沼液農用風險研究進展

慕京生 王靜 楊瓊

摘 要 概述沼液作為肥料和飼料添加劑的農用現狀及其對作物、土壤的影響，系統總結沼液農用中氮磷養分、重金屬、獸藥抗生素、激素和病原菌污染等潛在風險，就現有的沼液合理農用技術和未來趨勢進行討論，以期為建立系統化、規范化的沼液農用技術體系提供理論依據。

關鍵詞 沼液;農用;潛在風險

中圖分類號：S216.4;S141 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.36.042

近年來，我國的畜禽養殖業快速發展。據估算，2011年我國養殖糞污產生量達21.21億噸，預計到2020年、2030年畜禽糞便總量將達到28.75億噸和37.43億噸[1]。畜禽糞便等養殖廢棄物是主要的環境污染來源，同時在國家及各級政府的推行下，畜禽養殖廢棄物厭氧發酵能源化成為其再利用的主要方式，產生的沼氣可作為新能源使用，發酵殘余物可以農用[2]。

推行沼液農用，在實現資源再利用的同時，可以提高作物產量和品質，改善土壤結構，防治病蟲害。當前，沼液作為農用肥料已經較為普遍。國內外學者對沼液農用的經濟效應、環境效應進行了廣泛研究。研究多關注沼液養分利用，但發酵原料、技術的多樣性決定了重金屬、抗生素和病原菌的潛在風險。這些物質在農業生態系統中積累，嚴重影響農產品和環境的安全[3]。劉思辰等人對沼液利用下重金屬污染潛在風險的研究表明，不同原料的沼液重金屬含量差異較大，其中豬糞沼液重金屬含量要高于牛糞沼液[4]。畜禽飼料中添加的抗生素會導致沼液中抗生素殘留，會使某些致病原菌、微生物產生抗性威脅人類健康[5]。目前，我國對沼液農用還未標準化管理，無相關指標限量定額，利用模式相對混亂，有待于進一步系統化研究。因此，將針對沼液農用風險研究現狀展開分析，以期為我國標準化沼液農用模式的建立提供理論依據。

1 養分潛在風險

沼液中養分元素含量豐富，不同的發酵原料和工藝流程產生的沼液存在一定差異。研究表明，以速效態養分居多的沼液中氮、磷、鉀含量為0.01%～1.55%、COD含量為6 600～8 600 mg·L-1，遠高于國家二類水排放標準，但低于水溶肥營養元素含量標準[6-7]。因此，長期過量施用沼液將導致土壤和水體中的TN、TP等含量超標。沼液中的氮素形態以銨態氮為主，而土壤中銨態氮含量過高不利于蔬菜和多種植物的生長，影響作物的品質和產量[8]。

稻田施用沼液后，土壤脲酶等活性顯著提高，甲烷排放量、氨氮濃度以及植物生物量顯著增加[9]。其他研究也表明，稻田土壤更有利于高濃度施用的沼液的消解和利用，不會造成土壤中N、P等大量元素的過量累積[10]。在小麥-玉米輪作體系中，沼液農用不會引起0～200 cm土層中銨態氮顯著增加，相較于化肥，沼液農用降低了土層中硝態氮淋溶的風險[11]。相關研究發現，利用藻類可以顯著降低沼液中N、P和有機污染物含量，進而削減沼液農用對土壤健康的危害[12]。

2 重金屬潛在風險

經厭氧發酵而來的沼液含有毒性強、遷移慢、具有累積性的重金屬，對土壤和糧食安全、人類和動物健康具有一定影響。沼液中的重金屬主要為Pb、Cd、Cu和Zn等，來源于養殖過程中微量元素飼料添加劑。依據歐美國家腐熟堆肥有機物料中重金屬限量標準，我國沼液發酵原料重金屬含量均有一定量的超標[13]。沼液中的腐殖酸對重金屬具有溶出、吸附與解析作用，一定程度上會增強重金屬的活性[14]。Marcato等人[15]研究發現，沼氣發酵過程中，微生物和有機、無機膠體會與糞污中的重金屬發生生物吸附、氧化還原和溶解效應，從而改變重金屬的型態和生物活性，降低重金屬的生物有效性，降低沼液農用中的作物品質和土壤健康潛在風險。

有研究對太湖西岸地區養殖場進行了分析，結果顯示，沼液中Cu、Zn和As含量嚴重超標[16]。相關研究表明，當沼液農用超過一定量時，沼液中的重金屬會在土壤、植物系統中發生不同程度的累積效應，但由于沼液中的重金屬濃度相對較低，適量的沼液添加不會造成農產品重金屬超標等嚴重的糧食安全問題[17]。

3 抗生素、激素潛在風險

畜禽養殖業中抗生素不可或缺。我國畜禽養殖抗生素使用量約6 000 t/年，遠超世界平均水平[18]。研究表明，雖然厭氧發酵過程中沼液中的一部分抗生素被分解，但仍會有部分抗生素殘留在沼液中。畜禽養殖場周遭土壤、水體中往往能檢測出高量抗生素，經遷移和生物富集后進一步影響水產養殖和農產品安全。沼液直接農用，通過植物根系進入植物體內部，危害人類健康。有研究估算東北地區養殖業固醇激素排放量表明，它對水體有潛在污染風險。目前，對沼液中抗生素一類物質的削減有常規污水處理和微波強化氧化處理，可以通過微生物法、酶聯免疫吸附法、液相色譜法和氣相色譜法進行檢測[19]。液質聯用、核磁共振等技術可以用于定量分析糞污發酵殘余物中的激素類成分[20]。

4 病原菌等微生物潛在風險

發酵過程涉及厭氧發酵過程，所以沼液中會含有種類繁雜的微生物。若要實現沼液農用無害化，必須清除沼液中的寄生蟲卵、病原菌等。有研究表明，沼液中存在抑菌防病效果較好的拮抗微生物。沼氣發酵對于削減糞污中大腸菌群含量效果顯著，平均減少92.9%，但厭氧發酵殘余物中大腸菌群仍具有較高濃度，達不到無害化要求。

5 沼液合理農用技術及未來趨勢

厭氧發酵后的沼液儲存后可作為肥料應用于農業，但當前我國的沼氣工程規模大，沒有足夠的土地消納，導致未經處理的沼液中的過量養分、重金屬、抗生素等潛在風險影響到土壤和水體健康。沼液合理農用要注意定量、后處理與系統分配相結合。其中，沼液處理主要有兩種方式：好氧微生物處理法和自然生物處理法。好氧法主要利用生物活性污泥、生物濾池等手段實現沼液中潛在風險物質的消解，而自然生物處理法則是利用生物塘和人工濕地等處理進一步凈化沼液[20]。

因此，針對沼液農用風險應展開進一步研究，深入研究沼液中潛在風險物質的含量和分布，了解重金屬、抗生素一類有害物質的作用機理，體系化研究沼液農用風險，建立相關法律和制度規范沼液農用標準。如何減少沼液中潛在風險物質含量、增加其肥效功能有待于進一步研究，也是未來沼液農用的重點突破方向。政府、企業應該加大投入，鼓勵沼液安全農用。

參考文獻：

[1] 石先羅，張衛東，王風，等.沼液沼渣農用生態環境風險研究進展[J].生態經濟（學術版），2014，30（1）：12-15，19.

[2] 涂成，閆湘，李秀英，等.沼渣沼液農用安全風險[J].中國土壤與肥料，2018（4）：8-13，27.

[3] 穆紅莉.我國未完成2011年節能減排指標的原因分析[J].生態經濟，2013（2）：44-46，62.

[4] 劉思辰，王莉瑋，李希希，等.沼液灌溉中的重金屬潛在風險評估[J].植物營養與肥料學報，2014，20（6）：1517-1524.

[5] 史艷財.豬糞、沼液農用重金屬和抗生素的生態風險及生物調控研究[D].廣州：華南農業大學，2016.

[6] 郭強，柴曉利，程海靜，等.沼液的綜合利用[J].再生資源研究，2005（6）：37-41.

[7] 葛昕，李布青，丁葉強，等.沼液利用現狀和潛在風險分析[J].安徽農業科學，2012，40（30）：14897-14898，15058.

[8] 趙建榮，秦改花.不同氮形態配比對菠菜生長及氮代謝的影響[J].安徽農業科學，2008（10）：4046-4047.

[9] 徐曉萌.調節pH對沼液稻田灌溉肥效和環境的影響[D].杭州：浙江大學，2013.

[10] 李松林，呂軍，張峰，等.高濃度沼液淹灌土水系統中氮、磷和有機物的動態變化[J].水土保持學報，2011，25（2）：125-129.

[11] 馮潔.沼液農用對土壤和小麥——玉米系統氮平衡的影響[D].北京：中國農業科學院，2016.

[12] 張國治，姚愛莉，顧蘊璇，等.藻類對沼液中氮、磷去除作用的初步研究[J].中國沼氣，1997（4）：11-15.

[13] 劉榮樂，李書田，王秀斌，等.我國商品有機肥料和有機廢棄物中重金屬的含量狀況與分析[J].農業環境科學學報，2005（2）：392-397.

[14] 李靜，陳宏，陳玉成，等.腐殖酸對土壤汞、鎘、鉛植物可利用性的影響[J].四川農業大學學報，2003（3）：234-236，240.

[15] Claire-Emmanuelle Marcato，Eric Pinelli，Marie Cecchi，et al.Bioavailability of Cu and Zn in raw and anaerobically digested pig slurry[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2008，72（5）：1544.

[16] 朱泉雯.重金屬在豬飼料-糞污-沼液中的變化特征[J].水土保持研究，2014，21（6）：284-289.

[17] 金燕，李艷霞，陳同斌，等.污泥及其復合肥對蔬菜產量及重金屬積累的影響[J].植物營養與肥料學報，2002（3）：288-291.

[18] 張樹清，張夫道，劉秀梅，等.高溫堆肥對畜禽糞中抗生素降解和重金屬鈍化的作用[J].中國農業科學，2006（2）：337-343.

[19] 王遠遠，劉榮厚.沼液綜合利用研究進展[J].安徽農業科學，2007（4）：1089-1091.

[20] 陳斌，張妙仙，單勝道.沼液的生態處理研究進展[J].浙江農業科學，2010（4）：872-874.

（責任編輯：趙中正）