畜禽養(yǎng)殖污水在茶園中的資源化利用綜述

梁艷麗,袁凱麗,劉少群,孫彬妹,肖 熙,鄭 鵬

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.北京市海淀區(qū)生態(tài)環(huán)境局，北京 100089；3.廣東晴耕雨讀生態(tài)發(fā)展有限公司，廣東 廣州 510950）

畜禽養(yǎng)殖業(yè)是保證民生的重點行業(yè)，我國畜禽養(yǎng)殖量和消費量均居世界第一。但由于養(yǎng)殖戶環(huán)保意識的薄弱及政府管理不到位等因素，畜禽養(yǎng)殖廢棄物不經(jīng)處理肆意排放，帶來大量的資源浪費及嚴(yán)重的環(huán)境污染。畜禽養(yǎng)殖污水主要是糞便、尿液、沖洗廢液等的混合物，含有大量的有害物質(zhì)（懸浮物、氨氮等），如未經(jīng)妥當(dāng)處理直接排放至自然環(huán)境中，會造成水體、大氣、土壤以及微生物的污染。畜禽污水直接排放至水中，會引起水體富營養(yǎng)化，水生生物大量繁殖，水中溶解氧供需失衡，水體結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞；會放出三甲基胺、二氧化硫、硫化銨等有害氣體污染空氣，危害人體健康［1］；毒害土壤微生物，破壞土壤形態(tài)結(jié)構(gòu)，攜帶的大量病原微生物會使環(huán)境中病原菌和寄生蟲大量繁殖，影響生態(tài)平衡，同時會影響?zhàn)B殖業(yè)的生產(chǎn)力水平和經(jīng)濟(jì)效益，還會影響人畜健康［2］。

對畜禽廢棄物的處理及資源化利用迫在眉睫。隨著技術(shù)的發(fā)展，畜禽污水處理和綜合利用變得方便而高效，畜禽污水處理的主要目的是為了減少污水中的有害物質(zhì)，達(dá)到環(huán)境排放要求，同時滿足植物的營養(yǎng)需求，實現(xiàn)變“廢”為“寶”。處理后的污水、固渣可用于農(nóng)作物的種植，替代化肥。茶樹是重要的經(jīng)濟(jì)作物，畜禽養(yǎng)殖污水在茶樹種植中的資源化利用對提高茶葉品質(zhì)與產(chǎn)量以及環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。介紹目前國內(nèi)畜禽污水處理方法及制約因素，總結(jié)畜禽污水資源化處理產(chǎn)物——沼肥對茶樹生長、茶葉品質(zhì)及產(chǎn)量的影響，并針對沼肥使用存在的主要問題提出建議，以期為實現(xiàn)“零排放”的種養(yǎng)循環(huán)模式提供理論參考。

1 畜禽養(yǎng)殖污水處理方法及發(fā)展的制約因素

1.1 畜禽養(yǎng)殖污水處理方法

為減少畜禽養(yǎng)殖污水對環(huán)境的污染，對畜禽污水采取的處理方法也在不斷進(jìn)步。處理畜禽污水的方法及步驟，首先是預(yù)處理，即固液分離，其是畜禽污水處理過程中一道必不可少的前處理工序，也是畜禽污水無害化、資源化處理的關(guān)鍵步驟，是降低污水中總固體含量的重要手段，且能降低后期處理成本，防止后續(xù)操作儀器設(shè)備受損。固液分離技術(shù)一般包括篩慮、離心、過濾、浮除、沉降、沉淀、絮凝等工序［2］。固液分離處理主要分為物化處理和生化處理。物化處理主要包括機(jī)械固液分離法、吸附法、吹脫法、電化學(xué)氧化法等方法。養(yǎng)殖企業(yè)用于固液分離的設(shè)備主要有板框壓濾機(jī)、帶式壓濾機(jī)、離心機(jī)、斜板篩擠壓機(jī)、振動篩擠壓機(jī)、螺旋解壓機(jī)等。絮凝法主要包括化學(xué)絮凝、磁絮凝、微生物絮凝、電絮凝法。吸附法是利用介質(zhì)與廢水污染物的吸附作用將其從水中去除，常用的介質(zhì)有沸石。吹脫法是指將廢水的pH 調(diào)為堿性在氣液接觸后將廢水中的游離氨吹脫至大氣中，該方法操作簡單易行，但需做好氣體的回收。電化學(xué)氧化法，主要是通過電極反應(yīng)產(chǎn)生-OH 等強(qiáng)氧化性活性物直接或間接降解廢水中的污染物，但耗電多，且存在安全隱患。水解酸化法是處理畜禽養(yǎng)殖污水中最常用的生化預(yù)處理技術(shù)，利用兼性厭氧的水解和產(chǎn)酸細(xì)菌將水中的難溶性有機(jī)物水解為溶解性有機(jī)物，使難降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易降解的小分子物質(zhì)，達(dá)到去除的目的。生化處理方法還包括芬頓氧化法、鳥糞石沉淀法等。

為達(dá)到環(huán)境排放標(biāo)準(zhǔn)要求，預(yù)處理后的畜禽廢液還需進(jìn)一步處理。常用的方法有厭氧處理和好氧處理。厭氧處理又稱為沼氣發(fā)酵。因廢水中含有大量的有機(jī)物，所以常用的方法是厭氧處理，此方法不僅可以去除有機(jī)污染物，還可產(chǎn)生清潔能源——沼氣。其發(fā)酵殘留物又稱厭氧消化液，俗稱沼液，擁有較高的營養(yǎng)價值，在作物種植中廣泛應(yīng)用。我國常用的厭氧處理裝置有上流式厭氧污泥床（UASB）、升流式固體反應(yīng)器（USR）。沒有足夠土地用于沼液還田利用或自然處理的養(yǎng)殖場的一般采用好氧處理來凈化沼液，好氧處理的主要方法有序批式活性污泥（SBR）、缺氧/好氧（A/O）、膜生物反應(yīng)器（MBR）等［3］。

1.2 畜禽養(yǎng)殖污水處理方法發(fā)展的制約因素

畜禽污水的污染不僅在我國普遍存在，同時也是世界面臨的難題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，處理儀器與方法也越來越多，越來越智能，但較完善的方法鮮見報道。在實現(xiàn)無害化排放上，還有許多待解決的問題。養(yǎng)殖場的環(huán)境、養(yǎng)殖的動物種類、數(shù)量等不同，使畜禽污水的成分含量復(fù)雜，需提高判斷技術(shù)；另一方面是企業(yè)管理，由于地域差異，有些地方例如北方地區(qū)，由于冬春季天氣嚴(yán)寒，導(dǎo)致設(shè)備穩(wěn)定性低，達(dá)到污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)需投入的成本會更高，甚至發(fā)生誤判，造成二次污染。此外，個別企業(yè)盲目追求高端設(shè)備，忽略客觀條件的影響，造成投入多、運行效果差、運營成本高的尷尬局面［4］；一些養(yǎng)殖散戶及中小規(guī)模的養(yǎng)殖場環(huán)保意識不強(qiáng)，通常把廢水直接排放至土壤中，尚未形成良好的管理體系［5］。

2 沼液對茶樹生長的影響

2.1 對茶樹生長功能的影響

茶樹根系具有向肥性、向濕性、忌漬性、向地性等特點，起著固定、吸收、貯藏、合成等作用。影響茶樹根系生長的主要因素是土壤pH，茶樹根喜酸性，適宜的環(huán)境pH 為4.0～6.5，茶樹在生長過程中會使土壤酸化，土壤嚴(yán)重酸化會破壞環(huán)境，影響茶樹對營養(yǎng)元素的吸收，從而影響茶樹生長。影響茶樹根系生長的另一因素主要是礦質(zhì)營養(yǎng)元素，例如氮、磷、鉀等。其他因素有土壤水分、土壤結(jié)構(gòu)，微生物種類與活性等。而試驗證明，處理后的畜禽污水呈弱堿性可有效緩解土壤過度酸化，還含有大量的礦物質(zhì)元素，可改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤持水量，降低土壤容重，增強(qiáng)土壤微生物與有關(guān)酶的活性，形成較為理想的微生物群落，利于茶樹根的生長，促進(jìn)形成發(fā)達(dá)的茶樹根系［6，7-8］。

茶樹生長還會受到如干旱、寒冷等氣候的影響。茶樹遭遇干旱不僅會使樹體水分減少，且樹體內(nèi)酶活性、激素水平等均會受到影響，導(dǎo)致生理代謝減弱；低溫會降低酶活性，降低光合作用速率，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，甚至導(dǎo)致茶樹枯竭死亡，在種植過程中有效預(yù)防和降低干旱影響，良好的土壤條件是提高茶樹應(yīng)對氣候變化的能力的關(guān)鍵。合理適時多施有機(jī)肥，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤結(jié)構(gòu)是一種重要的防護(hù)方法。種植前深墾土壤施以大量的沼肥作為基肥，幼苗追施糞肥，沼肥可直接分解形成腐殖質(zhì)和膠體，以及通過土壤微生物間的黏性物質(zhì)促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的生成，可改善土壤物理結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力和地溫，促進(jìn)壯苗，有利于對抗寒害和凍害。沼液中含有的游離脯氨酸可提高茶樹的抗寒能力，還可減輕土壤板結(jié)、促進(jìn)還潮保濕、加強(qiáng)茶樹的抗旱能力［7，9-11］。

2.2 沼液施用方式對茶樹生長的影響

2.2.1 沼液滴灌 沼肥包括沼液和沼渣，沼渣通常直接入土，用作基肥或者追肥。滴灌是利用塑料管道將水通過直徑約10 mm 毛管上的孔口或滴頭送到作物根部進(jìn)行局部灌溉，可實現(xiàn)區(qū)域智能化管理，是農(nóng)業(yè)大規(guī)模種植節(jié)約成本資源的一種重要方式。隨著沼液在農(nóng)業(yè)上的推廣應(yīng)用，沼液配合滴灌技術(shù)在茶樹種植上有著重要作用，其在有效地保持沼肥本身的優(yōu)勢、提供養(yǎng)料的同時，還能精確控制使用量，達(dá)到提升茶葉品質(zhì)的目的，有效節(jié)約資源，減少沼肥使用量，增加茶樹對肥料的吸收量，降低茶葉生產(chǎn)過程中的投資成本，提升生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，符合新時代綠色、節(jié)約、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展主題［12-13］。

2.2.2 沼液噴施 沼液對合適比例的水，配成一定濃度的沼液混合物，在茶葉葉面進(jìn)行噴施，大約15 d 噴灑1 次，葉面對沼液中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收非?？焖?，對沼液的利用率高，還可促進(jìn)茶葉光合作用，對茶葉的生長代謝有調(diào)解作用［14］。

2.2.3 其他方式 沼肥與復(fù)合肥配施能有效改善土壤環(huán)境，增加氮、磷、鉀和有機(jī)質(zhì)的含量，提高微生物量碳、氮的含量，而單施有機(jī)肥的效果較沼肥與復(fù)合肥配施差［15］。

沼液不同的使用量在促進(jìn)茶樹萌芽、魚葉展，加快生長速度，增加植株高度、芽頭密度、百芽重、鮮葉產(chǎn)重的效果有所不同，其施用劑量存在最適濃度。噴施的最適施用量據(jù)研究為20～50 kg/667m2，撒施、澆施為1 000～4 000 kg/667m2，作為底肥時，最適施用量為3 000 kg/667m2左右［16］。

3 沼液對茶葉品質(zhì)及產(chǎn)量的影響

畜禽養(yǎng)殖污水經(jīng)過一系列規(guī)范化資源化處理的產(chǎn)物——沼液，可在農(nóng)業(yè)上進(jìn)行應(yīng)用，達(dá)到節(jié)水、節(jié)肥的效果，實現(xiàn)變“廢”為“寶”。沼液在茶園中的應(yīng)用已有初步研究。

3.1 對茶葉品質(zhì)的影響

畜禽污水經(jīng)厭氧發(fā)酵處理后的發(fā)酵殘余物沼液，不僅包括氮、磷、鉀等植物生長需要的大量元素，還含有大量的有機(jī)質(zhì)、多種氨基酸、微量元素等，營養(yǎng)充分全面，對農(nóng)作物生長有顯著促進(jìn)作用，且有害化學(xué)物質(zhì)含量低，施用安全高效，可作為有機(jī)肥還田，不僅可減少對生態(tài)環(huán)境的破壞，還可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤理化性質(zhì)［17］。大量試驗表明，沼液對提高茶葉品質(zhì)效果顯著，可增加茶葉的全氮、全磷、全鉀含量與減少砷、汞、鉛、銅、鉻、鎘等重金屬的含量［18］，保護(hù)人體健康；可提高水浸出物、游離氨基酸，降低咖啡堿、茶多酚含量和酚氨比，提高茶葉的內(nèi)在品質(zhì)［19］；還可提升茶葉的外在品質(zhì)，例如茶葉的香氣濃度、持久度、耐泡性、滋味濃厚度以及茶湯色度等［6］。

3.2 對茶葉產(chǎn)量的影響

發(fā)芽密度和百芽質(zhì)量是影響茶葉產(chǎn)量的重要因素。茶樹種植過程中施用沼液，可使茶樹萌動期提前，提早抽芽，且新芽結(jié)實，芽長粗壯，可以提高發(fā)芽密度和新梢芽生長的整齊度，增加百芽重和百葉重，提高茶葉產(chǎn)量［6，17，19-20］。施沼肥能明顯促進(jìn)茶樹根系的生長，加強(qiáng)對營養(yǎng)物質(zhì)吸收利用的能力，葉綠素增加，促進(jìn)光合作用，其中含有的抗生類物質(zhì)對一些害蟲具有治理效果，均可使葉片健壯，增加茶葉產(chǎn)量［17］。茶葉產(chǎn)量隨著施肥量的增加而增加。盡管施肥在茶葉產(chǎn)量中的貢獻(xiàn)率比較大，但也不能盲目施肥，而應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、土壤狀況等綜合因素決定施肥量［20］。

4 畜禽養(yǎng)殖污水資源化產(chǎn)物在茶園中應(yīng)用存在的問題及建議

4.1 存在問題

茶樹種植中使用沼液存在限制因素。一是沼肥的穩(wěn)定性不可控。因為不同的原料發(fā)酵產(chǎn)出的沼肥營養(yǎng)成分會有差別，其中的N、P、K 元素含量也不易穩(wěn)定控制。二是來源不足。茶園大多都以農(nóng)戶自主經(jīng)營，分布不集中，難以提供大規(guī)模沼氣工程保證茶園所需的充足沼肥資源。三是運輸不便，成本高。茶園附近若無沼液，需由別處運沼液，運輸成本增加，使茶園生產(chǎn)經(jīng)營成本增加。四是肥效不能保證。運輸途中，沼肥中的茶葉所需營養(yǎng)成分會損失。如茶樹需要的氨氮類成分會揮發(fā)散失，肥力降低［21］。

4.2 建議

為解決沼肥來源地與茶園距離遠(yuǎn)的問題，可采取2種方式：一是政府加大支持力度，促進(jìn)集中管理茶園，鼓勵和幫助公司建立“豬-沼-茶”的農(nóng)業(yè)模式；二是研發(fā)改進(jìn)沼液濃縮技術(shù)，常見的沼液濃縮技術(shù)主要包括膜濃縮、蒸發(fā)濃縮等，此技術(shù)不僅不會影響沼肥本身的功能，還可通過添加養(yǎng)分、微生物菌劑、生長調(diào)節(jié)劑等復(fù)配成專用的液態(tài)有機(jī)肥料，提升產(chǎn)品價值，但需有效抵消運輸?shù)母咄度?，還應(yīng)進(jìn)一步研發(fā)、優(yōu)化濃縮技術(shù)，降低成本。

為充分發(fā)揮沼肥的作用，應(yīng)掌握沼肥的特性，作為基肥使用時，在土地深耕時把沼肥撒入土壤中，然后根據(jù)茶葉的生長情況進(jìn)行追肥，不僅為茶樹的生長提供良好的營養(yǎng)條件，還可改善土壤環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展［22］。

5 結(jié)語

茶葉的品質(zhì)除了與制作工藝密切相關(guān)外，茶樹的品質(zhì)也至關(guān)重要。施肥是保證茶樹品質(zhì)最重要的一個環(huán)節(jié)，沼肥相比于化肥，在提高茶葉品質(zhì)上有更大的優(yōu)勢，也正在被廣泛應(yīng)用于茶樹種植。目前畜禽養(yǎng)殖污水的處理技術(shù)日趨成熟，但沼肥應(yīng)用于茶園仍存在一些問題亟需解決，如污水量大、處理運輸成本高、養(yǎng)殖戶環(huán)保意識不強(qiáng)、技術(shù)設(shè)備不成熟、如何與茶園有效的結(jié)合等問題。在生產(chǎn)種植中如何實現(xiàn)沼肥利用效率即茶樹吸收率最大化，準(zhǔn)確快速地了解不同土壤環(huán)境下適宜的施肥量，仍然值得探究。在資源有限的情況下，如何利用好畜禽養(yǎng)殖污水，實現(xiàn)高產(chǎn)、高品質(zhì)、低成本、可持續(xù)的“零排放”的種養(yǎng)循環(huán)模式，有待進(jìn)一步研究。