河南省牛养殖业废弃物资源产业化结合途径分析

聂胜委，张巧萍，王二耀，张玉亭，何 宁

（1.河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，河南郑州450002；2.河南省农业科学院畜牧兽医研究所，河南郑州450002）

河南不仅是粮食生产大省，同时也是牛养殖业大省，牛肉产量和存栏头数居全国各省市首位。据统计，2016年底，全国牛肉总产量为716.8万t，河南为83.0万t，占11.6%；全国牛存栏头数为10 667.9万头，河南为887.2万头，占8.3%；而牛养殖业废弃物生产总量也同样处于前列，约8亿t。随着规模化、专业化牛养殖业的迅猛发展，养殖场密集排放的粪（尿）对大气、水体、土壤及居民生活等产生的不利影响也越来越严重，牛养殖业粪污染已成为面源污染的主要污染源。牛粪（尿）废弃物是一种很好的生物质资源，如何在种植业、养殖业规模化、专业化以及人口密集的地区处理和利用这些资源，实现清洁生产是科研工作者、政府管理部门、养殖企业（养殖户）迫切关注的重要问题。

本研究就河南省牛养殖业的分布情况以及废弃物资源化利用途径进行分析和归纳，以期为提高牛养殖业废弃物资源化利用能力和水平提供参考。

1 河南省牛养殖业区域分布情况

依据河南省统计年鉴资料，牛出栏数表示统计当年（2016年）生产牛的数量，年底存栏数表示统计当年（2016年）年底现有牛的存栏量。河南省省辖地市的分布情况如图1所示，牛养殖数量大的（≥40万头）有南阳、驻马店、开封、洛阳、商丘、周口6个地市；其中，牛养殖数量以南阳最多，出栏数、存栏数分别为93.94万，113.97万头；其次为驻马店，出栏数、存栏数分别为66.24万，85.55万头；养殖数量较多的（20万～40万头）有平顶山、三门峡、新乡3个地市；养殖数量较少的（≤20万头）有郑州、安阳、鹤壁、焦作、濮阳、许昌、济源等，其中，鹤壁最少，出栏数、存栏数分别为2.72万，3.07万头。河南省直管县（市）中，以邓州、新蔡、汝州3市（县）的养殖量较大，其中，邓州最大，出栏数、存栏数分别为19.02万，22.04万头，其他直管县（市）的量则较小。

牛肉产量、牛奶产量分别表示牛养殖业终端产品的分布情况（图2）。牛肉产量在5万t以上的有开封、南阳、周口、驻马店5个地市，其中，南阳的产量最高（13.89 万 t），其次为驻马店（9.72 万 t）；安阳、鹤壁的牛肉产量相比较低，其中，鹤壁的最低（0.36万t）。从牛奶产量分布来看，郑州、开封、洛阳、新乡、南阳5地市产量较高，总产均超过25万t；平顶山、焦作、商丘、周口4地市次之，总产超过了10万t；其他地市则较低，如许昌、济源产量不足5万t；省直管县（市）中，以汝州、邓州、滑县、新蔡4市（县）的总产相对较高，其中，汝州的牛奶产量最高，达到5.27 万 t。

通过对牛出栏数、存栏数以及牛肉产量、牛奶产量的分析可以看出，养殖量集中的地区，终端产品产量通常较高；但是也存在相反情况，如牛奶产量和养殖量大的南阳、驻马店2地市反而低于郑州、新乡等，说明随着人们生活水平的提高，牛奶生产有从供给量大的地区向需求量大且人口相对密集的地区转移的特点。

2 牛养殖业废弃物研究的文献分析

为了解牛养殖业废弃物资源化利用研究的整体情况，利用中国知网数据库，在“篇名”检索项中，以“牛粪”为检索词，检索时间为2008—2018年，共检索到647篇文献，经过甄别排查，共有有效文献637篇，年际间数量结果如图3所示。10a来，以研究或介绍有关牛粪的报道2008年为基准值（44篇），此后每年的报道数量均高于此基准值，年际之间总体报道量呈增加的趋势，如2012年73篇，2014年76篇，2016年78篇。以5 a为一个阶段，前5 a（2008—2012年）累计有 272篇，后 5 a（2013—2017年）累计有348篇，后一阶段累计增加报道量76篇，研究报道显著增多，说明科研人员对牛养殖业废弃物的资源化再利用关注度在增加。

对报道的文献按照其内容及其与牛养殖业废弃物的关联程度，分为蚯蚓、食用菌、微生物、物质转化、作物土壤、瓜菜土壤、堆肥、气体排放、其他等20个相关领域（表1），内容涵盖了种植业、养殖业、园艺瓜菜、气体排放、产品等5大类。其中，牛粪堆肥领域的研究报道最多，累计有147篇文献，占比为23.08%；其次为气体排放领域（78篇），如产生沼气（CH4）、氢气（H2）、硫化氢（H2S）等，占比 12.24%。此外，堆肥过程中物质养分转化（11.15%）、相关微生物的数量及变化（8.32%）、蚯蚓堆肥产品（5.81%）、降解菌的研制（4.08%）以及堆肥后施用对作物土壤（5.49%）、瓜菜土壤（3.14%）的影响等也是关注较多的领域。通过牛养殖业废弃物资源化利用来延长产业链条，如利用牛粪来作生物炭、燃料、栽培食用菌、修复土壤、用作基质等，也有较多的报道，而且技术相对较为成熟。值得注意的是，有些领域研究占比很低，如产品领域（0.94%），但是利用牛粪资源配以适宜的辅料，通过特殊的工艺流程，制作生态砖、燃料电池、陶粒、牙膏等产品，大大拓展了牛粪资源的用途，这为未来区域化解决牛粪资源提供了新的思路和方法。

表1 中国知网10 a（2008—2018年）来文献研究领域分析

3 牛养殖业废弃物产业化结合途径

牛养殖业废弃物是一种很好的生物质资源，通过与种植业、园艺瓜菜、食用菌以及其他养殖业链接，延伸产业链条，促进牛粪资源多途径、多样化利用，提高产品附加值，为牛粪（尿）科学、合理利用提供适宜模式。

3.1 与种植业结合

当前，牛粪与种植业结合是资源化利用的主要途径之一。通过不同途径的堆肥还田，既能调节土壤肥力、改善土壤结构、提高养分含量，同时能够防治特殊的病害，如茄子根腐病、苹果花腐病等[1]。堆肥应掌握好堆肥阶段的通风、温度、填充料的选择、堆料含水率、适宜的C/N和pH值等[2-4]关键条件和技术。

3.2 与园艺瓜菜产业结合

园艺瓜菜土壤复种指数较高，土地资源利用强度较大，将牛粪废弃物资源与园艺瓜菜产业结合，具有改土、提质、增效的良好效果。研究发现，施用牛粪生物炭能明显改善土壤理化性质，提高化肥利用效率，促进蔬菜生长[5]；如施用牛粪能提高菠菜[6]、西瓜[7]、黄瓜[8]等园艺蔬菜瓜果的产量。

同时，利用牛粪复配其他辅料制成园艺瓜菜育苗基质[9]，能多种渠道利用。牛粪和酒糟配制适宜作西瓜、黄瓜、番茄生长的育苗基质[10]；牛粪配以草炭、木醋液等制成黄瓜育苗基质[11]；牛粪与菇渣配制制作番茄基质[12]；牛粪与秸秆、蛭石、草炭等配制制作辣椒基质[13]。

3.3 与食用菌产业结合

食用菌栽培在我国历史悠久，利用牛粪栽培食用菌近年来已经有较多研究和成熟技术。在牛粪中加入一定量的辅料（如稻草、秸秆、氮肥等）堆制发酵后，可以利用自身的养分栽培食用菌，如双孢

菇[14]、平菇[15]、草菇[16]等。利用牛粪和农作物秸秆发酵料栽培双孢菇是当前应用较广的途径[17]，效益也相当可观，研究表明，每平方米可产菇12.5～15.0kg，纯利润在100元/m2以上[14]。

3.3 与其他养殖业结合

牛粪自身富含丰富的养分，经特定的工艺或技术处理，可转变为蚯蚓、鱼类等动物的饲料来源。如养殖蚯蚓[18-19]，要对牛粪进行预堆肥，以杀死大量病原菌和其他有害微生物，同时堆肥过程中如果发生厌氧发酵时产生甲烷、CO等气体[20]，则选用适宜的蚯蚓品种[21-22]。也可以用作猪、鸡、鱼等动物的饲料[23]；这需要通过干燥法[24]将新鲜牛粪单独或掺入一定比例的糠麸拌匀后，经过脱水、灭菌，然后粉碎，掺到其他饲料中饲喂；或通过发酵法在牛粪中加入某些微生物菌剂或酶制剂以及其他辅料，然后在适宜的温度下发酵，配制饲料进行饲喂。相关研究表明，将牛粪与淀粉渣、米糠和一些酶类物质等经发酵后制作的饲料养猪，能节约1/3的常规饲料[25]。利用生物发酵法制备的牛粪饲料，无异味，动物适口性好，消化率高[26]。此外，利用发酵干牛粪作奶牛场的垫料[27-29]，能够提高泌乳牛的舒适度。

3.5 与其他工业结合

生产商品化产品方面，牛粪堆肥后的产物可以根据需要进一步加工成粉状有机肥和颗粒状有机肥产品，或者掺入化肥制成各种有机无机复混肥产品[30]。利用厌氧消化工艺[31-32]获得沼气[33]是目前研究最具发展前途的牛粪商品之一；同时，通过添加锯末或设置堆体规模等，降低或减少温室气体排放量[34-37]。将牛粪与煤按照一定比例混合制成蜂窝煤，降低了原煤中的硫含量[38]。牛粪经过热解制成可燃气体[39]；通过牛粪堆肥将麦秸废弃物有效转化为生物氢气[40-41]。除此之外，很多地方还利用牛粪厌氧发酵产生的沼气进行发电，如美国、以色列、日本等。据悉，1 500头奶牛的粪便所发的电，足以供应330个家庭的日常用电[42-43]。

另外，牛粪含有丰富的纤维素、半纤维素，将牛粪中的木质素进行酶解转化为糖，通过发酵可制作酒精[44-45]。通过碱处理，牛粪的还原糖率可达17.7%[46]，可以牛粪或牛粪与废纸混合为原料制作纸浆[47]。利用牛粪中微生物对有机污染物进行降解[48]，可生产土壤改良剂；制作活性炭[49]。可利用牛粪添加少量木屑，烧制出活性炭或配以其他原料生产电池[50]、牙膏[51]、陶粒[52]等产品。牛粪栽培食用菌后可经过提炼制成保健品、抗肿瘤药物[53]，提炼链霉素[54]等。

4 河南省牛养殖业废弃物资源化利用的建议

河南省牛养殖数量大，而且规模相对集中；同时，河南省也是我国粮食生产大省，种植业的规模化、机械化程度相对较高。面对未来养殖业的发展和农业生产的现状，对牛养殖业废弃物资源化利用提出如下建议。

4.1 加强政策引导和支持

在加强环境保护的同时，要提高养殖户的环境保护意识和废弃物处理能力。一方面政府部门应通过新型养殖技术培训等进行科学、合理的养殖，提高环保意识；另一方面，加大环境保护执法力度，加强检查督导，“倒逼”养殖户改善养殖条件，提高废弃物处理能力和水平，使养殖户变被动为主动。

4.2 因地制宜提高牛养殖业与其他产业的衔接能力

随着对牛养殖业废弃物处理技术研究水平的不断提高，牛粪作为与其他产业如种植、园艺瓜菜、食用菌业、沼气、发电、医药、保健品等行业原料或资源的融合度也越来越高。因此，应多渠道、多途径开发利用牛粪资源，延伸产业链条，提高产业附加值。在设施农业集中的地区，可以开发以牛粪为原料的育苗基质、生态有机肥等产品，在食用菌产业集中的地区，利用牛粪为原料生产双孢菇等食用菌。总之，处理牛粪资源要结合当地实际情况，科学合理地拓展牛粪资源利用途径和方式。

4.3 扩大宣传，搭建桥梁纽带，为多产业融合提供舆论氛围

产业化的发展随之带来的是规模化、专业化、工厂化的生产，对于中等规模的牛养殖户来说，这在提高本行业效率的同时，不可避免地陷入了相对专一、封闭的小圈子。不同产业之间由于生产目的性不同而衔接度较差，养殖就是养殖，种植仅是种植，产业之间衔接较为松散。养殖业废弃物是种植业所需的肥料，是栽培食用菌的原料，是养殖蚯蚓的饲料。所以说，扩大技术的媒体宣传力度，通过政府引导和政策支持，在不同产业之间搭建桥梁纽带，鼓励和扶持养殖、种植、食用菌、园艺瓜菜、有机肥生产等产业之间形成自发的链接，形成资源互补。