生物封闭式动物尸体堆肥法控制牲畜传染病暴发

该视频展示了一项在莱斯布里奇研究中心开展的研究实例，该研究由联邦政府的CRTI项目以及阿尔伯塔农业部资助。该项目的目的是在肉牛群体暴发传染病期间，将棉秆打捆掩埋法作为一种动物尸体处理方法进行评估。这一技术此前曾由加拿大食品检验局（CFIA）的劳埃德·斯宾塞博士（Dr. Lloyd Spencer）用于控制数年前在弗雷泽河谷地区暴发的禽流感疫情。

该项目的目标主要是有效控制病原体，防止其传播至其他周边牛群。为实现这一目标，必须迅速作出响应，开发出一种处理方法，并确保其在24小时内准备就绪并投入运行。因此，在本实验设计中，我们全程使用本地可获取的材料进行堆肥处理，这些材料可方便地从当地农场供应商处重新采购，从而能够在24小时内完成结构的搭建。

该结构的外框架仅采用大麦秸秆作为基础材料。我们在结构底部放置了小型秸秆层，以防整体堆肥过程中产生任何渗漏，这些小型草捆可起到吸收渗出液体的作用。随后，我们使用大型方形草捆作为结构的外墙。

因此，我们的目标是探究是否可以采用类似的模型，仅将其规模扩大至更大的尺寸，以应对全尺寸育肥牛较大的体型。本研究中采用的封闭程度远高于典型的堆肥过程。我们使用大型稻草捆，以便在结构化框架内 containment 整个堆肥堆。

我们从Lepar研究中心的饲养场收集了粪肥，并通过粪肥撒播机对其进行预处理，以实现通气，使其能够加热新的物料。这基本上是首次在如此大规模且不具备高等级密闭条件下进行的尝试。我们最初尝试时关注的问题之一是：在堆肥过程中是否会产生大量液体渗出物。

因此，我们特意设置了排水系统，即堆肥堆，以收集堆肥过程中可能产生的任何液体。我们使用标准的青贮塑料，这种塑料与饲料场用于覆盖青贮坑的塑料相同。

使用塑料的目的在于实现极高的安全性，基本上可确保堆肥堆中的所有物质都被保留在塑料屏障内部。我们在堆肥结构的底部铺设一层大麦秸秆，既作为吸水材料，也有助于促进堆肥过程的进行。

此外，我们将温度发射器放置在堆肥材料内部。这些发射器可在整个堆肥过程中持续记录温度数据，待堆肥过程结束后，我们回收这些发射器，并下载整个堆肥期间的温度记录。使用塑料材料的一个缺点是，它很可能限制氧气进入堆肥堆体。

这里我们使用了在房屋建造中常见的简易排水管或排水管道，并在整个堆肥结构中每隔约16英尺放置一根。这样做的目的是确保空气能够进入堆肥堆内部，使堆肥过程保持为需氧过程，而非缺氧环境下的厌氧过程——在厌氧条件下，氧气被排除，最终发生的反应基本上与青贮饲料的发酵过程相同。而我们并不希望这种情况发生。

我们希望氧气能够进入结构内部，以最大程度地促进尸体的降解。这些牛只来自当地的育肥场，其死亡原因主要是由自然因素引起的肺炎。我们并未为了本研究而宰杀或故意杀死这些动物。

目前，我们放置的这些管道仅依赖于被动通气，即空气通过管道从周围环境自然流通。我们没有使用风扇或类似设备，因为如果发生传染病暴发，您不希望将传染性病原体从堆肥结构中吹出并扩散到周围区域。在一般的疫情暴发情况下，您不会采用我们在此实验中所实施的如此详细的方案；但由于这是一项实验，我们使用所谓的“贝克尔回收金字塔”（baker retrieval pyramids）作为将样本植入堆肥并在后续时间点取出的方法。

为进一步研究，我们使用了模式微生物，包括细菌和病毒，将其放入这些白色小袋中，然后将小袋置于三角区域，再将其放入堆肥结构中。该实验的目的是确保堆肥过程能够杀灭微生物，从而使传染性病原体在堆肥过程中被彻底破坏。我们还添加了其他基质末端材料，如组织、脑组织以及角蛋白（构成蹄和角的蛋白质）。

角蛋白具有很强的抗消化性，我们希望探究在堆肥过程中是否能够实现这种抗性蛋白的显著降解。如果确实观察到明显的分解，就表明动物尸体同样能够被完全降解。我们用粪便填满金字塔结构，是为了确保金字塔内部的环境与周围粪便环境尽可能相似。在堆肥过程中，仅有三个袋子被带回。

所有材料在放入金字塔之前均已称重，或在放入金字塔之前已对微生物数量进行计数。在此情况下，我们还将对每个金字塔放置温度测量装置，以便实际测量每个金字塔所在位置的温度。在堆肥堆中，我们在两个不同深度共放置了20多个此类金字塔，其中一个深度约为堆体内部半米处，另一个则位于约一米深的动物尸体放置区域。

在正常情况下，这些模式细菌大多不会在人体中引起严重疾病，但在处理传染病暴发的情况下，你会注意到工作人员会佩戴手套并穿着防护服；而在传染病暴发期间，他们还会佩戴口罩和专用靴子。如果面对真正的疾病暴发，所需的防护装备等级会高得多。在引入尸体后，我们在每个堆肥结构中放入约16只动物。

然后，我们会取用这些粪便，并用加热后的粪便将其覆盖，你可以看到有大量蒸汽冒出，表明粪便已经开始发热。在将其引入堆肥堆之前，我们已将粪便放入并完全填满结构体，因此现在尸体本身位于粪便表面以下约一米半深处。如图所示。

随后，我们在堆体顶部增加了额外的通气孔，再次确保实现好氧堆肥过程。我们是否应该跳转到弗雷德的下一个区域？因为这些通气孔还被用于测量所排放的温室气体种类。

在堆肥过程中，所有物料均被严密封闭，以确保即使堆体中存在真正的传染性病原体，其逃逸的可能性也极低。可以看到，我们在堆体顶部放置了轮胎，这基本阻止了鸟类或其他传播媒介接触堆体，从而防止病原体被传播至其他潜在的携带者。您所看到的那些导线，是我们用于将金字塔内部测温点的温度数据传输到堆肥结构外部计算机的装置。我们对每个堆肥堆内部超过48个不同位置进行温度监测，以了解堆肥过程中温度在空间上的分布差异，从而评估堆肥效率；而这些管道则用于测量堆肥堆不同深度的氧气浓度。

如前所述，氧气渗透到堆体内部非常关键。现在，由于我们在此处构建这些结构时对金字塔放置位置的细节要求较高，因此搭建这些结构所花费的时间比正常条件下要长得多。在实际操作中，您无需如此精确地摆放金字塔，也不必像我们这样格外小心，以确保不会损坏在不同时间点已放置于堆体内的各种实验仪器。

随后，在堆肥过程中，我们会进入堆体结构，从粪便表面以下0.5至1米的深度处将三角形装置从结构中取出，然后检测微生物在堆肥过程中是否存活，以及堆肥期间组织降解的程度。这些链条和三角形结构的强度使我们能够直接通过堆肥物料将装置拉出，从而回收样品。在此阶段，在正常情况下，如果处理的是真正的传染病暴发情况，由于堆肥堆内部的温度可以通过外部监测得知，我们已确认其温度达到了70摄氏度，且在高于约55摄氏度的温度下持续一段时间后，大多数病原微生物已被杀灭。当我们对植入堆体中的模式生物（包括我们放置的病毒和微生物）进行检测时发现，病毒在一周内被灭活，而微生物在两周内被完全杀灭。

现在，我们正在打开堆肥完成后的堆体。该堆肥过程已持续约150天。堆体内部多个区域的温度在超过70天的时间内保持在70摄氏度以上。

堆体顶部的温度往往高于底部，但堆体所有区域的温度均超过了55摄氏度。现在我们正在清空堆肥堆，如果此前确实发生了传染病暴发，那么病原体实际上已在堆肥过程中被杀灭。在此操作过程中，我们在移除物料的同时，也在回收一直置于堆体内的发射器，即温度发射器，随后将这些发射器取出并连接至计算机，以测定整个堆肥过程中动物所在位置的温度变化情况。

我们确实发现了一些残留骨骼和组织的证据，但动物遗体已完全无法辨认。经过堆肥过程后，残留组织的尺寸相对较小，均远小于1公斤或500克。在拆除堆肥结构后，我们将物料转移至室外条垛中，在二次堆肥过程中，任何残留的组织都将被进一步降解。

关键因素在于，在最终开启时，由于长时间堆肥过程中达到的高温，传染性病原体已经被杀死，脑组织也已降解。在堆肥过程的前两个月内，约98%的脑组织已被分解。