干清糞工藝下農(nóng)村規(guī)模化沼氣沼液養(yǎng)分分析

劉銀秀，聶新軍，董越勇，王 強，葉 波，范志斌，金 娟

(1.浙江省農(nóng)業(yè)生態(tài)與能源辦公室，浙江 杭州 310012； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

干清糞工藝下農(nóng)村規(guī)?；託庹右吼B(yǎng)分分析

劉銀秀1，聶新軍1，董越勇1，王 強2，葉 波1，范志斌1，金 娟1

(1.浙江省農(nóng)業(yè)生態(tài)與能源辦公室，浙江 杭州 310012； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

對浙江省全省范圍內(nèi)37個農(nóng)村規(guī)?；託夤こ陶右哼M行養(yǎng)分調(diào)查和分析。結果表明，浙江省農(nóng)村規(guī)?；託夤こ陶右簆H值均呈現(xiàn)中性及弱堿性，且不同工程之間沼液pH值差異性很小，因此沼液可以廣泛用于農(nóng)作物種植。沼液樣品有機質(zhì)含量在0.04%～1.00%，不同沼氣工程的沼液有機質(zhì)含量差異性很大，這與沼氣工程的厭氧發(fā)酵池工藝、容積、料液停留時間、微生物的活性、有機質(zhì)顆粒分解速度以及沉降速度等因素有關。沼液中含有氮、磷、鉀等養(yǎng)分元素，但含量較化肥低很多；不同沼氣工程沼液中氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量均呈現(xiàn)全氮>全鉀>全磷的趨勢，且沼液中全鉀含量的差異性最小，全氮次之，全磷含量的差異性最大。沼氣工程運行時間越長，發(fā)酵系統(tǒng)和微生物活性越穩(wěn)定，沼液中有機質(zhì)、氮、磷、鉀等養(yǎng)分元素含量之間的差異性越小。杭嘉湖地區(qū)和寧紹舟地區(qū)沼氣工程沼液有機質(zhì)、全氮、銨態(tài)氮、全鉀和總養(yǎng)分平均含量高于金衢地區(qū)和溫臺麗地區(qū)。不同沼氣工程的沼液養(yǎng)分含量有差異，且部分養(yǎng)分指標差異性較大，因此在大規(guī)模施用沼液前，應根據(jù)土壤類型、肥力水平、作物品種、種植制度、自然環(huán)境等因素進行肥效試驗，合理確定施用量，避免因養(yǎng)分過多或過少而影響作物生長。

畜禽養(yǎng)殖； 沼氣工程； 沼液； 養(yǎng)分

畜牧業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產(chǎn)業(yè)，大力推進畜牧業(yè)生態(tài)高效發(fā)展，是關系食品供給、農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)、農(nóng)民增收、公共衛(wèi)生安全和民生福祉改善的民生實事，是加快現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展、打造綠色農(nóng)業(yè)強省和建設“兩美”浙江的必然選擇與重要舉措。2013年以來，浙江省加快推進畜牧業(yè)轉(zhuǎn)型升級，全省畜禽養(yǎng)殖區(qū)域布局進行戰(zhàn)略性調(diào)整，畜禽養(yǎng)殖由“低小散亂”向規(guī)模化發(fā)展。截至2015年底，全省標準化規(guī)模養(yǎng)殖水平大幅提高，生豬、奶牛、家禽規(guī)?；戎胤謩e達89%、99%和91%，其中年出欄生豬>500頭的規(guī)模養(yǎng)殖占70%[1]。2016年10月，農(nóng)業(yè)部同意浙江省在全國首先開展畜牧業(yè)綠色發(fā)展示范省創(chuàng)建工作。2016年12月，浙江省印發(fā)《創(chuàng)建全國畜牧業(yè)綠色發(fā)展示范省三年行動方案(2017—2019年)》[2]，方案中指出：推進適度規(guī)模養(yǎng)殖，鼓勵和引導發(fā)展年出欄豬1 000頭、肉雞50 000羽、存欄蛋雞5 000羽、奶牛200頭的標準化適度規(guī)模養(yǎng)殖場；力爭到2019年，全省生豬出欄500頭規(guī)模的養(yǎng)殖場比重達到80%。規(guī)?；B(yǎng)殖水平的提高，一方面提高了畜牧業(yè)發(fā)展產(chǎn)業(yè)化水平，另一方面也對畜禽糞污的處理提出了更高的要求和標準。

習近平總書記在中央財經(jīng)領導小組第十四次會議上強調(diào)，加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化，關系6億多農(nóng)村居民生產(chǎn)生活環(huán)境，關系農(nóng)村能源革命，關系能不能不斷改善土壤地力、治理好農(nóng)業(yè)面源污染，是一件利國利民利長遠的大好事。要堅持政府支持、企業(yè)主體、市場化運作的方針，以沼氣和生物天然氣為主要處理方向，以就地就近用于農(nóng)村能源和農(nóng)用有機肥為主要使用方向，力爭在“十三五”時期，基本解決大規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場糞污處理和資源化問題[3]。中央2017年1號文件中指出：推進農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)，大力推行高效生態(tài)循環(huán)的種養(yǎng)模式，加快畜禽糞便集中處理，推動規(guī)模化大型沼氣健康發(fā)展。畜禽糞污中含有大量的有機物、氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素，同時也有危害人體健康的病原菌、微生物[4]。實踐證明，利用沼氣工程處理畜禽糞污是行之有效的，不僅可以有效降低有機物含量、殺死危害人體健康的病原菌，還可以回收沼氣作為可利用的能源。同時，沼液中含有豐富的氨基酸、B族維生素、某些植物激素，對病蟲害有明顯抑制作用，是各類農(nóng)作物、花卉、果樹、蔬菜的優(yōu)良有機肥料[5]，可以有效提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量、提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量[6-7]。目前，浙江省規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場大多建有配套的沼氣工程，這些工程不僅是可以持續(xù)提供清潔能源的優(yōu)質(zhì)能源工程，還是聯(lián)結畜牧業(yè)和種植業(yè)的重要紐帶。農(nóng)村規(guī)?；託夤こ痰男Ч@著，但是如何妥善處置畜禽糞污厭氧發(fā)酵過程中產(chǎn)生的大量沼液仍是亟待解決的問題，這個問題不解決，不僅制約了資源的再分配、再利用，還制約了沼氣工程的進一步發(fā)展。

為了充分了解浙江省農(nóng)村規(guī)?；託夤こ陶右旱慕M分構成，對浙江省37個農(nóng)村規(guī)模化沼氣工程進行了調(diào)查。本文主要對沼液樣本的pH值、有機質(zhì)、氮、磷、鉀等指標進行分析，以期為沼液的合理利用提供基礎數(shù)據(jù)和技術支撐，為全省生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展和環(huán)境保護提供指導。

1 材料與方法

1.1 樣點概況

選取浙江省11個設區(qū)市的27個縣(市、區(qū))挑選37個農(nóng)村規(guī)?；託夤こ踢M行調(diào)查采樣，其中杭嘉湖地區(qū)9個，寧紹舟地區(qū)15個，金衢地區(qū)6個，溫臺麗地區(qū)7個。選取的37個采樣點均為生豬存欄量在1 000頭規(guī)模養(yǎng)殖場的配套工程，其中厭氧發(fā)酵池總容積小于500 m3的有12個，500～1 000 m3的13個，>1 000 m3的12個；厭氧發(fā)酵工藝有CSTR工藝和UASB工藝2種，其中CSTR 24個，UASB 13個；沼氣工程運行時間2～5 a的20個，5～10 a的12個，>10 a的5個。37個采樣點均采用干清糞工藝，發(fā)酵原料均為豬糞尿+沖洗水。沼氣工程取樣期間運行良好。供檢樣品均取自厭氧發(fā)酵池排放出的沼液。采樣期間全省最高氣溫5～25 ℃、最低氣溫2～18 ℃。

1.2 樣品采集

于2016年11月15日至12月5日取樣，每個采樣點在采樣當天的9:00—10:00、11:30—12:30、14:00—15:00分別采集3份樣品，每份樣品的量應相同且不少于300 mL。然后將3份樣品均勻混合成1份樣品，以供檢測。供檢樣品裝入500 mL PVC瓶中，密封、冷藏保存，24 h內(nèi)送往檢測機構進行分析測定。如果指標無法一次性測完，剩余樣品加入濃硫酸酸化，并于0～4 ℃條件下保存。

1.3 測定項目與方法

1.4 統(tǒng)計與分析

采用數(shù)據(jù)處理軟件Excel進行統(tǒng)計與分析。

2 結果與討論

2.1 沼液pH值指標變化情況

由表1可知，樣品pH值6.78～8.05，大多呈現(xiàn)中性及弱堿性，這與其他研究的結果基本一致[8-9]。不同運行年限的沼氣工程之間沼液pH值差異性不大，pH值相對比較穩(wěn)定，其中運行時間>10 a的沼氣工程沼液pH值波動幅度最小。不同池容、不同地域的沼氣工程沼液之間的pH值差異也不大，這主要是因為不同規(guī)模的沼氣工程經(jīng)過長時間運行后系統(tǒng)比較穩(wěn)定，厭氧發(fā)酵池中各種微生物相對比較活躍，能夠充分分解料液中的有機酸，使pH值可以保持在一個相對穩(wěn)定的水平。

表1 浙江省沼液pH值的情況

2.2 沼液有機質(zhì)含量變化情況

由表2可知，沼液樣品有機質(zhì)含量在0.04%～1.00%，有機質(zhì)平均含量為0.22%。不同沼氣工程的沼液有機質(zhì)含量差異性較大，變異系數(shù)達到92.58%。由于沼氣工程的厭氧發(fā)酵池容積和發(fā)酵工藝選擇、工程運行過程中進料量和進料頻次不同，厭氧發(fā)酵池中料液停留時間、微生物活性、有機質(zhì)顆粒分解速度以及沉降速度均有所差異，沼液有機質(zhì)含量存在較大差異。

表2 浙江省沼液有機質(zhì)含量的情況

不同運行年限的沼氣工程之間，沼液有機質(zhì)平均含量由大到小為5～10 a、2～5 a、>10 a，且運行>10 a的沼氣工程沼液有機質(zhì)含量差異性最小。這可能是因為沼氣工程運行時間越長，厭氧發(fā)酵池中微生物對有機質(zhì)的降解作用越穩(wěn)定，沼液中有機質(zhì)的含量越穩(wěn)定，不同沼氣工程沼液有機質(zhì)含量之間的差異性也就越小。

不同池容的沼氣工程沼液之間有機質(zhì)含量差異性比較大，池容小于500 m3的沼氣工程沼液有機質(zhì)含量明顯低于池容>500 m3的沼氣工程。池容>500 m3的沼氣工程之間沼液的有機質(zhì)含量差異性較大。

從區(qū)域分布來看，沼液有機質(zhì)平均含量呈現(xiàn)杭嘉湖地區(qū)>寧紹舟地區(qū)>溫臺麗地區(qū)>金衢地區(qū)的趨勢，金衢地區(qū)被調(diào)查沼氣工程沼液有機質(zhì)含量相同。杭嘉湖地區(qū)和寧紹舟地區(qū)沼氣工程沼液有機質(zhì)含量明顯高于金衢地區(qū)和溫臺麗地區(qū)，這可能是因為杭嘉湖地區(qū)和寧紹舟地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，規(guī)?；i場管理水平較高，干清糞過程中沖洗水用量少，進入沼氣工程的料液濃度較高，而金衢地區(qū)和溫臺麗地區(qū)豬場干清糞過程中沖洗水用量多，進入沼氣工程的料液濃度較低。

2.3 沼液養(yǎng)分含量變化情況

由表3可知，沼液樣品全氮含量范圍為0.05%～0.35%，且沼液中的氮主要以銨態(tài)氮形式存在，銨態(tài)氮含量范圍為0.05%～0.28%，占全氮的60%～99%。沼液樣品中全磷含量范圍為0.001%～0.060%，全鉀含量范圍為0.028%～0.162%。沼液中的大量養(yǎng)分元素的含量均保持全氮>全鉀>全磷的趨勢?？傮w上看，沼液中全鉀含量的差異性最小，全氮次之，全磷含量的差異性最大，因為厭氧發(fā)酵過程對氮、磷、鉀元素的削減量很少，因此造成這種現(xiàn)象主要是與料液中氮、磷、鉀的含量差異性有關。沼液中總養(yǎng)分含量范圍為0.088%～0.549%，不同沼氣工程之間沼液總養(yǎng)分含量差異性也較大。

表3 浙江省沼液養(yǎng)分含量的情況

不同運行時間沼氣工程沼液中氮、磷、總養(yǎng)分平均含量由大到小為5～10 a、2～5 a、>10 a，鉀平均含量由大到小為2～5 a、5～10 a、>10 a。這是因為不同運行時間的沼氣工程發(fā)酵系統(tǒng)穩(wěn)定性以及發(fā)酵環(huán)境有所差異，發(fā)酵料液中懸浮顆粒物的含量及其沉降速度也不同，而氮、磷、鉀的含量與懸浮顆粒物數(shù)量有關聯(lián)[10]，一般情況下，沼液中懸浮顆粒物越多，其氮、磷、鉀的含量也越多。運行時間越長的沼氣工程，其系統(tǒng)穩(wěn)定性越強，發(fā)酵料液中顆粒物的沉降速度可能也越快，從而導致沼液中氮、磷、鉀等元素的含量偏低。沼液養(yǎng)分含量與沼氣工程運行時間的確切關聯(lián)性還需要進一步研究。

不同池容的沼氣工程沼液之間養(yǎng)分含量差異性比較大，池容小于500 m3的沼氣工程沼液氮、磷、鉀及總養(yǎng)分平均含量明顯低于池容>500 m3的沼氣工程。池容>500 m3的沼氣工程之間沼液的氮、磷、鉀及總養(yǎng)分平均含量接近，主要原因可能在于池容越大，料液停留時間越充分，含有氮、磷、鉀等元素的懸浮顆粒物沉降量越多，沼液中氮、磷、鉀的含量就越接近。

從地域分布來看，杭嘉湖地區(qū)和寧紹舟地區(qū)沼氣工程沼液中全氮、銨態(tài)氮、全鉀和總養(yǎng)分平均含量高于金衢地區(qū)和溫臺麗地區(qū)，這可能與杭嘉湖地區(qū)和寧紹舟地區(qū)規(guī)?；i場管理水平較高，干清糞過程中沖洗水用量少，進入沼氣工程的料液濃度較高有關。杭嘉湖地區(qū)和溫臺麗地區(qū)沼氣工程沼液中全磷平均含量高于寧紹舟地區(qū)和金衢地區(qū)。

3 小結

調(diào)查的全省37個規(guī)模化沼氣工程沼液的pH值均呈現(xiàn)中性及弱堿性，因此沼液施用范圍較廣，可以廣泛用于農(nóng)作物種植。沼氣工程沼液有機質(zhì)含量與運行時間、厭氧發(fā)酵池容積和發(fā)酵工藝選擇等因素有關聯(lián)，因此不同沼氣工程的沼液有機質(zhì)含量差異性較大。杭嘉湖地區(qū)和寧紹舟地區(qū)沼氣工程沼液有機質(zhì)含量明顯高于金衢地區(qū)和溫臺麗地區(qū)。在發(fā)酵原料相同的條件下，運行時間越長、料液在發(fā)酵池中反應越充分、發(fā)酵工藝先進，都會在一定程度上提高沼氣工程對有機物的去除效果，降低沼液中有機物質(zhì)含量。這幾種因素與有機質(zhì)含量之間的確切聯(lián)系，尚需進一步分析和研究。沼液中含有氮、磷、鉀等大量營養(yǎng)元素，但養(yǎng)分含量較化肥低很多。沼液中氮、磷、鉀含量均呈現(xiàn)全氮>全鉀>全磷的趨勢，且氮元素主要以銨態(tài)氮形式存在。不同沼氣工程的沼液養(yǎng)分含量有差異，且部分養(yǎng)分指標差異性較大，因此在大規(guī)模施用沼液前，應根據(jù)土壤類型、肥力水平、作物品種、種植制度、自然環(huán)境等因素進行肥效試驗，合理確定施用量，避免因養(yǎng)分過多或過少而影響作物生長。

[1] 浙江省農(nóng)業(yè)廳. 浙江省畜牧業(yè)“十三五”規(guī)劃 [EB/OL]. (20160822) [2016-08-02]. http://www.zj.gov.cn/art/2016/8/22/art_5495_2181197.html.

[2] 浙江省人民政府辦公廳. 浙江省人民政府辦公廳關于印發(fā)《創(chuàng)建全國畜牧業(yè)綠色發(fā)展示范省三年行動方案(2017—2019年)》的通知 [EB/OL]. (20170105) [2016-12-09]. http://www.zj.gov.cn/art/2017/1/5/art_38271_289999.html.

[3] 新華社. 中央財經(jīng)領導小組第十四次會議召開[EB/OL]. (20161221) [2016-12-21]. http://www.gov.cn/xinwen/2016-12/21/content_5151201.htm.

[4] 秦翠蘭，王磊元，劉飛，等. 畜禽糞便生物質(zhì)資源利用的現(xiàn)狀與展望[J]. 農(nóng)機化研究, 2015(6): 234-238.

[5] 曹汝坤，陳灝，趙玉柱，等. 沼液資源化利用現(xiàn)狀與新技術展望[J]. 中國沼氣, 2015, 33(2): 42-50.

[6] 唐微，伍鈞，孫百曄，等. 沼液不同施用量對水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2010, 29(12): 2268-2273.

[7] 龐喜定. 沼液在白脆瓜生產(chǎn)中的應用效果試驗[J]. 中國沼氣, 2012, 30(5): 63-64.DOI:10.3969/j.issn.1000-1166.2012.05.017.

[8] 鐘攀, 李澤碧, 李清榮,等. 重慶沼氣肥養(yǎng)分物質(zhì)和重金屬狀況研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2007, 26(3):165-171.

[9] 呂錦萍, 李俊杰, 巴哈提古麗,等. 博州地區(qū)沼氣池沼液沼渣有機質(zhì)及養(yǎng)分含量分析[J]. 中國沼氣, 2008, 26(5):28-29.

[10] 靳紅梅, 常志州, 葉小梅,等. 江蘇省大型沼氣工程沼液理化特性分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2011, 27(1):291-296.

(責任編輯：萬 晶)

2017-09-15

浙江省科技廳重點研發(fā)計劃項目(2015C03013)；2016年度“三農(nóng)六方”科技協(xié)作項目(CTZB-F160728AWZ-SNY1-20)

劉銀秀(1977—)，女，浙江江山人，高級工程師，碩士研究生，主要研究方向為農(nóng)村能源與農(nóng)業(yè)生態(tài)，E-mail: 151429677@qq.com。

文獻著錄格式：劉銀秀，聶新軍，董越勇，等. 干清糞工藝下農(nóng)村規(guī)?；託庹右吼B(yǎng)分分析[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2017，58(11)：1997-2000.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171139

S141

A

0528-9017(2017)11-1997-04