我国沼渣沼液资源化利用研究综述

2019-02-12张广运汤国民张晓华毕美光

山西农业科学 2019年10期

张广运，汤国民，张晓华，毕美光

（1.中国农业大学烟台研究院，山东烟台264670；2.烟台市农业科学研究院，山东烟台265500；3.烟台市农业技术推广中心，山东烟台264001）

沼液沼渣是人畜粪便、作物秸秆及农业残次品等有机物在厌氧条件下发酵后产生的残余物，我国沼渣沼液来源广泛。在国家政策及资金的大力支持下，全国养殖场沼气建设工程得到了迅猛的发展，我国大中型沼气工程已日趋成熟[1-2]，沼气工程的发展必然产生大量的沼渣和沼液。沼气工程的发展实现了沼气资源综合利用，有利于农业生产的发展和改善农村环境，并逐渐形成了与沼气生产结合的循环农业模式[3]。人畜粪尿及有机废弃物在厌氧条件下发酵后残留的液态沼液与固态沼渣统称为沼肥[4]，沼肥中含有丰富的腐植酸、B 族维生素、有机质以及氮磷钾等植物必需元素及营养成分[5]。研究沼渣沼液特性及农业资源化利用的方法和途径，有利于农业生产中科学合理的利用沼渣和沼液，目前已成为研究的热点问题。

笔者综合分析了我国目前有关沼渣沼液应用方式和应用效果方面的相关研究，以期为我国沼渣沼液科学合理的资源化利用提供借鉴。

1 沼渣作用及应用

1.1 沼渣的作用

沼渣是指将秸秆、禽畜粪便及农业残次品混合厌氧发酵后发酵液脱水后的固体残渣，富含有机质及大量微生物团，这些成分可使沼渣的肥力更加丰富，肥力更为持久[6-7]。沼气残渣含有未完全分解和分解的物质，可在农田中继续发酵和分解[7]。沼渣作为一种新型有机肥，可有效提高土壤肥力，补充有机质含量，改善土壤理化性质，增加土壤缓冲酸碱的能力和保肥性能[6]。沼渣肥对作物的生长发育、产量及土壤营养状况、酶活性有一定的改良作用。

1.2 沼渣基肥施用

沼渣营养全面，作基肥施用能提高土壤肥力。在蔬菜生产中，沼渣做基肥连续施用3 a，土壤有机质含量可增加0.5%[8]。在玉米生产中，施用量22 500 kg/hm2，连续施用3 a 土壤有机质的含量也明显增加[9]。高白茹等[10]通过对沼肥在青菜中的应用表明，使用稻草发酵沼渣及商品有机肥作为基肥，与空白对照相比，青菜整株鲜质量分别提高13.4%和24.5%，叶绿素含量分别增加21.56%和45.57%，可溶性糖含量分别增加26%和21%，维生素C 含量分别增加146.02%和74.99%。杨军芳等[11]通过白菜基施沼渣肥的田间试验表明，施沼渣肥可有效改善白菜的生物学性状，每盆白菜的干物质质量试验组较空白试验组提高0.07～0.09 kg，与基施化肥试验组相比，干物质质量每盆提高0.01～0.02 kg，从而证明基施沼渣可以增加白菜产量，可代替化肥。

1.3 沼渣追肥施用

沼渣用作菜田追肥，每公顷可施用15.0～22.5 t[12]。陈艳[13]通过对陕北地区番茄种植时撒施沼渣试验发现，用沼渣作为追肥，番茄裂果病发病率降至6.2%，番茄单果质量平均增产52.7 g，且果实口感和品质均有提高，经济效益提高；吴亚泽等[14]对苹果树喷施沼液和沼渣试验发现，使用沼渣作为追肥，果树坐果率平均提高2.27%，单果质量平均提高11.6 g，单株产量提高9.90 kg，并可有效防止病虫害、增强果树抗旱及抗寒能力。任济星等[15]以油菜为试验材料，在等氮量的条件下，单独施用沼渣比单独施用化肥油菜产量提高56.97%、叶绿素含量提高31.65%、根系活力提高7.32%、维生素C含量提高31.65%、还原糖含量提高48.20%，并且试验组较对照组油菜体内硝酸盐含量降低32.18%。

1.4 利用沼渣制备营养土

沼渣中含有丰富的有机及无机物质，速效养分含量高，且是蔬菜种植中良好的基肥。以沼渣为原料配合大田土、锯末、草木灰等制成营养土育苗，对作物真菌类病害如蔬菜早疫病、猝倒病、瓜类炭疽病等病害及地下害虫的防治效果明显，并能保证植物根系健康生长[8，15]。

1.5 利用沼渣作为造孔剂制作烧结材料

冯云生等[16]利用秸秆沼渣作为造孔剂，与风积沙、废玻璃粉、黏土等混合，以高温烧结制备烧结多孔壁材料，这种材料具有良好的抗压强度和透水性，可用于水透性材料。蹇守卫等[17]对以人畜粪便、秸秆等发酵而成的沼渣作为掺料制备烧结材料的研究发现，利用沼渣作为掺料加入原料体系中，随着沼渣掺入量的增加，烧结材料的塑性成型能力明显提高，因此，沼渣可以作为安全环保的提高原料塑性的掺入材料使用。

2 沼液的作用及应用

2.1 沼液的作用

沼液是畜禽粪便及农作物秸秆等厌氧发酵后的液体残留物。陈为等[18]研究表明，沼液中重金属元素含量低且几乎不含有病菌及微生物，沼液中含有各种氨基酸和N、P、K 等营养成分，以及作物所需的Ca、Mg、Fe、Zn 等微量元素和B 族维生素等[5]。沈其林等[19]研究指出，沼液含有17 种氨基酸、腐殖质、赤霉素、玉米素等生物活性物质，对作物的生长发育具有重要的调控作用。沼液中含有水溶性和速效的N、P、K 元素和丰富的微量元素，以及氨基酸、有机质、B 族维生素和水解酶等[5]，对促进和调节植物生长发育起着重要作用。

沼液中的某些物质可以刺激和调控植物生长和抑制植物病虫害[19]。沼液可以作为农药防治农作物病虫害，具体有2 个原因：一是沼液中含有丰富的营养物质，可以促进作物生长，增强其抵御病虫害的能力。其次，沼液含有有机酸、植物生长激素、B族维生素等生物活性物质，其中，植物激素中的IAA、GA3和维生素B1对病原体有明显的抑制作用[5，20]。沼液发酵物质具有氧化还原电位低、还原性物质含量高的特点，对蚜虫有明显的杀灭作用[21]。

2.2 沼液浸种

沼液浸泡种子有利于培育壮苗，增强作物的抗病性，目前在小麦、水稻、玉米、棉花、甜瓜和马铃薯等作物中应用广泛[12]。种子经沼液浸泡后，生理代谢活动和作物的抗病性显著改善，其抗旱性和抗寒性提高，幼苗质量得到进一步改良[22]。使用沼液浸种后的作物种子对水稻、玉米、小麦及瓜类等常见易染病害有明显的抑制效果[23]。李保英等[24]研究表明，沼液浸泡棉花种子的发芽率比清水高5%～10%，棉花苗病和病株率可降低5%～12%。因为沼液中微生物可分泌活性物质，可以抑制和杀灭存在于种子内部的多种有害细菌，从而降低染病概率[22]。

2.3 沼液叶面喷施

沼液中含有多种植物所需的水溶性速效养分，适合作为叶面喷肥，沼液作为叶面追肥喷施可促进作物营养生长，对植物病虫害有一定的防治效果[25]。曹云等[26]通过沼液处理对土壤中辣椒疫霉菌的抑制效果试验证明，喷施铵强化处理的猪粪发酵沼液可有效抑制土壤中辣椒疫霉菌的生活与繁殖，铵强化沼液处理的土壤中辣椒疫霉菌比淹水对照降低51.9%～62.8%。薛延丰等[27]以蓝藻发酵沼液为材料的研究表明，沼液喷施可有效提高青菜产量及株高，对青菜品质有明显的改良作用，25%蓝藻发酵沼液喷施较空白处理鲜质量提高22.3%，50%蓝藻发酵沼液喷施较空白处理组青菜鲜质量提高28.3%，可溶性糖与Vc 含量分别提高7.3%和16.4%；75%蓝藻发酵沼液喷施青菜鲜质量增加及果实品质提升不明显。郝鲜俊等[28]以迷你黄瓜为试验材料，研究喷施沼液对其品质的影响，结果表明，2 次叶面喷施沼液的迷你黄瓜体内硝酸盐含量降低45%～50%，叶片叶绿素含量增加51%～89%，Vc 含量增加约77%，且喷施沼液浓度越高，硝酸盐含量降低及体内Vc 及叶绿素含量增幅越大。

2.4 沼液土壤施肥

沼液还可应用于土壤施肥，在农业灌溉过程中常将沼液与适当比例的水混合后进行施用，以免沼液浓度过高，烧伤秧苗[29]。沼液灌根可有效抑制西瓜枯萎病、水稻白叶枯病、小麦全蚀病、小麦根腐病、大麦黄死叶病、大麦叶锈病、玉米大斑病、玉米小斑病等的发生[30]。实践证明，沼液对粮食、水果和蔬菜的害虫及病害的防治效果明显，对红蜘蛛、黄蜘蛛、卷心菜毛虫和蚜虫的杀灭效果可达90%～99%[31]。冯丹妮等[32]通过施用沼液探究对水旱轮作地耕层微生物的含量及酶活性影响试验发现，施用沼液较施用清水及常规施肥土壤内细菌数目提高196.8%和192.9%，土壤内真菌数目提高35%和7.5%，土壤内脲酶、过氧化氢酶及蔗糖酶活性均有显著提高；李文涛等[33]以牛粪发酵沼液为原料对玉米灌溉试验发现，试验组土壤速效钾、有机质、铵态氮、有效磷含量分别增加56.73，5.29，5.51，3.89 mg/kg，但基本不改变土壤pH 值，说明沼液在提高土壤肥力方面的效果显著；刘贵[34]以黄瓜、番茄、豆角为试材，研究施用沼液对其产量及果实品质的影响，结果表明，施用沼液黄瓜、番茄、豆角3 种蔬菜产量分别比对照增加17.20%，23.96%和18.64%，空果及裂果率均有显著降低，且施用沼液的蔬菜口感较施用化肥组有显著提升，有更高的经济效益。

2.5 沼液作为培养基制备微生物絮凝剂

微生物絮凝剂是由微生物发酵提取而成的一类微生物代谢产物，主要成分为多糖、蛋白质、糖蛋白、纤维素和DNA 等，是一类高效、无毒的绿色新型水处理剂且无二次污染[35-37]。目前，对微生物絮凝剂的研究集中在实验室阶段，主要使用葡萄糖、果糖、半乳糖和蔗糖作为有机碳源，尿素、酵母提取物、牛肉提取物、蛋白胨、氨基酸等作为有机氮源，其生产成本较高，在一定程度上制约了微生物絮凝剂的推广与工业化应用及大规模使用[37-40]。沼液中小分子营养物质含量丰富，利用价值高。邱国良等[41]研究了红平红球菌利用厌氧后养猪废水生产微生物絮凝剂的性能，在适宜的条件下，发酵液絮凝率达到了92.57%，厌氧处理后的养猪废水可作为生产微生物絮凝剂的培养基，降低了絮凝剂的生产成本。

2.6 沼液作为有机饲料

沼液中含有丰富的蛋氨酸和赖氨酸及一定量的糖类、蛋白质及脂质，还含有大量的微量元素等，营养元素具有活性高、吸收快的特点，适合作为畜禽养殖的饲料和淡水养殖的饵料。郭军胜[42]利用沼液拌料进行养猪，结果表明，饲喂沼液可显著缩短猪的育肥期和促进猪的生长，出栏期提前15～30 d，每头猪可节约饲料26～60 kg。李建国[43]通过加饲沼液进行养鸡，结果发现，在一定范围内，沼液添加量的增加，有利于肉用鸡质量增加，料肉比降低，生产周期缩短，饲料转化率提高，成本减少，收益增加。

3 沼渣沼液利用风险分析

为了提高畜禽生产中的经济效益，缩短生产周期，在畜禽生产过程中大量添加铜、砷、铁、锌等元素及激素类和抗生素等物质，从而提高饲料利用率，降低料肉比，这些物质随粪便排出畜禽体外，畜禽粪便还田后可能会有一定风险，如土壤重金属富集、土壤次生盐碱化和地下水污染等[44-45]。张慧敏等[46]研究发现，施用禽畜粪发酵肥的土壤表层内四环素类抗生素残留量为未施禽畜粪发酵肥的12～38 倍，说明畜禽粪肥中的抗生素残留可以转移至土壤，是土壤表层抗生素的重要来源。张利[47]通过研究黄河灌溉地区沼肥施用对土壤性状的影响发现，土壤内重金属如Hg、Pb、As 会随着沼肥使用量的增加而增加，过量施加沼肥甚至会使土壤内重金属富集，对作物产生危害，造成减产。董志新等[48]对不同组发酵猪粪沼气肥的成分分析发现，部分沼渣沼液样本中重金属As、Pb 含量超标，施用重金属含量超标的沼肥可能会对农作物品质产生不良影响。