞便還田技術(shù)規(guī)范》，糞污經(jīng)處理后向環(huán)境排放的，應(yīng)符合《GB 18596—2001 畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》和地方有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)。低成本高效益的畜禽糞污處理方式成為養(yǎng)殖業(yè)的迫切需求。

1.2 處理量及產(chǎn)物可用性分析

蚯蚓生物堆肥對牛糞的處理量要滿足奶牛場生產(chǎn)需求。根據(jù)相關(guān)研究測算[5]，育成期奶牛糞便產(chǎn)生量為13.85 kg/天·頭，成年期奶牛糞便產(chǎn)生量為32.84 kg/天·頭。按照育成期奶牛和成年期奶牛比例為4∶6計(jì)算，存欄1 000 頭的奶牛養(yǎng)殖場每天產(chǎn)糞量如下。

新鮮奶牛糞容重按1.01 g/cm3計(jì)算[6]，每天產(chǎn)生牛糞總體積為25.49 m3。按單個(gè)養(yǎng)殖舍長度100 m計(jì)，每一養(yǎng)殖舍養(yǎng)奶牛100 頭，共需10 個(gè)養(yǎng)殖舍。蚯蚓生物堆肥床沿養(yǎng)殖舍布置，物料堆放寬度1.5 m，每天產(chǎn)生的奶牛糞平均鋪放在蚯蚓生物堆肥床上，堆積高度約為1.7 cm。正常蚯蚓每天采食量約為蚯蚓自身體重。按堆肥床內(nèi)蚯蚓活體平均生物量20 kg/m3計(jì)，每天預(yù)計(jì)可處理牛糞30 t，可以滿足每天牛糞處理需求。

奶牛糞蚯蚓生物堆肥處理的主要產(chǎn)物為蚯蚓糞和蚯蚓。蚯蚓糞的用途之一是作為有機(jī)肥料再利用。2021年6月開始實(shí)施的《NY/T 525—2021 有機(jī)肥料》，對商品有機(jī)肥料的技術(shù)指標(biāo)和限量指標(biāo)作了規(guī)定。商品有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)要求與牛糞過腹處理蚯蚓糞指標(biāo)值對比見表1。對比蚯蚓過腹處理牛糞蚯蚓糞的各項(xiàng)指標(biāo)，基本滿足商品有機(jī)肥料的基本要求，經(jīng)過適當(dāng)加工可以滿足有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 商品有機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)要求與牛糞過腹處理蚯蚓糞指標(biāo)值對比

獲得的蚯蚓可以作為魚餌、中藥材等使用。為規(guī)范飼料原料生產(chǎn)、經(jīng)營和使用，保障養(yǎng)殖動物產(chǎn)品質(zhì)量安全，原農(nóng)業(yè)部于2012年制定了《飼料原料目錄》（中華人民共和國農(nóng)業(yè)部公告 第1773號），此后又經(jīng)過多次修訂。該目錄明確了蚯蚓粉（蚯蚓經(jīng)干燥、粉碎的產(chǎn)品）可以作為飼料原料使用。

2 奶牛糞蚯蚓生物堆肥處理模式工藝流程

2.1 總體規(guī)劃

以1 000 頭規(guī)模奶牛場為例，其奶牛糞蚯蚓生物堆肥處理模式總體規(guī)劃如圖1。養(yǎng)殖舍兩側(cè)為奶?；顒訁^(qū)域，中間為工作通道；兩相鄰養(yǎng)殖舍之間改造為蚯蚓養(yǎng)殖床，中間設(shè)置有排水溝。養(yǎng)殖舍兩側(cè)奶牛糞污排入到蚯蚓養(yǎng)殖床中，經(jīng)蚯蚓生物過腹轉(zhuǎn)化之后成為蚯蚓糞，蚯蚓糞及蚯蚓經(jīng)分離后進(jìn)一步利用。該總體規(guī)劃充分利用該養(yǎng)殖規(guī)模條件下典型奶牛養(yǎng)殖場的場地和技術(shù)條件，適于大部分養(yǎng)殖場參考借鑒。

2.2 一般工藝流程

蚯蚓生物堆肥處理奶牛場牛糞的一般工藝流程如圖2。奶牛養(yǎng)殖中產(chǎn)生的糞污經(jīng)收集后由牛糞布料機(jī)均勻撒布到蚯蚓生物堆肥床上，根據(jù)需要可噴灑好氧堆肥菌劑，經(jīng)蚯蚓過腹處理后得到蚯蚓糞，蚯蚓和蚯蚓糞經(jīng)分離裝置分離。蚯蚓根據(jù)生產(chǎn)需要，經(jīng)適當(dāng)處理用作魚餌，亦可進(jìn)一步加工可以作為飼料原料、中藥材，提取超氧化物歧化酶用作化妝品原料等用途。

圖2 奶牛糞蚯蚓生物堆肥處理一般工藝流程

該工藝可滿足奶牛場養(yǎng)殖糞污的再利用需求，實(shí)現(xiàn)綠色農(nóng)業(yè)種養(yǎng)循環(huán)。此外，還有更多可能的循環(huán)途徑，如蚯蚓糞作為自積自造自用有機(jī)肥，種植奶牛養(yǎng)殖粗飼料；蚯蚓糞經(jīng)精加工制成商品有機(jī)肥料作為產(chǎn)品出售等。蚯蚓糞可以提供植物容易吸收的營養(yǎng)物質(zhì)，調(diào)節(jié)植物生長和土壤微生物菌群[11]，改良土壤[12]，緩解作物連作障礙，控制土傳病害，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[13]。

2.3 注意事項(xiàng)及關(guān)鍵點(diǎn)

目前蚯蚓規(guī)?；B(yǎng)殖所用到的主要品種為赤子愛勝蚓（Eisenia fetida），20世紀(jì)70年代從日本引進(jìn)我國后商品名為“大平2號”，是一種適合于人工養(yǎng)殖的優(yōu)良品種。選用其他蚯蚓種前要充分考察所選蚯蚓種適應(yīng)性，蚯蚓種引進(jìn)之后先進(jìn)行3～5 天的試樣，未出現(xiàn)異常狀況再進(jìn)行大規(guī)模養(yǎng)殖。養(yǎng)殖過程中可以添加少量秸稈以調(diào)節(jié)碳氮比（C/N），并注意控制含水率，必要時(shí)對原料進(jìn)行堆置、調(diào)節(jié)pH值等預(yù)處理后再進(jìn)行使用。

3 奶牛糞蚯蚓生物堆肥處理模式效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

養(yǎng)殖場前期投入主要為蚯蚓生物堆肥床的改造投入。運(yùn)行過程中的蚯蚓生物堆肥所獲得的產(chǎn)物主要為蚯蚓糞及蚯蚓，兩者均有較大的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)目前活體蚯蚓市場價(jià)格20 元/kg計(jì)算，成年蚯蚓產(chǎn)量以100 kg/m2·年，養(yǎng)殖場采用蚯蚓生物處理奶牛糞污投入產(chǎn)出分析見表2。

表2 蚯蚓生物堆肥處理奶牛糞污模式投入產(chǎn)出分析

當(dāng)年總投入共計(jì)277.00 萬元，蚯蚓及蚯蚓糞銷售收入380.00 萬元，利潤可達(dá)100.00 萬元左右。通過對現(xiàn)有奶牛養(yǎng)殖場進(jìn)行簡單改造，即可實(shí)現(xiàn)對奶牛糞污的就地化處理。蚯蚓對奶牛糞進(jìn)行過腹處理，充分利用養(yǎng)殖場現(xiàn)有場地，且具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 環(huán)境和社會效益分析

規(guī)模養(yǎng)殖場面臨的環(huán)境保護(hù)壓力非常大，1 000頭規(guī)模奶牛場每天產(chǎn)生的糞污高達(dá)25.24 t，年糞污產(chǎn)生量超過9 000.00 t，若得不到及時(shí)有效的處理，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和破壞。

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳發(fā)布的《畜禽糞污土地承載力測算技術(shù)指南》（農(nóng)辦牧〔2018〕1號），1 個(gè)豬當(dāng)量的氮排泄量為11.00 kg，磷排泄量為1.65 kg；100 頭豬相當(dāng)于15 頭奶牛；奶牛固體糞便中氮素占氮排泄總量的50.00%，磷素占80.00%。據(jù)此計(jì)算，1 個(gè)1 000 頭規(guī)模奶牛養(yǎng)殖場，每天通過糞便排出的氮排泄量計(jì)算如下。

每天通過糞便排出的磷排放量計(jì)算如下。

每年氮素和磷素的排放量分別達(dá)到36.67 t和8.80 t。

以小麥為例，目標(biāo)產(chǎn)量為4.5 hm2，氮素需求量135.00 kg，磷素需求量45.00 kg，土壤氮磷養(yǎng)分分級?、蚣?，施肥供給養(yǎng)分占比取45.00%，糞肥占施肥比例取50.00%，糞肥中氮素當(dāng)季利用率取27.50%，磷素當(dāng)季利用率取32.50%。每公頃糞肥氮素需求量計(jì)算如下。

每公頃糞肥磷素需求量計(jì)算如下。

糞污收集過程中氮留存率取62.00%，磷留存率取72.00%，則奶牛場每年產(chǎn)生的奶牛糞污制成蚯蚓糞可供超過200 公頃小麥田在滿足氮磷養(yǎng)分需求的條件下替代50.00%的化肥施用量。

4 小結(jié)

奶牛糞蚯蚓生物堆肥技術(shù)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖糞污的循環(huán)利用，在中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳眾多導(dǎo)向政策支持的背景下，具有良好的發(fā)展前景。在充分利用奶牛養(yǎng)殖場現(xiàn)有條件的前提下，給出了奶牛糞蚯蚓生物堆肥處理模式的工藝流程，該模式具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境和社會效益，在響應(yīng)國家政策，實(shí)現(xiàn)奶牛養(yǎng)殖場糞污就地消納、能量循環(huán)、綜合利用，促進(jìn)奶牛養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展，助力鄉(xiāng)村振興等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。