畜禽沼液農業資源化綜合利用的研究進展

王禮偉趙晨周剛唐金陵邵文奇謝昶琰

(1.江蘇徐淮地區淮陰農業科學研究所，江蘇 淮安 223001；2.農業農村部種養結合重點實驗室，江蘇 南京 210014)

畜禽養殖業在當前國家“穩產保供”的政策指引下，正朝著集約化、規模化的方向發展，同時畜禽產業也帶來了大量的糞污資源。沼氣工程依然是解決畜禽糞污的重要措施。據測算，建設1處日產500m3沼氣的規模化沼氣工程，每年可生產1000t的沼液、沼渣。畜禽糞污、農業廢棄物等通過發酵形成的沼液，含有大量的速效營養成分(如氮、磷、鉀等)、礦物質(鈣、鈉、鐵、鋅、銅及錳等)及活性物質(氨基酸、植物激素及水解酶等)，可作為一種優質的有機復合速效肥料。因此，研究沼液基本特性及農業資源化綜合利用的途徑和方法，有利于農業生產過程中科學、合理、高效地利用沼液，降低畜禽糞污對環境污染的風險，實現變“廢”為“寶”，促進種植業、養殖業的可持續發展[1]。

本文綜合分析了目前關于沼液在農業方面主要的應用方式和效果方面的相關研究，期望能夠進一步拓寬沼液利用的渠道，為我國畜禽糞污資源沼液化利用提供借鑒和參考。

1 沼液農用綜合利用途徑

1.1 肥料

1.1.1 直接還田

近年來，農業農村部、生態環境部等部門高度重視畜禽糞污還田利用工作，明確要求加強事中事后監管，完善糞肥管理制度，加快構建種養結合、農牧循環的可持續發展新格局。沼液的全量還田模式，也就是將養殖場的所有廢棄物(糞尿水)通過微生物處理后全部用于農作物的種植，形成資源化利用的途徑。發達國家(如美國、丹麥等)在20世紀初就運用了該模式，投入成本低廉(只需建立發酵池、儲液池即可，不需要固液分離、生化處理等)。鑒于沼液發酵后含有較多的營養物質、植物激素等，基本滿足作物果蔬的生長需求。筆者研究團隊以規模化養殖場豬糞尿發酵的沼液作為肥源，發現沼液全量還田的總施用量為600t·hm-2(基肥∶追肥=1∶1)時，與常規化學肥料相比，水稻產量最高為9356kg·hm-2，穗頭等的構成表現最好；另外，研究發現沼液施用后水稻籽粒中并不存在重金屬超標的風險(P≥0.05)[2]。毛曉月等[3]通過連續3a定位施用沼液對水稻產量和品質研究發現，沼液控制量在3200～5300kg·hm-2時能不同程度地提高水稻產量和品質，且每年最高水稻產量比常規施肥處理的產量分別提高9.9%、87.2%、69.8%，并促進稻米中Zn、Fe等礦質元素的增加。Chen等[4]研究在雙季茭白上施用沼液后植物生長和環境影響，發現沼液可全部或部分替代無機氮肥，但是當沼液中的氮含量是礦質氮肥的2倍或2.7倍時，茭白的生長受到抑制。同時，在淮安地區通過沼液全量還田運籌小麥品種“淮麥30”時，發現達到600t·hm-2時，其株高、莖基寬、地上部干重(灌漿期)相較于CK(常規化學施肥)分別增長13.1%、11.7%、39.8%，顯著提高了單位面積穗數和每穗粒數，使產量較CK提高8.1%～8.9%[5]。在沼液配合施用方面，Yanjun Guo等[6]發現沼液配合牛糞生物炭共同施用還田后，能夠顯著增加土壤速效磷和速效鉀含量，提高土壤養分。

1.1.2 葉面噴肥

沼液發酵后形成的大量水溶性、速效性營養成分，可以作為液體速效肥直接用于作物果蔬葉面的噴施，是一種營養全面，促進農作物生長吸收、利用效率高的優質液體水肥，不僅可以增加作物果蔬的產量，還可以明顯改善果實品質[7]。王維晨[8]專門以沼液為母液研究高效、環保型葉面肥的配方，發現沼液中含有17種氨基酸、多種植物生長調節劑、生物酶、有機酸和腐殖酸，并將研究成果應用于大棚番茄、玉米，發現沼液葉面肥不同時期噴施對大棚番茄的植株生長、產量效果顯著；在玉米生育后期(拔節初期)噴施后對產量影響顯著。不僅如此，孟清波等[9]以朝天椒“辣椒王”為試驗材料，研究了葉面噴施沼液肥對高溫脅迫下辣椒幼苗生長及生理特性的影響，研究結果表明，在辣椒脅迫8d，葉面噴施沼液肥20倍液處理的生長指標和生理指標均最好，其中幼苗鮮質量、干質量分別比對照高32.13%和40.74%，葉綠素、根系活力、葉片凈光合速率及POD、CAT酶活性分別提高，對緩解辣椒高溫傷害的效果最好。

1.1.3 根部追肥

沼液不僅可以用于植物葉面肥的噴施，還可以作為植物根部的追肥。目前，沼液根部追肥的主要方式為溝灌及漫灌，而通過沼液凈化過濾裝置的處理，沼液也可以使用滴灌帶進行滴(噴)灌，進一步提高沼液肥用量的準確性、科學性，實現沼液水肥一體化系統的構建。在對土壤的理化性質方面，研究沼液追肥對制種玉米產量及土壤化學性質影響，發現沼液做追肥可提高產量，降低生產成本，但和化肥配合施用后土壤中速效鉀含量最高為12.67g·kg-1[10]。在施肥方式上，以沼渣作為底肥，沼液作為追肥的施肥方式，沼渣沼液施用比例為1∶2，在中低濃度氮條件下的豬糞沼肥和高氮濃度條件下的秸稈牛糞沼肥更有利于芹菜營養物質的積累[11]。

1.1.4 濃縮肥料

通過高效的預處理技術及多級膜處理技術對沼液進行濃縮，可提高單位體積液肥中有機質和營養物質含量。濃縮后的沼肥體積大大降低，便于儲存運輸，也便于高效有機復合肥的制備。當前主要的膜處理技術包括超濾膜技術(UF)、納濾膜技術(NF)、反滲透膜技術(RO)以及研究較多的正滲透膜技術(FO)在內的濃縮膜技術[12]。趙培[13]通過濃縮沼液肥對作物產量品質及土壤質量的影響發現，與2種常規水溶肥相比，自制濃縮沼液肥對小白菜的株高和單株鮮重均有所增加，分別增加0.88%、15.67%和0.44%、71.01%，且干物質量以自制濃縮沼液肥處理的增加最為明顯，但需要適度控制濃縮肥施用量。

1.2 浸種

沼液浸種，具有操作簡單、使用方便、效果顯著的特點。農作物的種子經過浸泡后可以更好地從休眠狀態進入萌動狀態，加快種子的發芽生長。浸種對作物的發芽、成秧及栽種后的生長發育有著重要的作用。比較清水而言，沼液中含有植物種子所需的多種水溶性養分，如氮、磷、鉀，銅、鐵、鋅等微量元素以及賴氨酸、色氨酸等，還有維生素、生長激素等生長調控物質。在浸泡過程中，種子在吸水的同時吸收沼液中的各種營養物質和活性物質，這些物質能夠激活種子體內酶的活力，促進胚細胞分裂，刺激生長，不僅可以促進種子生理代謝，提高秧苗素質，而且可增強秧苗抗寒、抗病、抗逆的性能。在大宗作物水稻、小麥方面，魏章煥等[14]進行水稻沼液不同濃度、不同浸種時間浸種試驗，結果表明，水稻沼液浸種能促進水稻種子發芽與出苗，刺激生長，提高秧苗素質，水稻沼液浸種時間應掌握在24～48h，以等量的沼液與水混和為好。Yuan等[15]研究沼液浸種對萬壽菊種子萌發和生長的影響，發現25%沼液浸泡5h和50%沼液浸泡4h的種子發芽率最高(81.3%)，50%沼液浸泡5h的根系最長，50%沼液浸泡4h根系活力最高，顯著高于其他19個處理。但是，隨著商品化拌種劑的推廣和應用，越來越多的種植戶選擇拌種劑，制約了沼液浸種技術的推廣應用。

1.3 養殖

沼液中含有動植物生長需要的氨基酸、礦物質及微量元素等，可以用于養殖魚、豬、兔及蚯蚓等，實現畜禽養殖部分原料和淡水養殖餌料的代替，具有較高的應用價值。

1.3.1 畜禽養殖原料

沼液中大量的氨基酸和活性物質，具有刺激豬的食欲，促進飼料消化吸收，提高飼料利用率的作用。郝民杰等[16]研究沼液作為保濕水對蚯蚓生長的影響，發現與清水對照組相比，沼液對蚯蚓生長有促進作用，使蚯蚓質量增加12%；施加沼液組還促使蚯蚓的形態變粗，說明蚯蚓養殖中使用沼液作為保濕水的可行性，對蚯蚓養殖生產具有正效益。近年來，鑒于現代養殖業規模化、集約化的發展及生物安全的重要性，在沼液作為畜禽養殖原料方向上的研究越來越少。

1.3.2 淡水養殖餌料

利用沼渣、沼液進行畜禽水產養殖，可節約養殖成本，提高畜禽水產的生產性能。從池塘水體環境及魚品質方面研究發現，沼液養殖池塘水中的溶解氧含量提高，氨氮、總磷含量均有所上升但未超過國家相關標準，但是化學需氧量(COD)值比對照組高；池塘底泥中有機質、全氮、總磷含量有所增加，重金屬含量處于中度污染水平；施用沼液增加了魚產量，添加沼液后魚的品質與對照魚差異不大，魚肉重金屬含量未超標[17]。荊丹丹等[18]更是從沼液的有效成分、沼液促進魚的生長機制、沼液養魚技術及效益、沼液養魚潛在的環境影響和風險等方面進行了評述，介紹了國內外利用沼液養魚的研究現狀及發展趨勢。

1.4 培養基液

1.4.1 無土栽培培養液

無土栽培技術是近年來發展起來的一種新的栽培技術。作物主要是種植在溶有礦物質的營養液里，或者是某種栽培基質中，其特點是以人工創造的根系生長環境取代常規的土壤環境，不但能滿足作物對水分、養分、空氣等生長條件的需要，而且通過進行控制調節，可以促進作物更好生長。與傳統栽培相比，無土栽培效益更高、成本更低、操作更簡單，具有提高作物產量及品質、減少農藥用量、節水節肥、對環境無污染、產品可達到有機食品標準等特點，但是人工合成的營養液成本偏高，且存在技術難度[19]。利用沼液含有的營養成分及微量元素制成的無土栽培營養液栽培蔬菜，同樣可以滿足蔬菜作物的營養需求，達到節本增效的效果，同時，沼液用于無土栽培的技術制作流程簡單、成本低，更易推廣。相對于大宗作物生長需求及無土栽培技術應用的特點，沼液無土栽培研究在果蔬方面應用的更加廣泛。通過以沼液作為營養液進行蕹萊無土栽培，與普通土壤培養相比，沼液無土栽培對蕹菜根長、側根數及總產量影響顯著；沼液能顯著提高蕹菜中可溶性糖含量，增幅達68.5%，并顯著降低蕹菜中硝態氮的含量，降幅為31.5%[20]。

1.4.2 微生物絮凝劑培養基

微生物絮凝劑是一類由微生物或其自身分泌物產生的代謝產物，以細菌、真菌等微生物進行發酵、提取、精制而成，具有生物分解性、安全性等優點。由于微生物絮凝劑可以克服無機高分子和合成有機高分子絮凝劑本身固有的缺陷，實現無污染排放，因此微生物絮凝劑的研究越來越受到科研學者的青睞。與無土栽培營養液類似，絮凝劑產生菌的培養基通常以蛋白胨、酵母膏等作為氮源，以葡萄糖、蔗糖作為碳源，導致生產成本太高，制約絮凝劑的推廣應用，而沼液中大量的營養物質，通過技術改良可以部分代替普通的微生物培養基[21]。在應用方面，采用以牛糞和秸稈為底物的大型沼氣發酵工程厭氧消化形成的沼液作為制取微生物絮凝劑的替代培養基，能夠進一步優化產絮菌F2～F6的發酵條件，實現了節本增效[22]。

2 結論與展望

大量的研究發現，沼液在農業資源化利用方面，施用后可提高作物、蔬菜水果的產量和品質。但是，當前研究主要集中于沼液應用的肥用效果，沒有充分考慮沼液養分含量較化肥低、含水量高的特性以及作物果蔬在不同生育階段水肥需求不同的特點，對其存貯運輸、發酵工藝、施用方式、施用時間節點及副作用等的研究較少，尤其是沼液施用的法律政策、安全性及配套性方面[23]。因此，應該認識到沼液的原料、處理方式及施用作物種類及品種不同，均可能導致不同的效果。

綜上所述，沼液在農業生產中作為肥料、浸種液、培養基液等的綜合利用便于推廣、效果明顯、前景廣泛，但相關科研部門及農技推廣部門還應加大對沼液資源化利用的開發力度，地方政府應制定相關的政策法規、軟硬件配套，為沼液應用的推廣示范做好應用基礎，實現經濟效益、社會效益與生態效益的協調統一，共同推動現代農業的高質量發展。