文│楊子森 程彩虹 張亞強(qiáng) 焦光月（山西省生態(tài)畜牧產(chǎn)業(yè)工作站）

張紀(jì)濤 史向遠(yuǎn)（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)山西有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)研究院）

焦翔翔（山西資環(huán)科技股份有限公司）

隨著畜禽規(guī)?；B(yǎng)殖逐漸增加，隨之而來的糞污排放量也不斷增加。沼氣是處理畜禽糞污主要的工程措施之一，可以有效解決畜禽糞污處理的問題。目前，沼氣工程的發(fā)酵液中干物質(zhì)濃度一般為6%～12%，發(fā)酵周期為28～40天，對(duì)于規(guī)模化沼氣工程，沼液排放量也非常大。沼液作為處理糞污的附屬產(chǎn)物，適宜處置和資源化利用對(duì)于沼氣工程的運(yùn)營具有重要意義。

沼液中含有有機(jī)質(zhì)、微量元素、多種氨基酸等多種營養(yǎng)物質(zhì)，兼具速效性和長效型，可以部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)肥料，因此，肥料化利用是沼液增值利用的重要途徑。筆者從沼液特性研究、沼液施用對(duì)土壤與植物影響、沼液濃縮等方面總結(jié)了沼液肥料化利用相關(guān)研究信息，并分析了沼液肥料化利用存在問題與解決途徑，對(duì)指導(dǎo)沼液資源化利用、保障生態(tài)安全性具有重要意義。

一、沼液特性

沼液中除含有大中微量元素之外，還含有17種氨基酸、腐殖酸、赤霉素、吲哚乙酸、玉米素等生物活性物質(zhì)，以及揮發(fā)性有機(jī)成分和有毒重金屬等。不同地區(qū)、不同原料、不同厭氧發(fā)酵工藝所產(chǎn)生的沼液營養(yǎng)元素含量差異很大，如表1所示。倪中應(yīng)等從長三角地區(qū)的養(yǎng)豬場、養(yǎng)牛場和一般農(nóng)戶的39個(gè)沼液中檢測結(jié)果表明，沼液中的氮、磷、鉀含量與組分變化很大。此外，饒中秀等對(duì)長沙地區(qū)的規(guī)?；B(yǎng)豬場的沼液調(diào)研也得到相似結(jié)果。

表1 沼液特性表

沼液的養(yǎng)分含量影響因素是多方面的。一般以雞糞為原料的沼液中養(yǎng)分總含量高于牛糞、豬糞的沼液。沼液營養(yǎng)成分總含量隨儲(chǔ)存時(shí)間的延長不斷降低，且溫度越高，營養(yǎng)成分損失率越大。在沼液儲(chǔ)存過程中有機(jī)質(zhì)含量變幅較小，氮、磷、鉀總量明顯降低，開放儲(chǔ)存到50天時(shí)，氮、磷、鉀降幅達(dá)到80%以上，而密閉儲(chǔ)存的沼液氮、磷、鉀降低少。一般情況下厭氧發(fā)酵時(shí)間越長沼液穩(wěn)定性越好。沼液的末端處理方式也會(huì)造成養(yǎng)分的損失，曲明山等的試驗(yàn)表明過篩后的沼液中的氮、磷、鉀的含量會(huì)降低。不同清糞工藝對(duì)沼氣工程產(chǎn)生的沼液養(yǎng)分含量也有影響。

沼液中還含有豐富的微生物，且沼液中的微生物種類差異很大。王旭輝等（2019）利用高通量測序技術(shù)檢測表明，沼液中的細(xì)菌主要為擬桿菌門、厚壁菌門和變形菌門，主要的真菌門是子囊菌門和擔(dān)子菌門。沼液中還含有復(fù)雜的有機(jī)化合物。吳慧斌等（2015）從雞糞沼液濃縮物里分離出四個(gè)化合物，其中一個(gè)為新化合物，將其命名為24-降齊墩果烷-4，12-二烯-3，22-二酮，其余3個(gè)為8-羥基-3，4-二氫喹啉-2酮、（E）-3-（2-羥基苯）丙烯酰胺、苯乙酸 。

二、沼液及其配施化肥對(duì)土壤環(huán)境與作物生長的影響

1.沼液對(duì)土壤的改良作用及風(fēng)險(xiǎn)。

（1）沼液對(duì)土壤肥力的影響。發(fā)酵原料在厭氧發(fā)酵過程中損失的主要元素為碳、氮、硫等，在沼渣、沼液中會(huì)殘留下大部分的礦質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)。沼液的合理施用，可以有效改善土壤環(huán)境、提高土壤肥力。鄭健等試驗(yàn)表明灌施沼液能降低土壤容重、增加土壤的總孔隙度和含水率。羅偉等在成都平原地區(qū)沖積性水稻土上試驗(yàn)表明，施用沼液能提高了土壤氮、鉀元素含量，但需配施適量的磷、鉀肥才能維持土壤養(yǎng)分平衡。孫天姿等試驗(yàn)表明，施用餐廚垃圾消化沼液制備的液態(tài)菌肥可以提高土壤有效氮、有效磷的含量，改善農(nóng)田土壤的有機(jī)組分和土壤肥力。鞏明明在旱作玉米的土壤上追施沼液可提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量。宋麗芬等研究雞糞沼液在大田油菜上施用，提高了土壤的pH值和有機(jī)質(zhì)。王康等研究表明，施用300噸/公頃雞糞沼液能夠促進(jìn)降低鹽堿地和灘涂土壤的容重、EC值、氯離子含量，提高有機(jī)質(zhì)含量、有效氮、有效磷、速效鉀含量，以及微生物數(shù)量。唐華等的試驗(yàn)表明，灌溉沼液可增加土壤全氮、全磷、有機(jī)質(zhì)含量和電導(dǎo)率等，并提高了土壤脲酶活性。楊益瓊等的試驗(yàn)也證明施用沼液提高了土壤養(yǎng)分含量。

（2）施用沼液對(duì)土壤生態(tài)安全的影響。沼液中還有部分重金屬元素，施用沼液也可能造成土壤或植物受到污染。宋麗芬等研究施用雞糞沼液增加了土壤的鉛、鉻、砷、鎘等重金屬含量。湯逸帆等以江蘇濱海稻麥輪作田為對(duì)象的試驗(yàn)表明，沼液施用5年后，雖然土壤和作物籽粒中銅、鋅、鉛、鎘均未超標(biāo)，但土壤銅和鋅顯著富集，小麥和水稻籽粒的鋅含量隨沼液施用年限增加而增加。郭全忠等指出，施用沼液會(huì)造成土壤養(yǎng)分和鹽分快速累積，對(duì)土壤環(huán)境帶來較大的污染風(fēng)險(xiǎn)。許文志等也指出長期施用沼液，需注意土壤磷素及總銅和總鋅含量增高帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2.沼液對(duì)作物生長的影響及適宜用量。

（1）施用沼液對(duì)作物生長和品質(zhì)的影響。沼液的合理施用可以改善作物品質(zhì)，部分代替化肥保障或提高作物產(chǎn)量。據(jù)研究，沼液對(duì)土壤種植的苜蓿、玉米、油菜、堿蓬和蘆葦、黑麥草、白菜、薄皮甜瓜、辣椒、小白菜、小麥、大麥、番茄、茭白、毛竹、棉花等多種作物或植物的生長、品質(zhì)或產(chǎn)量等有改善效果。而在水培條件下，40%的沼液替代營養(yǎng)液提高了生菜產(chǎn)量，同時(shí)提高了生菜的可溶性糖、可溶性蛋白含量，降低了硝酸鹽含量。

（2）沼液在作物上的適宜用量。因作物養(yǎng)分需求特性不同，沼液的適宜施用量不同。25%～50%的沼液灌溉可以提高苜蓿的產(chǎn)量和營養(yǎng)價(jià)值，而種植辣椒的適宜施用的沼液濃度為30%，小白菜適用的沼液滴灌濃度為20%。水稻上適宜的施用量為108～144噸/公頃，同時(shí)需要配施磷、鉀肥；對(duì)于玉米以45噸/公頃的施用量，在拔節(jié)期、抽雄期和灌漿期各追施1次為最佳，過量則造成玉米營養(yǎng)生長旺盛；而對(duì)于黑麥草，667毫升/千克的沼液灌溉量即可滿足其生長所需。劉庭付等指出沼液作為茭白的追肥，每畝不宜超過5噸，化肥可以減量施用50%。另外，沼液基肥施用效果優(yōu)于追肥施用。

（3）沼液在作物生產(chǎn)上的生防作用。沼液對(duì)病蟲害還具有防治作用，與農(nóng)藥配施可以改善防治效果，降低農(nóng)藥使用量。李鈺飛等通過試驗(yàn)證明，種植前沼液淹沒土壤可抑制根結(jié)線蟲，防效高達(dá)97.1%。孫星星等指出沼液的合理使用以及與殺蟲劑的混用能夠有效控制大麥蚜蟲的發(fā)生。王洪濤等研究，雞糞沼液能夠提高氟啶蟲酰胺對(duì)蘋果黃蚜的防效，可減少化學(xué)農(nóng)藥氟啶蟲酰胺用量10%～20%。

三、沼液濃縮對(duì)養(yǎng)分含量的影響

1.沼液的濃縮工藝。沼液中的氮、磷、鉀的總含量一般均低于10克/升（表1），與相關(guān)的肥料標(biāo)準(zhǔn)要求（表2）有很大差距。沼液中的大量營養(yǎng)元素含量遠(yuǎn)低于肥料標(biāo)準(zhǔn)中的要求，因此沼液也不適宜于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸使用。沼液濃縮可以回收沼液中營養(yǎng)物，使沼液體積減量化，進(jìn)而提高沼液營養(yǎng)物質(zhì)濃度和節(jié)約運(yùn)輸成本。目前，常用的沼液濃縮方式有：第一，膜濃縮，包括微濾、納濾、超濾、反滲透、正滲透等工藝。第二，蒸發(fā)濃縮，包括循環(huán)蒸發(fā)、沼液負(fù)壓蒸發(fā)濃縮、三效蒸發(fā)濃縮、低溫蒸發(fā)、常壓蒸發(fā)和減壓蒸發(fā)等。膜濃縮工藝技術(shù)成熟，設(shè)備投入與運(yùn)行成本高，但存在膜污染嚴(yán)重、濃縮沼肥市場化認(rèn)可低等問題，而蒸發(fā)工藝多存在能耗高、養(yǎng)分損失等問題。

表2 液態(tài)肥料標(biāo)準(zhǔn)及其技術(shù)指標(biāo)

2.濃縮對(duì)沼液養(yǎng)分含量的影響。沼液通過膜濃縮后，造成了養(yǎng)分的損失。宋成芳等采用“預(yù)處理+超濾膜分離器”濃縮的20倍的牛糞沼液的氮、磷、鉀分別由170、50、340毫克/升提高到1934、669、425毫克/升，而豬糞沼液的氮、磷、鉀分別由320、42、350毫克/升提高到2239、481、354毫克/升。白曉鳳等采用蒸發(fā)法濃縮處理沼液，結(jié)果表明，低溫蒸發(fā)過程沼液中的氨氮在蒸發(fā)過程中損失高達(dá)98%，蒸發(fā)對(duì)磷、鉀的影響不大。

四、存在的問題與優(yōu)化利用途徑分析

沼液合理利用則是優(yōu)良的肥料資源，利用不當(dāng)則造成生態(tài)環(huán)境污染。沼液的處理方式可以歸納為直接還田消納、自然生態(tài)凈化技術(shù)、生化處理技術(shù)、高附加值開發(fā)處理技術(shù)等幾種。目前，在生產(chǎn)中仍是以還田消納和自然凈化為主，自然凈化周期較長，需要配套場地，而還田消納和沼液配肥利用可以合理利用資源，節(jié)約化肥、改善土壤生態(tài)環(huán)境。目前，沼液的肥料化利用還存在著以下幾個(gè)方面的問題，需要進(jìn)一步深入研究與優(yōu)化。

一是沼液利用的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的問題。首先，需要明確沼液對(duì)“土壤——植物”生態(tài)系統(tǒng)的影響。不同區(qū)域環(huán)境、不同作物、不同類型土壤對(duì)沼液的重金屬和鹽分的代謝不同，因此，需要通過長期的定位監(jiān)測確定安全限值，為合理、安全施用沼液提供技術(shù)指導(dǎo)，建立起科學(xué)的沼液施肥體系。同時(shí)應(yīng)在源頭上降低重金屬、抗生素等風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)入生態(tài)循環(huán)中，進(jìn)而降低沼液在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的生態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)。

二是不同原料沼液的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)與施用問題。不同原料及其組合所產(chǎn)生的沼液特性不同，因此沼液的施用方式和量也不相同。陳志龍等也指出，存在著沼液質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和無害化標(biāo)準(zhǔn)缺失、沼液還田量缺乏計(jì)算依據(jù)、沼液還田的政策配套不夠完善等問題，需在沼液無害化還田規(guī)范制定、沼液精準(zhǔn)還田以及沼液還田的長效運(yùn)行機(jī)制等方面加大力氣。從經(jīng)濟(jì)成本上說，濃縮沼液存在著成本高的問題，而未濃縮的沼液還不適宜于遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，因此，沼液肥料化利用是存在合理的推廣半徑。對(duì)于相對(duì)固定的沼氣工程，其服務(wù)半徑也相對(duì)固定，而區(qū)域的種植作物類型及種植制度也基本穩(wěn)定。因此，在相對(duì)固定的區(qū)域內(nèi)，為了更好地建立沼液標(biāo)準(zhǔn)化肥料利用模式，應(yīng)對(duì)沼氣工程原料、發(fā)酵工藝、沼液處理與存放、沼液施用等多個(gè)方面實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化的管理，以有利于建立穩(wěn)定的種養(yǎng)結(jié)合模式，推進(jìn)區(qū)域沼液資源化利用效率。

基于以上問題，首先需要建立和完善適應(yīng)現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的沼液利用配套設(shè)施，例如為了配合現(xiàn)階段的灌溉方式，可以將沼液輸送到田間，形式水沼肥一體化灌溉等。其次，制定區(qū)域沼肥施用指南，建議制定區(qū)域沼液安全評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則與施用技術(shù)指南，出臺(tái)相關(guān)激勵(lì)補(bǔ)償政策措施等。同時(shí)加強(qiáng)政策監(jiān)管。

五、討論

目前，沼液處理是許多大型沼氣工程面臨亟需解決的問題。養(yǎng)殖企業(yè)較化工或煤焦化產(chǎn)業(yè)效益的低，受成本限制，難以直接使用現(xiàn)有的工業(yè)化的水處理工程或設(shè)備進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)排放。為了解決沼液對(duì)沼氣工程企業(yè)的負(fù)擔(dān)，還應(yīng)進(jìn)行深入的技術(shù)研究，制定積極的政策，并加強(qiáng)管理，構(gòu)建高值化綜合利用體系，以建立良好的產(chǎn)業(yè)循環(huán)模式，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。