微生物處理技術(shù)在畜禽糞便處理中的研究進(jìn)展

摘要" 本文從畜禽糞便的常見處理方法、其處理中涉及的微生物處理技術(shù)、相關(guān)微生物類型，以及微生物處理技術(shù)在畜禽糞便處理中的應(yīng)用等方面，分析了微生物處理技術(shù)在畜禽糞便處理中的研究進(jìn)展。畜禽糞便的處理方法主要包括通過微生物作用的堆肥化、厭氧消化及兩者的聯(lián)合處理，通過物理、化學(xué)方法處理的肥料化，以及焚燒與生物炭化。其中，微生物處理畜禽糞便是利用好氧和厭氧微生物的代謝作用，將糞便中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為更簡單的化合物，如二氧化碳和甲烷等；好氧微生物包括乳酸菌等，厭氧微生物包括甲烷桿菌等。涉及的微生物處理技術(shù)包括微生物種類的擴(kuò)展與優(yōu)化，微生物組的研究與新型發(fā)酵劑的開發(fā)，其優(yōu)化了畜禽糞便處理過程并改善了肥料質(zhì)量。本文為微生物處理技術(shù)在畜禽糞便處理中的進(jìn)一步研究提供參考。

關(guān)鍵詞" 畜禽糞便；處理方法；微生物處理技術(shù)；微生物種類

中圖分類號" S839" " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼" A" " " "文章編號" 1007-7731（2025）02-0046-05

DOI號" 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.02.009

Research progress of microbial treatment technology in livestock and poultry manure treatment

ZHAO Xin’gang

（Lanshan District Animal Disease Prevention and Control Center， Linyi 276002， China）

Abstract" The research progress of microbial treatment technology in livestock and poultry treatment was analyzed from the aspects of the common treatment methods of livestock and poultry manure， the microbial treatment technology involved in its treatment， the types of relevant microorganisms， and the application of microbial treatment technology in livestock and poultry manure treatment. The treatment methods of livestock and poultry manure mainly included composting through microbial action， anaerobic digestion， and combined treatment of the two， and composting， incineration and biological carbonization through physical and chemical treatment. Among them， the microbial treatment of livestock and poultry manure was to use the metabolism of aerobic and anaerobic microorganisms to convert organic matter in feces into simpler compounds， such as carbon dioxide and methane. Aerobic microorganisms included lactic acid bacteria， anaerobic microorganisms included methanobacter， etc. Involved in the microbial treatment technology includes the expansion and optimization of microbial species， the research of microbiome and the development of new starter culture， which optimizes the treatment process of livestock and poultry manure treatment and improves the quality of fertilizer. This paper provides a reference for the further study of microbial treatment technology in livestock and poultry manure treatment.

Keywords" livestock and poultry manure; treatment method; microbial treatment technology; microbial species

近年來，畜禽糞便的排放量顯著增加，主要來自豬、雞和牛等養(yǎng)殖動物[1-2]。針對畜禽糞便排放量問題，采取了一系列措施，包括推廣畜禽糞便堆肥化和發(fā)展沼氣工程等。這些措施在一定程度上緩解了環(huán)境壓力，并提升了糞便資源化利用的效果。然而隨著養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，仍有部分糞便未能得到有效處理，這對環(huán)境和資源利用造成了一定影響[3-4]。相關(guān)研究人員對畜禽糞便排放的影響及其處理技術(shù)進(jìn)行了探討。曾金櫻等[5]分析了堆肥化技術(shù)在鵝糞便中的應(yīng)用研究，發(fā)現(xiàn)添加微生物菌劑能夠提高鵝糞堆肥效果。矯云學(xué)等[6]研究表明，畜禽糞污高濃度沼氣發(fā)酵系統(tǒng)具有沼氣產(chǎn)率高、冬季運(yùn)行穩(wěn)定、耗能低、畜禽糞污處理效果好、處理過程環(huán)保、無臭味外排、無固體和液體污染等優(yōu)點(diǎn)。何思洋等[7]從糞便管理的政策層面，對畜禽糞便管理現(xiàn)狀和前景進(jìn)行了述評。微生物通過發(fā)酵分解畜禽在養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞便，從而產(chǎn)生農(nóng)作物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)快速發(fā)展。因此，農(nóng)民—牲畜—排泄物—微生物—農(nóng)作物形成良性循環(huán)（圖1）。本文綜述了微生物處理技術(shù)在畜禽糞便處理中的研究進(jìn)展，進(jìn)一步推動微生物處理技術(shù)在畜禽糞便處理中的發(fā)展與優(yōu)化，以實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)和資源高效利用的目標(biāo)。

1 畜禽糞便的常見處理方法

1.1 堆肥化

堆肥化是一種將畜禽糞便與其他有機(jī)物料（如秸稈和樹葉）混合，通過微生物的作用將畜禽糞便轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定有機(jī)肥料的處理方法。該方法不僅能有效減少糞便體積，減少病原體和臭氣的釋放，還能提升其肥料的營養(yǎng)價值。常見的堆肥化技術(shù)包括靜態(tài)堆肥和翻堆堆肥。靜態(tài)堆肥化能夠有效減輕糞便處理中的臭味問題，并提高肥料價值[8]。翻堆堆肥化則更適用于大規(guī)模的處理設(shè)施，能加速分解過程，并確保更均勻的堆肥質(zhì)量[9]。然而，堆肥化過程通常需要較長時間，可能需要幾周到幾個月，同時也需要一定的操作和管理技術(shù)，以確保該過程的順利進(jìn)行[10]。

1.2 厭氧消化

厭氧消化是利用厭氧微生物在無氧環(huán)境下分解畜禽糞便中的有機(jī)物，產(chǎn)生沼氣（主要是甲烷）和液體肥料的過程。厭氧消化不僅能夠有效減少糞便的體積，還能回收能源，用于發(fā)電或供熱。Shi等[11]研究發(fā)現(xiàn)，采用厭氧消化方法處理動物糞便，消化后的肥料用于農(nóng)田生產(chǎn)，可顯著提高農(nóng)作物的產(chǎn)量。然而，厭氧消化需要專門的設(shè)施和設(shè)備，且操作和維護(hù)成本較高，需要精確的操作管理，以確保效果[12]。

1.3 堆肥化與厭氧消化聯(lián)合處理

結(jié)合堆肥化和厭氧消化方法，通過先厭氧消化后堆肥化，能夠充分利用糞便中的有機(jī)物質(zhì)，最大限度地減少對環(huán)境的負(fù)面影響。厭氧消化可以減少糞便的體積并回收能源，而后續(xù)的堆肥化可以進(jìn)一步處理剩余物質(zhì)，生成高質(zhì)量的堆肥。Qi等[13]研究發(fā)現(xiàn)，固態(tài)厭氧消化和堆肥混合工藝，顯著提高了甲烷產(chǎn)量、凈能量，發(fā)揮了堆肥腐殖化作用，同時提高碳流量，實現(xiàn)了碳的有效利用。

1.4 肥料化

肥料化是指通過物理、化學(xué)或生物等方法將畜禽糞便轉(zhuǎn)化成顆粒肥料或粉末肥料，用于改良土壤和促進(jìn)植物生長。肥料化方法包括干燥、造粒和粉碎等，能夠?qū)⒓S便轉(zhuǎn)化為易于運(yùn)輸和使用的肥料產(chǎn)品[14]。Pradhan等[15]研究發(fā)現(xiàn)，糞便污泥中含有大量的植物所需養(yǎng)分和有機(jī)物，經(jīng)過適當(dāng)消毒后可用作玉米肥料，從而提高玉米產(chǎn)量。肥料化處理需配備額外的設(shè)備和技術(shù)，如干燥機(jī)和造粒機(jī)，處理能耗和成本較高。

1.5 焚燒與生物炭化

焚燒處理畜禽糞便是通過高溫燃燒將其轉(zhuǎn)化為灰燼的過程，能夠有效減少糞便的體積，消除病原體和雜質(zhì)。Cempa等[16]研究發(fā)現(xiàn)，家禽糞便焚燒的灰燼含有大量磷和鉀元素，可作為生物肥料，作用于農(nóng)作物。然而，焚燒過程需要專門的高溫設(shè)備，并且可能釋放空氣污染物[17]。生物炭化是一種將畜禽糞便在缺氧環(huán)境下進(jìn)行加熱的技術(shù)，生成的生物炭可用作土壤改良劑，能提升土壤肥力并鎖定碳。劉玉學(xué)等[18]研究發(fā)現(xiàn)，溫度對生物炭化技術(shù)至關(guān)重要，發(fā)酵豬糞在300 ℃條件下，水熱炭化的殘液用作液態(tài)肥料，其安全性較高，在資源化利用方面更具優(yōu)勢。然而，生物炭化也有明顯局限性，比如需要專門的炭化設(shè)備，初期投資較大，而且生產(chǎn)過程可能需要較長的時間和特定的操作條件[19]，不利于大規(guī)模應(yīng)用。

2 畜禽糞便處理中的微生物處理技術(shù)

畜禽糞便處理方法中的堆肥化和厭氧消化等均是利用微生物的代謝功能，將糞便中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為更簡單的化合物。該過程不僅能減少環(huán)境污染，還能生成肥料和能源等產(chǎn)品。微生物處理技術(shù)主要包括好氧發(fā)酵和厭氧消化兩種[20]。好氧發(fā)酵是一種常見的微生物處理方法，其依賴空氣中的氧氣進(jìn)行有機(jī)物的降解，主要通過好氧微生物（如放線菌、細(xì)菌），利用氧氣將有機(jī)物氧化為二氧化碳、水和穩(wěn)定的腐殖質(zhì)。厭氧消化是一種在缺氧環(huán)境下進(jìn)行的微生物處理方法，在厭氧環(huán)境中，厭氧微生物將有機(jī)物分解為短鏈脂肪酸和醇類，厭氧消化過程產(chǎn)生的氣體主要包括甲烷和二氧化碳[21]。

微生物處理畜禽糞便的核心在于微生物的代謝作用。微生物通過其酶系統(tǒng)對復(fù)雜有機(jī)物進(jìn)行降解，主要包括以下3個階段。降解階段：微生物分泌外源性酶，將大分子有機(jī)物（如纖維素、脂肪和蛋白質(zhì)）分解為小分子化合物，這些小分子包括單糖、氨基酸和脂肪酸。發(fā)酵階段：在厭氧環(huán)境下，小分子化合物進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸、醇類和氣體（如二氧化碳、甲烷），此過程主要由厭氧微生物進(jìn)行。礦化階段：這些有機(jī)化合物被礦化為無機(jī)物質(zhì)，如二氧化碳和氨[22]。

3 處理畜禽糞便的微生物類型

微生物降解畜禽糞便的過程涉及的微生物主要包括好氧和厭氧微生物。

3.1 好氧微生物

在有氧環(huán)境中，好氧微生物如乳酸菌，在堆肥化過程中通過酸化環(huán)境來抑制有害微生物的生長。Odey等[23]使用發(fā)酵米粉和紅糖作為培養(yǎng)基培養(yǎng)乳酸菌，并利用糞便大腸桿菌作為指示微生物，結(jié)果表明，乳酸發(fā)酵作為一種預(yù)處理技術(shù)，能夠有效消毒糞便污泥，滅活病原體，并且控制氣味。好氧發(fā)酵的具體過程是好氧微生物利用氧氣將有機(jī)物氧化為二氧化碳、水和穩(wěn)定的腐殖質(zhì)[24]。好氧發(fā)酵的效果受溫度、濕度和通氣系統(tǒng)等影響，馮亮等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在好氧發(fā)酵的高溫階段，最佳工藝條件為菌劑添加量20 g/kg、溫度75 ℃和發(fā)酵時間12 h，這些條件能夠有效優(yōu)化發(fā)酵過程，達(dá)到預(yù)期效果。Tran等[26]研究表明，通過優(yōu)化堆肥化條件（如改善通風(fēng)條件和調(diào)整濕度），能夠有效將畜禽糞便轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的有機(jī)肥料，并在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

3.2 厭氧微生物

厭氧微生物在缺氧環(huán)境中進(jìn)行有機(jī)物的降解，如甲烷桿菌，在厭氧消化過程中將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為甲烷，通過優(yōu)化厭氧消化條件，可以顯著提高甲烷產(chǎn)量和處理效率[27]。產(chǎn)酸菌如丙酸菌，在厭氧條件下生成短鏈脂肪酸，促進(jìn)厭氧消化過程[28]。厭氧發(fā)酵的效果受溫度、pH等因子影響，李楠[29]研究表明，甲烷菌的生長速度相對緩慢，人工培育時菌落生長時間較長。同時，甲烷菌對環(huán)境（如溫度、pH等）條件也有較高的要求，對氧氣十分敏感，微量氧氣也會使甲烷菌的生長代謝停止，甚至死亡，從而影響發(fā)酵效果。

4 微生物處理技術(shù)在畜禽糞便處理中的應(yīng)用

微生物處理技術(shù)在處理畜禽糞便方面取得了一定的進(jìn)展。研究者不斷探索新的微生物種類，改進(jìn)其處理工藝，以及優(yōu)化操作條件，以提高處理效率和效果。

4.1 微生物種類的擴(kuò)展與優(yōu)化

許多細(xì)菌和真菌能夠分泌促進(jìn)有機(jī)物降解的水解酶，高效降解纖維素和脂肪等復(fù)雜有機(jī)物。例如，芽孢桿菌具有較好的纖維素酶分泌功能、耐熱性和良好的環(huán)境適應(yīng)性， 在好氧有機(jī)堆肥過程中表現(xiàn)出良好的性能[30]，該菌株在堆肥化過程中能顯著提高氮的轉(zhuǎn)化效率，從而提高堆肥的肥效。為提高處理效率，Li等[31]對傳統(tǒng)的微生物處理工藝進(jìn)行了多方面的改進(jìn)，通過優(yōu)化好氧堆肥化的翻堆頻率和通氣方式，縮短了30%的處理時間，堆肥質(zhì)量顯著提高。將不同微生物處理技術(shù)結(jié)合使用已成為研究的新趨勢。通過將好氧堆肥化與厭氧消化相結(jié)合，可以更有效地利用資源，并提升處理效果。這種聯(lián)合方法將處理過程分為多個階段，能夠更全面地降解畜禽糞便。Falcinelli等[32]結(jié)合好氧堆肥化和厭氧消化來處理豬糞，首先采用好氧堆肥化進(jìn)行初步處理，然后使用厭氧消化做進(jìn)一步處理，結(jié)果顯示，這種聯(lián)合處理比單獨(dú)使用任何一種技術(shù)更能有效減少糞便量和降低處理成本。

4.2 微生物組的研究與新型發(fā)酵劑的開發(fā)

近年來，微生物組研究取得了顯著進(jìn)展，通過對處理系統(tǒng)中微生物群落的深入分析，研究人員能夠更好地理解不同微生物之間的相互作用及其對處理效率的影響。優(yōu)化微生物組可以顯著提升處理效果，并減少副作用，Liang等[33]利用高通量測序技術(shù)，分析了堆肥化過程中的微生物組，發(fā)現(xiàn)特定的變形菌門菌群在有機(jī)物分解中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。基于這些發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化堆肥條件，顯著提高了處理效率。

在畜禽糞便處理領(lǐng)域，新型發(fā)酵劑的應(yīng)用顯著提升了處理效率和肥料質(zhì)量。這些發(fā)酵劑通常由專門培養(yǎng)的微生物群體組成，包括乳酸菌、酵母菌和放線菌，其能加速分解糞便中的有機(jī)物。與傳統(tǒng)處理方法相比，這些新型發(fā)酵劑能將處理時間從數(shù)月縮短至數(shù)周，從而顯著提高發(fā)酵效率。此外，這些發(fā)酵劑還能改善處理后的肥料質(zhì)量，通過分解氨氣和硫化氫，減少臭味，并抑制有害微生物的生長，提升肥料的衛(wèi)生安全性；還能有效提高肥料中的氮、磷和鉀等關(guān)鍵營養(yǎng)成分含量，從而增強(qiáng)肥料的應(yīng)用效果[34]。

5 結(jié)語

綜上，本文介紹了畜禽糞便的常見處理方法，畜禽糞便處理中涉及的微生物處理技術(shù)，探討了微生物處理技術(shù)在畜禽糞便處理中的應(yīng)用。表明微生物處理技術(shù)在畜禽糞便處理中展現(xiàn)出一定的優(yōu)勢和廣闊的前景。隨著該技術(shù)的不斷進(jìn)步，新型微生物的開發(fā)、處理工藝的優(yōu)化以及微生物組研究的深入，為糞便處理提供了更多可能性。未來的研究還需進(jìn)一步探索更廣泛的微生物種類和更高效的處理工藝。同時，加強(qiáng)政策支持，有助于技術(shù)的推廣應(yīng)用。微生物處理技術(shù)對推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重要意義，需要各方共同努力，以實現(xiàn)更加高效和環(huán)保的畜禽糞便管理。

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（責(zé)任編輯：胡立萍）