沼液滴灌施肥工程建設(shè)及其應(yīng)用

特約專(zhuān)稿

專(zhuān)家簡(jiǎn)介：鄒國(guó)元，研究員，北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所副所長(zhǎng)，北京市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系葉類(lèi)蔬菜團(tuán)隊(duì)崗位合作專(zhuān)家，中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)高新技術(shù)農(nóng)業(yè)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)委員會(huì)理事，北京市新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程人選和中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)第十屆青年科技獎(jiǎng)獲得者。主要研究方向?yàn)樽魑餇I(yíng)養(yǎng)與施肥。先后從事提高氮肥利用率、農(nóng)業(yè)有機(jī)廢棄物處理與利用、新型肥料開(kāi)發(fā)、農(nóng)業(yè)面源污染監(jiān)測(cè)與防治等研究工作，曾主持和參加過(guò)10多個(gè)國(guó)家及省部級(jí)植物營(yíng)養(yǎng)相關(guān)科技項(xiàng)目。近年來(lái)在相關(guān)領(lǐng)域獲得“堆肥反應(yīng)裝置”等專(zhuān)利5項(xiàng)，獲省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)6項(xiàng)，發(fā)表論文、著作共計(jì)50余篇。

在國(guó)家及相關(guān)部門(mén)的重視下，我國(guó)沼氣工程發(fā)展迅速，沼氣作為新能源為我國(guó)農(nóng)村地區(qū)能源供應(yīng)作出了重要的貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，作為沼氣工程的副產(chǎn)物沼渣、沼液，其產(chǎn)生量大、養(yǎng)分含量高，是理論上的良好有機(jī)肥源，但在實(shí)踐中未能得到較好的利用，有的地方因沼渣、沼液隨意排放甚至成了新的污染源。沼渣、沼液不能得到有效利用，涉及到的機(jī)制、技術(shù)原因很多，其中沼渣沼液不分、狀態(tài)粘稠、施用不易是重要的原因之一。尤其是在有機(jī)肥施用的主要區(qū)域——蔬菜、果樹(shù)種植體系，由于很多基地均配套滴灌、微灌工程，施肥中水肥一體化管理是大勢(shì)所趨，沼液如何進(jìn)入灌溉施肥系統(tǒng)是個(gè)制約性問(wèn)題，其核心是要解決沼液的固液分離，實(shí)現(xiàn)分級(jí)精細(xì)過(guò)濾，將沼液納入滴灌系統(tǒng)；這樣既在技術(shù)上解決了沼液與滴灌系統(tǒng)難對(duì)接的問(wèn)題，又在實(shí)踐上解決了當(dāng)前農(nóng)事管理中人工短缺、常規(guī)沼液施肥農(nóng)民不愿干的問(wèn)題。

一、沼液滴灌施肥工程構(gòu)成及功能

在確定好沼液滴灌施肥工程建設(shè)位置后，即可進(jìn)入規(guī)劃建設(shè)階段。

沼液滴灌施肥工程由三個(gè)部分構(gòu)成，分別為沼液儲(chǔ)存、粗過(guò)濾和曝氣系統(tǒng)部分（A），沼液細(xì)過(guò)濾和自動(dòng)配比、反沖洗和主體控制系統(tǒng)部分（B），以及田間沼液灌溉部分（C）。其中B部分是全工程的主體部分，控制著A區(qū)的曝氣系統(tǒng)和C區(qū)的沼液灌溉體系（圖1）。

沼液在A區(qū)經(jīng)過(guò)2級(jí)過(guò)濾之后，由泵抽取至B區(qū)，在B區(qū)經(jīng)過(guò)第三次過(guò)濾并與清水混合配比到達(dá)C區(qū)，實(shí)現(xiàn)沼液的灌溉施肥。而在第三級(jí)過(guò)濾中留下的細(xì)微沼渣，則通過(guò)B區(qū)的反沖洗系統(tǒng)沖回到A區(qū)的一級(jí)過(guò)濾池，實(shí)現(xiàn)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。

A區(qū)由沼液注入口和儲(chǔ)存池構(gòu)成，儲(chǔ)存池分為沼液過(guò)濾儲(chǔ)存池和清水儲(chǔ)存池，其中沼液過(guò)濾儲(chǔ)存池又可分為三個(gè)部分，分別為沼液沉淀池、沼液過(guò)渡池和清液池，三個(gè)池子中間用過(guò)濾網(wǎng)隔開(kāi)；沼液在經(jīng)注入口倒進(jìn)沼液沉淀池后，經(jīng)沉淀后過(guò)20目的過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入沼液過(guò)渡池，其后通過(guò)沼液過(guò)渡池與清液池之間60目的過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾到清液池中，最后用抽污泵送至B區(qū)與清水混合后等待灌溉施用。

由于沼液過(guò)濾時(shí)會(huì)有沼渣附著在過(guò)濾網(wǎng)上，易造成網(wǎng)眼堵塞，本工程中在B區(qū)工作房?jī)?nèi)安裝有氣泵，經(jīng)主控制系統(tǒng)發(fā)出指令后，可以通過(guò)網(wǎng)下的曝氣管對(duì)網(wǎng)進(jìn)行曝氣處理，從而將過(guò)濾附著物沖開(kāi)，實(shí)現(xiàn)沼液無(wú)堵塞過(guò)濾，解決了沼液過(guò)濾的初步堵塞問(wèn)題。

沼液和清水分別經(jīng)水泵送至B區(qū)，進(jìn)入疊片式過(guò)濾器，過(guò)濾精度120目，濾后利用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)整后二者混合，形成水—沼液混合液體，通過(guò)輸送管道進(jìn)行施肥灌溉。

沼液與清水混合后供到C區(qū)，為保證因可能有多個(gè)地塊同時(shí)灌溉施肥情況下的沼液供應(yīng)，在主管道上設(shè)一個(gè)變頻加壓泵，當(dāng)管道內(nèi)的水壓變低時(shí)，加壓泵自動(dòng)開(kāi)始工作，以滿(mǎn)足壓力需求。

沼液滴灌施肥工程的建設(shè)應(yīng)該按照各地目標(biāo)作物、種植方式、氣候條件等因素做好合理規(guī)劃然后進(jìn)行實(shí)施，充分發(fā)揮工程效益。工程首部位置應(yīng)選擇在交通方便、離水源近的地方為宜，方便沼液的運(yùn)輸和灌溉水源的接入。在北方高寒地區(qū)，建議將工程首部集中建在溫室、大棚或室內(nèi)，以保證冬天灌溉肥水的適宜溫度和維持過(guò)濾系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

二、沼液滴灌施肥的實(shí)現(xiàn)

沼液滴灌施肥工程建好通過(guò)調(diào)試后就可用于正常的灌溉施肥了。滴灌施肥的一般程序簡(jiǎn)單易行，步驟如下：（1）打開(kāi)灌溉目標(biāo)區(qū)域滴灌開(kāi)關(guān)；（2）打開(kāi)主管道開(kāi)關(guān)；（3）啟動(dòng)電源（包括380伏電源總開(kāi)關(guān)，380伏水泵電源，氣泵電源，控制柜專(zhuān)用電源）；（4）主顯示屏出現(xiàn)操作界面，根據(jù)主界面提示進(jìn)行操作，點(diǎn)擊啟動(dòng)灌溉鍵和自動(dòng)反沖洗鍵；（5）按變頻啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)完成；（6）進(jìn)入工作狀態(tài)（一般持續(xù)工作時(shí)間不超過(guò)10小時(shí)）；（7）完成滴灌施肥后，停機(jī)要先按停止灌溉鍵，然后再按停止沖洗鍵，關(guān)閉電源；（8）關(guān)閉主管道開(kāi)關(guān)；（9）關(guān)閉田間滴灌開(kāi)關(guān)。

在沼液滴灌施肥管理中，為了保證施肥效果和設(shè)施設(shè)備的可持續(xù)利用，應(yīng)注意以下問(wèn)題：

1. 沼液必須經(jīng)過(guò)濾（120目以上）才能進(jìn)入滴灌系統(tǒng)進(jìn)行作物的灌溉施肥。

2. 施肥前，檢查滴灌系統(tǒng)是否正常工作。開(kāi)關(guān)打開(kāi)，系統(tǒng)運(yùn)行壓力適宜，出水均勻，田間主管道和毛管確保不漏水才能開(kāi)始滴灌。

3. 施用的沼液肥料須控制好濃度。沼液必須和清水混合后才能灌溉，混合后的沼液電導(dǎo)率必須保持在3000μS/cm（微西門(mén)子/厘米）以下。

4. 若肥液不能正常進(jìn)入管道，檢查閥門(mén)是否已經(jīng)打開(kāi)，底閥有無(wú)堵塞，泵內(nèi)空氣是否排出，連接是否密封。離心泵須檢查是否反轉(zhuǎn)。

5. 經(jīng)常田間巡查滴灌的工作情況，修補(bǔ)跑水漏肥的地方。

6. 若第三級(jí)過(guò)濾池的沼液抽完，用反沖洗管將濾網(wǎng)上的渣滓反沖干凈，使沼液可以順利通過(guò)濾網(wǎng)。

7. 調(diào)節(jié)施肥球閥的關(guān)閉程度以保持沼液的灌溉濃度，一個(gè)灌溉區(qū)單次的施肥時(shí)間控制在2～3小時(shí)內(nèi)，保證施肥均勻性和肥料養(yǎng)分不流失。

8. 灌溉和施肥都要控制時(shí)間，保證不過(guò)量灌溉。可以挖開(kāi)土壤剖面判斷濕度，使作物根系范圍內(nèi)灌溉濕潤(rùn)即可。否則浪費(fèi)水肥電，嚴(yán)重則導(dǎo)致減產(chǎn)無(wú)收。

9. 運(yùn)行時(shí)，變頻開(kāi)關(guān)須撥到“變頻”檔。反沖洗過(guò)濾器不能自動(dòng)沖洗時(shí)必須人工沖洗過(guò)濾器。毛管則每月用清水沖洗一次。

三、沼液用量的精準(zhǔn)控制

總量控制。為提高沼液灌溉施肥的水肥利用效果，建立合理的施肥灌溉模式非常重要。其中包括施肥總量的確定、分期施肥配比以及不同沼液原料的選擇等。作物全生育期總施肥量取決于作物達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量的需肥量，受到產(chǎn)量目標(biāo)、土壤特性、肥料供肥特性等的影響，在土壤、作物等相關(guān)條件相同情況下，沼液與化肥的相對(duì)肥效如何？明確這一點(diǎn)，對(duì)于確定沼液的合理用肥量具有重要的借鑒和指導(dǎo)作用。以雞糞沼液為例，通過(guò)在油菜、番茄、芹菜、玉米等作物上的等氮量施肥試驗(yàn)，結(jié)果表明，等氮供應(yīng)條件下沼液的當(dāng)季肥效與化肥相當(dāng)或略好，說(shuō)明沼液用（氮）量的確定可以參照化肥的用（氮）量來(lái)進(jìn)行。沼液肥效較好，與其養(yǎng)分的有效性密切相關(guān)，我們測(cè)定了以雞糞為原料生產(chǎn)得到的沼液養(yǎng)分情況，發(fā)現(xiàn)其速效氮（銨態(tài)氮+硝態(tài)氮）含量占全氮含量的83%。

分期控制。在明確了某種作物栽培期間需用沼液總量的基礎(chǔ)上，根據(jù)作物栽培時(shí)長(zhǎng)及擬灌溉頻次情況，再結(jié)合作物不同生長(zhǎng)階段需肥特點(diǎn)，合理安排沼液分次施用方案。如計(jì)算得到某種作物全生育期需用追肥沼液5立方米，預(yù)計(jì)作物生長(zhǎng)期間共需滴灌10次，可以采取“每水帶肥”的方式進(jìn)行灌溉施肥，每次滴灌時(shí)可平均帶入0.5立方米的沼液量，根據(jù)作物不同生育期需肥量的差異，不同時(shí)期加入沼液量可作適當(dāng)調(diào)整，進(jìn)入作物收獲后期可停止加入沼液；針對(duì)某些灌溉施肥面積較大、地塊較多的園區(qū)，希望相對(duì)集中地進(jìn)行沼液滴灌施肥，也可以采用將沼液分為幾次集中施用，如上例，可根據(jù)作物常規(guī)施肥管理方法基于重點(diǎn)施肥階段將沼液按3～5次灌溉隨水滴灌施肥。應(yīng)注意的是，由于施肥相對(duì)集中，每次帶入的沼液量和灌溉用水量要匹配，要保證沼液充分的稀釋?zhuān)苊鉂舛冗^(guò)高而影響作物正常生長(zhǎng)。

沼液檢測(cè)。根據(jù)原料情況靈活掌握，沼液應(yīng)用中要充分了解所用沼液的原料情況，不同來(lái)源的沼液其養(yǎng)分含量差異較大，最好結(jié)合化學(xué)測(cè)試，對(duì)沼液速效氮、磷、鉀及EC值（可溶性鹽含量）作全面的了解，便于合理地確定施肥量。

四、沼液滴灌施肥工程運(yùn)行效益分析

經(jīng)過(guò)多年來(lái)的試驗(yàn)示范，沼液滴灌施肥工程表現(xiàn)出了良好的效益，不僅有明顯的增產(chǎn)增收效果，而且可以降低肥料投入，減少施肥所需的人工投入、改善施肥環(huán)境、促進(jìn)沼液精準(zhǔn)化利用，受到了廣大用戶(hù)的歡迎。隨著技術(shù)工程的不斷成熟，來(lái)自農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地和沼氣工程方的沼液施肥配套工程建設(shè)需求日益強(qiáng)烈。

（一）經(jīng)濟(jì)效益

據(jù)在北京某有機(jī)農(nóng)場(chǎng)的試驗(yàn)示范結(jié)果表明，采用沼液滴灌技術(shù)后，可提高蔬菜產(chǎn)量10%～15%，按照蔬菜現(xiàn)行價(jià)格，每畝可增收1000～1300元；施用沼液之后，有機(jī)肥的用量可以減少一半，每年每個(gè)大棚可以節(jié)省有機(jī)肥3噸，按市場(chǎng)價(jià)格500元/噸計(jì)算，每畝凈節(jié)省開(kāi)支1500元，因此每畝蔬菜共增收節(jié)支2500～2800元。另一方面，從沼液滴灌工程產(chǎn)投情況來(lái)看，這也是一項(xiàng)值得投資的工程。一套覆蓋灌溉面積200畝地的沼液滴灌工程，除去常規(guī)的灌溉設(shè)施以外，新增的沼液分離、混合、反沖洗、基建等設(shè)施一般為30萬(wàn)元左右，該工程按照10年進(jìn)行折舊計(jì)算，則每年折舊3萬(wàn)元，計(jì)每年每畝地150元，按一年種2茬蔬菜來(lái)算，則每茬蔬菜上分?jǐn)偟降某杀緸?5元。當(dāng)前施用沼液的成本幾乎可忽略不計(jì)或者非常低，因此，與施用其他肥料相比，采用沼液滴灌施肥的成本相當(dāng)?shù)土?/p>

（二）社會(huì)效益

采用沼液滴灌施肥工程后社會(huì)效益也很明顯，一是促進(jìn)就業(yè)和社會(huì)化服務(wù)，如果工程能夠得到逐步推廣，將明顯推進(jìn)沼氣工程產(chǎn)業(yè)鏈條的延伸和沼渣沼液利用社會(huì)化服務(wù)體系的建設(shè)，無(wú)論對(duì)上游還是下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都是有利無(wú)害的；二是減少施肥用工，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化管理，一個(gè)以施有機(jī)肥為主的生態(tài)、有機(jī)農(nóng)場(chǎng)，要實(shí)現(xiàn)有機(jī)肥追肥，用工量大、工作辛苦，無(wú)人愿干，改變?yōu)檎右旱喂嗍┓使こ毯?，施肥工作變?yōu)楹?jiǎn)單的開(kāi)關(guān)設(shè)備即可，既方便又節(jié)約時(shí)間，同時(shí)還增加了施肥的準(zhǔn)確度。一套覆蓋200畝灌溉面積的沼液滴灌施肥設(shè)施的建成，一茬作物上就可以減少施肥用工1000個(gè)以上，北京北郊某有機(jī)蔬菜園區(qū)從裝備了該設(shè)施后，由原來(lái)每個(gè)工人負(fù)責(zé)2個(gè)蔬菜溫室的日常管理提高到現(xiàn)在的3個(gè)溫室管理，用工效率明顯提高；三是農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量有保障，正是基于科學(xué)的、精準(zhǔn)的水肥管理，水分養(yǎng)分利用效率得到“雙提高”，作物的養(yǎng)分供應(yīng)平衡也有了保障，農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)可以得到較好的提升，無(wú)論對(duì)農(nóng)戶(hù)還是消費(fèi)者都是利好之事。

（三）生態(tài)效益

沼液滴灌施肥工程實(shí)施后，其生態(tài)效益表現(xiàn)在既有效消納了沼氣工程副產(chǎn)品，又避免了因沼液施用不當(dāng)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境帶來(lái)不利影響，由此所帶來(lái)的固碳減排效應(yīng)將非常顯著。當(dāng)前也有人認(rèn)為，施用沼渣沼液可能帶來(lái)重金屬污染、鹽分累積等環(huán)境問(wèn)題，這需要科學(xué)辯證地分析，沼渣沼液中確實(shí)含有重金屬和鹽分，這是從養(yǎng)殖廢棄物中帶來(lái)的，不是因沼氣工程措施而新產(chǎn)生或增加的，就如同其他有機(jī)肥料一樣，要保障安全、減少重金屬和鹽分的累積，只要科學(xué)、精量使用沼液就可以了。