畜禽沼液農(nóng)業(yè)資源化綜合利用的研究進(jìn)展

王禮偉趙晨周剛唐金陵邵文奇謝昶琰

(1.江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇 淮安 223001；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部種養(yǎng)結(jié)合重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210014)

畜禽養(yǎng)殖業(yè)在當(dāng)前國家“穩(wěn)產(chǎn)保供”的政策指引下，正朝著集約化、規(guī)模化的方向發(fā)展，同時(shí)畜禽產(chǎn)業(yè)也帶來了大量的糞污資源。沼氣工程依然是解決畜禽糞污的重要措施。據(jù)測算，建設(shè)1處日產(chǎn)500m3沼氣的規(guī)?；託夤こ?，每年可生產(chǎn)1000t的沼液、沼渣。畜禽糞污、農(nóng)業(yè)廢棄物等通過發(fā)酵形成的沼液，含有大量的速效營養(yǎng)成分(如氮、磷、鉀等)、礦物質(zhì)(鈣、鈉、鐵、鋅、銅及錳等)及活性物質(zhì)(氨基酸、植物激素及水解酶等)，可作為一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)復(fù)合速效肥料。因此，研究沼液基本特性及農(nóng)業(yè)資源化綜合利用的途徑和方法，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中科學(xué)、合理、高效地利用沼液，降低畜禽糞污對(duì)環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)變“廢”為“寶”，促進(jìn)種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。

本文綜合分析了目前關(guān)于沼液在農(nóng)業(yè)方面主要的應(yīng)用方式和效果方面的相關(guān)研究，期望能夠進(jìn)一步拓寬沼液利用的渠道，為我國畜禽糞污資源沼液化利用提供借鑒和參考。

1 沼液農(nóng)用綜合利用途徑

1.1 肥料

1.1.1 直接還田

近年來，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、生態(tài)環(huán)境部等部門高度重視畜禽糞污還田利用工作，明確要求加強(qiáng)事中事后監(jiān)管，完善糞肥管理制度，加快構(gòu)建種養(yǎng)結(jié)合、農(nóng)牧循環(huán)的可持續(xù)發(fā)展新格局。沼液的全量還田模式，也就是將養(yǎng)殖場的所有廢棄物(糞尿水)通過微生物處理后全部用于農(nóng)作物的種植，形成資源化利用的途徑。發(fā)達(dá)國家(如美國、丹麥等)在20世紀(jì)初就運(yùn)用了該模式，投入成本低廉(只需建立發(fā)酵池、儲(chǔ)液池即可，不需要固液分離、生化處理等)。鑒于沼液發(fā)酵后含有較多的營養(yǎng)物質(zhì)、植物激素等，基本滿足作物果蔬的生長需求。筆者研究團(tuán)隊(duì)以規(guī)?；B(yǎng)殖場豬糞尿發(fā)酵的沼液作為肥源，發(fā)現(xiàn)沼液全量還田的總施用量為600t·hm-2(基肥∶追肥=1∶1)時(shí)，與常規(guī)化學(xué)肥料相比，水稻產(chǎn)量最高為9356kg·hm-2，穗頭等的構(gòu)成表現(xiàn)最好；另外，研究發(fā)現(xiàn)沼液施用后水稻籽粒中并不存在重金屬超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)(P≥0.05)[2]。毛曉月等[3]通過連續(xù)3a定位施用沼液對(duì)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)研究發(fā)現(xiàn)，沼液控制量在3200～5300kg·hm-2時(shí)能不同程度地提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)，且每年最高水稻產(chǎn)量比常規(guī)施肥處理的產(chǎn)量分別提高9.9%、87.2%、69.8%，并促進(jìn)稻米中Zn、Fe等礦質(zhì)元素的增加。Chen等[4]研究在雙季茭白上施用沼液后植物生長和環(huán)境影響，發(fā)現(xiàn)沼液可全部或部分替代無機(jī)氮肥，但是當(dāng)沼液中的氮含量是礦質(zhì)氮肥的2倍或2.7倍時(shí)，茭白的生長受到抑制。同時(shí)，在淮安地區(qū)通過沼液全量還田運(yùn)籌小麥品種“淮麥30”時(shí)，發(fā)現(xiàn)達(dá)到600t·hm-2時(shí)，其株高、莖基寬、地上部干重(灌漿期)相較于CK(常規(guī)化學(xué)施肥)分別增長13.1%、11.7%、39.8%，顯著提高了單位面積穗數(shù)和每穗粒數(shù)，使產(chǎn)量較CK提高8.1%～8.9%[5]。在沼液配合施用方面，Yanjun Guo等[6]發(fā)現(xiàn)沼液配合牛糞生物炭共同施用還田后，能夠顯著增加土壤速效磷和速效鉀含量，提高土壤養(yǎng)分。

1.1.2 葉面噴肥

沼液發(fā)酵后形成的大量水溶性、速效性營養(yǎng)成分，可以作為液體速效肥直接用于作物果蔬葉面的噴施，是一種營養(yǎng)全面，促進(jìn)農(nóng)作物生長吸收、利用效率高的優(yōu)質(zhì)液體水肥，不僅可以增加作物果蔬的產(chǎn)量，還可以明顯改善果實(shí)品質(zhì)[7]。王維晨[8]專門以沼液為母液研究高效、環(huán)保型葉面肥的配方，發(fā)現(xiàn)沼液中含有17種氨基酸、多種植物生長調(diào)節(jié)劑、生物酶、有機(jī)酸和腐殖酸，并將研究成果應(yīng)用于大棚番茄、玉米，發(fā)現(xiàn)沼液葉面肥不同時(shí)期噴施對(duì)大棚番茄的植株生長、產(chǎn)量效果顯著；在玉米生育后期(拔節(jié)初期)噴施后對(duì)產(chǎn)量影響顯著。不僅如此，孟清波等[9]以朝天椒“辣椒王”為試驗(yàn)材料，研究了葉面噴施沼液肥對(duì)高溫脅迫下辣椒幼苗生長及生理特性的影響，研究結(jié)果表明，在辣椒脅迫8d，葉面噴施沼液肥20倍液處理的生長指標(biāo)和生理指標(biāo)均最好，其中幼苗鮮質(zhì)量、干質(zhì)量分別比對(duì)照高32.13%和40.74%，葉綠素、根系活力、葉片凈光合速率及POD、CAT酶活性分別提高，對(duì)緩解辣椒高溫傷害的效果最好。

1.1.3 根部追肥

沼液不僅可以用于植物葉面肥的噴施，還可以作為植物根部的追肥。目前，沼液根部追肥的主要方式為溝灌及漫灌，而通過沼液凈化過濾裝置的處理，沼液也可以使用滴灌帶進(jìn)行滴(噴)灌，進(jìn)一步提高沼液肥用量的準(zhǔn)確性、科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)沼液水肥一體化系統(tǒng)的構(gòu)建。在對(duì)土壤的理化性質(zhì)方面，研究沼液追肥對(duì)制種玉米產(chǎn)量及土壤化學(xué)性質(zhì)影響，發(fā)現(xiàn)沼液做追肥可提高產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，但和化肥配合施用后土壤中速效鉀含量最高為12.67g·kg-1[10]。在施肥方式上，以沼渣作為底肥，沼液作為追肥的施肥方式，沼渣沼液施用比例為1∶2，在中低濃度氮條件下的豬糞沼肥和高氮濃度條件下的秸稈牛糞沼肥更有利于芹菜營養(yǎng)物質(zhì)的積累[11]。

1.1.4 濃縮肥料

通過高效的預(yù)處理技術(shù)及多級(jí)膜處理技術(shù)對(duì)沼液進(jìn)行濃縮，可提高單位體積液肥中有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)含量。濃縮后的沼肥體積大大降低，便于儲(chǔ)存運(yùn)輸，也便于高效有機(jī)復(fù)合肥的制備。當(dāng)前主要的膜處理技術(shù)包括超濾膜技術(shù)(UF)、納濾膜技術(shù)(NF)、反滲透膜技術(shù)(RO)以及研究較多的正滲透膜技術(shù)(FO)在內(nèi)的濃縮膜技術(shù)[12]。趙培[13]通過濃縮沼液肥對(duì)作物產(chǎn)量品質(zhì)及土壤質(zhì)量的影響發(fā)現(xiàn)，與2種常規(guī)水溶肥相比，自制濃縮沼液肥對(duì)小白菜的株高和單株鮮重均有所增加，分別增加0.88%、15.67%和0.44%、71.01%，且干物質(zhì)量以自制濃縮沼液肥處理的增加最為明顯，但需要適度控制濃縮肥施用量。

1.2 浸種

沼液浸種，具有操作簡單、使用方便、效果顯著的特點(diǎn)。農(nóng)作物的種子經(jīng)過浸泡后可以更好地從休眠狀態(tài)進(jìn)入萌動(dòng)狀態(tài)，加快種子的發(fā)芽生長。浸種對(duì)作物的發(fā)芽、成秧及栽種后的生長發(fā)育有著重要的作用。比較清水而言，沼液中含有植物種子所需的多種水溶性養(yǎng)分，如氮、磷、鉀，銅、鐵、鋅等微量元素以及賴氨酸、色氨酸等，還有維生素、生長激素等生長調(diào)控物質(zhì)。在浸泡過程中，種子在吸水的同時(shí)吸收沼液中的各種營養(yǎng)物質(zhì)和活性物質(zhì)，這些物質(zhì)能夠激活種子體內(nèi)酶的活力，促進(jìn)胚細(xì)胞分裂，刺激生長，不僅可以促進(jìn)種子生理代謝，提高秧苗素質(zhì)，而且可增強(qiáng)秧苗抗寒、抗病、抗逆的性能。在大宗作物水稻、小麥方面，魏章煥等[14]進(jìn)行水稻沼液不同濃度、不同浸種時(shí)間浸種試驗(yàn)，結(jié)果表明，水稻沼液浸種能促進(jìn)水稻種子發(fā)芽與出苗，刺激生長，提高秧苗素質(zhì)，水稻沼液浸種時(shí)間應(yīng)掌握在24～48h，以等量的沼液與水混和為好。Yuan等[15]研究沼液浸種對(duì)萬壽菊種子萌發(fā)和生長的影響，發(fā)現(xiàn)25%沼液浸泡5h和50%沼液浸泡4h的種子發(fā)芽率最高(81.3%)，50%沼液浸泡5h的根系最長，50%沼液浸泡4h根系活力最高，顯著高于其他19個(gè)處理。但是，隨著商品化拌種劑的推廣和應(yīng)用，越來越多的種植戶選擇拌種劑，制約了沼液浸種技術(shù)的推廣應(yīng)用。

1.3 養(yǎng)殖

沼液中含有動(dòng)植物生長需要的氨基酸、礦物質(zhì)及微量元素等，可以用于養(yǎng)殖魚、豬、兔及蚯蚓等，實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖部分原料和淡水養(yǎng)殖餌料的代替，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

1.3.1 畜禽養(yǎng)殖原料

沼液中大量的氨基酸和活性物質(zhì)，具有刺激豬的食欲，促進(jìn)飼料消化吸收，提高飼料利用率的作用。郝民杰等[16]研究沼液作為保濕水對(duì)蚯蚓生長的影響，發(fā)現(xiàn)與清水對(duì)照組相比，沼液對(duì)蚯蚓生長有促進(jìn)作用，使蚯蚓質(zhì)量增加12%；施加沼液組還促使蚯蚓的形態(tài)變粗，說明蚯蚓養(yǎng)殖中使用沼液作為保濕水的可行性，對(duì)蚯蚓養(yǎng)殖生產(chǎn)具有正效益。近年來，鑒于現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；?、集約化的發(fā)展及生物安全的重要性，在沼液作為畜禽養(yǎng)殖原料方向上的研究越來越少。

1.3.2 淡水養(yǎng)殖餌料

利用沼渣、沼液進(jìn)行畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖，可節(jié)約養(yǎng)殖成本，提高畜禽水產(chǎn)的生產(chǎn)性能。從池塘水體環(huán)境及魚品質(zhì)方面研究發(fā)現(xiàn)，沼液養(yǎng)殖池塘水中的溶解氧含量提高，氨氮、總磷含量均有所上升但未超過國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但是化學(xué)需氧量(COD)值比對(duì)照組高；池塘底泥中有機(jī)質(zhì)、全氮、總磷含量有所增加，重金屬含量處于中度污染水平；施用沼液增加了魚產(chǎn)量，添加沼液后魚的品質(zhì)與對(duì)照魚差異不大，魚肉重金屬含量未超標(biāo)[17]。荊丹丹等[18]更是從沼液的有效成分、沼液促進(jìn)魚的生長機(jī)制、沼液養(yǎng)魚技術(shù)及效益、沼液養(yǎng)魚潛在的環(huán)境影響和風(fēng)險(xiǎn)等方面進(jìn)行了評(píng)述，介紹了國內(nèi)外利用沼液養(yǎng)魚的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。

1.4 培養(yǎng)基液

1.4.1 無土栽培培養(yǎng)液

無土栽培技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新的栽培技術(shù)。作物主要是種植在溶有礦物質(zhì)的營養(yǎng)液里，或者是某種栽培基質(zhì)中，其特點(diǎn)是以人工創(chuàng)造的根系生長環(huán)境取代常規(guī)的土壤環(huán)境，不但能滿足作物對(duì)水分、養(yǎng)分、空氣等生長條件的需要，而且通過進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，可以促進(jìn)作物更好生長。與傳統(tǒng)栽培相比，無土栽培效益更高、成本更低、操作更簡單，具有提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)、減少農(nóng)藥用量、節(jié)水節(jié)肥、對(duì)環(huán)境無污染、產(chǎn)品可達(dá)到有機(jī)食品標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)，但是人工合成的營養(yǎng)液成本偏高，且存在技術(shù)難度[19]。利用沼液含有的營養(yǎng)成分及微量元素制成的無土栽培營養(yǎng)液栽培蔬菜，同樣可以滿足蔬菜作物的營養(yǎng)需求，達(dá)到節(jié)本增效的效果，同時(shí)，沼液用于無土栽培的技術(shù)制作流程簡單、成本低，更易推廣。相對(duì)于大宗作物生長需求及無土栽培技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)，沼液無土栽培研究在果蔬方面應(yīng)用的更加廣泛。通過以沼液作為營養(yǎng)液進(jìn)行蕹萊無土栽培，與普通土壤培養(yǎng)相比，沼液無土栽培對(duì)蕹菜根長、側(cè)根數(shù)及總產(chǎn)量影響顯著；沼液能顯著提高蕹菜中可溶性糖含量，增幅達(dá)68.5%，并顯著降低蕹菜中硝態(tài)氮的含量，降幅為31.5%[20]。

1.4.2 微生物絮凝劑培養(yǎng)基

微生物絮凝劑是一類由微生物或其自身分泌物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，以細(xì)菌、真菌等微生物進(jìn)行發(fā)酵、提取、精制而成，具有生物分解性、安全性等優(yōu)點(diǎn)。由于微生物絮凝劑可以克服無機(jī)高分子和合成有機(jī)高分子絮凝劑本身固有的缺陷，實(shí)現(xiàn)無污染排放，因此微生物絮凝劑的研究越來越受到科研學(xué)者的青睞。與無土栽培營養(yǎng)液類似，絮凝劑產(chǎn)生菌的培養(yǎng)基通常以蛋白胨、酵母膏等作為氮源，以葡萄糖、蔗糖作為碳源，導(dǎo)致生產(chǎn)成本太高，制約絮凝劑的推廣應(yīng)用，而沼液中大量的營養(yǎng)物質(zhì)，通過技術(shù)改良可以部分代替普通的微生物培養(yǎng)基[21]。在應(yīng)用方面，采用以牛糞和秸稈為底物的大型沼氣發(fā)酵工程厭氧消化形成的沼液作為制取微生物絮凝劑的替代培養(yǎng)基，能夠進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)絮菌F2～F6的發(fā)酵條件，實(shí)現(xiàn)了節(jié)本增效[22]。

2 結(jié)論與展望

大量的研究發(fā)現(xiàn)，沼液在農(nóng)業(yè)資源化利用方面，施用后可提高作物、蔬菜水果的產(chǎn)量和品質(zhì)。但是，當(dāng)前研究主要集中于沼液應(yīng)用的肥用效果，沒有充分考慮沼液養(yǎng)分含量較化肥低、含水量高的特性以及作物果蔬在不同生育階段水肥需求不同的特點(diǎn)，對(duì)其存貯運(yùn)輸、發(fā)酵工藝、施用方式、施用時(shí)間節(jié)點(diǎn)及副作用等的研究較少，尤其是沼液施用的法律政策、安全性及配套性方面[23]。因此，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到沼液的原料、處理方式及施用作物種類及品種不同，均可能導(dǎo)致不同的效果。

綜上所述，沼液在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作為肥料、浸種液、培養(yǎng)基液等的綜合利用便于推廣、效果明顯、前景廣泛，但相關(guān)科研部門及農(nóng)技推廣部門還應(yīng)加大對(duì)沼液資源化利用的開發(fā)力度，地方政府應(yīng)制定相關(guān)的政策法規(guī)、軟硬件配套，為沼液應(yīng)用的推廣示范做好應(yīng)用基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與生態(tài)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，共同推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。