畜禽養殖污水在茶園中的資源化利用綜述

梁艷麗,袁凱麗,劉少群,孫彬妹,肖 熙,鄭 鵬

（1.華南農業大學 園藝學院，廣東 廣州 510642；2.北京市海淀區生態環境局，北京 100089；3.廣東晴耕雨讀生態發展有限公司，廣東 廣州 510950）

畜禽養殖業是保證民生的重點行業，我國畜禽養殖量和消費量均居世界第一。但由于養殖戶環保意識的薄弱及政府管理不到位等因素，畜禽養殖廢棄物不經處理肆意排放，帶來大量的資源浪費及嚴重的環境污染。畜禽養殖污水主要是糞便、尿液、沖洗廢液等的混合物，含有大量的有害物質（懸浮物、氨氮等），如未經妥當處理直接排放至自然環境中，會造成水體、大氣、土壤以及微生物的污染。畜禽污水直接排放至水中，會引起水體富營養化，水生生物大量繁殖，水中溶解氧供需失衡，水體結構遭到嚴重破壞；會放出三甲基胺、二氧化硫、硫化銨等有害氣體污染空氣，危害人體健康［1］；毒害土壤微生物，破壞土壤形態結構，攜帶的大量病原微生物會使環境中病原菌和寄生蟲大量繁殖，影響生態平衡，同時會影響養殖業的生產力水平和經濟效益，還會影響人畜健康［2］。

對畜禽廢棄物的處理及資源化利用迫在眉睫。隨著技術的發展，畜禽污水處理和綜合利用變得方便而高效，畜禽污水處理的主要目的是為了減少污水中的有害物質，達到環境排放要求，同時滿足植物的營養需求，實現變“廢”為“寶”。處理后的污水、固渣可用于農作物的種植，替代化肥。茶樹是重要的經濟作物，畜禽養殖污水在茶樹種植中的資源化利用對提高茶葉品質與產量以及環境保護與可持續發展具有重要意義。介紹目前國內畜禽污水處理方法及制約因素，總結畜禽污水資源化處理產物——沼肥對茶樹生長、茶葉品質及產量的影響，并針對沼肥使用存在的主要問題提出建議，以期為實現“零排放”的種養循環模式提供理論參考。

1 畜禽養殖污水處理方法及發展的制約因素

1.1 畜禽養殖污水處理方法

為減少畜禽養殖污水對環境的污染，對畜禽污水采取的處理方法也在不斷進步。處理畜禽污水的方法及步驟，首先是預處理，即固液分離，其是畜禽污水處理過程中一道必不可少的前處理工序，也是畜禽污水無害化、資源化處理的關鍵步驟，是降低污水中總固體含量的重要手段，且能降低后期處理成本，防止后續操作儀器設備受損。固液分離技術一般包括篩慮、離心、過濾、浮除、沉降、沉淀、絮凝等工序［2］。固液分離處理主要分為物化處理和生化處理。物化處理主要包括機械固液分離法、吸附法、吹脫法、電化學氧化法等方法。養殖企業用于固液分離的設備主要有板框壓濾機、帶式壓濾機、離心機、斜板篩擠壓機、振動篩擠壓機、螺旋解壓機等。絮凝法主要包括化學絮凝、磁絮凝、微生物絮凝、電絮凝法。吸附法是利用介質與廢水污染物的吸附作用將其從水中去除，常用的介質有沸石。吹脫法是指將廢水的pH 調為堿性在氣液接觸后將廢水中的游離氨吹脫至大氣中，該方法操作簡單易行，但需做好氣體的回收。電化學氧化法，主要是通過電極反應產生-OH 等強氧化性活性物直接或間接降解廢水中的污染物，但耗電多，且存在安全隱患。水解酸化法是處理畜禽養殖污水中最常用的生化預處理技術，利用兼性厭氧的水解和產酸細菌將水中的難溶性有機物水解為溶解性有機物，使難降解的大分子物質轉化為易降解的小分子物質，達到去除的目的。生化處理方法還包括芬頓氧化法、鳥糞石沉淀法等。

為達到環境排放標準要求，預處理后的畜禽廢液還需進一步處理。常用的方法有厭氧處理和好氧處理。厭氧處理又稱為沼氣發酵。因廢水中含有大量的有機物，所以常用的方法是厭氧處理，此方法不僅可以去除有機污染物，還可產生清潔能源——沼氣。其發酵殘留物又稱厭氧消化液，俗稱沼液，擁有較高的營養價值，在作物種植中廣泛應用。我國常用的厭氧處理裝置有上流式厭氧污泥床（UASB）、升流式固體反應器（USR）。沒有足夠土地用于沼液還田利用或自然處理的養殖場的一般采用好氧處理來凈化沼液，好氧處理的主要方法有序批式活性污泥（SBR）、缺氧/好氧（A/O）、膜生物反應器（MBR）等［3］。

1.2 畜禽養殖污水處理方法發展的制約因素

畜禽污水的污染不僅在我國普遍存在，同時也是世界面臨的難題。隨著科學技術的發展，處理儀器與方法也越來越多，越來越智能，但較完善的方法鮮見報道。在實現無害化排放上，還有許多待解決的問題。養殖場的環境、養殖的動物種類、數量等不同，使畜禽污水的成分含量復雜，需提高判斷技術；另一方面是企業管理，由于地域差異，有些地方例如北方地區，由于冬春季天氣嚴寒，導致設備穩定性低，達到污水處理排放標準需投入的成本會更高，甚至發生誤判，造成二次污染。此外，個別企業盲目追求高端設備，忽略客觀條件的影響，造成投入多、運行效果差、運營成本高的尷尬局面［4］；一些養殖散戶及中小規模的養殖場環保意識不強，通常把廢水直接排放至土壤中，尚未形成良好的管理體系［5］。

2 沼液對茶樹生長的影響

2.1 對茶樹生長功能的影響

茶樹根系具有向肥性、向濕性、忌漬性、向地性等特點，起著固定、吸收、貯藏、合成等作用。影響茶樹根系生長的主要因素是土壤pH，茶樹根喜酸性，適宜的環境pH 為4.0～6.5，茶樹在生長過程中會使土壤酸化，土壤嚴重酸化會破壞環境，影響茶樹對營養元素的吸收，從而影響茶樹生長。影響茶樹根系生長的另一因素主要是礦質營養元素，例如氮、磷、鉀等。其他因素有土壤水分、土壤結構，微生物種類與活性等。而試驗證明，處理后的畜禽污水呈弱堿性可有效緩解土壤過度酸化，還含有大量的礦物質元素，可改善土壤結構，增加土壤持水量，降低土壤容重，增強土壤微生物與有關酶的活性，形成較為理想的微生物群落，利于茶樹根的生長，促進形成發達的茶樹根系［6，7-8］。

茶樹生長還會受到如干旱、寒冷等氣候的影響。茶樹遭遇干旱不僅會使樹體水分減少，且樹體內酶活性、激素水平等均會受到影響，導致生理代謝減弱；低溫會降低酶活性，降低光合作用速率，破壞細胞結構，甚至導致茶樹枯竭死亡，在種植過程中有效預防和降低干旱影響，良好的土壤條件是提高茶樹應對氣候變化的能力的關鍵。合理適時多施有機肥，提高土壤有機質含量，改善土壤結構是一種重要的防護方法。種植前深墾土壤施以大量的沼肥作為基肥，幼苗追施糞肥，沼肥可直接分解形成腐殖質和膠體，以及通過土壤微生物間的黏性物質促進土壤團粒結構的生成，可改善土壤物理結構，提高土壤肥力和地溫，促進壯苗，有利于對抗寒害和凍害。沼液中含有的游離脯氨酸可提高茶樹的抗寒能力，還可減輕土壤板結、促進還潮保濕、加強茶樹的抗旱能力［7，9-11］。

2.2 沼液施用方式對茶樹生長的影響

2.2.1 沼液滴灌 沼肥包括沼液和沼渣，沼渣通常直接入土，用作基肥或者追肥。滴灌是利用塑料管道將水通過直徑約10 mm 毛管上的孔口或滴頭送到作物根部進行局部灌溉，可實現區域智能化管理，是農業大規模種植節約成本資源的一種重要方式。隨著沼液在農業上的推廣應用，沼液配合滴灌技術在茶樹種植上有著重要作用，其在有效地保持沼肥本身的優勢、提供養料的同時，還能精確控制使用量，達到提升茶葉品質的目的，有效節約資源，減少沼肥使用量，增加茶樹對肥料的吸收量，降低茶葉生產過程中的投資成本，提升生態效益、經濟效益和社會效益，符合新時代綠色、節約、環保、可持續發展主題［12-13］。

2.2.2 沼液噴施 沼液對合適比例的水，配成一定濃度的沼液混合物，在茶葉葉面進行噴施，大約15 d 噴灑1 次，葉面對沼液中營養物質的吸收非常快速，對沼液的利用率高，還可促進茶葉光合作用，對茶葉的生長代謝有調解作用［14］。

2.2.3 其他方式 沼肥與復合肥配施能有效改善土壤環境，增加氮、磷、鉀和有機質的含量，提高微生物量碳、氮的含量，而單施有機肥的效果較沼肥與復合肥配施差［15］。

沼液不同的使用量在促進茶樹萌芽、魚葉展，加快生長速度，增加植株高度、芽頭密度、百芽重、鮮葉產重的效果有所不同，其施用劑量存在最適濃度。噴施的最適施用量據研究為20～50 kg/667m2，撒施、澆施為1 000～4 000 kg/667m2，作為底肥時，最適施用量為3 000 kg/667m2左右［16］。

3 沼液對茶葉品質及產量的影響

畜禽養殖污水經過一系列規范化資源化處理的產物——沼液，可在農業上進行應用，達到節水、節肥的效果，實現變“廢”為“寶”。沼液在茶園中的應用已有初步研究。

3.1 對茶葉品質的影響

畜禽污水經厭氧發酵處理后的發酵殘余物沼液，不僅包括氮、磷、鉀等植物生長需要的大量元素，還含有大量的有機質、多種氨基酸、微量元素等，營養充分全面，對農作物生長有顯著促進作用，且有害化學物質含量低，施用安全高效，可作為有機肥還田，不僅可減少對生態環境的破壞，還可增加土壤有機質含量，改善土壤理化性質［17］。大量試驗表明，沼液對提高茶葉品質效果顯著，可增加茶葉的全氮、全磷、全鉀含量與減少砷、汞、鉛、銅、鉻、鎘等重金屬的含量［18］，保護人體健康；可提高水浸出物、游離氨基酸，降低咖啡堿、茶多酚含量和酚氨比，提高茶葉的內在品質［19］；還可提升茶葉的外在品質，例如茶葉的香氣濃度、持久度、耐泡性、滋味濃厚度以及茶湯色度等［6］。

3.2 對茶葉產量的影響

發芽密度和百芽質量是影響茶葉產量的重要因素。茶樹種植過程中施用沼液，可使茶樹萌動期提前，提早抽芽，且新芽結實，芽長粗壯，可以提高發芽密度和新梢芽生長的整齊度，增加百芽重和百葉重，提高茶葉產量［6，17，19-20］。施沼肥能明顯促進茶樹根系的生長，加強對營養物質吸收利用的能力，葉綠素增加，促進光合作用，其中含有的抗生類物質對一些害蟲具有治理效果，均可使葉片健壯，增加茶葉產量［17］。茶葉產量隨著施肥量的增加而增加。盡管施肥在茶葉產量中的貢獻率比較大，但也不能盲目施肥，而應根據當地的氣候、土壤狀況等綜合因素決定施肥量［20］。

4 畜禽養殖污水資源化產物在茶園中應用存在的問題及建議

4.1 存在問題

茶樹種植中使用沼液存在限制因素。一是沼肥的穩定性不可控。因為不同的原料發酵產出的沼肥營養成分會有差別，其中的N、P、K 元素含量也不易穩定控制。二是來源不足。茶園大多都以農戶自主經營，分布不集中，難以提供大規模沼氣工程保證茶園所需的充足沼肥資源。三是運輸不便，成本高。茶園附近若無沼液，需由別處運沼液，運輸成本增加，使茶園生產經營成本增加。四是肥效不能保證。運輸途中，沼肥中的茶葉所需營養成分會損失。如茶樹需要的氨氮類成分會揮發散失，肥力降低［21］。

4.2 建議

為解決沼肥來源地與茶園距離遠的問題，可采取2種方式：一是政府加大支持力度，促進集中管理茶園，鼓勵和幫助公司建立“豬-沼-茶”的農業模式；二是研發改進沼液濃縮技術，常見的沼液濃縮技術主要包括膜濃縮、蒸發濃縮等，此技術不僅不會影響沼肥本身的功能，還可通過添加養分、微生物菌劑、生長調節劑等復配成專用的液態有機肥料，提升產品價值，但需有效抵消運輸的高投入，還應進一步研發、優化濃縮技術，降低成本。

為充分發揮沼肥的作用，應掌握沼肥的特性，作為基肥使用時，在土地深耕時把沼肥撒入土壤中，然后根據茶葉的生長情況進行追肥，不僅為茶樹的生長提供良好的營養條件，還可改善土壤環境，實現可持續發展［22］。

5 結語

茶葉的品質除了與制作工藝密切相關外，茶樹的品質也至關重要。施肥是保證茶樹品質最重要的一個環節，沼肥相比于化肥，在提高茶葉品質上有更大的優勢，也正在被廣泛應用于茶樹種植。目前畜禽養殖污水的處理技術日趨成熟，但沼肥應用于茶園仍存在一些問題亟需解決，如污水量大、處理運輸成本高、養殖戶環保意識不強、技術設備不成熟、如何與茶園有效的結合等問題。在生產種植中如何實現沼肥利用效率即茶樹吸收率最大化，準確快速地了解不同土壤環境下適宜的施肥量，仍然值得探究。在資源有限的情況下，如何利用好畜禽養殖污水，實現高產、高品質、低成本、可持續的“零排放”的種養循環模式，有待進一步研究。