广告
由于近些年消费者对肉类的需求不断增长，全球养猪业规模也在快速增加。过去50年，全球生猪年产量有所增加，2018年达到约1.2亿t。预计2030年猪肉总消费量将增长13%，到2050年将增长22%。目前，全球主要的猪肉生产国是中国（占全球产量的45%），其次是美国、德国、西班牙和越南，这五个国家占世界猪肉产量的近65%。畜牧业的快速扩张导致养殖场废弃物增加，尤其是猪粪，而规模养殖场产生的大量猪粪对环境有严重的负面影响，首先，堆积的粪便会产生难闻气味，主要是由于蛋白质的厌氧分解，其次，粪污中的氮和磷化合物会污染土壤和水体。在生猪饲养管理中，猪粪的化学成分取决于许多因素，包括动物的各个生长阶段以及喂养管理方式。猪场中产生的粪污是尿液、粪便和水组成的混合物。液体组分主要包含含氮化合物（包括氨、铵化合物、硝酸盐）和有机物。固体部分主要包含磷酸化合物，主要以无机形式（占总P含量的74%～87%）和有机化合物存在。
1 生猪粪污危害
1.1 气体
畜牧业是温室气体排放的主要来源，约占所有农业排放量的66%。此外，处理猪粪会导致淡水系统中的陆地酸化和富营养化，而在储存和运输过程中释放气体会加剧这些环境问题。因此，猪场粪污的不当管理会对环境、人类、动物健康以及气候变化产生重大影响。
生猪粪污中会排出氨（NH3）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和硫化氢（H2S）等气体，这些气体由粪便中的微生物呼吸产生（细菌不用氧气进行呼吸，而是利用氮和硫等无机来源）。NH3可引起眼疾和严重的呼吸系统恶化。虽然NH3通常不致命，但是长期暴露和接触会对人和动物呼吸系统的健康有严重影响，就像人类吸入NH3会对呼吸系统造成影响一样，其他牲畜也容易受到感染。在猪中，NH3浓度到达50 ppm，会使预期的生产性能和健康状况下降，若猪只长期暴露在NH3浓度300 ppm左右会引起抽搐。CO2似乎不像其他粪便气体那样构成威胁，但是，从它可以替代血液中的氧气的角度来看，它是危险的。中等浓度的CO2可导致呼吸急促和头晕，但是需要注意人类在死亡前可以忍受CO2浓度高达260 000 ppm，而猪只能忍受200 000 ppm。CH4从人类短期呼吸的角度来看不是一个严重的问题，但如果在带有粪便堆放的建筑物中，并且通风不当，则可能会导致头痛和窒息。此外，CH4在粪便液体顶部的泡沫中会大量积聚，并且高度易燃。H2S是最容易在养殖场造成人员与动物死亡的气体，被认为是最危险的气体。这种气体很容易沿着地面和狭窄空间（如粪便堆积的空间）传播，它会导致鼻子中的神经细胞麻痹，从而使嗅觉功能减弱，在气体浓度达到700～1 000 ppm时，会导致人迅速失去意识，并在几分钟内死亡。
1.2 重金属
通常，将动物粪便施用于农业用地，以提高土壤肥力和有机质含量。然而，这种做法也会导致严重的环境问题，例如地表水的硝酸盐和磷酸盐污染。动物粪便施用引起的另一个重要问题是重金属污染，因为动物粪便含有高浓度的金属（Cu、Zn、As、Cd）。由于长期在农田施肥中使用，粪便中的重金属残留物会积聚在表层土壤中。重金属的积累不仅会影响土壤肥力和产品质量，还会通过雨水和径流促进重金属迁移到更深层的地下水中。有研究表明通过检查农场环境田间供水和排水系统中动物饲料、粪便和沉积物中的重金属水平来评估猪场粪便中的重金属危害，与鸡粪和牛粪相比，猪粪可能造成更高的重金属污染风险，Sager报道，奥地利猪粪中的平均铜含量为282 mg/kg。同样，对英格兰和威尔士粪便的调查通常发现猪粪浆中的Cu含量为350 mg/kg。然而，Dong等人发现中国长江三角洲大城市杭州养猪场的猪粪中的平均铜浓度要高得多，为1 018 mg/kg。这些动物饲料中的矿物添加剂会与粪便生产一起使得重金属积累并增加对环境污染的风险。
1.3 抗生素
由于消费者对动物源性食品的需求不断增长，导致了集约化和大规模的畜牧生产，从而产生了大量的粪便，而像生猪等动物所排泄的粪便对环境都会产生各种负面影响。一方面，由于抗生素在动物体内吸收之后的排泄量很大，因此经常在牲畜粪便中检测到抗生素。四环素类、青霉素类和磺胺类抗生素是动物使用抗生素量最大的，分别占兽用抗生素总销售额的32%、26%和12%。对于猪的粪便排泄物，虽然猪胃肠道微生物群中含有多种已知支持宿主健康的细菌，但它们也可能是耐药基因的来源。集约化猪场的特点是细菌载量高，高抗菌素的存在会促进抗菌素耐药菌（ARB）和抗生素耐药基因（ARG）的发生。此外，肠道微生物群的紊乱可能会增强ARG转移或增加动物脱落的ARB丰度。通常，对于动物摄入的抗生素给药剂量中，超过一半的抗生素原封不动地从尿液和粪便中排泄。只有少数抗生素被宿主动物部分代谢，产生活性微生物或无活性代谢物。在饲喂磺胺哌嗪、磺胺氯吡嗪、磺胺喹嗪和磺胺喹嗪的育肥猪中，排泄率随着相应磺胺类药物极性的降低而增加，磺胺喹嗪（85%）和磺胺氯哌嗪（62%）在13 d后排泄率最高。此外，磺胺地莫嗪和磺胺嗪的排泄率分别为38%和43%。根据抗生素的物理化学特性和对土壤成分的分析可知，这些抗生素化合物可能保留在粪污改良的土壤中，或者可能通过浸出或径流转移到地下水和地表水中。此外，污染物可以通过水长距离携带并影响整个水生生态系统。此外，降解速率因抗生素类型而异，在许多情况下，降解速率可能非常低，当在土壤中存在长达30 d时，这些化合物可能会被农作物吸收，在那里它们积累，然后进入食物链。
2 猪场分类
与养猪场技术解决方案相关的长期研究经验可以将它们分为三种类型。
2.1 封闭式大型养猪场
封闭式大型养猪场是一个自给自足的“单一系统”，生产和加工直接在农场进行，不涉及外部参与者。其特点是猪粪加工场所和储存能力充足；在具有成本效益的运输距离内有足够的农业用地来施用生产的所有有机肥料；拥有的饲料厂和肉类加工厂；种植自用作物用于饲料和销售，以及直接销售猪肉和副产品。
2.2 组合式大型养猪场
组合式大型养猪场是一个“单一系统”，外部参与者的参与最少。与封闭式农场相比，它没有饲料厂，而是购买饲料。可用的农业用地不足以施用生产的所有有机肥料。因此，这样的农场租用一些土地用于施肥，有时会导致不经济的运输距离。
2.3 开放式养猪场
开放式养猪场是一个涉及许多外部参与者的“单一系统”，它与组合式农场的不同之处在于，猪粪加工和有机肥料田间施用都交给了第三方。
3 粪污处理方式
因营养成分高，猪粪长期以来一直被认为是一种宝贵的农业资源。利用猪粪的最常见方法是通过液体猪粪（LPM）施肥：LPM富含氮、磷和钾，是植物生长所必需的营养物质。如果施用得当，LPM可以帮助提高土壤肥力和作物产量，同时减少对化肥的需求。
3.1 猪粪直接还田
新鲜猪粪中含有多种有机物，包括氮0.5%、磷0.25%和钾肥0.5%，除此之外，它还含有胶体状的腐植酸，可以改善土壤的碎裂结构，加强土壤储水能力和土壤通风，促进农作物的生长。据统计，一头猪一年可排泄粪便约2～2.5 t，其施肥成分如转化为肥料，其施肥成分约为50 kg硫酸铵、27.5 kg过磷酸钙和20 kg硫酸钾。施用鲜猪粪在农田中，一方面可以提高每hm²粮食产量约50 kg，同时还可以提高土壤肥力，实现资源化利用。同时，猪粪中的病原微生物也会对环境以及人类健康造成危害。此外，猪粪在环境中的的自洁能力有限，如果施肥过多，很容易产生污染，因此猪粪的施用率也相当有限。
3.2 加工饲料
利用猪粪加工饲料是畜禽粪便综合利用的重要途径，也是节约粮食资源的重要举措。猪粪中的总蛋白质值几乎高于其摄食的饲料。此外，猪粪中还含有其他基本营养成分，如粗纤维、钙、磷、矿物质、微量元素、各种维生素。猪粪中的大多数维生素含量高于它们的基本饲料。所以对于堆积的猪粪要立即处理，避免快速分解和营养价值下降。在猪粪处理中，目前使用的主要用做干饲料、青贮饲料氨化和发酵。加工后的猪粪可用作加工反刍动物、猪、鱼等的饲料，特别是用于鱼饲料，10～23.61 kg猪粪可生产约1 kg水状鱼饲料和杂食性鱼饲料，一头猪的粪便可生产约50 kg鱼饲料。
3.3 沼气发酵
在厌氧条件下，微生物通过分解代谢使有机物质最终产生沼气和污泥的一系列过程称为沼气发酵。沼气发酵后，可以大大减轻猪粪的气味，通过厌氧发酵可以杀死猪粪中存在的大部分寄生虫、虫卵和一些病菌。沼气发酵意味着将猪粪从废物转化为资产。发酵后产生的甲烷可以作为燃料，含有大量有机物的沼液残渣可以作为良好的有机肥料，可以提高土壤的肥力，改善土壤状况，防止土壤板结，减少肥料的实际使用。
3.4 动物繁殖
猪粪可以用来繁殖蚯蚓和蛆虫。蚯蚓处理垃圾的能力很强，能分解猪粪中的生物蛋白和其他营养成分，既有环境价值，又有经济意义。蚯蚓分解的粪便不仅具有较好的施肥效果，而且可以避免农田直接施用大量畜禽粪便造成环境污染。蛆虫富含蛋白质，含有优质蛋白质，既可用作禽畜和鱼类的鲜活饵料，用于禽畜和鱼类的幼体阶段（如幼鱼、雏鸡等）及喜食活动饵料的动物（如牛蛙、观赏鸟类等），更可作为替代鱼粉的动物蛋白饲料。将新鲜的猪、鸡、鸭等粪料先入池用农富康粪便分解剂有效微生物发酵和降低粪便臭味。发酵好后送入蝇蛆养殖房。杂食性蛆虫生长速度快，同时，它的繁殖方法简单，经济效益高。而且，蝇蛆蛋白活性粉具有抗疲劳、抗辐射、延缓衰老、护肝、增强免疫力等作用，是较为理想的保健品。
3.5 好氧堆肥发酵
猪粪好氧堆肥发酵是指猪粪利用好氧微生物，将有机物分解并产生腐殖质促进植物生长的过程，同时，经过好样堆肥的猪粪也可使病原微生物失活。这是一种可以将猪粪转化为有机肥料以改善土壤状况的方式，帮助作物生长，将分解良好的猪粪作为有机肥料，不仅可以提高作物产量和质量，还可以改善土壤的物理和化学特性。目前，好氧堆肥方法已广泛用于分解家禽粪便。在商业堆肥设施中，堆肥堆垛翻转机通常用于大规模猪粪堆肥，将氧气引入堆肥堆，有助于加速分解过程。猪粪是富含氮的有机材料，是平衡堆肥中C：N比例不可或缺的原材料。猪粪的管理使用需科学的规划和管理，以确保其得到有效使用而不会对环境造成危害。在猪粪施用农田过程中并避免在大量降雨期间或靠近地表水源时施用，防止径流进入附近的水体。此外，一定要做定期的土壤测试，有助于监测土壤养分水平并防止过度施用。
4 总结
畜牧养殖业在快速发展满足更多消费者需求的同时，随之而来的便是环境的可持续发展问题带来的挑战。要对养殖场粪污科学化、资源化处理，一方面需要增强养殖场（户）环境保护意识，另一方面，需要政府、高校和优秀企业联合起来，促进技术革新共同打造绿色养殖环境，这是生猪养殖产业发展的重中之重。科学合理的管理和利用养猪生产废弃物（特别是粪便），这些废物就可以被纳入可重复使用和可回收的选择中，从而更接近循环经济。
最新发布
