王云 王婧怡 李佳佳

摘要：養(yǎng)殖廢棄物肥料化是當(dāng)前畜禽糞便無害化處理和資源化利用的主要方向，肥料化工藝主要包括傳統(tǒng)堆肥、條垛式發(fā)酵、槽式發(fā)酵和反應(yīng)器式發(fā)酵。無害化處理是畜禽廢棄物肥料化成功與否的關(guān)鍵，而除臭保氮是肥料化生產(chǎn)過程中控制氨揮發(fā)及其他臭氣排放、減少氮損失與保護(hù)資源環(huán)境的重要內(nèi)容。采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法總結(jié)了近20年國內(nèi)外養(yǎng)殖廢棄物肥料化領(lǐng)域的研究過程及發(fā)展現(xiàn)狀，分析表明了肥料生產(chǎn)設(shè)備化和智能化、氮素代謝機(jī)理及降解過程、抗生素和抗性基因去除技術(shù)等相關(guān)研究將成為未來熱點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：糞便;堆肥;肥料化;文獻(xiàn)計(jì)量;研究趨勢

中圖分類號：X713 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2021）10-0036-07

我國是畜牧業(yè)大國，據(jù)統(tǒng)計(jì)每年畜禽糞污產(chǎn)生量達(dá)38億t，大量養(yǎng)殖廢棄物沒有得到有效處理和利用，成為農(nóng)業(yè)農(nóng)村環(huán)境治理的一大難題[1-2]。加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化，對改善土壤地力、治理農(nóng)業(yè)面源污染尤為重要[3-4]。其中，農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化作為畜禽糞便最主要的資源化措施[5]，有效地促進(jìn)了種養(yǎng)結(jié)合與農(nóng)牧循環(huán)可持續(xù)發(fā)展新格局的構(gòu)建。

近年來，隨著科技迅猛發(fā)展，養(yǎng)殖廢棄物肥料化發(fā)酵工藝呈現(xiàn)從傳統(tǒng)堆肥向槽式發(fā)酵[6]、條垛式發(fā)酵[7]和反應(yīng)器式發(fā)酵[8]轉(zhuǎn)變。國內(nèi)外科研成果產(chǎn)出持續(xù)加大，設(shè)備和產(chǎn)品市場化程度加深，整體向著工藝標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)設(shè)備化、設(shè)備智能化、產(chǎn)品安全化，以及“高效、安全、綠色”的可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢發(fā)展。

文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)是集數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和文獻(xiàn)學(xué)為一體，通過對特定領(lǐng)域科研論文的定量檢索、信息提取和深度分析，歸納其歷史發(fā)展特征、科學(xué)研究現(xiàn)狀和近期研究熱點(diǎn)，為相關(guān)人員制定發(fā)展規(guī)劃、明確研究路徑、加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新提供客觀依據(jù)[9-10]。為較客觀地反映國內(nèi)外養(yǎng)殖廢棄物肥料化的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢，本研究采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法系統(tǒng)總結(jié)了養(yǎng)殖廢棄物肥料化領(lǐng)域相關(guān)論文的年度變化趨勢、主要發(fā)表國家、機(jī)構(gòu)以及研究熱點(diǎn)等信息，以期為相關(guān)研究人員提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

本研究分別以美國科睿唯安（Clarivate Analytics）公司出版的科研信息檢索平臺Web of Knowledge平臺下的Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫（WOS）和中國知網(wǎng)CNKI中文期刊庫作為數(shù)據(jù)來源，檢索獲取養(yǎng)殖廢棄物肥料化領(lǐng)域的相關(guān)研究論文。其中，WOS 數(shù)據(jù)庫的檢索策略主要為：TS=（animal$ OR livestock OR cow$ OR cattle OR dairy OR swine OR pig$ OR chicken OR broiler$ OR laying hen$ OR poultry OR goat$ OR sheep） AND TS=（excrement$ OR manure OR slurry OR slurries OR faeces OR feces OR dung OR waste$），TS=（trough OR windrow OR aerobic fermentation OR aerobic digestion OR compost OR composting），TS=（nitrogen retention OR nitrogen conserving OR nitrogen conservation OR nitrogen protecting OR deodorization OR ammonia OR NH3 OR H2S OR hydrogen sulfide OR odour OR odor），TS=（heavy metal OR Cu OR Zn OR As OR Cd OR Cr OR Pb OR antibiotic$ OR tetracycline$ OR sulphonamide$ OR quinolone$ OR aminoglycoside$ OR macrolide$ OR macrocyclic lactone$ OR β-lactam$ OR resistance gene$ OR gene resistance$ OR pathogenic bacteria OR pathogen$ OR hormone$），時間跨度=2000—2020，數(shù)據(jù)庫包括SCI-EXPANDED/SSCI/A & HCI/CPCI-S/CPCI-SSH/ESCI，文獻(xiàn)類型限定為Article。檢索時間截至2020 年7月13日，檢索結(jié)果共命中10 327條記錄。

CNKI數(shù)據(jù)庫的檢索策略：主題=“糞便+畜禽廢棄物+畜禽糞便+豬糞+牛糞+雞糞+羊糞”，主題=“堆肥+漚肥+槽式+條垛”，主題=“保氮+保N+除臭+NH3+H2S+臭氣”，主題=“重金屬+Cu+Zn+As+Cd+Cr+Pb+抗生素+磺胺+四環(huán)素+喹諾酮+大環(huán)內(nèi)酯+氨基糖苷+β-內(nèi)酰胺+抗性基因+耐藥基因+病原菌+大腸桿菌+蛔蟲卵+激素”，時間跨度=2000—2020，數(shù)據(jù)庫為學(xué)術(shù)期刊，語言限定為中文。檢索時間截至2020 年7月13日，檢索結(jié)果共命中2 741條記錄。文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析采用數(shù)據(jù)清洗工具Open-Refine 結(jié)合 MS-Excel 對檢索結(jié)果進(jìn)行清洗與分析等工作。

2 養(yǎng)殖廢棄物肥料化領(lǐng)域發(fā)文特征

2.1 發(fā)文量分析

2000—2020年，畜禽廢棄物肥料化領(lǐng)域論文發(fā)表總量及WOS發(fā)文排名前十位國家的論文發(fā)表情況如圖1所示，畜禽廢棄物肥料化領(lǐng)域WOS論文年發(fā)表數(shù)量從最初的200篇持續(xù)快速增長到900篇以上。在WOS論文數(shù)量排名前十的國家中，中國WOS發(fā)文量更以2 159篇位居第一，同比超出美國290篇，比排在第三位的印度多出了1 000篇以上。中國、印度和巴西作為發(fā)展中國家，其WOS發(fā)文量占排名前十國家發(fā)文總量的41.0%，可見畜禽糞便肥料化研究已成為世界各國科研工作者共同關(guān)注的研究領(lǐng)域。與其他國家相比，中國科研工作者在畜禽廢棄物肥料化領(lǐng)域的研究取得了蓬勃發(fā)展，這與我國近年來對畜禽廢棄物資源化利用的日益重視以及對畜禽廢棄物肥料化領(lǐng)域投入持續(xù)增加密切相關(guān)。

我國糞污治理與資源化利用相關(guān)法案法規(guī)的制訂，包括2014年實(shí)施的《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》、2017年頒布的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用的意見》等，有效促進(jìn)了養(yǎng)殖廢棄物治理與資源化利用相關(guān)領(lǐng)域研究的快速發(fā)展，尤其畜禽糞便肥料化研究領(lǐng)域發(fā)展迅速。由圖1-a可知，國內(nèi)養(yǎng)殖廢棄物肥料化領(lǐng)域CNKI論文數(shù)量從2000年的12篇持續(xù)快速增長到200篇以上，其中近5年發(fā)文量大幅上升，占CNKI該領(lǐng)域總發(fā)文量的31.9%。

2.2 熱頻詞分析

關(guān)鍵詞是反映論文研究主題概念的詞或詞組，

其中熱頻詞常被認(rèn)為是某個領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。通過篩選、剔除和合并等數(shù)據(jù)清洗方式，建立WOS高頻詞表（表1）和CNKI高頻詞表（表2）。在物質(zhì)循環(huán)代謝研究方面，國際學(xué)者對氨（ammonia）和氨氣（NH3）的研究占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢，氮素保留技術(shù)既提高了畜禽廢棄物肥料利用效率，又有效減少了氨氣排放對環(huán)境的影響。在重金屬無害化研究方面，科研工作者對重金屬砷的關(guān)注度遠(yuǎn)高于其他種類重金屬。近年來，糞便中的高含量銅、鋅引發(fā)了較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，隨后成為國際研究熱點(diǎn)。在抗生素?zé)o害化研究方面，四環(huán)素在養(yǎng)殖環(huán)節(jié)應(yīng)用最廣，成為最主要的抗生素研究對象;隨之，抗性基因的研究也漸漸成為新的研究重點(diǎn)。CNKI熱頻詞分析結(jié)果與WOS較為相似，尤其在重金屬和抗生素?zé)o害化方面，砷和四環(huán)素同為最重要的研究對象。

2.3 主要發(fā)文機(jī)構(gòu)與作者

圖2-a顯示了自2000—2020年畜禽廢棄物肥料化領(lǐng)域WOS發(fā)文量最多的10家機(jī)構(gòu)具體發(fā)文情況，前3位分別是美國農(nóng)業(yè)部、中國科學(xué)院和西班牙國家研究委員會。其中，美國農(nóng)業(yè)部以533篇發(fā)文量位居第一，前十家機(jī)構(gòu)中有3家機(jī)構(gòu)來自中國，分別占據(jù)第2位、第4位及第6位，發(fā)文總量達(dá)1 000篇以上，超過前十位發(fā)文量總和的1/3，僅中國科學(xué)院的發(fā)文量就達(dá)到了421篇，可見中國對于畜禽廢棄物肥料化研究的重視和支持。

圖2-b顯示了自2000—2020年畜禽廢棄物肥料化領(lǐng)域CNKI發(fā)文量最多的20家機(jī)構(gòu)的具體發(fā)文情況。其中4家機(jī)構(gòu)在養(yǎng)殖廢棄物肥料化領(lǐng)域發(fā)文超過了100篇，遠(yuǎn)超其他機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域的相關(guān)發(fā)文量。西北農(nóng)林科技大學(xué)發(fā)文總量接近150篇，在養(yǎng)殖廢棄物肥料化領(lǐng)域占據(jù)優(yōu)勢地位。其中，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)榮祥民教授、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院常志州研究員和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的沈其榮教授在CNKI系統(tǒng)發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量最多，取得了具有較強(qiáng)應(yīng)用價(jià)值的研究成果。

3 養(yǎng)殖廢棄物肥料化熱點(diǎn)領(lǐng)域文獻(xiàn)計(jì)量分析

3.1 發(fā)酵工藝研究分析

圖3顯示了2000—2020年畜禽廢棄物肥料化處理過程中不同發(fā)酵工藝的論文發(fā)表情況，包括發(fā)酵工藝的發(fā)文百分比和主要國家WOS發(fā)文量。從圖3-a可以看出，近20年來傳統(tǒng)堆肥工藝是最主要的畜禽廢棄物發(fā)酵工藝，其WOS發(fā)文量占總發(fā)文量的77.4%。槽式發(fā)酵和條垛發(fā)酵工藝雖然在百分比上呈現(xiàn)逐年減小的趨勢，但其文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量保持穩(wěn)定，槽式發(fā)酵甚至呈現(xiàn)略微上升趨勢。新興的反應(yīng)器發(fā)酵工藝則在WOS論文發(fā)表數(shù)量和百分比層面都呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，從2000年發(fā)表的10篇增加至2019年的170篇，總發(fā)表量占比提高了3倍。從圖3-b可以看出，發(fā)文量排在前十位的國家中，傳統(tǒng)發(fā)酵工藝和反應(yīng)器發(fā)酵工藝WOS論文發(fā)表數(shù)量高于槽式發(fā)酵工藝和條垛發(fā)酵工藝的情況普遍存在，并且這一現(xiàn)象在中國更加明顯，表明中國科研人員更加側(cè)重于反應(yīng)器式發(fā)酵工藝的研究，這與我國有機(jī)肥生產(chǎn)向設(shè)備化發(fā)展及養(yǎng)殖業(yè)向集約化發(fā)展的現(xiàn)狀相一致。

3.2 生產(chǎn)過程研究分析

2000—2020年，畜禽廢棄物肥料化生產(chǎn)過程中氮素保存和除臭技術(shù)的論文發(fā)表情況如圖4所示，包括不同年份發(fā)文量和發(fā)文前十位國家的WOS發(fā)文情況。不穩(wěn)定氮化合物的降解是肥料腐熟的關(guān)鍵，但也造成了氮素的大量損失，氮素保存技術(shù)的研究有助于減少氨排放，有效提高糞肥肥力。從圖

4-a可以看出，肥料化領(lǐng)域中生產(chǎn)過程方面的研究逐年增多，自2011年起每年發(fā)文量均超過100篇。從圖4-b可以看出，除印度外，其他國家更加注重控制畜禽廢棄物肥料生產(chǎn)過程中的臭氣排放，尤其是中國和美國在該領(lǐng)域的研究及發(fā)文量均明顯領(lǐng)先，其研究能力始終位于世界前沿。近20年來，除臭技術(shù)和氮素保存技術(shù)分別占生產(chǎn)過程研究的65.1%和34.9%，可見科研工作者對于除臭技術(shù)的研究相較于氮素保存技術(shù)更加重視，力爭在畜禽廢棄物肥料生產(chǎn)過程中以最小的污染換取最佳的環(huán)境效益。

圖4-c給出了畜禽廢棄物肥料化過程中氮素保存與除臭技術(shù)研究方向CNKI發(fā)文數(shù)的變化情況。畜禽廢棄物肥料化除臭方向CNKI發(fā)文總數(shù)呈現(xiàn)明顯的上升趨勢，說明畜禽廢棄物肥料化過程中臭氣去除技術(shù)研究獲得了研究者的廣泛關(guān)注。其中，2008年我國在除臭技術(shù)領(lǐng)域發(fā)表的中文論文為19篇，但2000年只發(fā)表了1篇。與臭氣去除技術(shù)相比，氮素保存技術(shù)發(fā)文總量相對較少，約為臭氣去除技術(shù)的1/6。氮素是植物生長最重要的營養(yǎng)元素之一，且畜禽廢棄物腐熟過程中氮的損失對大氣環(huán)境和土壤生態(tài)影響較大，從技術(shù)突破和環(huán)保需求分析，預(yù)測氮素保存是未來科研工作者持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)之一。

3.3 無害化技術(shù)研究分析

圖5顯示了2000—2020年畜禽廢棄物肥料化過程中的無害化技術(shù)論文發(fā)表情況，包括無害化技術(shù)的發(fā)文百分比和發(fā)文前十位國家的WOS發(fā)文量。畜禽糞便無害化技術(shù)WOS發(fā)文量占肥料化領(lǐng)域WOS總發(fā)文量的79.2%，其中重金屬鈍化與去除技術(shù)以及病原體去除技術(shù)是最主要的研究方向。從圖5-a中可以看出，畜禽廢棄物中關(guān)于重金屬鈍化或去除技術(shù)的研究一直是無害化技術(shù)的主流，雖然WOS發(fā)文占比總體呈現(xiàn)微降趨勢，但2000—2019年其發(fā)文數(shù)量由143篇增加至660篇，增長了3.6倍。畜禽廢棄物無害化過程中，抗生素和抗性基因去除技術(shù)的發(fā)文量占比在2007年后呈現(xiàn)逐年上升的趨勢;而對激素去除技術(shù)的研究則一直較少，發(fā)文量及占比均最低。從圖5-b可以看出，中國在重金

屬、抗生素及抗性基因去除技術(shù)上的研究及發(fā)文量均處于世界前列，而美國和加拿大則對病原體去除技術(shù)的研究更為重視，相關(guān)發(fā)文量占本國無害化研究的發(fā)文比例更高。

我國畜禽廢棄物無害化處理技術(shù)方向CNKI的發(fā)文情況如圖5-c所示。我國在畜禽廢棄物無害化處理技術(shù)研究方面有持續(xù)增長的趨勢，尤其近5年發(fā)文量迅速增多，占總發(fā)文量的38.7%。我國科研人員2016年在無害化技術(shù)方面發(fā)表中文論文339篇，較2001年增加了25倍。其中，糞便好氧發(fā)酵過程中重金屬去除的研究是占比最多的技術(shù)方向，2019年發(fā)文量高達(dá)132篇。隨著肥料化發(fā)酵工藝的優(yōu)化升級，抗生素和抗性基因方面的研究持續(xù)增加，逐漸成為無害化技術(shù)的研究重點(diǎn)。

4 研究展望

以Web of Science核心數(shù)據(jù)庫和CNKI期刊中文庫為數(shù)據(jù)源，通過對養(yǎng)殖廢棄物肥料化領(lǐng)域研究論文的文獻(xiàn)計(jì)量分析，反映了養(yǎng)殖廢棄物肥料化整體研究進(jìn)程，以及在發(fā)酵工藝、生產(chǎn)過程與無害化處理技術(shù)方面的發(fā)展趨勢。

（1）近20年來，養(yǎng)殖廢棄物肥料化領(lǐng)域的相關(guān)研究取得了快速發(fā)展，從科技論文發(fā)文量來看，中美兩國在養(yǎng)殖廢棄物肥料化研究領(lǐng)域具有領(lǐng)先優(yōu)勢。

（2）在發(fā)酵工藝研究方面，由傳統(tǒng)堆漚逐漸過渡到條垛式發(fā)酵、槽式發(fā)酵和反應(yīng)器發(fā)酵工藝。國際上反應(yīng)器發(fā)酵工藝研究占比14.56%，而我國反應(yīng)器發(fā)酵工藝研究占比26.0%，預(yù)示我國在反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、自動控制、腐熟效果等方面取得較多的研究成果，肥料生產(chǎn)設(shè)備化和智能化將是未來研究重點(diǎn)。

（3）在生產(chǎn)過程研究方面，主要注重養(yǎng)分保存和氣體減排2個方面的技術(shù)研究，國際上氮素保存和臭氣去除方面在養(yǎng)殖廢棄物肥料化領(lǐng)域發(fā)文占比為20.84%，其中我國在該領(lǐng)域占據(jù)較強(qiáng)的研究優(yōu)勢。未來我國科研工作者在生產(chǎn)過程研究方面，將進(jìn)一步加強(qiáng)對氮素代謝機(jī)制及降解過程的研究，并繼續(xù)提高臭氣去除技術(shù)在肥料化過程中的應(yīng)用創(chuàng)新。

（4）在無害化技術(shù)研究方面，重金屬鈍化及去除技術(shù)是國際和國內(nèi)公認(rèn)的研究熱點(diǎn)，WOS和CNKI重金屬研究在無害化技術(shù)發(fā)文占比分別為79.42%和38.2%，差別在于我國對抗生素和抗性基因的關(guān)注度遠(yuǎn)高于其他國家。這與我國與其他國家在畜禽養(yǎng)殖方式、糞污處理措施和潛在污染風(fēng)險(xiǎn)管控等方面的差異有關(guān)，抗生素和抗性基因的研

究將成為我國未來的研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳浩瑋，孫小淇，梁博文，等. 我國畜禽糞便污染現(xiàn)狀及處理與資源化利用分析[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2020，39（6）：1168-1176.

[2]仇煥廣，廖紹攀，井 月，等. 我國畜禽糞便污染的區(qū)域差異與發(fā)展趨勢分析[J]. 環(huán)境科學(xué)，2013，34（7）：2766-2774.

[3]李金祥. 畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理及資源化利用模式創(chuàng)新研究[J]. 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全，2018（1）：3-7.

[4]趙明杰，吳德勝，張雪立，等. 畜禽糞污堆肥發(fā)酵技術(shù)及裝備[J]. 農(nóng)業(yè)工程，2019，9（9）：46-51.

[5]舒 暢，喬 娟. 我國種養(yǎng)一體化模式治理畜禽糞污的發(fā)展問題研究[J]. 中國畜牧雜志，2019，55（8）：146-150.

[6]黃紅英，常志州，馬 艷，等. 兩種翻料方式對禽畜糞便槽式發(fā)酵效率的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34（2）：135-138.

[7]張 晶，孫照勇，鐘小忠，等. 奶牛糞條垛式模擬堆肥腐熟度及微生物群落結(jié)構(gòu)變化[J]. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2016（3）：423-429.

[8]繆 宏，張玲聰，夏云帆，等. 好氧堆肥反應(yīng)器內(nèi)部在線監(jiān)測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2020，42（6）：68-72.

[9]邱均平，段宇鋒，陳敬全，等. 我國文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)發(fā)展的回顧與展望[J]. 科學(xué)學(xué)研究，2003，21（2）：143-148.

[10]趙晏強(qiáng)，李印結(jié)，吳躍偉，等. 基于文獻(xiàn)計(jì)量和關(guān)鍵詞的鋰離子電池正極材料的研究進(jìn)展[J]. 材料導(dǎo)報(bào)，2014，28（2）：140-145.