随着我国经济水平的不断提升以及农村产业结构的调整，畜禽养殖业已成为我国国民经济的重要产业。截至2019年，我国畜禽业总产值已达到28697.4亿元，较2011年增长了15.26%[1]。畜禽养殖业的集约化发展造成了畜禽粪污产量的梯级增长并对农业生态环境构成了不小威胁，据报道，我国每年的畜禽粪污产量高达3.80×109 t[2]，其中仅粪便就高达6.36×108 t，其造成的污染一直在农业污染中占较高比例[3-4]。目前，我国土壤对畜禽粪便的负荷值已达0.49（以小于0.4为宜），且污染负荷能力连年下降，因此，加速畜禽粪便资源化利用进程，缓解畜禽粪便不合理处置所造成的环境污染刻不容缓[5]。
畜禽粪便是一种可被利用的再生资源，经好氧堆肥处理后还田不仅可以改善土壤环境，还能提高作物的产量和品质[5-6]。然而，目前我国规模化畜禽养殖废弃物无害化处理程度普遍偏低[8]，其氮磷养分的流失造成了严重的农业面源污染，制约了农业的可持续发展[5]。此外，畜禽粪便中重金属、抗生素、抗性基因等污染物的防治还未得到有效关注，提高了其资源化利用过程中的生态风险[9-10]。
现阶段，由畜禽废弃物不合理处置和资源化利用造成的水体、空气和土壤环境污染比比皆是。如圈舍冲洗和粪便堆砌产生的污水，在雨水冲刷和地表径流等作用下，可造成周边水体的富营养化污染[11]，造成鱼类大量死亡[12]，而其中含有的致病菌、虫卵等有害物质也可破坏水体的生态环境，造成疾病传播。畜禽粪便在堆放过程中可产生大量硫醇类、NH3等具刺激性恶臭气体[13]以及CH4和CO2等温室气体，不仅污染空气还会加剧全球气候变暖。据报道，自上世纪90年代，我国由规模化畜禽养殖业引发的空气污染公害事件高达2482件，而所产生的温室气体占全球温室气体总量的14%，光CH4的排放量就可高达8000万吨每年[14]。此外，畜禽粪便还田过程中，不合理的粪肥资源配置易造成土壤板结和盐渍化，从而降低土壤肥效，影响作物生长[15]，而其中残留的重金属[16-17]（如Cu、Zn、Mn等）及抗生素[18]可在环境中长时间稳定存在，也易在土壤和作物中累积，进而影响作物产量和品质甚至威胁人类健康[19]。
2017年，国务院就已颁布《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》，在畜禽废弃物的资源化利用上给予了政策支持和引导。2018-2021年，国务院又相继出台《关于加快推进农业绿色发展的实施意见》、《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》以及《2030年前碳达峰行动方案》等政策文件，明确指出“十四五”期间应大力推动畜禽粪污资源化利用，打通“还田最后一公里”路径，实现畜禽粪污“全消纳”和“零排放”。因此，积极开展畜禽粪污高效无害化处理，从而减少农业面源污染，对改善农业生态环境尤为重要。
2.3.1畜禽粪便资源化利用现状
（1）饲料化
畜禽粪便中的粗蛋白类、粗脂肪类以及一些其他有益物质在经过特殊工艺处理后可以制备成动物的有机饲料。其中鸡粪中蛋白质含量较高，以鸡粪为原料制作动物饲料一般用于猪、牛、羊的饲养。猪、牛、羊粪便蛋白质含量一般为2% ~ 4%，其制作的动物饲料可用于鱼类等动物的饲养[44]。
以畜禽粪便制备动物饲料还存在一些问题：首先其口感差，供能相对较少；其次，粪便中仍然存在着一些致病菌未能完全消灭，被动物摄入体内后存在被感染的风险；此外，畜禽粪便制备的动物饲料中存在重金属、抗生素等物质，会随着饲料再次被动物摄入，并导致其在动物体内累积甚至超标[45]，从而威胁动物生长和健康状况。
（2）能源化
畜禽粪便能源化的利用方式主要有直接燃烧和厌氧发酵两种方式。直接燃烧法只适用于含水率低的粪便，如草原上动物的粪便或经干燥处理的粪便。燃烧法对畜禽粪便的处理较为彻底，可使畜禽粪便体积大幅度缩小，焚烧后的产物对环境无害，且产生的热能可回收利用。但燃烧法需要较为专业的燃烧设备，投资较大，燃烧过程易产生有害气体。
厌氧发酵可有效去除致病菌和虫卵，同时还能消除畜禽粪便中的臭气，是指在厌氧的条件下利用微生物的代谢活动分解畜禽粪便等物质并产生CH4等绿色能源的过程，产生的CH4用作居民日常的照明或用火需求，而产生的沼渣可进一步用作作物肥料进行还田。厌氧发酵同样存在一定局限，主要为建造厌氧池的投资较大，且能源产出率相对较低，后期运维费用较高等。
（3）肥料化
现阶段对畜禽粪便进行肥料化处理的手段大致有三种，分别为干燥法、黑膜池法和好氧堆肥法。干燥法主要是将畜禽粪便大面积的暴露于水泥地，利用太阳暴晒对粪便进行风干和灭菌。该方法占地面积大[46]，自然烘干易且受天气因素影响，而人为烘干耗时耗能，不符合绿色发展的需求。黑膜池法是将畜禽粪便堆放于挖好的土池中并覆盖以黑膜，在厌氧的条件下进行腐熟发酵，腐熟后的产品可就近还田使用。该种方法占地面积大，且发酵时间长，不适用于集约化养殖场。
好氧堆肥是制备有机肥料最常用方式之一[47]，也是目前各个国家处理农业废弃物最为普遍的方式。该方法指在氧气的参与下，将畜禽粪便、动植物遗体等原材料和秸秆、稻壳等按照一定比例进行混合，控制在适宜的含水率和pH下，通过微生物的新陈代谢作用将蛋白质、多糖类、纤维素等有机物质分解[48]，最终生成腐殖质等物质的过程[49-50]。好氧堆肥过程中通常伴随有大量热量产生，能够有效杀灭病菌、虫卵，并且具有堆肥效率快、效果明显、技术要求低等优势，因此被广泛应用。
2.3.2畜禽粪便好氧堆肥存在的问题
堆肥效率尚待提高
如何提高堆肥效率是目前畜禽粪便好氧堆肥面临的主要问题之一。一方面，由于堆肥过程中翻堆的频率不固定，通常依靠直观感受和传统经验进行管理，造成翻堆不及时而导致堆肥腐熟不充分。另一方面，堆肥周期往往较长，一般至少为两个月，这不仅制约了有机肥的生产效率[51]，且随堆肥时间推移，其对周边环境的污染风险也随之提高。
近年来，国内外学者针对通过添加微生物制剂以提高好氧堆肥效率已开展了大量研究。Bemal等[52]发现可通过向畜禽粪便中添加微生物菌剂来提高其腐熟的程度；Pramanik等 [53]通过对比试验发现在添加多黏芽孢杆菌后可以提高堆体酶活性以及微生物可利用的营养物质浓度，在提高堆肥效率的同时提升堆肥的腐熟度，揭示了外源微生物在促进堆肥物质转化和腐熟中所发挥的重要作用；Huang等[54]发现添加微生物菌剂后可显著提高畜禽粪便中物质的转化和分解，大大缩短堆肥的周期，并且还具有一定的固氮效果；周营等[55]在堆肥过程中添加微生物菌剂后，发现粪便中脂肪等大分子物质分解速度加快，堆肥进程和腐熟程度，氮素损失也得到有效控制；姚远等[56]在以微生物菌剂强化畜禽粪便好氧堆肥的研究中也得到相同的结论。添加外源微生物是提升好氧堆肥效率的有效手段之一，其对堆肥各阶段微生物群落演替的影响以及提升堆肥腐殖化进程的作用机制还有待进一步研究。
参考文献
[1] 张玉海, 涂岳, 陈苏, 等. 我国畜禽粪便肥料化利用现状与发展趋势[J]. 东北农业科学, 2019,
44(5): 53-57.
[2] 孙锡宝. 规模化猪场粪污无害化处理技术与资源化利用方法[J]. 畜牧兽医科技信息, 2018(10): 29-30.
[3] 彭华，张洪宇，张晶. 畜禽粪污治理利用主要进展及问题对策[J]. 中国猪业, 2018, 13(9): 53-57.
[4] 郑步东, 陈正华, 彭建林, 等. 规模畜禽场环境污染现状及应对措施[J]. 上海农业科技, 2005(02):
80-81.
[5] Muhammad
Z, Wang S Q, Panyue Z, et al. Biological nutrient removal and recovery from
solid and liquid livestock manure: Recent advance and perspective[J].
Bioresource Technology, 2020, 301: 122823.
[6] 甄珍, 博文静, 吴光磊, 等. 有机肥对土壤地力和作物产量的影响及应用示例[J]. 工程研究-跨学科视野中的工程, 2012, 4(01): 19-25.
[7] 常云芝, 周利英, 骆海清, 等. 我国饲料标准中重金属的限制和检测方法[M]. 理化检验:化学分册, 2018, 54(5): 554-558.
[8] 王磊, 张永东, 马斌, 等. 鸡粪的资源化利用途径[J]. 畜牧兽医杂志, 2016,
35(06): 81-84.
[9] 常瑞雪. 蔬菜废弃物超高温堆肥工艺构建及其过程中的氮素损失研究[D]. 北京: 中国农业大学, 2017.
[10] Li R, Li
LZ, Huang R, et al. Variations of culturable thermophilic microbe numbers and
bacterial communities during the thermophilic phase of composting[J]. World
Journal of Microbiology & Biotechnology, 2014, 30(6): 1737-1746.
[11] 施伟杰, 虞勇泉, 卢伟丽. 畜牧业的污染问题与治理措施[J]. 畜牧兽医科技信息, 2018(06): 49.
[12] 孟祥海, 张俊飚, 李鹏, 等. 畜牧业环境污染形势与环境治理政策综述[J]. 生态与农村环境学报, 2014,
30(1): 1-8.
[13] 朱凤连, 周静, 马友华, 等. 养殖业污染及其发展趋势分析[J]. 江西农业学报, 2008(08):
129-132.
[14] Yuan,
Bin, Coggon M M, Koss A R, et al. Emissions of volatile organic compounds
(VOCs) from concentrated animal feeding operations (CAFOs): chemical
compositions and separation of sources[J]. Atmospheric Chemistry and Physics,
2017, 17(8): 4945–4956.
[15] 王成贤,石德智,沈超峰, 等. 畜禽粪便污染负荷及风险评估——以杭州市为例[J]. 环境科学学报, 2011,
31(11): 2562-2569.
[16] 范建华, 沈阳, 李尚民, 等. 畜禽粪污重金属残留现状及主要治理技术措施研究进展[J]. 中国家禽 ,2019,
41(24): 40-43.
[17] 刘淞涛,张福林. 关于堆肥稳定法处理污泥与传统法的比较[J]. 黑龙江科技信息, 2002(05):
10.
[18] 余佩瑶, 刘寒冰, 邓艳玲, 等. 畜禽粪便中抗生素污染特征及堆肥化去除研究进展[J]. 环境化学, 2019,
38(02) : 334-343.
[19] 成登苗, 李兆君, 张雪莲, 等. 畜禽粪便中兽用抗生素削减方法的研究进展[J]. 中国农业科学, 2018,
51(17): 3335-3352.
[20] 李冉, 孟海波, 赵立欣, 等. 微生物和生物炭联用对猪粪堆肥后重金属Pb和Cd的钝化效果[J]. 农业工程学报, 2018,
34(23): 164-169.
[21] Zenk M
H. Heavy metal detoxification in higher plants-a review[J]. Gene,
1996,179(1):21-30.
[22] Vera G,
Uta P. Contribution of the arbuscular mycorrhizal symbiosis to heavy metal
phytoremediation[J]. Planta, 2006,223(6):1115-1122.
[23] 穆虹宇, 庄重, 李彦明, 等. 我国畜禽粪便重金属含量特征及土壤累积风险分析[J]. 环境科学, 2020,
41(02): 986-996.
[24] Lv B,
Xing M, Yang J. Speciation and transformation of heavy metals during
vermicomposting of animal manure[J]. Bioresource Technology, 2016, 209:
397-401.
[25] Chen X, Zhao Y, Zeng C, et al. Assessment contributions of
physicochemical properties and bacterial community to mitigate the
bioavailability of heavy metals during composting based on structural equation
models[J]. Bioresource Technology, 2019, 289: 121657.
[26]
Petruzzellig LG. Uptake by corn and chemical extract ability of heavy metals
from a four years compost treated soil[J]. Plant and Soil,1989, 16: 23-27.
[27]
Ogunwande G A, Osunade J A, Adekalu K O, et al. Nitrogen loss in chicken litter
compost as affected by carbon to nitrogen ratio and turning frequency[J].
Bioresource Technology, 2008, 99(16): 7495-7503.
[28] 徐永刚, 宇万太, 马强, 等. 环境中抗生素及其生态毒性效应研究进展[J]. 生态毒理学报, 2015, 10(3)
: 11-27.
[29] Liu J L,
Wong M H. Pharmaceuticals and personal care products (PPCPs): A review on
environmental contamination in China[J]. Environment International, 2013, 59:
208–224.
[30] 李盼盼, 宋雯, 谷洁, 等. 含四环素沼肥对蔬菜品质及抗性基因的影响[J]. 环境科学研究, 2016,
29(6): 907-915.
[31] Lin H,
Sun W, Zhang Z, et al. Effects of manure and mineral fertilization strategies
on soil antibiotic resistance gene levels and microbial community in a paddy–upland rotation system[J]. Environmental Pollution, 2016, 211: 332–337.
[32] 文汉卿, 史俊, 寻昊, 等. 抗生素抗性基因在水环境中的分布、传播扩散与去除研究进展[J]. 应用生态学报, 2015,
26(02): 625-635.
[33]
Thiele-Bruhn S, Beck I C. Effects of sulfonamide and tetracycline antibiotics
on soil microbial activity and microbial biomass[J]. Chemosphere, 2005, 59(4):
457–465.
[34] 李十盛, 高会, 赵富强, 等. 水产养殖环境中抗生素抗性基因的研究进展[J]. 中国环境科学, 2021,
41(11): 5314-5325.
[35] 郭瑞鹏, 吴银宝. 兽用抗生素残留对环境中细菌耐药性影响的研究进展[J]. 家畜生态学报, 2013,
34(2):1-5.
[36] 中华人民共和国农业农村部. 2019年194号公告[EB/OL]. 2019. http://www.xmsyj.moa.gov.cn/zcjd/201907/t20190710_6320678.htm
[37] Zhang S, Zhang P, Zhang, G, et al. Enhancement of anaerobic sludge
digestion by high-pressure homogenization[J]. Bioresource Technology, 2012,
118: 496-501.
[38] Rumyana
M, Mladenov D. Antimicrobial resistance: review[J]. Trakia Journal of Science,
2020, 18(4):401-404.
[39] Chen Q,
AN X, LI H, et al. Long-term field application of sewage sludge increases the
abundance of antibiotic resistance genes in soil[J]. Environment International,
2016, 92-93: 1–10.
[40] Zhu Y G,
Gillings M, Simonet P, et, al. Microbialmass movements[J]. Science, 2017, 357:
1099-1100.
[41]
Nicholson F, Groves S, Chambers B. Pathogen survival during livestock manure
storage and following land application[J]. Bioresource Technology, 2005, 96
(2): 135-143.
[42] 马秀丽. 规模养殖场滥用抗生素的危害与对策[J]. 当代畜牧, 2014(2): 17-18.
[43] 陈青林. 有机肥施用对抗生素抗性基因扩散的影响及控制对策[D]. 中国科学院城市环境研究所, 2018.
[44] 张先明, 季慕寅. 畜禽粪便的营养与处理及其应用[J]. 芜湖职业技术学院学报, 2002(01):
23-24.
[45] 赵小明, 龚月生. 畜禽粪便再生饲料的饲养价值及研究展望[J]. 畜牧兽医杂志, 2000(02):
20-22.
[46] 李庆康, 吴雷, 刘海琴, 等. 我国集约化畜禽养殖场粪便处理利用现状及展望[J]. 农业环境保护, 2000(04):
251-254.
[47] 李鸣雷, 商鸿生, 谷洁, 等. 促进农业废弃物腐解的复合微生物菌剂的筛选[J]. 西北农业学报, 2005(02):
101-104.
[48] 曹云, 常志州, 黄红英, 等. 添加腐熟猪粪对猪粪好氧堆肥效果的影响[J]. 农业工程学报, 201531(21):
220-226.
[49] Dogan K,
Bestami O, Esra O, et al. Profiling of bacterial community in a full-scale
aerobic composting plant[J]. International Biodeterioration &
Biodegradation, 2013, 77(2): 85-90.
[50] Liu H, Zhou Y W, Qin S Y, et al. Distribution of heavy metal
resistant bacterial community succession in cow manure biochar amended sheep
manure compost[J]. Bioresource Technology, 2021, 335: 125282.
[52]王飞. 粪便有机肥制备过程中重金属转化及阻控特性研究[D]. 西北农林科技大学,2015.
[53] Bernal M
P, Alburquerque J A, Moral R. Composting of animal manures and chemical
criteria for compost maturity assessment. A review[J]. Bioresource Technology,
2009, 100(22): 5444-5453.
[54] Pramanik
P, Ghosh G K, Ghosal P K, et al. Changes in organic - C, N, P and K and enzyme
activities in vermicompost of biodegradable organic wastes under liming and
microbial inoculants[J]. Bioresource Technology, 2007, 98(13): 2485-2494.
[55] Huang J,
Yu Z, Gao H, et al. Chemical structures and characteristics of animal manures
and composts during composting and assessment of maturity indices[J]. Plos One,
2017, 12(6): e0178110.
[56] 周营, 朱能武, 刘博文, 等. 微生物菌剂复配及强化厨余垃圾好氧堆肥效果分析[J]. 环境工程学报, 2018, 12(01): 294-303.
