张 宁，张艺杰，李晓玉，刘 磊，郭 旋，何 颖*

(1.广西农垦永新畜牧集团 金光有限公司，广西 南宁 530022；2.广西大学 动物科学技术学院，广西 南宁 530005；3．广西壮族自治区兽医研究所，广西兽医生物技术重点实验室，广西 南宁 530001)

近年来，我国畜牧业正处于由传统养殖模式向标准化、规模化和集约化养殖模式转型的关键时期[1]，畜禽的规模化养殖速度越来越快，但疾病的发生率也越来越高。研究表明，我国养猪产业因各种疾病引起的死亡率高达10%左右，病死畜禽及粪污如未经过有效处理排入环境中则会对周围环境的水源、土壤和空气造成严重污染，成为社会的一大公害。粪污富含N、P，排放量大且集中，易污染环境[2-3]。畜禽粪便中通常具有含量高的重金属，若长期直接施用于农田会造成土壤重金属污染进而影响人类健康[4-5]。在规模猪场各种粪污水处理方式中，厌氧消除技术不仅可去除粪污水中大量可溶性有机物，并且可杀死病菌，生成洁净的燃料和有机肥料[6-9]。病死畜禽多携带病原体，对于如今病死畜禽数量较大，无害化处理水平普遍较低、成熟技术缺乏的现状，国外主要的无害化处理技术包括填埋、焚烧、碱水解、化制、堆肥、高温生物降解和厌氧消化等，如比利时、法国、美国、加拿大及欧盟等[10-15]，高温生物降解法是目前较为理想的技术[1,16]。

全世界的蔗糖产量约75%来自甘蔗，在中国约占90%以上[17]。甘蔗是中国最大的制糖作物，广西是中国甘蔗的重要生产区，广西甘蔗种植面积已超过广西总耕地面积的25%[18]。甘蔗生长周期长、消耗养分多，需要大量的有机肥和N、P、K肥，对灌溉水的需求量也较大，如此才能维持甘蔗旺盛的生长状态[17]。规模化猪场粪污水以及病死猪无害化处理后均可生成高效的有机肥，含有丰富的营养元素，可供给甘蔗施用。江永等[19]将粪污无害化处理后应用于菜心，其株高、叶长和叶宽均有明显增长。目前，未见将粪污水以及病死猪生成的有机肥应用于甘蔗生产的报道。为此，笔者采用“预处理+UMIC厌氧反应器+好氧处理”工艺和高温生物降解法对粪污水以及病死猪进行无害化处理，将经无害化处理生成的有机肥用于甘蔗生产，检测其对甘蔗生长各项指标所产生的影响，以期最大程度回收资源化过程中所产生的能源，充分实现规模猪场废污的无害化、减量化、再利用和资源化，进而促进广西养猪业和种植业的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 材料

猪粪污、病死猪：广西农垦金光畜牧公司提供。甘蔗：甘蔗品种选择桂糖31号、桂糖32号和桂糖41号，均为金光农场培育选留，种植于广西农垦金光农场的甘蔗田(土壤为赤红壤)。

1.2 方法

对猪粪污及病死猪进行无害化处理，检测处理效果，并将其生成的有机肥施用于甘蔗，考察该有机肥对甘蔗产量与含糖量的影响。

1.2.1 粪污水的无害化处理(厌氧消除技术) 1)预处理。通过格栅与沉渣池去除粪渣、悬浮物以及可直接沉降的杂质；通过固液分离机分离难降解的物体，调节废水的水质和水量，通过调节酸化池调节废水、均衡水质。2)UMIC厌氧反应器。形成内循环。3)改良A2/O好氧处理的处理工艺。主要工艺流程：预处理+UMIC厌氧反应器+改良A2/O好氧处理。有效去除有机废水中COD，脱氮去磷，同时去除BOD5(如图1所示)。

图1粪污无害化处理工艺流程
Fig.1 Process for the harmless treatment of sewage

1.2.3 病死猪高温生物降解和无害化处理 使用畜禽生物降解机，通过高速切碎、高温、发酵、杀菌消毒、干燥等处理，杀灭病死猪自身携带的病原微生物，并转化为有机肥料，达到灭菌、环保和资源循环利用的目的(图2)。

图2 病死猪无害化处理工艺流程Fig.2 Harmless treatment process of dead pigs

1.2.4 病死猪无害化处理效果的检测 1)工程运行中，每季度抽取1次病死猪无害化处理前后的样品送至专业实验室用RT-PCR/PCR方法[20]进行猪瘟病毒、猪繁殖与呼吸障碍综合征病毒、猪圆环病毒Ⅱ型、猪伪狂犬病毒、猪传染性胃肠炎病毒、猪流行性腹泻病毒、链球菌、副猪嗜血杆菌、口蹄疫病毒等猪的多种疾病的病原检测，根据检测结果判定无害化处理的效果。2)工程正常运行过程中，抽取病死猪无害化处理后的样品送至郑州质检中心，对其中所含的营养成分及氨基酸的种类和含量进行检测。判定病死猪无害化处理后的营养价值。

1.2.5 无害化处理有机肥灌溉甘蔗田 粪污经无害化处理后生成有机肥，经检测无重金属存在、符合国家排放标准后，可应用于灌溉甘蔗田。课题组于2017年和2018年进行2次对比试验，分别设置试验区与对照区：试验区浇灌有机肥施肥(每667 m2施用复混肥130 kg，钙镁磷肥100 kg，尿素10 kg，氯化钾10 kg，每月用有机肥浇灌或喷灌1次)，对照区施用常规肥(每667 m2施用复混肥150 kg，钙镁磷肥100 kg，尿素15 kg，氯化钾20 kg，使用农用水喷灌)。

1)有机肥喷灌。根据当地的种植习惯，选种桂糖31号和桂糖32号，于金光农场创业分场的东北、西北、东南3个方位分别设置试验区和对照区。此试验于2017年2月份甘蔗收割完后未下种前开始使用有机肥喷灌。2018年1月甘蔗成熟后，每个区砍收60 m2，甘蔗测量甘蔗的单茎重、茎长、有效茎数、蔗糖糖分、田间锤度和产量等生产指标，各生产指标取3次重复的平均值。

2)有机肥浇灌。试验地点为创业示范点和罗阳示范点，根据当地的种植习惯，创业示范点选种桂糖41号，罗阳示范点选种桂糖31号，在示范点分别选择试验区(处理区)和对照区各3个，目的为降低取样误差。此试验于2017年2月份甘蔗收割完后未下种前开始进行有机肥浇灌。2018年1月甘蔗成熟后，每个区砍收60 m2甘蔗，测量甘蔗的单茎重、茎长、有效茎数、蔗糖糖分、田间锤度和产量等生产指标，各生产指标取3次重复的平均值。

2 结果与分析

2.1 粪污水无害化处理效果

2.1.2 无害化处理后污泥中的重金属含量 从表2可知，粪污水经过无害化处理之后，在2016年4个季度抽取的4份污泥样品的汞、砷、硼、铅、铜、铬、锌、镉和镍等元素含量均达到《农用污泥中污染物控制标准》和农用污泥中污染物控制标准(GB4284—84)。

表1 无害化处理后不同阶段水样的理化指标Table 1 Physiochemical indicatorsof water samples at different stages of harmless treatment

表2 无害化处理后污泥样品检测结果Table 2 Test results of sludge samples after harmless treatment mg/kg

2.2 病死猪无害化处理效果

2.2.1 无害化处理前后病死猪样品中的病原阳性检出率 从表3可知，无害化处理前样品的蓝耳病毒阳性检出率为3.5%，圆环病毒Ⅱ型阳性检出率为9.4%，猪流行性腹泻病毒阳性检出率为4.7%，链球菌阳性检出率为18.8%，副猪嗜血杆菌阳性检出率为15.3%，猪瘟病毒、猪伪狂犬病毒、猪传染性胃肠炎病毒和猪口蹄疫病毒无检出率。无害化处理后样品的检测结果显示，猪瘟病毒、蓝耳病毒、圆环病毒Ⅱ型、猪伪狂犬病毒、猪传染性胃肠炎病毒、猪流行性腹泻病毒、猪口蹄疫病毒、链球菌以及副猪嗜血杆菌均无阳性检出率。

表3 无害化处理前后各病原阳性检出率Table 3 Positive detection rates of each pathogen before and after harmless treatment

2.2.2 无害化处理后样品的营养成分 从表4可知，无害化处理后发酵全猪粉中含有丰富的水分、粗蛋白、粗脂肪、粗灰分等营养成分，其中粗蛋白含量为44.64%，粗脂肪含量为11.02%，粗灰分含量为9.05%；此外，还检测出17种氨基酸成分存在，包括苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和赖氨酸等必需氨基酸。

表4 无害化处理后发酵全猪粉营养成分分析Table 4 Analysis of nutrient composition of fermented meat and bone meal after harmless treatment %

2.3 无害化处理有机肥灌溉甘蔗田的甘蔗产量及含糖量

2.3.1 喷灌试验 从表5可知，与对照相比，灌溉无害化处理有机肥的甘蔗单茎重、茎径、有效茎数和蔗糖糖分均比对照高。桂糖31号的甘蔗产量为6.355 t/667m2，比对照组增产0.818 t，增长14.77%，平均蔗糖糖分为14.89%，比对照增加5.67%；桂糖32号的甘蔗产量为6.605 t/667m2，比对照增产0.979 t，增长17.40%，平均蔗糖糖分为14.64%，比对照增加3.46%。

表5 无害化处理有机肥喷灌甘蔗田的甘蔗生产指标Table 5 Production index of spraying harmlessly treated organic fertilizer in sugarcane field

2.3.2 浇灌试验 从表6 可知，与对照相比，浇灌无害化处理的有机肥的甘蔗茎长、茎径、有效茎数有不同程度的增加，桂糖41号的甘蔗产量为6.290 t/667m2，比对照增产1.687 t，增长36.65%，平均蔗糖分为14.43%，比对照增加1.54%；桂糖32号的甘蔗产量为6.830 t/667m2，比对照增产1.323 t，增长24.02%，平均蔗糖糖分为14.32%，比对照增加2.21%。

表6 浇灌无害化处理有机肥的甘蔗生产指标Table 6 Production index of sugarcane treated with harmless organic fertilizer

3 结论与讨论

病死猪经高温生物降解之后猪瘟、蓝耳、圆环Ⅱ型、伪狂犬、传染性胃肠炎、流行性腹泻、口蹄疫、链球菌、副猪嗜血杆菌等多种病原检测均为阴性，除本项目前期研究，目前未见国内有对病死猪无害化处理后的有机肥进行多种病原检测的报道。蓝耳病毒感染后传播速度极快，难以根治[24]；感染圆环病毒Ⅱ型后易继发或并发其他传染病，且广泛存在、净化困难[25]；猪伪狂犬病毒感染后易引起暴发流行[26-27]；猪口蹄疫传染性强，难以控制[28]；猪瘟和蓝耳、伪狂犬、猪圆环和口蹄疫等病毒极易发生混合感染[29-30]；猪流行性腹泻和传染性胃肠炎症状相似，常发生混合感染；高温生物降解消灭了病死猪携带的所有病原体，将这一过程完全地实现了无害化，避免这些病原体被携带进入生活生产区再次扩散传播，避免了病死猪进入流通环节，一定程度上也避免了食品安全问题的发生，促进了养殖业的健康发展[31]。病死猪无害化处理得到的肉骨粉中含有丰富的氨基酸及其他营养元素，其粗蛋白含量为44.64%，粗脂肪含量为11.02%，钙和磷含量分别为2.02%和1.02%，谷氨酸、甘氨酸、亮氨酸和精氨酸含量分别为4.61%、2.02%、1.96%和1.62%，营养成分及氨基酸组分比较平衡，可以作为优质的有机肥；还可添加在畜禽饲料中，有助于保证日粮的氨基酸平衡及氨基酸消化率[32]，肉粉中的粗脂肪还可为动物生长提供能量；还可以适当的比例代替鱼粉，其氨基酸组分较鱼粉更为全面均衡、含量也与鱼粉接近且成本更低，是理想的蛋白粉来源和替代品[33]。

猪场粪污水和病死猪无害化处理后生产出的有机肥有效地促进了甘蔗产量的增加及糖分的提高。其中，有机肥喷灌处理较常规施肥的桂糖31号和桂糖32号的产量分别增长14.77%和17.40%，糖分分别提高5.67%和3.46%，有机肥浇灌处理较常规施肥的桂糖41号和桂糖31号的产量分别增长36.65%和24.02%。甘蔗渣及甘蔗糖蜜发酵后还可用来饲喂猪，施用有机肥可以很大程度上减少无机肥的施用量，减少环境污染；还可有效地防止土壤板结，培肥土壤肥力，提高甘蔗的防风能力，促进甘蔗生长，提高甘蔗的品质，降低生产成本[9,34]。项目的实施有效地解决了养猪过程中所出现的污染问题，实现了资源的循环利用，将整套养猪生产体系实现了生态养殖，将养殖业与种植业结合在一起，建成了一套循环、高效、节能、环保的生态农业模式，极大地促进了生态环境的可持续发展。

研究建立了“猪-有机肥-甘蔗-蔗糖发酵(甘蔗糖蜜)-猪”的资源循环体系，实现了种养结合的生产模式，具有极高的推广价值。广西作为养猪大省，猪场逐渐增多，但猪场产生的废弃物并不能得到及时的处理和应用，给环境造成了极大的压力。因此厌氧消除技术、高温生物降解技术以及将无害化处理后的有机肥应用于甘蔗的整个技术体系为广西的规模猪场做了示范，推广应用后可以有效地改善广西各地猪场废污处理不当的现状，将有机肥施用于农作物，减少无机肥的使用，减少环境污染，降低生产成本，促进广西畜牧业和种植业的可持续发展。