我國沼渣沼液資源化利用研究綜述

張廣運，湯國民，張曉華，畢美光

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)煙臺研究院，山東煙臺264670；2.煙臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東煙臺265500；3.煙臺市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東煙臺264001）

沼液沼渣是人畜糞便、作物秸稈及農(nóng)業(yè)殘次品等有機物在厭氧條件下發(fā)酵后產(chǎn)生的殘余物，我國沼渣沼液來源廣泛。在國家政策及資金的大力支持下，全國養(yǎng)殖場沼氣建設(shè)工程得到了迅猛的發(fā)展，我國大中型沼氣工程已日趨成熟[1-2]，沼氣工程的發(fā)展必然產(chǎn)生大量的沼渣和沼液。沼氣工程的發(fā)展實現(xiàn)了沼氣資源綜合利用，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和改善農(nóng)村環(huán)境，并逐漸形成了與沼氣生產(chǎn)結(jié)合的循環(huán)農(nóng)業(yè)模式[3]。人畜糞尿及有機廢棄物在厭氧條件下發(fā)酵后殘留的液態(tài)沼液與固態(tài)沼渣統(tǒng)稱為沼肥[4]，沼肥中含有豐富的腐植酸、B 族維生素、有機質(zhì)以及氮磷鉀等植物必需元素及營養(yǎng)成分[5]。研究沼渣沼液特性及農(nóng)業(yè)資源化利用的方法和途徑，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中科學(xué)合理的利用沼渣和沼液，目前已成為研究的熱點問題。

筆者綜合分析了我國目前有關(guān)沼渣沼液應(yīng)用方式和應(yīng)用效果方面的相關(guān)研究，以期為我國沼渣沼液科學(xué)合理的資源化利用提供借鑒。

1 沼渣作用及應(yīng)用

1.1 沼渣的作用

沼渣是指將秸稈、禽畜糞便及農(nóng)業(yè)殘次品混合厭氧發(fā)酵后發(fā)酵液脫水后的固體殘渣，富含有機質(zhì)及大量微生物團，這些成分可使沼渣的肥力更加豐富，肥力更為持久[6-7]。沼氣殘渣含有未完全分解和分解的物質(zhì)，可在農(nóng)田中繼續(xù)發(fā)酵和分解[7]。沼渣作為一種新型有機肥，可有效提高土壤肥力，補充有機質(zhì)含量，改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤緩沖酸堿的能力和保肥性能[6]。沼渣肥對作物的生長發(fā)育、產(chǎn)量及土壤營養(yǎng)狀況、酶活性有一定的改良作用。

1.2 沼渣基肥施用

沼渣營養(yǎng)全面，作基肥施用能提高土壤肥力。在蔬菜生產(chǎn)中，沼渣做基肥連續(xù)施用3 a，土壤有機質(zhì)含量可增加0.5%[8]。在玉米生產(chǎn)中，施用量22 500 kg/hm2，連續(xù)施用3 a 土壤有機質(zhì)的含量也明顯增加[9]。高白茹等[10]通過對沼肥在青菜中的應(yīng)用表明，使用稻草發(fā)酵沼渣及商品有機肥作為基肥，與空白對照相比，青菜整株鮮質(zhì)量分別提高13.4%和24.5%，葉綠素含量分別增加21.56%和45.57%，可溶性糖含量分別增加26%和21%，維生素C 含量分別增加146.02%和74.99%。楊軍芳等[11]通過白菜基施沼渣肥的田間試驗表明，施沼渣肥可有效改善白菜的生物學(xué)性狀，每盆白菜的干物質(zhì)質(zhì)量試驗組較空白試驗組提高0.07～0.09 kg，與基施化肥試驗組相比，干物質(zhì)質(zhì)量每盆提高0.01～0.02 kg，從而證明基施沼渣可以增加白菜產(chǎn)量，可代替化肥。

1.3 沼渣追肥施用

沼渣用作菜田追肥，每公頃可施用15.0～22.5 t[12]。陳艷[13]通過對陜北地區(qū)番茄種植時撒施沼渣試驗發(fā)現(xiàn)，用沼渣作為追肥，番茄裂果病發(fā)病率降至6.2%，番茄單果質(zhì)量平均增產(chǎn)52.7 g，且果實口感和品質(zhì)均有提高，經(jīng)濟效益提高；吳亞澤等[14]對蘋果樹噴施沼液和沼渣試驗發(fā)現(xiàn)，使用沼渣作為追肥，果樹坐果率平均提高2.27%，單果質(zhì)量平均提高11.6 g，單株產(chǎn)量提高9.90 kg，并可有效防止病蟲害、增強果樹抗旱及抗寒能力。任濟星等[15]以油菜為試驗材料，在等氮量的條件下，單獨施用沼渣比單獨施用化肥油菜產(chǎn)量提高56.97%、葉綠素含量提高31.65%、根系活力提高7.32%、維生素C含量提高31.65%、還原糖含量提高48.20%，并且試驗組較對照組油菜體內(nèi)硝酸鹽含量降低32.18%。

1.4 利用沼渣制備營養(yǎng)土

沼渣中含有豐富的有機及無機物質(zhì)，速效養(yǎng)分含量高，且是蔬菜種植中良好的基肥。以沼渣為原料配合大田土、鋸末、草木灰等制成營養(yǎng)土育苗，對作物真菌類病害如蔬菜早疫病、猝倒病、瓜類炭疽病等病害及地下害蟲的防治效果明顯，并能保證植物根系健康生長[8，15]。

1.5 利用沼渣作為造孔劑制作燒結(jié)材料

馮云生等[16]利用秸稈沼渣作為造孔劑，與風(fēng)積沙、廢玻璃粉、黏土等混合，以高溫?zé)Y(jié)制備燒結(jié)多孔壁材料，這種材料具有良好的抗壓強度和透水性，可用于水透性材料。蹇守衛(wèi)等[17]對以人畜糞便、秸稈等發(fā)酵而成的沼渣作為摻料制備燒結(jié)材料的研究發(fā)現(xiàn)，利用沼渣作為摻料加入原料體系中，隨著沼渣摻入量的增加，燒結(jié)材料的塑性成型能力明顯提高，因此，沼渣可以作為安全環(huán)保的提高原料塑性的摻入材料使用。

2 沼液的作用及應(yīng)用

2.1 沼液的作用

沼液是畜禽糞便及農(nóng)作物秸稈等厭氧發(fā)酵后的液體殘留物。陳為等[18]研究表明，沼液中重金屬元素含量低且?guī)缀醪缓胁【拔⑸?，沼液中含有各種氨基酸和N、P、K 等營養(yǎng)成分，以及作物所需的Ca、Mg、Fe、Zn 等微量元素和B 族維生素等[5]。沈其林等[19]研究指出，沼液含有17 種氨基酸、腐殖質(zhì)、赤霉素、玉米素等生物活性物質(zhì)，對作物的生長發(fā)育具有重要的調(diào)控作用。沼液中含有水溶性和速效的N、P、K 元素和豐富的微量元素，以及氨基酸、有機質(zhì)、B 族維生素和水解酶等[5]，對促進和調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育起著重要作用。

沼液中的某些物質(zhì)可以刺激和調(diào)控植物生長和抑制植物病蟲害[19]。沼液可以作為農(nóng)藥防治農(nóng)作物病蟲害，具體有2 個原因：一是沼液中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，可以促進作物生長，增強其抵御病蟲害的能力。其次，沼液含有有機酸、植物生長激素、B族維生素等生物活性物質(zhì)，其中，植物激素中的IAA、GA3和維生素B1對病原體有明顯的抑制作用[5，20]。沼液發(fā)酵物質(zhì)具有氧化還原電位低、還原性物質(zhì)含量高的特點，對蚜蟲有明顯的殺滅作用[21]。

2.2 沼液浸種

沼液浸泡種子有利于培育壯苗，增強作物的抗病性，目前在小麥、水稻、玉米、棉花、甜瓜和馬鈴薯等作物中應(yīng)用廣泛[12]。種子經(jīng)沼液浸泡后，生理代謝活動和作物的抗病性顯著改善，其抗旱性和抗寒性提高，幼苗質(zhì)量得到進一步改良[22]。使用沼液浸種后的作物種子對水稻、玉米、小麥及瓜類等常見易染病害有明顯的抑制效果[23]。李保英等[24]研究表明，沼液浸泡棉花種子的發(fā)芽率比清水高5%～10%，棉花苗病和病株率可降低5%～12%。因為沼液中微生物可分泌活性物質(zhì)，可以抑制和殺滅存在于種子內(nèi)部的多種有害細菌，從而降低染病概率[22]。

2.3 沼液葉面噴施

沼液中含有多種植物所需的水溶性速效養(yǎng)分，適合作為葉面噴肥，沼液作為葉面追肥噴施可促進作物營養(yǎng)生長，對植物病蟲害有一定的防治效果[25]。曹云等[26]通過沼液處理對土壤中辣椒疫霉菌的抑制效果試驗證明，噴施銨強化處理的豬糞發(fā)酵沼液可有效抑制土壤中辣椒疫霉菌的生活與繁殖，銨強化沼液處理的土壤中辣椒疫霉菌比淹水對照降低51.9%～62.8%。薛延豐等[27]以藍藻發(fā)酵沼液為材料的研究表明，沼液噴施可有效提高青菜產(chǎn)量及株高，對青菜品質(zhì)有明顯的改良作用，25%藍藻發(fā)酵沼液噴施較空白處理鮮質(zhì)量提高22.3%，50%藍藻發(fā)酵沼液噴施較空白處理組青菜鮮質(zhì)量提高28.3%，可溶性糖與Vc 含量分別提高7.3%和16.4%；75%藍藻發(fā)酵沼液噴施青菜鮮質(zhì)量增加及果實品質(zhì)提升不明顯。郝鮮俊等[28]以迷你黃瓜為試驗材料，研究噴施沼液對其品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，2 次葉面噴施沼液的迷你黃瓜體內(nèi)硝酸鹽含量降低45%～50%，葉片葉綠素含量增加51%～89%，Vc 含量增加約77%，且噴施沼液濃度越高，硝酸鹽含量降低及體內(nèi)Vc 及葉綠素含量增幅越大。

2.4 沼液土壤施肥

沼液還可應(yīng)用于土壤施肥，在農(nóng)業(yè)灌溉過程中常將沼液與適當(dāng)比例的水混合后進行施用，以免沼液濃度過高，燒傷秧苗[29]。沼液灌根可有效抑制西瓜枯萎病、水稻白葉枯病、小麥全蝕病、小麥根腐病、大麥黃死葉病、大麥葉銹病、玉米大斑病、玉米小斑病等的發(fā)生[30]。實踐證明，沼液對糧食、水果和蔬菜的害蟲及病害的防治效果明顯，對紅蜘蛛、黃蜘蛛、卷心菜毛蟲和蚜蟲的殺滅效果可達90%～99%[31]。馮丹妮等[32]通過施用沼液探究對水旱輪作地耕層微生物的含量及酶活性影響試驗發(fā)現(xiàn)，施用沼液較施用清水及常規(guī)施肥土壤內(nèi)細菌數(shù)目提高196.8%和192.9%，土壤內(nèi)真菌數(shù)目提高35%和7.5%，土壤內(nèi)脲酶、過氧化氫酶及蔗糖酶活性均有顯著提高；李文濤等[33]以牛糞發(fā)酵沼液為原料對玉米灌溉試驗發(fā)現(xiàn)，試驗組土壤速效鉀、有機質(zhì)、銨態(tài)氮、有效磷含量分別增加56.73，5.29，5.51，3.89 mg/kg，但基本不改變土壤pH 值，說明沼液在提高土壤肥力方面的效果顯著；劉貴[34]以黃瓜、番茄、豆角為試材，研究施用沼液對其產(chǎn)量及果實品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，施用沼液黃瓜、番茄、豆角3 種蔬菜產(chǎn)量分別比對照增加17.20%，23.96%和18.64%，空果及裂果率均有顯著降低，且施用沼液的蔬菜口感較施用化肥組有顯著提升，有更高的經(jīng)濟效益。

2.5 沼液作為培養(yǎng)基制備微生物絮凝劑

微生物絮凝劑是由微生物發(fā)酵提取而成的一類微生物代謝產(chǎn)物，主要成分為多糖、蛋白質(zhì)、糖蛋白、纖維素和DNA 等，是一類高效、無毒的綠色新型水處理劑且無二次污染[35-37]。目前，對微生物絮凝劑的研究集中在實驗室階段，主要使用葡萄糖、果糖、半乳糖和蔗糖作為有機碳源，尿素、酵母提取物、牛肉提取物、蛋白胨、氨基酸等作為有機氮源，其生產(chǎn)成本較高，在一定程度上制約了微生物絮凝劑的推廣與工業(yè)化應(yīng)用及大規(guī)模使用[37-40]。沼液中小分子營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富，利用價值高。邱國良等[41]研究了紅平紅球菌利用厭氧后養(yǎng)豬廢水生產(chǎn)微生物絮凝劑的性能，在適宜的條件下，發(fā)酵液絮凝率達到了92.57%，厭氧處理后的養(yǎng)豬廢水可作為生產(chǎn)微生物絮凝劑的培養(yǎng)基，降低了絮凝劑的生產(chǎn)成本。

2.6 沼液作為有機飼料

沼液中含有豐富的蛋氨酸和賴氨酸及一定量的糖類、蛋白質(zhì)及脂質(zhì)，還含有大量的微量元素等，營養(yǎng)元素具有活性高、吸收快的特點，適合作為畜禽養(yǎng)殖的飼料和淡水養(yǎng)殖的餌料。郭軍勝[42]利用沼液拌料進行養(yǎng)豬，結(jié)果表明，飼喂沼液可顯著縮短豬的育肥期和促進豬的生長，出欄期提前15～30 d，每頭豬可節(jié)約飼料26～60 kg。李建國[43]通過加飼沼液進行養(yǎng)雞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，沼液添加量的增加，有利于肉用雞質(zhì)量增加，料肉比降低，生產(chǎn)周期縮短，飼料轉(zhuǎn)化率提高，成本減少，收益增加。

3 沼渣沼液利用風(fēng)險分析

為了提高畜禽生產(chǎn)中的經(jīng)濟效益，縮短生產(chǎn)周期，在畜禽生產(chǎn)過程中大量添加銅、砷、鐵、鋅等元素及激素類和抗生素等物質(zhì)，從而提高飼料利用率，降低料肉比，這些物質(zhì)隨糞便排出畜禽體外，畜禽糞便還田后可能會有一定風(fēng)險，如土壤重金屬富集、土壤次生鹽堿化和地下水污染等[44-45]。張慧敏等[46]研究發(fā)現(xiàn)，施用禽畜糞發(fā)酵肥的土壤表層內(nèi)四環(huán)素類抗生素殘留量為未施禽畜糞發(fā)酵肥的12～38 倍，說明畜禽糞肥中的抗生素殘留可以轉(zhuǎn)移至土壤，是土壤表層抗生素的重要來源。張利[47]通過研究黃河灌溉地區(qū)沼肥施用對土壤性狀的影響發(fā)現(xiàn)，土壤內(nèi)重金屬如Hg、Pb、As 會隨著沼肥使用量的增加而增加，過量施加沼肥甚至?xí)雇寥纼?nèi)重金屬富集，對作物產(chǎn)生危害，造成減產(chǎn)。董志新等[48]對不同組發(fā)酵豬糞沼氣肥的成分分析發(fā)現(xiàn)，部分沼渣沼液樣本中重金屬As、Pb 含量超標(biāo)，施用重金屬含量超標(biāo)的沼肥可能會對農(nóng)作物品質(zhì)產(chǎn)生不良影響。

4 結(jié)語

沼液沼渣營養(yǎng)豐富，生產(chǎn)成本低且來源廣泛，近年來在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中又普遍應(yīng)用。但盲目過量利用沼肥可能會帶來一定的不良影響[22]。如何安全且科學(xué)地利用沼肥，解決沼肥利用中重金屬元素、抗生素殘留問題，將成為該領(lǐng)域研究的重點問題。