不同養殖規模豬場沼氣工程沼液養分差異性分析

董越勇，聶新軍，王 強，葉 波，劉銀秀，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 農產品質量標準研究所，浙江 杭州 310021)

不同養殖規模豬場沼氣工程沼液養分差異性分析

董越勇1，聶新軍1，王 強2，葉 波1，劉銀秀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 農產品質量標準研究所，浙江 杭州 310021)

對浙江省全省范圍內30個不同養殖規模豬場的沼氣工程沼液進行養分調查和差異性分析。結果表明，不同養殖規模豬場的糞污經沼氣工程充分發酵后產生的沼液pH值呈現中性及弱堿性，pH值穩定性好，可在農作物種植過程中直接施用。沼液樣品有機質含量在0.01%～0.80%，不同養殖規模豬場配套的沼氣工程沼液有機質含量差異性較大，這與豬場養殖規模、生豬喂養方式、豬場管理水平、糞便清理程度、沼氣工程發酵工藝及運行參數等因素有關。不同養殖規模豬場的沼氣工程沼液中含有氮磷鉀等大量營養元素，且單一養分含量差異性較大。沼液中氮磷鉀含量均呈現總氮>總鉀>總磷的趨勢，且氮元素主要以銨態氮形式存在。與單一養分含量相比，不同養殖規模豬場的沼氣工程沼液總養分含量差異性相對較小，且養分含量較化肥低很多。由于不同養殖規模豬場的沼氣工程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，應根據實際情況進行肥效試驗，確定施用量，科學、合理施用沼液，避免因沼液施用不當而對農作物生長產生影響。

規模化豬場； 沼氣工程； 沼液； 養分差異

糧豬安天下，生豬生產是農業生產的重要組成部分，是發展生態循環農業的重要環節。我國既是養豬大國，也是豬肉消費大國，生豬飼養量和豬肉消費量均占世界總量的一半左右[1]。發展生豬生產，對于保障市場供應、增加農民收入、促進經濟社會穩定發展具有重要意義。從產業發展、環境保護和市場經濟規律的角度來看，生豬生產從傳統的“低小散亂”向規模化發展是必然趨勢。因此，自2013年以來，浙江省大力發展農牧緊密結合的生態畜牧業，加快畜牧業轉型升級[2]，利用“三改一拆”和“雙清”行動的良好機遇，拆除影響環境的“低小散亂”生豬養殖場(棚)，保留并生態化改造非禁養區規模養豬場。截至2016年底，全省生豬出欄50頭以上規模比重91.9%，高出全國平均19.9百分點，出欄500頭以上規模比重78.1%，高出全國平均34.8百分點。生豬規模化養殖水平的提高，一方面提高了畜牧業發展產業化水平，另一方面也使得生豬養殖與環境保護的矛盾日益突出，對生豬生產綠色發展提出更加嚴峻的挑戰。

規模化豬場每天產生大量的糞尿污水，豬糞尿中含有大量碳水化合物、含氮化合物等易腐敗性有機物，若直接排放，進入天然水體后會使水體渾濁、變黃、變黑，導致水質惡化[3-4]。豬糞尿產生的廢氣中含有氨、硫化物、甲烷等成分，若廢氣未及時處理，會產生氨、甲基硫醇、硫化氫等惡臭氣體，造成空氣中氧含量相對下降，污濁度升高，降低空氣質量[5]。大量的豬糞尿污水及其所污染的水體、飼料和空氣，最終會導致豬病和寄生蟲卵的蔓延與發展，直接影響養豬產業。因此，做好規模化養豬場糞污的安全妥善處理，降低其環境影響，是生豬產業綠色發展必須解決的問題。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，推動規模化大型沼氣健康發展[6]。實踐證明，利用沼氣工程處理豬糞尿對于生豬養殖有百利而無一害。沼氣發酵技術可以回收沼氣作為可利用的能源，豬糞尿經過沼氣工程厭氧發酵以后，糞尿中的氮磷鉀等養分沒有大的損失，如果在發酵過程中適當加入一部分農作物秸稈，還可以增加肥料的數量[7]。沼氣工程厭氧發酵可以去除豬糞尿的臭味，也可以殺死豬糞尿中的寄生蟲及有害微生物。豬糞尿厭氧發酵后產生的沼液含有豐富的氨基酸、維生素、植物激素等物質，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[8]，施用沼液可以提高農產品產量、提升農產品品質[9-10]。

從沼氣工程運行的角度分析，規模化豬場養殖規模、生豬喂養方式以及飼料種類變化不大，進入沼氣工程的原料數量和性質相對穩定，有利于沼氣工程的長期穩定運行。同時，規模化養豬場糞污經厭氧發酵后產生的沼液性質也相對穩定，有利于沼液的后續資源化利用。目前，浙江省沼液年產生量約為800萬t，其中規模化養豬場沼氣工程產生的沼液占很大一部分。因此，了解不同養殖規模豬場沼氣工程沼液的成分構成是一項基礎性工作，對于推進全省沼液的資源化利用具有重要意義。為實現這個目標，對全省30個規模化養豬場配套的沼氣工程進行了調查，對沼液樣本的pH值、有機質、氮、磷、鉀等指標進行分析，以期為不同養殖規模豬場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 采樣點

2016年11月15日至12月5日，在全省29個縣(市、區)挑選30個規模化豬場的沼氣工程進行調查采樣。采樣期間全省最高氣溫5～25 ℃、最低氣溫2～18 ℃。

30個規模化豬場按照存欄量分為4個檔次，≤1 000頭的有8個，>1 000～5 000頭的有12個，>5 000～10 000頭的有5個，>10 000頭的有5個。30個規模化豬場配套的沼氣工程厭氧發酵工藝有CSTR工藝和UASB工藝2種，其中CSTR19個，UASB11個；沼氣工程運行時間2～<5 a的有18個，5～<10 a的有9個，≥10 a的有3個；厭氧發酵池容積≥300 m3的有23個，其中≥500 m3的有15個。

30個規模化豬場均采用干清糞工藝，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。

1.2 采樣方式和樣品

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

樣品pH的測定采用電極法(NY/T 1973—2010)，有機質測定采用重鉻酸鉀容量法(NY 525—2012)，總氮、總磷和總鉀的測定參照有機無機復混肥料的測定方法(GB/T 17767—2010)，樣品銨態氮的測定采用蒸餾后滴定法(NY/T 1116—2014)。

1.4 數據統計

測定數據采用Excel軟件進行統計與分析。

2 結果與分析

2.1 沼液pH指標變化情況

根據表1中的檢測結果可知，沼液樣品pH值在6.89～8.68，大多呈現中性及弱堿性，這與國內相關研究的結論大體一致[11-12]。不同規模養豬場的沼氣工程沼液pH值差異性不大，這是因為不同規模養豬場配套的沼氣工程目前均正常運行，且運行時間都在2年以上，整個系統比較穩定，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值保持在一個相對穩定的水平。在所有采樣點中，生豬存欄量在10 000頭以上養豬場的沼氣工程沼液pH值波動幅度及差異性最小，這是因為此等規模的養豬場其養殖方式、糞便清理方式以及沼氣工程厭氧發酵工藝基本一致，在沼氣工程正常運行的前提下，pH值相對比較穩定，差異性也就較小。

表1 不同養殖規模豬場沼液pH值變化情況

2.2 沼液有機質含量變化情況

根據表2中的檢測結果可知，沼液樣品有機質含量在0.01%～0.80%，有機質平均含量為0.22%。不同養殖規模豬場配套的沼氣工程沼液有機質含量差異性較大，變異系數達到87.52%。這是因為豬場養殖規模不同，生豬喂養方式、豬場管理水平、糞便清理程度、沼氣工程發酵工藝及運行參數不盡一致，厭氧發酵池中料液濃度、料液停留時間、微生物活性及種類、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在所難免。

表2 不同養殖規模豬場沼液有機質變化情況

不同養殖規模的豬場之間，沼液有機質平均含量呈現(≤1 000頭)<(>5 000～10 000頭)<(>1 000～5 000頭)<(>10 000頭)的趨勢。這是因為生豬存欄量在1 000頭以下的養豬場管理水平較低，豬舍清理次數及頻次較多，沖洗水用量較多，進入沼氣工程的料液有機質含量較低，導致沼液的有機質含量也較低。生豬存欄量在10 000頭以上的養豬場管理水平較高，豬舍清理時沖洗水用量少，進入沼氣工程的料液有機質含量相對較高，進而沼液中有機質含量也相對較高。

同一檔次養殖規模的豬場之間，沼液有機質含量差異性較大。其中，≤1 000頭養豬場的沼氣工程沼液有機質含量差異性最小，變異系數為48.34%；>10 000頭養豬場的沼氣工程沼液有機質含量差異性最大，變異系數為86.72%。由于本次調查為單次采樣，未進行連續采樣和跟蹤分析，因此造成這種現象的原因有待進一步研究和分析。

2.3 沼液養分含量變化情況

根據表3中的檢測結果可知，沼液樣品總氮含量范圍為0.04%～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0.03%～0.28%，占總氮的62.5%～99.0%。沼液樣品中總磷含量范圍為0.001%～0.05%，總鉀含量范圍為0.029%～0.149%。不同養殖規模豬場的沼氣工程沼液中大量養分元素的含量均保持總氮>總鉀>總磷的趨勢。總體上看，不同養殖規模豬場的沼氣工程沼液養分含量差異性較大，其中總鉀含量差異性最小，總氮次之，總磷含量差異性最大，由于厭氧發酵過程對氮磷鉀元素的削減量很少，因此造成這種現象的原因與料液中氮磷鉀的含量差異性有關。沼液中總養分(總氮+總磷+總鉀)含量為0.117%～0.549%，與單一養分元素含量差異性相比，不同養殖規模豬場的沼氣工程沼液總養分含量差異性相對較小。

表3 不同養殖規模豬場沼液養分含量變化情況

不同養殖規模豬場的沼氣工程沼液中總氮、總磷平均含量呈現(≤1 000頭)<(>5 000～10 000頭)<(>1 000～5 000頭)<(>10 000頭)的趨勢，總鉀、總養分平均含量呈現(>5 000～10 000頭)<(≤1 000頭)<(>1 000～5 000頭)<(>10 000頭)的趨勢。沼液中氮磷元素的含量與懸浮顆粒物的數量有關，一般情況下，懸浮顆粒物數量越多，其氮磷鉀含量也就越高。養殖規模小的豬場，特別是存欄量在1 000頭以下的豬場，管理水平低，豬舍清理過程中沖洗水用量多，導致發酵料液中懸浮顆粒物的數量較少、濃度較低，而存欄量在10 000頭以上的養豬場管理水平較高，豬舍清理時沖洗水用量少，進入沼氣工程的料液懸浮顆粒物數量及濃度相對較高，因此會出現存欄量1 000頭以下的豬場沼氣工程沼液中氮磷含量低、存欄量10 000頭以上的豬場沼氣工程沼液中氮磷含量相對較高的現象。

3 小結

30個不同養殖規模豬場的糞污經沼氣工程充分發酵后產生的沼液pH值呈現中性及弱堿性，且pH值穩定性好，因此這些沼液可以在農作物種植過程中直接施用。

沼氣工程沼液有機質含量與豬場養殖規模、生豬喂養方式、豬場管理水平、糞便清理程度、沼氣工程發酵工藝及運行參數等因素有關聯，因此不同養殖規模豬場的沼氣工程沼液有機質含量差異性較大。在清糞工藝相同的情況下，生豬存欄量、豬場管理水平、沖洗水用量等因素都會影響沼氣工程對有機物的去除效果。一般情況下，生豬存欄量少、豬場管理水平低、豬舍清理沖洗水用量多，進入沼氣工程的料液有機質含量就較低，進而導致沼液的有機質含量也較低。

不同養殖規模豬場的沼氣工程沼液中含有氮磷鉀等大量營養元素，且單一養分含量差異性較大。沼液中氮磷鉀含量均呈現總氮>總鉀>總磷的趨勢，且氮元素主要以銨態氮形式存在。與單一養分元素含量差異性相比，不同養殖規模豬場的沼氣工程沼液總養分含量差異性相對較小，且養分含量較化肥低很多。由于不同養殖規模豬場的沼氣工程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，應根據實際情況進行肥效試驗，確定施用量，科學、合理施用沼液，避免因沼液施用不當而對農作物生長產生影響。

本次調查分析為單次采樣，未進行連續采樣檢測和跟蹤分析，因此不同養殖規模豬場的沼氣工程沼液有機質及養分含量差異性較大的具體原因有待進一步研究和分析。

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2017-10-10

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

董越勇(1963—)，男，浙江紹興人，農業技術推廣研究員，從事農業生態能源技術推廣研究工作，E-mail: zjhzdyy@126.com。

文獻著錄格式：董越勇，聶新軍，王強，等. 不同養殖規模豬場沼氣工程沼液養分差異性分析[J].浙江農業科學，2017，58(12)：2089-2092.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171201

S141

A

0528-9017(2017)12-2089-04

張瑞麟)