沼液肥用效果及其潛在風(fēng)險評述

周 偉，徐 莉，俞元春*，王 玫，徐長柏，曹國華

(1.南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210037;2.東臺市農(nóng)業(yè)委員會，江蘇東臺224200;3.東臺市林場，江蘇東臺224243)

近三十年來，我國經(jīng)濟(jì)體系正經(jīng)歷一個迅猛發(fā)展的時期，人們的生活水平不斷提高，對肉蛋奶等禽畜產(chǎn)品的消費(fèi)呈幾何式增長，我國畜牧業(yè)日益發(fā)達(dá)。但是，畜禽糞便成為我國農(nóng)村污染的主要來源，嚴(yán)重影響我國農(nóng)村環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，所以必須積極尋找有效、可行的禽畜糞便回收利用技術(shù)［1］。沼氣發(fā)酵工程就能很好地對禽畜糞便進(jìn)行資源化利用。目前，我國建造了大中型沼氣工程2 000多座，戶用農(nóng)村沼氣池達(dá)1 060萬戶，居世界第一［2］。沼液即沼氣發(fā)酵所產(chǎn)生的有機(jī)液體殘留物，是一種優(yōu)質(zhì)的液肥。因此，在提倡環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的同時，人們應(yīng)更加關(guān)注沼液在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，提高沼液的綜合利用效率，真正實(shí)現(xiàn)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)化。

1 沼液成分

沼氣發(fā)酵的原料一般為人、畜禽糞便或秸稈等。這些原料經(jīng)厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生沼氣、沼液和沼渣殘留物。已有大量研究表明，沼液中含有豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，還含有鈣、銅、鐵、鋅、錳等元素以及氨基酸、活性酶、抑菌因子等有益成分。

但是，沼液成分并不是固定的。不同的發(fā)酵物來源以及發(fā)酵工藝、條件都會直接引起沼液成分的明顯差異。葉子良等［3］發(fā)現(xiàn)，在不同接種物條件下，沼液的pH、全氮含量以及速效鉀含量均產(chǎn)生較明顯的偏差。黃惠珠［4］對福建省7個規(guī)模不一的沼氣池進(jìn)行取樣分析，發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)含量范圍在0.02% ～0.20%，腐植酸含量為0.02% ～0.13%，維生素C含量為0.11%～0.30%，各營養(yǎng)成分同樣有較明顯的差異。總之，沼液的成分不能以一概全，應(yīng)對來源不同的沼液進(jìn)行具體的分析，在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中為沼液的合理應(yīng)用提供科學(xué)的依據(jù)。

2 沼液施肥對作物生長的影響

2.1 沼液浸種 沼液中除了植物生長所必需的氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，還包括多種生理活性物質(zhì)如吲哚乙酸、赤霉素、B族維生素、氨基酸、腐植酸等。利用沼液對種子進(jìn)行播前預(yù)處理，可以顯著提高種子活性，為種子提供適宜的發(fā)芽溫度，而且可通過氨離子等的作用，殺滅種子攜帶的病菌，達(dá)到藥物浸種的效果［5］。因此，利用沼液浸種技術(shù)，可以顯著促進(jìn)植物萌芽生長，并且提高作物產(chǎn)量。

目前，沼液浸種方面的研究成果較多。如李積安［6］研究了不同濃度的沼液浸種對小麥產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)沼液浸種處理過的小麥產(chǎn)量、長勢均明顯優(yōu)于未進(jìn)行沼液浸種處理的空白組，其中以50%沼液浸種的效果最好。劉成等［7］利用豬糞沼液對萬壽菊種子進(jìn)行浸種處理，發(fā)現(xiàn)用濃度25%沼液和濃度50%沼液分別浸種5、4 h，種子發(fā)芽率可達(dá)81.3%。迄今為止，國內(nèi)關(guān)于沼液浸種的研究已形成一個較完善的體系。其簡便、快捷、高效的處理方式在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中具有較高的推廣和應(yīng)用價值。

2.2 葉面施肥 沼液葉面施肥是沼液在農(nóng)林業(yè)應(yīng)用中最常見的肥用模式之一。沼液作為一種速效水肥，營養(yǎng)成分豐富。將沼液直接噴施于葉面，能迅速被植物吸收，對作物有顯著的增產(chǎn)作用。楊峰［8］發(fā)現(xiàn)，桑樹葉片噴施沼液后增強(qiáng)了葉片的生理功能，提高了葉綠素的含量，桑葉產(chǎn)量增加了11.46%。余東波等［9］在油菜苗期、抽苔期、盛花期進(jìn)行了沼液葉面噴施處理，發(fā)現(xiàn)油菜成熟期提前，油菜籽的千粒重增加，有效角果數(shù)增多，并且有效角果率提高，小區(qū)產(chǎn)量增加2.5% ～10.8%。蔡躍臺等［10］研究也表明，在西瓜葉面上噴施沼液可以達(dá)到良好的增產(chǎn)效果，增產(chǎn)率達(dá)6.03%～13.47%。

葉面施肥除了可以增加作物產(chǎn)量，還對作物的品質(zhì)有明顯的提升作用。袁祖華等［11］對辣椒葉面進(jìn)行了沼液噴施處理，發(fā)現(xiàn)除提高辣椒產(chǎn)量外，還可提高辣椒的可溶性糖、維生素C的含量，同時減少硝酸鹽含量。此外，韓曉莉等［12-13］對油菜、芥菜也進(jìn)行了葉面噴施沼液處理，其結(jié)果都顯示作物品質(zhì)得到了明顯的提升。總之，沼液葉面施肥操作簡便、見效快，因此非常適合應(yīng)用在果樹、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物的生產(chǎn)中。

2.3 抗病蟲害 沼液本身病菌極少，其所含的微生物、酶、植物激素、維生素等物質(zhì)還可以提高農(nóng)作物抗病蟲害的能力，減少病原菌和蟲害對農(nóng)作物的侵害，因此沼液還可以被稱為“生物農(nóng)藥”。王家品等［14］研究表明，沼液灌根處理相較于清糞水灌根能顯著降低白菜霜霉病、黑斑病的發(fā)生。南香菊等［15］發(fā)現(xiàn)，沼液在防治小麥赤霉病方面具有顯著效果，媲美具有顯著藥效的多菌靈。尚斌等［16］利用沼液對蔬菜病原菌的抑制作用進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)新鮮豬場沼液原液對番茄灰霉病菌、番茄早疫病菌、辣椒疫病菌、黃瓜炭疽病菌以及茄子灰霉病菌均具有較強(qiáng)的抑制作用。

但是，應(yīng)當(dāng)注意的是，當(dāng)利用沼液噴灑果樹葉面治蟲時，應(yīng)選擇正常使用的常溫發(fā)酵的沼氣池，且取出的沼液不宜久放后再使用;用沼液治蟲時，應(yīng)在晴天進(jìn)行，氣溫越高效果越好［17］。

3 沼液施肥對土壤性狀的影響

3.1 改變土壤酸堿性 土壤酸堿性是土壤的重要化學(xué)性質(zhì)，對土壤養(yǎng)分的釋放、固定和遷移起重要作用［18］。近半世紀(jì)以來，人們過度依賴化肥的施用，使得土壤酸化、堿化、板結(jié)的問題日益嚴(yán)重，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重的負(fù)面影響。王宗壽［19］研究發(fā)現(xiàn)，不同沼液施肥量使得表層土壤pH增加了0.23～1.03個單位，增加率為5.37% ～24.07%。倪亮等［20-21］研究發(fā)現(xiàn)，施用沼液可以在一定程度上提高土壤的酸堿度，有效防止長期施化肥導(dǎo)致的土壤酸化問題。

3.2 提高土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分 在沼氣發(fā)酵結(jié)束后，除碳素?fù)p失量達(dá)50%以外，其他營養(yǎng)要素仍有約90%保留在沼液和沼渣中，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量均明顯高于人糞尿和豬糞［22］。將其長期灌溉施用于土壤中可以明顯改善土壤質(zhì)量，提高土壤肥力，降低施肥的成本。

目前，國內(nèi)關(guān)于利用沼液改良土壤的研究較多。覃舟［23］采用田間應(yīng)用試驗(yàn)，以沼液為主，以復(fù)合肥為輔，將其施用于平原地區(qū)黃土壤，發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)從12.65 g/kg提升到17.45 g/kg，堿解氮、速效鉀、有效磷含量分別提高了11.6%、5.0%和3.7%。張媛等［24］研究發(fā)現(xiàn)，單施沼液對土壤速效養(yǎng)分含量的增加效果明顯高于等量氮磷鉀的化肥處理，其中堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別增加了40.86%、39.90%和43.71%。王宗壽［19］發(fā)現(xiàn)，施用沼液后有效磷、速效鉀含量增加，且增幅大小順序?yàn)橛行Я祝舅傩р洠救祝救救洠緣A解氮，土壤有機(jī)質(zhì)含量增加了0.14～3.11 g/kg，增加率為0.44% ～9.80%。因此，在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中，利用沼液改善土壤質(zhì)量具有重要的意義，可以避免過度依賴化肥對土壤造成的負(fù)面作用，應(yīng)加大推廣的力度。

3.3 改變土壤酶活性 土壤酶是土壤生物學(xué)反應(yīng)中不可缺少的重要蛋白質(zhì)。土壤酶活性在一定程度上象征土壤生物活性的強(qiáng)弱。沼液豐富的營養(yǎng)物質(zhì)及活性因子為土壤中的酶提供充足的反應(yīng)底物和良好的反應(yīng)條件。王桂芳等［25］對蘋果園地追施沼液，發(fā)現(xiàn)沼液施肥可以提高土壤脲酶、轉(zhuǎn)化酶的活性。馮偉等［26］發(fā)現(xiàn)，基施25%沼液氮肥并追施75%化學(xué)氮肥以及基施50%沼液氮肥并追施50%化學(xué)氮肥可以提高土壤脲酶和蛋白酶的活性;基施25%沼液氮肥并追施75%化學(xué)氮肥以及單施沼液處理可以明顯提高過氧化氫酶活性。但是，王桂芳等［25］研究中均發(fā)現(xiàn)不適宜的沼液施肥配方反而不利于土壤酶活性的提高，如沼液配施鉀肥會微弱抑制土壤堿性磷酸酶、轉(zhuǎn)化酶活性;全施沼液處理并不會提高土壤脲酶和蛋白酶的活性，反而降低土壤氮素轉(zhuǎn)化能力。因此，利用沼液改善土壤酶活性，需要合理配合化肥施用，才能達(dá)到最優(yōu)效果。

4 沼液施肥存在的潛在風(fēng)險

目前，我國各種規(guī)模的養(yǎng)殖場均普遍存在濫用添加劑的問題。不合理地運(yùn)用這些養(yǎng)殖場的禽畜糞便厭氧發(fā)酵所產(chǎn)生的沼液，會帶來重金屬污染的潛在隱患。李堯琴等［27］對重慶6個區(qū)縣的沼液樣品進(jìn)行了取樣分析，發(fā)現(xiàn)As存在嚴(yán)重超標(biāo)的現(xiàn)象，另外Hg、Cd也輕度超標(biāo)。段然等［28］對連續(xù)6年施用沼肥的遼寧省昌圖縣十八家子鄉(xiāng)的土壤進(jìn)行了采樣分析，發(fā)現(xiàn)土壤中Cu、Zn含量明顯增加。若這些沼液長期不規(guī)范、不合理地在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用，則必然會給環(huán)境帶來負(fù)面影響。目前，我國對沼肥農(nóng)林業(yè)運(yùn)用中的重金屬污染風(fēng)險方面缺乏長期的監(jiān)測與管理，應(yīng)當(dāng)予以重視。

除了沼液中的重金屬可能會給環(huán)境帶來污染風(fēng)險，沼液中的抗生素同樣值得人們關(guān)注。禽畜糞便發(fā)酵過程雖然可以降解某些抗生素，但仍會有少數(shù)抗生素留存于沼渣、沼液中。沼肥施用后，抗生素會殘存在土壤中，甚至被植物所吸收，對整個生物鏈產(chǎn)生不良作用。段然等［28］研究發(fā)現(xiàn)，施用沼肥后土壤中抗生素類獸藥殘留檢出率為41.7%，環(huán)丙沙星類殘留量為9.66 mg/kg，均高于對照土壤。此外，利用沼液處理土壤可能會促進(jìn)沼液中C、N元素轉(zhuǎn)化為CO2、N2O等溫室氣體排放到大氣中［29］。目前，國內(nèi)外對沼液利用風(fēng)險的問題研究仍處于探索階段，亟須人們進(jìn)一步關(guān)注。

5 小結(jié)與展望

沼液的綜合利用對農(nóng)林業(yè)的生態(tài)發(fā)展帶來了重要的作用。它不僅可以改良土壤，而且可以提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)［30-32］。目前國內(nèi)外沼氣發(fā)電站數(shù)量仍在不斷增加中，沼液年產(chǎn)量也在不斷增加中，可以說沼液的應(yīng)用前景非常廣闊，發(fā)展?jié)摿薮?。除了上述的沼液利用方式外，它在養(yǎng)殖業(yè)中也有較好的應(yīng)用，如利用沼液作為豬飼料的添加劑，可以促進(jìn)生豬的生長，還有沼液養(yǎng)魚、沼液養(yǎng)雞等。當(dāng)然，在日益注重環(huán)保的現(xiàn)代社會，我們同樣不可忽視沼液在利用過程中對環(huán)境帶來的風(fēng)險。目前關(guān)于沼液應(yīng)用風(fēng)險的研究仍處于起步狀態(tài)。在今后的相關(guān)研究中，也應(yīng)對其給予其相當(dāng)?shù)闹匾?，為沼液的綠色運(yùn)用提供科學(xué)依據(jù)。

此外，我國在沼液利用方面還存在著以下問題。①利用率不高。盡管沼液是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，但圍繞沼液建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)量不足，如沼液輸送管道、沼液儲存池，因此目前能高效利用沼液的地區(qū)僅限于沼氣站周邊。②二次污染隱患。從目前的行業(yè)現(xiàn)狀看，沼液的產(chǎn)出量較高，而運(yùn)輸成本偏高，導(dǎo)致部分地區(qū)的沼液被肆意排放，其排放量遠(yuǎn)高于沼氣站周邊農(nóng)田與林地所能消納沼液總量，極易造成二次污染。③未建立起標(biāo)準(zhǔn)化的沼液施肥模式，缺乏專業(yè)人員指導(dǎo)。目前，我國針對沼液開發(fā)利用的研究力度較為薄弱，而且普遍缺乏這方面的專業(yè)技術(shù)人員。沼液的開發(fā)利用務(wù)必考慮利弊平衡，注重環(huán)境效應(yīng)。因此，我國的未來沼液利用工程應(yīng)緊緊圍繞這些問題進(jìn)行合理開發(fā)，同時制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加大沼液利用的推廣力度，擴(kuò)大沼液利用范圍，將沼液更好地應(yīng)用在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中。

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