河南省牛養殖業廢棄物資源產業化結合途徑分析

聶勝委，張巧萍，王二耀，張玉亭，何 寧

（1.河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所，河南鄭州450002；2.河南省農業科學院畜牧獸醫研究所，河南鄭州450002）

河南不僅是糧食生產大省，同時也是牛養殖業大省，牛肉產量和存欄頭數居全國各省市首位。據統計，2016年底，全國牛肉總產量為716.8萬t，河南為83.0萬t，占11.6%；全國牛存欄頭數為10 667.9萬頭，河南為887.2萬頭，占8.3%；而牛養殖業廢棄物生產總量也同樣處于前列，約8億t。隨著規模化、專業化牛養殖業的迅猛發展，養殖場密集排放的糞（尿）對大氣、水體、土壤及居民生活等產生的不利影響也越來越嚴重，牛養殖業糞污染已成為面源污染的主要污染源。牛糞（尿）廢棄物是一種很好的生物質資源，如何在種植業、養殖業規模化、專業化以及人口密集的地區處理和利用這些資源，實現清潔生產是科研工作者、政府管理部門、養殖企業（養殖戶）迫切關注的重要問題。

本研究就河南省牛養殖業的分布情況以及廢棄物資源化利用途徑進行分析和歸納，以期為提高牛養殖業廢棄物資源化利用能力和水平提供參考。

1 河南省牛養殖業區域分布情況

依據河南省統計年鑒資料，牛出欄數表示統計當年（2016年）生產牛的數量，年底存欄數表示統計當年（2016年）年底現有牛的存欄量。河南省省轄地市的分布情況如圖1所示，牛養殖數量大的（≥40萬頭）有南陽、駐馬店、開封、洛陽、商丘、周口6個地市；其中，牛養殖數量以南陽最多，出欄數、存欄數分別為93.94萬，113.97萬頭；其次為駐馬店，出欄數、存欄數分別為66.24萬，85.55萬頭；養殖數量較多的（20萬～40萬頭）有平頂山、三門峽、新鄉3個地市；養殖數量較少的（≤20萬頭）有鄭州、安陽、鶴壁、焦作、濮陽、許昌、濟源等，其中，鶴壁最少，出欄數、存欄數分別為2.72萬，3.07萬頭。河南省直管縣（市）中，以鄧州、新蔡、汝州3市（縣）的養殖量較大，其中，鄧州最大，出欄數、存欄數分別為19.02萬，22.04萬頭，其他直管縣（市）的量則較小。

牛肉產量、牛奶產量分別表示牛養殖業終端產品的分布情況（圖2）。牛肉產量在5萬t以上的有開封、南陽、周口、駐馬店5個地市，其中，南陽的產量最高（13.89 萬 t），其次為駐馬店（9.72 萬 t）；安陽、鶴壁的牛肉產量相比較低，其中，鶴壁的最低（0.36萬t）。從牛奶產量分布來看，鄭州、開封、洛陽、新鄉、南陽5地市產量較高，總產均超過25萬t；平頂山、焦作、商丘、周口4地市次之，總產超過了10萬t；其他地市則較低，如許昌、濟源產量不足5萬t；省直管縣（市）中，以汝州、鄧州、滑縣、新蔡4市（縣）的總產相對較高，其中，汝州的牛奶產量最高，達到5.27 萬 t。

通過對牛出欄數、存欄數以及牛肉產量、牛奶產量的分析可以看出，養殖量集中的地區，終端產品產量通常較高；但是也存在相反情況，如牛奶產量和養殖量大的南陽、駐馬店2地市反而低于鄭州、新鄉等，說明隨著人們生活水平的提高，牛奶生產有從供給量大的地區向需求量大且人口相對密集的地區轉移的特點。

2 牛養殖業廢棄物研究的文獻分析

為了解牛養殖業廢棄物資源化利用研究的整體情況，利用中國知網數據庫，在“篇名”檢索項中，以“牛糞”為檢索詞，檢索時間為2008—2018年，共檢索到647篇文獻，經過甄別排查，共有有效文獻637篇，年際間數量結果如圖3所示。10a來，以研究或介紹有關牛糞的報道2008年為基準值（44篇），此后每年的報道數量均高于此基準值，年際之間總體報道量呈增加的趨勢，如2012年73篇，2014年76篇，2016年78篇。以5 a為一個階段，前5 a（2008—2012年）累計有 272篇，后 5 a（2013—2017年）累計有348篇，后一階段累計增加報道量76篇，研究報道顯著增多，說明科研人員對牛養殖業廢棄物的資源化再利用關注度在增加。

對報道的文獻按照其內容及其與牛養殖業廢棄物的關聯程度，分為蚯蚓、食用菌、微生物、物質轉化、作物土壤、瓜菜土壤、堆肥、氣體排放、其他等20個相關領域（表1），內容涵蓋了種植業、養殖業、園藝瓜菜、氣體排放、產品等5大類。其中，牛糞堆肥領域的研究報道最多，累計有147篇文獻，占比為23.08%；其次為氣體排放領域（78篇），如產生沼氣（CH4）、氫氣（H2）、硫化氫（H2S）等，占比 12.24%。此外，堆肥過程中物質養分轉化（11.15%）、相關微生物的數量及變化（8.32%）、蚯蚓堆肥產品（5.81%）、降解菌的研制（4.08%）以及堆肥后施用對作物土壤（5.49%）、瓜菜土壤（3.14%）的影響等也是關注較多的領域。通過牛養殖業廢棄物資源化利用來延長產業鏈條，如利用牛糞來作生物炭、燃料、栽培食用菌、修復土壤、用作基質等，也有較多的報道，而且技術相對較為成熟。值得注意的是，有些領域研究占比很低，如產品領域（0.94%），但是利用牛糞資源配以適宜的輔料，通過特殊的工藝流程，制作生態磚、燃料電池、陶粒、牙膏等產品，大大拓展了牛糞資源的用途，這為未來區域化解決牛糞資源提供了新的思路和方法。

表1 中國知網10 a（2008—2018年）來文獻研究領域分析

3 牛養殖業廢棄物產業化結合途徑

牛養殖業廢棄物是一種很好的生物質資源，通過與種植業、園藝瓜菜、食用菌以及其他養殖業鏈接，延伸產業鏈條，促進牛糞資源多途徑、多樣化利用，提高產品附加值，為牛糞（尿）科學、合理利用提供適宜模式。

3.1 與種植業結合

當前，牛糞與種植業結合是資源化利用的主要途徑之一。通過不同途徑的堆肥還田，既能調節土壤肥力、改善土壤結構、提高養分含量，同時能夠防治特殊的病害，如茄子根腐病、蘋果花腐病等[1]。堆肥應掌握好堆肥階段的通風、溫度、填充料的選擇、堆料含水率、適宜的C/N和pH值等[2-4]關鍵條件和技術。

3.2 與園藝瓜菜產業結合

園藝瓜菜土壤復種指數較高，土地資源利用強度較大，將牛糞廢棄物資源與園藝瓜菜產業結合，具有改土、提質、增效的良好效果。研究發現，施用牛糞生物炭能明顯改善土壤理化性質，提高化肥利用效率，促進蔬菜生長[5]；如施用牛糞能提高菠菜[6]、西瓜[7]、黃瓜[8]等園藝蔬菜瓜果的產量。

同時，利用牛糞復配其他輔料制成園藝瓜菜育苗基質[9]，能多種渠道利用。牛糞和酒糟配制適宜作西瓜、黃瓜、番茄生長的育苗基質[10]；牛糞配以草炭、木醋液等制成黃瓜育苗基質[11]；牛糞與菇渣配制制作番茄基質[12]；牛糞與秸稈、蛭石、草炭等配制制作辣椒基質[13]。

3.3 與食用菌產業結合

食用菌栽培在我國歷史悠久，利用牛糞栽培食用菌近年來已經有較多研究和成熟技術。在牛糞中加入一定量的輔料（如稻草、秸稈、氮肥等）堆制發酵后，可以利用自身的養分栽培食用菌，如雙孢

菇[14]、平菇[15]、草菇[16]等。利用牛糞和農作物秸稈發酵料栽培雙孢菇是當前應用較廣的途徑[17]，效益也相當可觀，研究表明，每平方米可產菇12.5～15.0kg，純利潤在100元/m2以上[14]。

3.3 與其他養殖業結合

牛糞自身富含豐富的養分，經特定的工藝或技術處理，可轉變為蚯蚓、魚類等動物的飼料來源。如養殖蚯蚓[18-19]，要對牛糞進行預堆肥，以殺死大量病原菌和其他有害微生物，同時堆肥過程中如果發生厭氧發酵時產生甲烷、CO等氣體[20]，則選用適宜的蚯蚓品種[21-22]。也可以用作豬、雞、魚等動物的飼料[23]；這需要通過干燥法[24]將新鮮牛糞單獨或摻入一定比例的糠麩拌勻后，經過脫水、滅菌，然后粉碎，摻到其他飼料中飼喂；或通過發酵法在牛糞中加入某些微生物菌劑或酶制劑以及其他輔料，然后在適宜的溫度下發酵，配制飼料進行飼喂。相關研究表明，將牛糞與淀粉渣、米糠和一些酶類物質等經發酵后制作的飼料養豬，能節約1/3的常規飼料[25]。利用生物發酵法制備的牛糞飼料，無異味，動物適口性好，消化率高[26]。此外，利用發酵干牛糞作奶牛場的墊料[27-29]，能夠提高泌乳牛的舒適度。

3.5 與其他工業結合

生產商品化產品方面，牛糞堆肥后的產物可以根據需要進一步加工成粉狀有機肥和顆粒狀有機肥產品，或者摻入化肥制成各種有機無機復混肥產品[30]。利用厭氧消化工藝[31-32]獲得沼氣[33]是目前研究最具發展前途的牛糞商品之一；同時，通過添加鋸末或設置堆體規模等，降低或減少溫室氣體排放量[34-37]。將牛糞與煤按照一定比例混合制成蜂窩煤，降低了原煤中的硫含量[38]。牛糞經過熱解制成可燃氣體[39]；通過牛糞堆肥將麥秸廢棄物有效轉化為生物氫氣[40-41]。除此之外，很多地方還利用牛糞厭氧發酵產生的沼氣進行發電，如美國、以色列、日本等。據悉，1 500頭奶牛的糞便所發的電，足以供應330個家庭的日常用電[42-43]。

另外，牛糞含有豐富的纖維素、半纖維素，將牛糞中的木質素進行酶解轉化為糖，通過發酵可制作酒精[44-45]。通過堿處理，牛糞的還原糖率可達17.7%[46]，可以牛糞或牛糞與廢紙混合為原料制作紙漿[47]。利用牛糞中微生物對有機污染物進行降解[48]，可生產土壤改良劑；制作活性炭[49]。可利用牛糞添加少量木屑，燒制出活性炭或配以其他原料生產電池[50]、牙膏[51]、陶粒[52]等產品。牛糞栽培食用菌后可經過提煉制成保健品、抗腫瘤藥物[53]，提煉鏈霉素[54]等。

4 河南省牛養殖業廢棄物資源化利用的建議

河南省牛養殖數量大，而且規模相對集中；同時，河南省也是我國糧食生產大省，種植業的規模化、機械化程度相對較高。面對未來養殖業的發展和農業生產的現狀，對牛養殖業廢棄物資源化利用提出如下建議。

4.1 加強政策引導和支持

在加強環境保護的同時，要提高養殖戶的環境保護意識和廢棄物處理能力。一方面政府部門應通過新型養殖技術培訓等進行科學、合理的養殖，提高環保意識；另一方面，加大環境保護執法力度，加強檢查督導，“倒逼”養殖戶改善養殖條件，提高廢棄物處理能力和水平，使養殖戶變被動為主動。

4.2 因地制宜提高牛養殖業與其他產業的銜接能力

隨著對牛養殖業廢棄物處理技術研究水平的不斷提高，牛糞作為與其他產業如種植、園藝瓜菜、食用菌業、沼氣、發電、醫藥、保健品等行業原料或資源的融合度也越來越高。因此，應多渠道、多途徑開發利用牛糞資源，延伸產業鏈條，提高產業附加值。在設施農業集中的地區，可以開發以牛糞為原料的育苗基質、生態有機肥等產品，在食用菌產業集中的地區，利用牛糞為原料生產雙孢菇等食用菌。總之，處理牛糞資源要結合當地實際情況，科學合理地拓展牛糞資源利用途徑和方式。

4.3 擴大宣傳，搭建橋梁紐帶，為多產業融合提供輿論氛圍

產業化的發展隨之帶來的是規模化、專業化、工廠化的生產，對于中等規模的牛養殖戶來說，這在提高本行業效率的同時，不可避免地陷入了相對專一、封閉的小圈子。不同產業之間由于生產目的性不同而銜接度較差，養殖就是養殖，種植僅是種植，產業之間銜接較為松散。養殖業廢棄物是種植業所需的肥料，是栽培食用菌的原料，是養殖蚯蚓的飼料。所以說，擴大技術的媒體宣傳力度，通過政府引導和政策支持，在不同產業之間搭建橋梁紐帶，鼓勵和扶持養殖、種植、食用菌、園藝瓜菜、有機肥生產等產業之間形成自發的鏈接，形成資源互補。