干清糞工藝下農村規模化沼氣沼液養分分析

劉銀秀，聶新軍，董越勇，王 強，葉 波，范志斌，金 娟

(1.浙江省農業生態與能源辦公室，浙江 杭州 310012； 2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

干清糞工藝下農村規模化沼氣沼液養分分析

劉銀秀1，聶新軍1，董越勇1，王 強2，葉 波1，范志斌1，金 娟1

(1.浙江省農業生態與能源辦公室，浙江 杭州 310012； 2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

對浙江省全省范圍內37個農村規?；託夤こ陶右哼M行養分調查和分析。結果表明，浙江省農村規?；託夤こ陶右簆H值均呈現中性及弱堿性，且不同工程之間沼液pH值差異性很小，因此沼液可以廣泛用于農作物種植。沼液樣品有機質含量在0.04%～1.00%，不同沼氣工程的沼液有機質含量差異性很大，這與沼氣工程的厭氧發酵池工藝、容積、料液停留時間、微生物的活性、有機質顆粒分解速度以及沉降速度等因素有關。沼液中含有氮、磷、鉀等養分元素，但含量較化肥低很多；不同沼氣工程沼液中氮、磷、鉀等養分含量均呈現全氮>全鉀>全磷的趨勢，且沼液中全鉀含量的差異性最小，全氮次之，全磷含量的差異性最大。沼氣工程運行時間越長，發酵系統和微生物活性越穩定，沼液中有機質、氮、磷、鉀等養分元素含量之間的差異性越小。杭嘉湖地區和寧紹舟地區沼氣工程沼液有機質、全氮、銨態氮、全鉀和總養分平均含量高于金衢地區和溫臺麗地區。不同沼氣工程的沼液養分含量有差異，且部分養分指標差異性較大，因此在大規模施用沼液前，應根據土壤類型、肥力水平、作物品種、種植制度、自然環境等因素進行肥效試驗，合理確定施用量，避免因養分過多或過少而影響作物生長。

畜禽養殖； 沼氣工程； 沼液； 養分

畜牧業是國民經濟的基礎產業，大力推進畜牧業生態高效發展，是關系食品供給、農業生態循環、農民增收、公共衛生安全和民生福祉改善的民生實事，是加快現代生態循環農業發展、打造綠色農業強省和建設“兩美”浙江的必然選擇與重要舉措。2013年以來，浙江省加快推進畜牧業轉型升級，全省畜禽養殖區域布局進行戰略性調整，畜禽養殖由“低小散亂”向規模化發展。截至2015年底，全省標準化規模養殖水平大幅提高，生豬、奶牛、家禽規?；戎胤謩e達89%、99%和91%，其中年出欄生豬>500頭的規模養殖占70%[1]。2016年10月，農業部同意浙江省在全國首先開展畜牧業綠色發展示范省創建工作。2016年12月，浙江省印發《創建全國畜牧業綠色發展示范省三年行動方案(2017—2019年)》[2]，方案中指出：推進適度規模養殖，鼓勵和引導發展年出欄豬1 000頭、肉雞50 000羽、存欄蛋雞5 000羽、奶牛200頭的標準化適度規模養殖場；力爭到2019年，全省生豬出欄500頭規模的養殖場比重達到80%。規?；B殖水平的提高，一方面提高了畜牧業發展產業化水平，另一方面也對畜禽糞污的處理提出了更高的要求和標準。

習近平總書記在中央財經領導小組第十四次會議上強調，加快推進畜禽養殖廢棄物處理和資源化，關系6億多農村居民生產生活環境，關系農村能源革命，關系能不能不斷改善土壤地力、治理好農業面源污染，是一件利國利民利長遠的大好事。要堅持政府支持、企業主體、市場化運作的方針，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農村能源和農用有機肥為主要使用方向，力爭在“十三五”時期，基本解決大規模畜禽養殖場糞污處理和資源化問題[3]。中央2017年1號文件中指出：推進農業清潔生產，大力推行高效生態循環的種養模式，加快畜禽糞便集中處理，推動規?；笮驼託饨】蛋l展。畜禽糞污中含有大量的有機物、氮、磷、鉀等營養元素，同時也有危害人體健康的病原菌、微生物[4]。實踐證明，利用沼氣工程處理畜禽糞污是行之有效的，不僅可以有效降低有機物含量、殺死危害人體健康的病原菌，還可以回收沼氣作為可利用的能源。同時，沼液中含有豐富的氨基酸、B族維生素、某些植物激素，對病蟲害有明顯抑制作用，是各類農作物、花卉、果樹、蔬菜的優良有機肥料[5]，可以有效提高農產品產量、提升農產品質量[6-7]。目前，浙江省規模化畜禽養殖場大多建有配套的沼氣工程，這些工程不僅是可以持續提供清潔能源的優質能源工程，還是聯結畜牧業和種植業的重要紐帶。農村規?；託夤こ痰男Ч@著，但是如何妥善處置畜禽糞污厭氧發酵過程中產生的大量沼液仍是亟待解決的問題，這個問題不解決，不僅制約了資源的再分配、再利用，還制約了沼氣工程的進一步發展。

為了充分了解浙江省農村規?；託夤こ陶右旱慕M分構成，對浙江省37個農村規模化沼氣工程進行了調查。本文主要對沼液樣本的pH值、有機質、氮、磷、鉀等指標進行分析，以期為沼液的合理利用提供基礎數據和技術支撐，為全省生態循環農業發展和環境保護提供指導。

1 材料與方法

1.1 樣點概況

選取浙江省11個設區市的27個縣(市、區)挑選37個農村規?；託夤こ踢M行調查采樣，其中杭嘉湖地區9個，寧紹舟地區15個，金衢地區6個，溫臺麗地區7個。選取的37個采樣點均為生豬存欄量在1 000頭規模養殖場的配套工程，其中厭氧發酵池總容積小于500 m3的有12個，500～1 000 m3的13個，>1 000 m3的12個；厭氧發酵工藝有CSTR工藝和UASB工藝2種，其中CSTR 24個，UASB 13個；沼氣工程運行時間2～5 a的20個，5～10 a的12個，>10 a的5個。37個采樣點均采用干清糞工藝，發酵原料均為豬糞尿+沖洗水。沼氣工程取樣期間運行良好。供檢樣品均取自厭氧發酵池排放出的沼液。采樣期間全省最高氣溫5～25 ℃、最低氣溫2～18 ℃。

1.2 樣品采集

于2016年11月15日至12月5日取樣，每個采樣點在采樣當天的9:00—10:00、11:30—12:30、14:00—15:00分別采集3份樣品，每份樣品的量應相同且不少于300 mL。然后將3份樣品均勻混合成1份樣品，以供檢測。供檢樣品裝入500 mL PVC瓶中，密封、冷藏保存，24 h內送往檢測機構進行分析測定。如果指標無法一次性測完，剩余樣品加入濃硫酸酸化，并于0～4 ℃條件下保存。

1.3 測定項目與方法

1.4 統計與分析

采用數據處理軟件Excel進行統計與分析。

2 結果與討論

2.1 沼液pH值指標變化情況

由表1可知，樣品pH值6.78～8.05，大多呈現中性及弱堿性，這與其他研究的結果基本一致[8-9]。不同運行年限的沼氣工程之間沼液pH值差異性不大，pH值相對比較穩定，其中運行時間>10 a的沼氣工程沼液pH值波動幅度最小。不同池容、不同地域的沼氣工程沼液之間的pH值差異也不大，這主要是因為不同規模的沼氣工程經過長時間運行后系統比較穩定，厭氧發酵池中各種微生物相對比較活躍，能夠充分分解料液中的有機酸，使pH值可以保持在一個相對穩定的水平。

表1 浙江省沼液pH值的情況

2.2 沼液有機質含量變化情況

由表2可知，沼液樣品有機質含量在0.04%～1.00%，有機質平均含量為0.22%。不同沼氣工程的沼液有機質含量差異性較大，變異系數達到92.58%。由于沼氣工程的厭氧發酵池容積和發酵工藝選擇、工程運行過程中進料量和進料頻次不同，厭氧發酵池中料液停留時間、微生物活性、有機質顆粒分解速度以及沉降速度均有所差異，沼液有機質含量存在較大差異。

表2 浙江省沼液有機質含量的情況

不同運行年限的沼氣工程之間，沼液有機質平均含量由大到小為5～10 a、2～5 a、>10 a，且運行>10 a的沼氣工程沼液有機質含量差異性最小。這可能是因為沼氣工程運行時間越長，厭氧發酵池中微生物對有機質的降解作用越穩定，沼液中有機質的含量越穩定，不同沼氣工程沼液有機質含量之間的差異性也就越小。

不同池容的沼氣工程沼液之間有機質含量差異性比較大，池容小于500 m3的沼氣工程沼液有機質含量明顯低于池容>500 m3的沼氣工程。池容>500 m3的沼氣工程之間沼液的有機質含量差異性較大。

從區域分布來看，沼液有機質平均含量呈現杭嘉湖地區>寧紹舟地區>溫臺麗地區>金衢地區的趨勢，金衢地區被調查沼氣工程沼液有機質含量相同。杭嘉湖地區和寧紹舟地區沼氣工程沼液有機質含量明顯高于金衢地區和溫臺麗地區，這可能是因為杭嘉湖地區和寧紹舟地區經濟發達，規?；i場管理水平較高，干清糞過程中沖洗水用量少，進入沼氣工程的料液濃度較高，而金衢地區和溫臺麗地區豬場干清糞過程中沖洗水用量多，進入沼氣工程的料液濃度較低。

2.3 沼液養分含量變化情況

由表3可知，沼液樣品全氮含量范圍為0.05%～0.35%，且沼液中的氮主要以銨態氮形式存在，銨態氮含量范圍為0.05%～0.28%，占全氮的60%～99%。沼液樣品中全磷含量范圍為0.001%～0.060%，全鉀含量范圍為0.028%～0.162%。沼液中的大量養分元素的含量均保持全氮>全鉀>全磷的趨勢?？傮w上看，沼液中全鉀含量的差異性最小，全氮次之，全磷含量的差異性最大，因為厭氧發酵過程對氮、磷、鉀元素的削減量很少，因此造成這種現象主要是與料液中氮、磷、鉀的含量差異性有關。沼液中總養分含量范圍為0.088%～0.549%，不同沼氣工程之間沼液總養分含量差異性也較大。

表3 浙江省沼液養分含量的情況

不同運行時間沼氣工程沼液中氮、磷、總養分平均含量由大到小為5～10 a、2～5 a、>10 a，鉀平均含量由大到小為2～5 a、5～10 a、>10 a。這是因為不同運行時間的沼氣工程發酵系統穩定性以及發酵環境有所差異，發酵料液中懸浮顆粒物的含量及其沉降速度也不同，而氮、磷、鉀的含量與懸浮顆粒物數量有關聯[10]，一般情況下，沼液中懸浮顆粒物越多，其氮、磷、鉀的含量也越多。運行時間越長的沼氣工程，其系統穩定性越強，發酵料液中顆粒物的沉降速度可能也越快，從而導致沼液中氮、磷、鉀等元素的含量偏低。沼液養分含量與沼氣工程運行時間的確切關聯性還需要進一步研究。

不同池容的沼氣工程沼液之間養分含量差異性比較大，池容小于500 m3的沼氣工程沼液氮、磷、鉀及總養分平均含量明顯低于池容>500 m3的沼氣工程。池容>500 m3的沼氣工程之間沼液的氮、磷、鉀及總養分平均含量接近，主要原因可能在于池容越大，料液停留時間越充分，含有氮、磷、鉀等元素的懸浮顆粒物沉降量越多，沼液中氮、磷、鉀的含量就越接近。

從地域分布來看，杭嘉湖地區和寧紹舟地區沼氣工程沼液中全氮、銨態氮、全鉀和總養分平均含量高于金衢地區和溫臺麗地區，這可能與杭嘉湖地區和寧紹舟地區規?；i場管理水平較高，干清糞過程中沖洗水用量少，進入沼氣工程的料液濃度較高有關。杭嘉湖地區和溫臺麗地區沼氣工程沼液中全磷平均含量高于寧紹舟地區和金衢地區。

3 小結

調查的全省37個規?；託夤こ陶右旱膒H值均呈現中性及弱堿性，因此沼液施用范圍較廣，可以廣泛用于農作物種植。沼氣工程沼液有機質含量與運行時間、厭氧發酵池容積和發酵工藝選擇等因素有關聯，因此不同沼氣工程的沼液有機質含量差異性較大。杭嘉湖地區和寧紹舟地區沼氣工程沼液有機質含量明顯高于金衢地區和溫臺麗地區。在發酵原料相同的條件下，運行時間越長、料液在發酵池中反應越充分、發酵工藝先進，都會在一定程度上提高沼氣工程對有機物的去除效果，降低沼液中有機物質含量。這幾種因素與有機質含量之間的確切聯系，尚需進一步分析和研究。沼液中含有氮、磷、鉀等大量營養元素，但養分含量較化肥低很多。沼液中氮、磷、鉀含量均呈現全氮>全鉀>全磷的趨勢，且氮元素主要以銨態氮形式存在。不同沼氣工程的沼液養分含量有差異，且部分養分指標差異性較大，因此在大規模施用沼液前，應根據土壤類型、肥力水平、作物品種、種植制度、自然環境等因素進行肥效試驗，合理確定施用量，避免因養分過多或過少而影響作物生長。

[1] 浙江省農業廳. 浙江省畜牧業“十三五”規劃 [EB/OL]. (20160822) [2016-08-02]. http://www.zj.gov.cn/art/2016/8/22/art_5495_2181197.html.

[2] 浙江省人民政府辦公廳. 浙江省人民政府辦公廳關于印發《創建全國畜牧業綠色發展示范省三年行動方案(2017—2019年)》的通知 [EB/OL]. (20170105) [2016-12-09]. http://www.zj.gov.cn/art/2017/1/5/art_38271_289999.html.

[3] 新華社. 中央財經領導小組第十四次會議召開[EB/OL]. (20161221) [2016-12-21]. http://www.gov.cn/xinwen/2016-12/21/content_5151201.htm.

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(責任編輯：萬 晶)

2017-09-15

浙江省科技廳重點研發計劃項目(2015C03013)；2016年度“三農六方”科技協作項目(CTZB-F160728AWZ-SNY1-20)

劉銀秀(1977—)，女，浙江江山人，高級工程師，碩士研究生，主要研究方向為農村能源與農業生態，E-mail: 151429677@qq.com。

文獻著錄格式：劉銀秀，聶新軍，董越勇，等. 干清糞工藝下農村規模化沼氣沼液養分分析[J].浙江農業科學，2017，58(11)：1997-2000.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171139

S141

A

0528-9017(2017)11-1997-04