沼液滴灌施肥工程建設及其應用

特約專稿

專家簡介：鄒國元，研究員，北京市農林科學院植物營養與資源研究所副所長，北京市現代農業產業體系葉類蔬菜團隊崗位合作專家，中國農學會高新技術農業應用專業委員會理事，北京市新世紀百千萬人才工程人選和中國農學會第十屆青年科技獎獲得者。主要研究方向為作物營養與施肥。先后從事提高氮肥利用率、農業有機廢棄物處理與利用、新型肥料開發、農業面源污染監測與防治等研究工作，曾主持和參加過10多個國家及省部級植物營養相關科技項目。近年來在相關領域獲得“堆肥反應裝置”等專利5項，獲省部級獎勵6項，發表論文、著作共計50余篇。

在國家及相關部門的重視下，我國沼氣工程發展迅速，沼氣作為新能源為我國農村地區能源供應作出了重要的貢獻。與此同時，作為沼氣工程的副產物沼渣、沼液，其產生量大、養分含量高，是理論上的良好有機肥源，但在實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，涉及到的機制、技術原因很多，其中沼渣沼液不分、狀態粘稠、施用不易是重要的原因之一。尤其是在有機肥施用的主要區域——蔬菜、果樹種植體系，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所趨，沼液如何進入灌溉施肥系統是個制約性問題，其核心是要解決沼液的固液分離，實現分級精細過濾，將沼液納入滴灌系統；這樣既在技術上解決了沼液與滴灌系統難對接的問題，又在實踐上解決了當前農事管理中人工短缺、常規沼液施肥農民不愿干的問題。

一、沼液滴灌施肥工程構成及功能

在確定好沼液滴灌施肥工程建設位置后，即可進入規劃建設階段。

沼液滴灌施肥工程由三個部分構成，分別為沼液儲存、粗過濾和曝氣系統部分（A），沼液細過濾和自動配比、反沖洗和主體控制系統部分（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區的曝氣系統和C區的沼液灌溉體系（圖1）。

沼液在A區經過2級過濾之后，由泵抽取至B區，在B區經過第三次過濾并與清水混合配比到達C區，實現沼液的灌溉施肥。而在第三級過濾中留下的細微沼渣，則通過B區的反沖洗系統沖回到A區的一級過濾池，實現循環運轉。

A區由沼液注入口和儲存池構成，儲存池分為沼液過濾儲存池和清水儲存池，其中沼液過濾儲存池又可分為三個部分，分別為沼液沉淀池、沼液過渡池和清液池，三個池子中間用過濾網隔開；沼液在經注入口倒進沼液沉淀池后，經沉淀后過20目的過濾網進入沼液過渡池，其后通過沼液過渡池與清液池之間60目的過濾網過濾到清液池中，最后用抽污泵送至B區與清水混合后等待灌溉施用。

由于沼液過濾時會有沼渣附著在過濾網上，易造成網眼堵塞，本工程中在B區工作房內安裝有氣泵，經主控制系統發出指令后，可以通過網下的曝氣管對網進行曝氣處理，從而將過濾附著物沖開，實現沼液無堵塞過濾，解決了沼液過濾的初步堵塞問題。

沼液和清水分別經水泵送至B區，進入疊片式過濾器，過濾精度120目，濾后利用電動調節閥調整后二者混合，形成水—沼液混合液體，通過輸送管道進行施肥灌溉。

沼液與清水混合后供到C區，為保證因可能有多個地塊同時灌溉施肥情況下的沼液供應，在主管道上設一個變頻加壓泵，當管道內的水壓變低時，加壓泵自動開始工作，以滿足壓力需求。

沼液滴灌施肥工程的建設應該按照各地目標作物、種植方式、氣候條件等因素做好合理規劃然后進行實施，充分發揮工程效益。工程首部位置應選擇在交通方便、離水源近的地方為宜，方便沼液的運輸和灌溉水源的接入。在北方高寒地區，建議將工程首部集中建在溫室、大棚或室內，以保證冬天灌溉肥水的適宜溫度和維持過濾系統的正常運行。

二、沼液滴灌施肥的實現

沼液滴灌施肥工程建好通過調試后就可用于正常的灌溉施肥了。滴灌施肥的一般程序簡單易行，步驟如下：（1）打開灌溉目標區域滴灌開關；（2）打開主管道開關；（3）啟動電源（包括380伏電源總開關，380伏水泵電源，氣泵電源，控制柜專用電源）；（4）主顯示屏出現操作界面，根據主界面提示進行操作，點擊啟動灌溉鍵和自動反沖洗鍵；（5）按變頻啟動開關，啟動完成；（6）進入工作狀態（一般持續工作時間不超過10小時）；（7）完成滴灌施肥后，停機要先按停止灌溉鍵，然后再按停止沖洗鍵，關閉電源；（8）關閉主管道開關；（9）關閉田間滴灌開關。

在沼液滴灌施肥管理中，為了保證施肥效果和設施設備的可持續利用，應注意以下問題：

1. 沼液必須經過濾（120目以上）才能進入滴灌系統進行作物的灌溉施肥。

2. 施肥前，檢查滴灌系統是否正常工作。開關打開，系統運行壓力適宜，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，混合后的沼液電導率必須保持在3000μS/cm（微西門子/厘米）以下。

4. 若肥液不能正常進入管道，檢查閥門是否已經打開，底閥有無堵塞，泵內空氣是否排出，連接是否密封。離心泵須檢查是否反轉。

5. 經常田間巡查滴灌的工作情況，修補跑水漏肥的地方。

6. 若第三級過濾池的沼液抽完，用反沖洗管將濾網上的渣滓反沖干凈，使沼液可以順利通過濾網。

7. 調節施肥球閥的關閉程度以保持沼液的灌溉濃度，一個灌溉區單次的施肥時間控制在2～3小時內，保證施肥均勻性和肥料養分不流失。

8. 灌溉和施肥都要控制時間，保證不過量灌溉?？梢酝陂_土壤剖面判斷濕度，使作物根系范圍內灌溉濕潤即可。否則浪費水肥電，嚴重則導致減產無收。

9. 運行時，變頻開關須撥到“變頻”檔。反沖洗過濾器不能自動沖洗時必須人工沖洗過濾器。毛管則每月用清水沖洗一次。

三、沼液用量的精準控制

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到目標產量的需肥量，受到產量目標、土壤特性、肥料供肥特性等的影響，在土壤、作物等相關條件相同情況下，沼液與化肥的相對肥效如何？明確這一點，對于確定沼液的合理用肥量具有重要的借鑒和指導作用。以雞糞沼液為例，通過在油菜、番茄、芹菜、玉米等作物上的等氮量施肥試驗，結果表明，等氮供應條件下沼液的當季肥效與化肥相當或略好，說明沼液用（氮）量的確定可以參照化肥的用（氮）量來進行。沼液肥效較好，與其養分的有效性密切相關，我們測定了以雞糞為原料生產得到的沼液養分情況，發現其速效氮（銨態氮+硝態氮）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上，根據作物栽培時長及擬灌溉頻次情況，再結合作物不同生長階段需肥特點，合理安排沼液分次施用方案。如計算得到某種作物全生育期需用追肥沼液5立方米，預計作物生長期間共需滴灌10次，可以采取“每水帶肥”的方式進行灌溉施肥，每次滴灌時可平均帶入0.5立方米的沼液量，根據作物不同生育期需肥量的差異，不同時期加入沼液量可作適當調整，進入作物收獲后期可停止加入沼液；針對某些灌溉施肥面積較大、地塊較多的園區，希望相對集中地進行沼液滴灌施肥，也可以采用將沼液分為幾次集中施用，如上例，可根據作物常規施肥管理方法基于重點施肥階段將沼液按3～5次灌溉隨水滴灌施肥。應注意的是，由于施肥相對集中，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，避免濃度過高而影響作物正常生長。

沼液檢測。根據原料情況靈活掌握，沼液應用中要充分了解所用沼液的原料情況，不同來源的沼液其養分含量差異較大，最好結合化學測試，對沼液速效氮、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行效益分析

經過多年來的試驗示范，沼液滴灌施肥工程表現出了良好的效益，不僅有明顯的增產增收效果，而且可以降低肥料投入，減少施肥所需的人工投入、改善施肥環境、促進沼液精準化利用，受到了廣大用戶的歡迎。隨著技術工程的不斷成熟，來自農業生產基地和沼氣工程方的沼液施肥配套工程建設需求日益強烈。

（一）經濟效益

據在北京某有機農場的試驗示范結果表明，采用沼液滴灌技術后，可提高蔬菜產量10%～15%，按照蔬菜現行價格，每畝可增收1000～1300元；施用沼液之后，有機肥的用量可以減少一半，每年每個大棚可以節省有機肥3噸，按市場價格500元/噸計算，每畝凈節省開支1500元，因此每畝蔬菜共增收節支2500～2800元。另一方面，從沼液滴灌工程產投情況來看，這也是一項值得投資的工程。一套覆蓋灌溉面積200畝地的沼液滴灌工程，除去常規的灌溉設施以外，新增的沼液分離、混合、反沖洗、基建等設施一般為30萬元左右，該工程按照10年進行折舊計算，則每年折舊3萬元，計每年每畝地150元，按一年種2茬蔬菜來算，則每茬蔬菜上分攤到的成本為75元。當前施用沼液的成本幾乎可忽略不計或者非常低，因此，與施用其他肥料相比，采用沼液滴灌施肥的成本相當低廉。

（二）社會效益

采用沼液滴灌施肥工程后社會效益也很明顯，一是促進就業和社會化服務，如果工程能夠得到逐步推廣，將明顯推進沼氣工程產業鏈條的延伸和沼渣沼液利用社會化服務體系的建設，無論對上游還是下游產業的發展都是有利無害的；二是減少施肥用工，促進標準化管理，一個以施有機肥為主的生態、有機農場，要實現有機肥追肥，用工量大、工作辛苦，無人愿干，改變為沼液滴灌施肥工程后，施肥工作變為簡單的開關設備即可，既方便又節約時間，同時還增加了施肥的準確度。一套覆蓋200畝灌溉面積的沼液滴灌施肥設施的建成，一茬作物上就可以減少施肥用工1000個以上，北京北郊某有機蔬菜園區從裝備了該設施后，由原來每個工人負責2個蔬菜溫室的日常管理提高到現在的3個溫室管理，用工效率明顯提高；三是農產品質量有保障，正是基于科學的、精準的水肥管理，水分養分利用效率得到“雙提高”，作物的養分供應平衡也有了保障，農產品品質可以得到較好的提升，無論對農戶還是消費者都是利好之事。

（三）生態效益

沼液滴灌施肥工程實施后，其生態效益表現在既有效消納了沼氣工程副產品，又避免了因沼液施用不當對農產品產地環境帶來不利影響，由此所帶來的固碳減排效應將非常顯著。當前也有人認為，施用沼渣沼液可能帶來重金屬污染、鹽分累積等環境問題，這需要科學辯證地分析，沼渣沼液中確實含有重金屬和鹽分，這是從養殖廢棄物中帶來的，不是因沼氣工程措施而新產生或增加的，就如同其他有機肥料一樣，要保障安全、減少重金屬和鹽分的累積，只要科學、精量使用沼液就可以了。