沼肥在現代農業生產中的應用現狀與展望

史建碩，楊軍芳，王麗英，郭 麗，任燕利，李若楠，翟鳳芝，孫 璇

（河北省農林科學院農業資源環境研究所，河北省肥料工程技術研究中心，河北 石家莊 050051）

隨著我國集約化農業的飛速發展，農業和農村廢棄物產生量以每年5%～10%的速度遞增，預計到2020年將超過50億t[1]。目前我國農業廢棄物循環利用方式較為粗放，大量作物秸稈和畜禽糞便等廢棄物無害化、資源化處理率低，農業廢棄物處置與利用不合理，種養業分離，導致農業面源污染嚴重。2016年農業部等六部委聯合印發了《關于推進農業廢棄物資源化利用試點的方案》，明確指出農業廢棄物資源化利用是改善環境污染、發展循環經濟、實現農業可持續發展的有效途徑。農業部印發的《畜禽糞污資源化利用行動方案（2017-2020年）》中，強調要以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以農用有機肥和農村能源為主要利用方向，全面推進畜禽養殖廢棄物資源化利用。其中，厭氧發酵技術被廣泛應用于農作物秸稈、畜禽糞便以及有機廢棄物等有機物質的處理[2]，不僅提供了清潔方便的能源沼氣，還產出一部分發酵殘余物（包括沼液和沼渣）。發酵過程中氮磷鉀等營養元素大部分被保留于沼液和沼渣中[3]，可作為有機肥料應用于農業生產中，統稱為沼肥。廣大學者對沼渣、沼液的綜合利用進行了深入研究，如將沼渣和沼液用于玉米生產[4]、無公害蔬菜生產[5]、作物育苗[6]等方面，同時存在沼肥生產原料種類多、性質差異大等共性問題。基于此，作者對沼肥的特性、對農業生產的作用、施用技術及風險控制進行了分析，對安全、合理、有效地利用農業廢棄物，保障沼氣工程的可持續發展和緩解我國農業生態環境危機具有重要的意義。

1 沼肥的組成及其特性

控制厭氧發酵工藝，可產生肥效高且無害化的沼肥[7，8]。徐延熙等[9]測定了不同發酵原料的沼渣、沼液的有機質和營養元素含量（表1）。姚燕[10]通過對以畜禽糞便為原料的厭氧發酵液生產工藝研究發現，影響沼肥肥效的因素有原料濃度、發酵時間和發酵溫度。當原料濃度為3.7%、發酵時間為4 d、發酵溫度為55℃時，沼液中銨態氮和有效磷含量最高。

表1 不同發酵原料的沼渣和沼液中有機質及營養元素的含量Table 1 The contents of organic matter and nutrient elements of biogas residue and biogas slurry of different fermented raw materials

厭氧發酵工藝的發酵過程中可消除臭氣，殺滅大部分致病菌和蟲卵，發酵充分的沼液應為深褐色、無惡臭液體，pH 值為 7.5～8.0[7]。C?té C 等[11]研究表明，在20℃條件下厭氧發酵20 d，可使豬糞中的大腸桿菌減少99.67%～100%；álvarez J A等[12]研究發現，厭氧發酵31 d可使豬糞中的金霉素減少53.2%～67.7%。

2 沼肥在現代農業生產中的作用

2.1 改變土壤性狀

沼肥中含有的腐殖質是土壤有機質的主要部分，能提高土壤的保水和保肥能力，還有胡敏酸和富里酸等弱酸性有機物質和多種微生物菌團[7]，具有很強的緩沖酸堿變化的能力，對鹽堿地的改良效果明顯，同時還能提高土壤團粒總數和土壤交換容量，增加土壤孔隙度，改善土壤結構。肖洋等[15]研究發現，化肥配施沼渣和沼液能夠降低土壤容重，提高土壤有機質含量，有效防止土壤酸化，顯著改善土壤物理性質；Cordovil等[16]研究發現，施用豬糞發酵的沼液能夠增加土壤中的銨態氮和硝態氮的含量，改良和修復林區火災后土壤。黃繼川等[17]研究發現，隨著沼液用量的增加能夠顯著提高稻田土壤有機質和速效養分含量，能夠顯著提高土壤脲酶、蔗糖酶和酸性磷酸酶活性。萬海文等[18]研究發現，追施沼液提高了麥田土壤過氧化氫酶和脲酶活性。張翠麗等[19]研究發現，沼肥能夠顯著降低土壤pH值和容重，證明了沼肥改良鹽堿土的可行性。

2.2 促進作物生長，有效防治病蟲害的發生

沼肥中含有多種作物所需的營養成分，營養能力強、養分利用率高，田間施用不僅能提高作物產量和品質，還能起到抗病和提高抗性的作用。萬海文[20]研究發現，追施沼肥能夠提高小麥和玉米的光合速率和水分利用率，增加葉片葉綠素相對含量，促進小麥生長、提高小麥成穗率和籽粒重，增加小麥產量；艾俊國[21]研究發現，適宜的沼肥與化肥配施能夠促進春玉米的生長發育，增加春玉米干物質量和光合特性指標，改善根系結構，提高春玉米產量和籽粒品質；Tani等[22]通過對玉米進行沼肥和動物骨灰配施試驗發現，該處理較單施化肥處理增產4.32%；牛偉等[23]研究發現，蘋果樹長期采用“豬—沼—果”的管理方式，可以明顯提高蘋果的品質；亓翠玲等[24]研究表明，沼液澆灌櫻桃能顯著改善樹形，提高果樹營養狀況，較清水處理增產21.76%，單果重增加28.89%；胡敏等[25]研究發現，葉面噴施沼液能夠促進辣椒生長，提高葉片葉綠素含量，沖施沼肥能夠顯著提高辣椒產量；雍山玉等[26]研究發現，沼肥與化肥的合理配施能夠明顯增加玉米產量，施用沼肥還可以有效防治玉米根腐病；張曉康等[27]研究發現，施用沼肥能夠提高西瓜的產量和品質，降低西瓜苗期病蟲害的發生概率。董照峰等[28]通過采用沼渣底施+沼液噴施的方式研究了沼肥對丹參生長的影響，發現施用沼肥能夠明顯增加丹參產量，還能有效地防治丹參的根腐病。Yongabi等[29]研究發現，沼液能夠抑制大腸桿菌、葡萄球菌和綠膿桿菌的生長，提高藥用植物的抗菌活性。

2.3 施用沼肥對環境的影響

石鵬飛等[30]研究發現，沼氣發酵和有機肥還田是物質循環和能量流動的核心，可實現年節約化肥和用電成本1 796.8萬元，解決了面源污染和資源損耗等問題，具有明顯的生態及經濟效益。鄭苗壯等[31]研究發現，在土壤-草坪系統下，全年沼肥與施氮量分別為600 kg/hm2時，1 m以下的土壤滲濾液的硝態氮和總氮濃度均低于等氮量的化肥處理，對地下水環境無污染。李軼等[32]研究發現，施用沼肥能降低污灌區土壤和油菜莖葉部的重金屬Cr的有效態含量。劉研萍等[33]通過對沼渣成分檢測和有害性分析發現，參試沼渣基本符合我國農用標準，但Cu和Zn的含量較高，超出國外發達國家污泥農用重金屬的限定標準，重金屬風險評價顯示，沼渣中Cd、Hg和Cu的潛在危害性最強，需要進一步研究沼渣的安全施用技術。

3 沼肥施用技術及風險控制

目前，我國沼氣發酵的原料以農作物秸稈和畜禽糞便為主，發酵產生的沼渣、沼液比原料肥效更佳[33]，然而，沼渣、沼液的肥效也受厭氧發酵工藝、發酵原料以及施用技術的制約，存在病菌、蟲卵、養分差異、重金屬和抗生素殘留等問題，因此，在農業生產應用時應該注意沼肥的篩選，保證在合理利用農業廢棄物的同時，避免對土壤、作物以及環境造成二次污染。

3.1 沼肥的施用技術

根據不同生態類型、不同土壤肥力、作物養分需求量以及沼肥的養分含量進行合理的養分推薦。沼肥用量應該以帶入的氮量或磷量為推薦基準，應著重考慮有機肥與化肥的配施比例，保持養分平衡，安全施用，才能保證高產、優質和環境友好。

我國農田沼肥等有機肥料的承載量為30～45t/hm2[34]，超負荷的施用沼肥可能引起土壤氮磷積累和次生鹽漬化。陳乃禾[35]提出在成都平原水稻土上施用以豬糞為發酵原料的沼肥推薦使用量為27 t/hm2；萬海文[17]認為，關中平原地區小麥-玉米輪作生產模式，牛糞尿為發酵原料的沼液在麥田作為追肥的最佳施用量為22.5～33.75 t/hm2，并在拔節期和孕穗期追施2次為宜；賈亮亮等[36]研究發現，日光溫室番茄沼肥適宜施用量為75 t/hm2，噴施沼液時注意施用濃度，推薦體積分數50%的沼液。沼液還可用于水肥一體化系統[37]，但需要進行過濾處理。

3.2 沼肥施用風險控制

沼肥是一種營養能力強、養分利用率高、抑菌增抗的速效生物有機復合肥，但施用前必須對沼肥的重金屬元素進行檢測，并對超標的沼肥進行無害化處理，保證沼肥安全還田。李健等[38]檢測發現配合飼料喂養法的沼渣中As、Cr和Cd的含量遠遠超過NY/T 5018—2001規定的污染物指標值，Hg的含量也接近標準的限定值，而青飼料飼養法的沼渣中重金屬含量除Pb以外均未超出標準的限定值；沼液中重金屬含量的衡量標準較模糊，其重金屬含量均未超出有機肥料的限定標準，但遠遠超出農田灌溉水質標準。劉思辰等[39]研究發現，不同發酵原料所產生的沼液重金屬含量差異較大，豬場的沼液重金屬含量均高于牛場（表2）。馬潔瓊等[40]研究發現沼液重金屬含量超出國家污水綜合排放標準和農田灌溉水質標準，而這些污染物主要來源為飼料添加劑，可通過離心去除沼液中的懸浮物，降低沼液重金屬含量。史艷財[41]研究發現，蚯蚓或者蚯蚓-菌肥配施可有效降低重金屬的生態危害。陳苗等[42]提出沼肥施用前需進行無害化處理，降低沼肥重金屬含量，具體方法可參照土壤重金屬修復方法，如超富集植物、淋洗劑和固定劑等。

表2 不同發酵原料沼液的重金屬含量 （mg/L）Table 2 The concentration of heavy metals in biogas slurry fermented different raw materials

4 展望

沼肥是一種優質的生物資源，具有較高的經濟生態效益。合理利用沼肥是建設資源節約型社會和環境友好型社會的重要環節，因此，沼肥的無害化和綜合利用值得進一步研究。首先，結合當地資源，發展“日光溫室棚菜—養豬—沼氣池”“果園—養豬—沼氣池”“綠肥—養殖—沼氣—種植”等不同的綠色生態循環發展模式，實現農業農村良性循環；其次，建立健全的檢測機制，控制沼肥的無害化程度，為實現沼肥無害化資源化利用提供有力保障；最后，發展產學研相結合研發模式，集中力量發展大中型沼氣工程，推進農畜廢棄物的資源化再利用，實現我國沼氣規模化、產業化和商業化。

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