现在畜牧业规模化的养殖模式导致了大量的畜禽废弃物的产生。20世纪80年代末期，随着经济的飞速发展，我国加大了农业调整力度，养殖业迅速发展，其中猪、鸡、牛的养殖发展最为突出，与此同时产生了大量畜禽粪便，得不到及时处理，污染环境，成为新的污染源（边文骅等，2004）。畜粪便一般会造成以下几类危害：一是对空气污染，畜禽养殖会产生大量的恶臭气体，其中有毒有害气体比如氨、二氧化碳、甲烷、含硫化合物等导致较重的空气污染，影响空气质量，容易引起一些人畜的呼吸道疾病。NH3是由畜禽粪尿中的含氮有机物在尿素酶的作用下分解产生，其对生态环境可产生酸性效应和毒副作用（刘银梅，2007），人畜长时间吸入过量的NH3会引起咳嗽、气管炎和支气管炎甚至窒息等疾病。有研究指出，当猪舍环境中含有50mg/L的氨气时，幼猪的增重会下降12%，氨气含量升高到100mg,的时候，增重会下降30%（汪开英等，2008）。二是粪污对水体和土壤的污染。未经处理的猪粪便会滋生蚊蝇，产生臭气，长时间积累会造成水体污染，导致地下水中NO3-的浓度升高。未经任何处理的粪便直接用于农田会造成耕地的氮磷过剩而使土地失去生产价值。三是传播病菌，据报道，全世界约有人畜共患疾病250多种，我国有120种，其中可由猪传染的有25种，由禽类传染的24种，由牛传染的26种，这些人畜共患疾病的载体主要是家畜粪便及排泄物。如果粪便未能及时处理，将会滋生大量蚊蝇成为危险的传染源，造成疫病传播，不仅影响畜禽健康，甚至有的病原体也会影响人类的健康（武亮，2010）。据统计（陈兰鹏等，2008），畜禽因粪便造成的环境卫生恶劣而引起的畜禽疫病、传染病致死率占总死亡率的50%以上。可见，仅畜禽排泄物构成了巨大的污染源，处理不当将给环境保护带来很大威胁。如何对畜禽粪便进行有效地处理，己成为摆在我们面前的一个亟需解决的大问题（汤江武，2008）。
1猪粪便污染现状
从FAO（联合国食品与农业组织）在2008年的统计数据看，2008年中国的生猪存栏数为4.46亿头，其中大约有20%为集约化养殖，如果按照每头猪每天产生6kg的粪尿计算，那么ld将会有5千多万吨的废弃物产生。这些集约化养殖场的畜禽废弃物的利用率只有30%左右，其余70%则直接向环境中排放（薛智勇等，2002）。据北京市环保局等部门对一些猪场排放的猪粪尿进行监测，并用国家污水排放标准进行评价，结果表明，化学耗氧量超标53倍，5d生化耗氧量超标76倍，悬浮物超标4倍，3项综合指标数（P）达63.61，达到了严重污染程度。在这些猪场附近，恶臭熏天，蚊蝇孽生，细菌繁殖，疫病传播，除影响周围居民的生活环境外，还造成猪场本身的污染。并且通过周围水渠、河道造成地表水及地下水的污染。然而，从资源的循环利用考虑，排泄物有很大的潜在经济价值（陈方舟等，2009）。
2猪粪好氧堆肥处理技术概述
堆肥处理是畜禽粪便无害化和资源化的有效途径，其目的是使堆肥原料中不稳定的有机物通过高温好氧发酵而逐步降解为性质稳定、对作物无害并可改良土壤的堆肥产品（鲍艳宇等，2010）。猪粪便是一种富含有机物和氮磷钾的肥源，对猪粪便利用一般是采用堆肥化处理后，制成有机肥进行土地利用，实现资源化。
2.1好氧堆肥基本定义
高温好氧堆肥是在人工调节下，在合适的条件下微生物的好氧发酵过程。通过好氧堆肥使动物粪便得到降解并杀死其中的病原菌，将有机物转化为稳定、无害、品质良好、便于运输和贮存的有机肥料和土壤调节剂，是一种集处理和资源利用于一体的生物处理方法（李国学等，2000）。猪粪中可分解物质比例大，堆肥产品中水分含量低，堆肥产量较高。日本的高品质堆肥技术采用好氧发酵处理，产品腐熟度高，易于储存，该方法已在日本普遍使用。美国有5700个猪场使用猪粪堆肥，而且数量在增加。堆肥可以杀死粪中的病原微生物和草种，是很好的肥料资源。
2.2好氧堆肥进程
好氧堆肥微生物降解过程，根据温度变化，可分为三个阶段，每一阶段各有其独特的微生物类群（竿振明等，1993）：
（1）中温阶段：堆制初期，堆体呈中温（15～45℃）。此时，嗜温性微生物活跃，利用可溶性物质糖类、淀粉不断增殖，在转换和利用化学过程中产生的能量超过细胞合成所需的能量，加上物料的保温作用，温度不断上升，以细菌、真菌、放线菌为主的微生物迅速繁殖。
（2）高温阶段：堆体温度上升到45℃以上，便进入高温阶段。此时，嗜温性微生物受到抑制，甚至死亡，而嗜热性微生物逐渐代替嗜温性微生物的活动。除前一阶段残留的和新形成的可溶性有机物继续分解转化外，半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂有机物也开始强烈分解。在50℃左右活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；60℃时，仅有嗜热性放线菌和细菌活动；70℃以上时，微生物大量死亡或进入休眠状态。经高温阶段后，堆体便开始发生与有机物分解相对应的腐殖质形成过程，堆肥物料逐渐进入稳定状态。
（3）腐熟阶段：在内源呼吸期，微生物活性下降，发热量减少减少，温度下降，嗜温性微生物再占优势，使残留难降解的有机物进一步分解，腐殖质不断增多且趋于“稳定”，堆肥便进入腐熟阶段（索超，2009）。
3猪粪好氧堆肥技术的影响因素
3.1含水率
在堆肥生态系统中，堆体含水率是一个重要的物理因素。堆料中适当的水分可以为微生物供给用来溶解养分的溶剂，参与微生物的新陈代谢，水分蒸发时带走热量，可调节堆体温度。堆肥原料水分的多少，直接影响好氧堆肥反应速度的快慢，影响堆肥的质量，甚至关系到好氧堆肥工艺的成败，因此，堆肥中水分的过程控制十分重要。在堆肥期间，微生物需要一个水环境作为媒介才能完成对有机质的生物降解。水分不足，水溶性成分的转移会受到影响，如果水分含量低于10%~15%，细菌的代谢作用会普遍停止。含水量太高，会使堆体内自由空间少，将会影响堆料的气体输送与分布，造成某些区域接近厌氧，造成了恶臭，严重影响了微生物的好氧代谢过程，减慢降解速度，延长堆腐时间(李艳霞等，1999）。大量的研究结果表明，即堆肥中的含水率一般为50%~60%。许多研究者认为，在堆肥的后熟期阶段，堆体的湿度也应保持在一定的水平，以利于细菌和放线菌的生长，后熟期的湿度不仅可以加快后熟也可以减少灰尘污染。
3.2碳氮比（C/N）
C/N比指的是堆肥原料与填充料混合物的C/N比，微生物生长需要碳源，蛋白质合成需要氮源，微生物合成一份蛋白质大约需要30份碳，故初始物料的C/N比为30∶1合乎堆肥需要，其最佳值在25~30∶1之间（黄得扬等，2004）。碳氮比过高，导致堆体中含碳量过高，微生物对堆料中的有机物的降解时间过长。碳氮比过低，则堆体中的氮过量而碳不足，这样不但不利于微生物的生长和繁殖，而且多余的N会猪粪好氧堆肥及堆肥微生物的筛选、纯化与发酵的研究通过氨气的挥发或者以溶液渗出的方式损失掉。如果碳氮比过高可以加入适当的氮源进行调节，比如畜禽的粪便；如果碳氮比过低则可以添加一些高碳高纤维含量的调理剂进行调节，如米糠、木屑、秸秆等。
3.3温度
堆体温度是影响微生物生长与繁殖的最显著因子，对堆肥反应速率起着决定性作用（李艳霞等，1999）。一般而言，嗜温菌最适合的温度为30～40℃，嗜热菌发酵最适合温度是45～60℃。由于高温分解较中温分解速度要快，并且高温分解又可以将虫卵、病原菌、寄生虫、抱子等杀死，所以，好氧堆肥就是将堆体的温度控制在能保证嗜热菌新陈代谢达到最旺盛的温度范围内，即45℃~60℃。薛澄泽研究指出，最大生物降解温度为45℃~55℃，消毒温度为55℃~70℃，综合考虑两方面的因素，建议一般堆肥堆体最高温度控制在50℃~60℃。
3.4pH
在堆肥过程中，pH值随着时间和温度的变化而变化，因而pH值也是提示堆肥分解过程的标志。pH值并不影响堆肥化过程中有机质的降解，但是pH值的大小对微生物的生长有重要影响。适宜的pH值可使微生物有效地发挥作用，而pH值太高或太低都不利于微生物的生长和繁衍，进而就不能最大的发挥降解有机物质的能力，影响堆肥的效率（苏杨，2006）。通常以微生物易生存的pH为最基本要求。一般来讲，pH值在3~12之间都可以进行堆肥，堆肥的pH值范围一般应在6～9之间最为合适。不同的堆肥原料有不同的初始pH值，可以用添加调理剂的措施加以改善。为了提高堆肥过程中微生物的活性与减小堆肥产品中致病菌的数量，常在堆制过程中添加一些无机调理剂（如石灰、氯化铁）或酸性调理剂（锯末）来控制堆肥的pH值。
3.5有机质含量
有机物是微生物赖以生存和繁殖的重要因素。堆肥反应的特性是它存在一个合适的堆肥有机物范围。大量的研究工作表明，在高温好氧堆肥中，适合堆肥的有机物含量变化范围为20%~80%。当有机物含量低于20%时，使堆肥过程产生的热量不足以提高堆层的温度而难以实现堆肥的无害化；也不利于堆体中嗜热菌的繁殖，无法提高堆体中微生物的活性，难以维持高温发酵过程。当堆体有机物含量高于80%时，由于高含量的有机物在堆肥过程中对氧气的需求很大，而实际供气量难以达到要求，往往使堆体中达不到好氧状态而产生恶臭，也不能使好氧堆肥顺利进行如果在畜禽粪便中混合切碎的作物秸杆，即可以利用作物秸杆提高堆体的孔隙率，又可以利用畜禽粪便提高堆体中的有机质的含量，同时也为作物秸杆和畜禽类便的处理提供了简捷的方法。
3.6通气量
通气的目的是为好氧微生物提供生命活动所必需的氧，是好氧堆肥成功的重要因素之一，它共有三个作用：第一，维持微生物的新陈代谢活动的需要与满足有机物分解的需氧量。第二，防止堆体内温度过高。堆肥需要由于微生物反应而产生的高温，但是，对于快速堆肥来讲，必须避免长时间的高温，以免使堆体内的微生物的新陈代谢受到抑制，产生负面影响，此时的温度控制就可以通过通风来进行调节。第三，满足堆肥干化的需要。因为向堆体内通风与堆体的水分散失紧密相关，所以在堆肥的后期，则应加大通气量，以冷却堆肥并带走水分，达到堆肥体积、重量减少的目的。
3.7微生物接种剂
好氧堆肥是利用微生物对有机物进行降解，微生物对堆肥的升温速度、物质转化、病原菌灭活都有着重要作用。陈华癸曾指出，在堆肥过程中，进行人为接种分解有机物能力强的微生物，可提高初期堆料中有效微生物的总数，加速堆肥材料的腐熟。国内外学者研究表明，在堆肥过程中接种高效的微生物可以使堆肥物料快速达到高温，杀灭其中的病原微生物，控制堆肥过程中臭气的产生，缩短堆肥腐熟进程。
4微生物接种剂对堆肥进程的影响
邓强等（2007）研究了微生态调节剂堆肥猪粪堆肥过程中微生物群落的影响。研究发现，添加微生态调节剂后，堆肥升温期细菌数量增加较快，人工接种后的堆肥中的细菌数量比自然堆肥提高4%~53%，接种的微生态调节剂能够激发细菌快速繁殖，增加细菌数量，能够快速启动堆肥发酵，缩短堆肥周期。堆体接种外源微生物后能够明显的加速堆体温度的升高，提高堆体的最高温度，延长了高温期的时间。Requena（1996）的试验指出，接种木霉或芽抱杆菌后，可以促进堆肥和土壤混合物的物质降解过程和有机物的腐殖化程度，用两种微生物中的任何一种给未腐熟的堆肥接种是改善其农艺特性的有效方法，Hart（2003）也得出与他们相似的结论。Bolta（2003）研究了有和没有微生物接菌剂对于堆肥过程中微生物群体结构的影响，指出与不接种处理相比，用处于活性阶段的堆肥作为接种剂，可以加速有机质的矿化，产生具有适宜C用比的堆肥产品。严力蛟（2002）用EM和oL处理猪粪时发现当在猪粪中加入EM或OL后，对猪粪臭源和各类有害菌数量有明显的抑制作用，且能加快猪粪的腐熟。刘克锋（2003）]在研究不同微生物处理对猪粪堆肥质量的影响时发现接入菌剂能加快堆肥的升温速度，提高最高温度，加速堆肥中碳氮比下降，促进堆肥中生物毒性物质的分解。
5猪粪堆肥技术研究展望
畜禽粪便的无害化、资源化是世界各国共同关注的问题，应当兼顾环境效益、社会效益和经济效益。堆肥化处理作为有机固体废弃物资源化的重要方法之一，有着广阔的应用前景。添加外源微生物可以有效地促进堆肥的进程，若应运用分子生物学技术手段，研究外源微生物对堆肥土著微生物的群落结构变化的影响，进一步阐明微生物在堆肥过程中的作用机理，这将为微生物菌剂在堆肥中的应用提供理论依据，对促进堆肥技术的发展也有着重要的意义。另外，畜禽粪便中存在的抗生素、激素类物质、重金属等有害物质是否在堆肥过程中得到消除或钝化，以及这些有害物质是否会因堆肥产品的应用，而影响农作物的安全性及品质等仍是堆肥化技术应用中需要探讨、研究和回答的重要问题。
（山东宝来利来生物工程股份有限公司，任甜甜,陈静,刘乃芝,徐辉,蒋正民,石玉青)
