沼液養(yǎng)魚的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

荊丹丹++陳一良++戴成++李萍萍

摘要：畜禽糞污發(fā)酵所產生沼液的處理與綜合利用問題已引起學者的廣泛關注。綜合介紹了國內外利用沼液養(yǎng)魚的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。主要從沼液的有效成分、沼液促進魚的生長機制、沼液養(yǎng)魚技術及效益、沼液養(yǎng)魚潛在的環(huán)境影響和風險等方面進行了評述，并在此基礎上提出了今后的研究方向。

關鍵詞：沼液；養(yǎng)魚；綜合利用；研究趨勢

中圖分類號：X713；S963 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）22-5886-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.040

Research Situation and Prospect of Biogas Slurry Utilization in Fish Culture

JING Dan-dan1，CHEN Yi-liang1，DAI Cheng2，LI Ping-ping1

（1.College of Biology and the Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China；

2.COFCO Meat （Jiangsu） Co.，Ltd.，Dongtai 224200，Jiangsu，China）

Abstract： Treatment and comprehensive utilization of biogas slurry generated by animal manure fermentation have attracted wide attention of scholars. This paper introduced the present situation and development prospect of research on biogas slurry utilization in fish culture. The research status was reviewed from several aspects： active constituents in biogas slurry， mechanism of fish growth promoted by biogas slurry， fish-farming technique and benefit by using biogas slurry， potential environmental impact and risk from the biogas slurry utilization. Based on those， research directions in the future were proposed.

Key words： biogas slurry； fish culture； comprehensive utilization； review； research trend

隨著中國畜禽養(yǎng)殖范圍和規(guī)模不斷擴大，畜禽糞污量隨之增加。中國畜禽糞便產量2011年已達21.21億t，預計2020年和2030年將分別達到28.75億t和37.43億t[1]，環(huán)境污染的風險日益增大[2]。厭氧發(fā)酵是一種成熟的、低成本、高效率的畜禽糞污處理工藝，產生的沼氣是一種清潔能源，利用價值較高[3，4]。近年來，全國各地都在陸續(xù)興建大中型沼氣工程，以解決畜禽糞便的集約化處理并實現(xiàn)沼氣能源的回收利用。厭氧發(fā)酵的產物還包括沼液和沼渣，沼渣脫水后可直接作為農用肥還田，或用于生產高效優(yōu)質的生態(tài)型有機肥料[5]，進入市場銷售，用于農作物肥料[6]、觀賞性植物的栽培[7]及改良土壤[8，9]等。而沼液量往往很大，直接排放將對環(huán)境造成嚴重污染。沼液的處理處置已是解決“三沼”問題的重點所在。

如何處理和利用沼液，國內外專家學者進行了諸多探索。沼液制備水肥用于農作物種植[10，11]、沼液浸種[12]、沼液作為生物農藥[13]、沼液用作豬雞飼料[14，15]等方面已有較多文獻報道，而且有學者進行了綜述[16，17]。沼液養(yǎng)魚也是一個重要的研究方向。從20世紀70年代末開始，中國科研人員即著手進行了沼液用于養(yǎng)魚的試驗[18]。尤其是近十年來，隨著環(huán)境保護生態(tài)農業(yè)的快速發(fā)展，國內外諸多專家學者，因地制宜地開展了很多沼液養(yǎng)魚的研究工作，獲得了大量科學數(shù)據(jù)以及有益的經驗和結論。本研究基于國內外的各種文獻資料，系統(tǒng)地綜述了沼液養(yǎng)魚的研究現(xiàn)狀，并提出未來的研究。

1 沼液的有效成分

厭氧發(fā)酵的沼液成分十分復雜，其中含有大量水生物能夠消納利用的養(yǎng)分，（沼液典型營養(yǎng)成分見表1～表3），可以分為營養(yǎng)物質、微量元素、生物活性物質等3大類。①營養(yǎng)物。沼氣發(fā)酵原料長期浸泡水中，原料中大分子物質由微生物降解，可溶性營養(yǎng)成分從固相轉入液相，提高了沼液中的速效養(yǎng)分含量[19]。沼液可為養(yǎng)殖水體提供碳、氮、磷等營養(yǎng)元素，被浮游植物及餌料生物直接吸收利用，促使其快速繁殖，提高初級生產力。浮游植物生物量增加也可加強光合作用，釋放氧氣，改善魚類的生活環(huán)境。②微量元素。沼氣原料中所含的微量元素，如鐵、鋅、銅、錳等，這些元素是動植物體所必需的，可以直接或間接地為魚類生長提供所需的微量元素。③生物活性物質。沼氣發(fā)酵過程中微生物的復雜代謝產生具有生物活性的物質，如氨基酸類、B族維生素類、植物生長調節(jié)劑類、抗生素類等。沼液中多種氨基酸可補充魚類在生長發(fā)育過程中對氨基酸的需求；B族維生素和生長調節(jié)劑能有效促進和刺激魚類及浮游植物的生長發(fā)育；抗生素能有效抑制和殺滅養(yǎng)殖水體中的病原生物，增強魚體的抗病能力，減少魚病發(fā)生，提高成活率。

2 沼液促進魚生長機制

沼液可以為水中浮游生物提供營養(yǎng)，增加魚塘中浮游生物產量，豐富濾食性魚類餌料[30]，同時可減少向養(yǎng)殖水體施用大量尿素、碳銨等化學肥料帶入大量的氮素危害正常生態(tài)環(huán)境，造成水體污染的問題，也能避免施用新鮮畜禽類便帶來的寄生蟲卵及病菌而引發(fā)的魚病及損失，保障并大幅度提高效益[31]。

沼液促進魚類生長的機理主要有兩方面：①浮游植物吸收沼液中無機養(yǎng)分，在陽光參與下使其自身得到大量繁殖。浮游植物可直接作為濾食性魚類的食餌，又可被浮游動物所攝食，使浮游動物得到生長和繁殖，后者最終又是濾食性魚類的食餌。有學者指出，用沼液養(yǎng)魚后，魚塘中的含氧量提高了13.8%，水解氮含量提高了15.5%，銨鹽含量提高了52.9%，磷酸鹽含量提高了11.8%，浮游生物量增長了12.1%，為魚類營造了良好的水質環(huán)境[32]。②在水生生態(tài)系統(tǒng)中，微生物是連接非生物因素和生物界之間生產和分解的橋梁。在淡水水產養(yǎng)殖系統(tǒng)中，微生物活動具有更大的意義。Madhumita等[33]證實了施用沼液或者沼液配合飼料施用的魚塘沉積物中異養(yǎng)細菌數(shù)量比施用牛糞或沼液配合無機肥施用異養(yǎng)細菌數(shù)量高。同時也表明了施用沼液的魚塘沉積物—水體之間的相互作用比傳統(tǒng)施肥魚塘好。厭氧發(fā)酵殘留物分離時，少量沼渣殘留在沼液中，沼渣通過細菌的好氧和厭氧分解后產生的營養(yǎng)素及細菌均可被魚類所利用。細菌除了被浮游動物和水體底棲小動物所攝食，進而被魚類攝食外，也可直接被魚類所攝食。沼液施加后各種營養(yǎng)成分的消納以及食物鏈形成機制目前還未見報道，可以借鑒邵慶均等[34]有關豬糞水養(yǎng)魚水體中食物鏈關系的研究。

3 沼液養(yǎng)魚技術

沼液是一種緩速兼?zhèn)涞挠袡C肥，既可作魚塘基肥，又可作追肥。沼液作為魚池基肥應在魚池消毒后、投放魚種前進行，每公頃水面施入沼液3 000～ 4 500 kg，一般不宜超過4 500 kg[35]。實際生產中，一般將沼液作追肥，利用沼液中富含的氨基酸、微量元素和速效氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素可直接被浮游生物吸收的特點，及時給處于生長期的浮游生物提供所需的營養(yǎng)物質，以保持養(yǎng)殖水體“肥、活、嫩、爽”，實現(xiàn)經濟效益和生態(tài)效益。胡大彬等[36]在山區(qū)進行了沼液養(yǎng)魚試驗，施沼液4 500 kg/hm2作為基肥，4～6月每周施沼液3 000 kg/hm2，7～8月每周施沼液 2 250 kg/hm2，9～11月每周施沼液1 500～2 250 kg/hm2，利用此養(yǎng)魚技術取得了平均產量和利潤比常規(guī)養(yǎng)魚方式增加10%以上的效益。左愛和[37]在新寨鄉(xiāng)板山村張保宣的魚塘進行試驗，結果表明，用1 000 kg沼液培肥水質，在養(yǎng)殖過程中每天除投放所需飼料且每天潑撒沼液或沼渣100 kg試驗池產量5 173 kg/667 m2比對照池（豬糞水）產量3 990 kg/667 m2，增長1 183 kg，其增長率達28%，效果顯著。

沼液養(yǎng)魚中沼液的投加量、投加頻率以及投加時機十分重要，沼液養(yǎng)魚的技術要點歸納如表4。目前關于沼液養(yǎng)魚技術的研究還不夠系統(tǒng)和深入，經驗性較強，科學性和理論性上還有很大的研究空間。

4 沼液養(yǎng)魚的效益

4.1 提高產量，降低成本

水產養(yǎng)殖業(yè)面臨的問題是顆粒飼料成本逐漸增加。而大量試驗結果表明，利用沼液養(yǎng)魚不僅減少了飼料用量，降低了魚病的發(fā)生，而且提高了產量，保障并大幅度提高效益。江西省上高縣沼氣辦公室[42]利用沼液沼渣進行養(yǎng)魚，經過兩年的應用，在水面均深1.05 m的池塘內，每年凈產成魚481.6 kg/667 m2，較普通對照塘184.7 kg/667 m2多297.0 kg/667 m2，各類魚的成活率較對照塘要30.0%～51.0%，凈盈利為1 603.3元/667 m2，較對照塘819.5元/667 m2要多783.8元/667 m2；魚的增肉倍數(shù)為7。陶樸良等[43]的研究表明，沼液養(yǎng)魚使發(fā)病率明顯降低，經濟效益比傳統(tǒng)養(yǎng)魚提高10%～30%。董金鎖等[44]等的研究表明，沼液養(yǎng)魚與常規(guī)法養(yǎng)魚相比，可節(jié)約精料40%，每公頃魚塘增產450 kg以上。龍勝碧等[45]利用沼液在稻田進行生態(tài)養(yǎng)魚試驗，結果表明，施沼液兩個處理的稻田，魚苗生長快，每公頃魚產量分別比對照增產45.5%和49.8%；水稻每公頃比對照增產4.0%、5.1%；純收入每公頃比對照增加1 830.0元和1 711.5元。Balasubramanian[46]用發(fā)酵原料為牛糞的沼液喂魚，每3 d飼喂1次，在不添加其他任何物質的情況下，經過125 d，產魚量為4 826 kg/hm2。

4.2 魚品質的改善

沼液通過肥水，增加水中細菌、原生動物以及浮游生物的生物量，而這些作為魚類的高質量餌料生物，與人工飼料相比，具有更全面的營養(yǎng)成分。魚類食用后其品質會有不同程度的提高或改善。張無敵等[47]研究表明，用沼氣發(fā)酵殘留物養(yǎng)殖的魚類，比用雞糞作對照養(yǎng)殖的同種魚類，從魚肉的營養(yǎng)成分來看，粗蛋白含量明顯增加而重金屬殘留量比對照均有下降。采用全施沼液方法培育夏花魚種和秋片魚種，結果表明，沼肥養(yǎng)的鳙魚、羅非魚比雞糞養(yǎng)的粗蛋白及氨基酸分別高0.5%、9.8%、0.18%和2.5%[18]。Mahadevaswamy等[48]用30 kg/100 m2兔糞發(fā)酵沼液作為池塘中鯉魚的惟一飼料來源進行試驗，經過120 d的飼養(yǎng)，魚產量為8.9 kg/100 m3，且魚的色澤和口味都有改善。

4.3 生態(tài)、環(huán)境、經濟效益

沼氣生產中，絕大多數(shù)沼氣工程產生的沼液隨意排放，造成二次污染，致使沼氣產業(yè)發(fā)展停滯不前。沼液替代部分飼料養(yǎng)殖魚類，為沼液隨意排放導致的農業(yè)面源污染問題提供了消納途徑，同時給養(yǎng)殖場提供了更大更廣闊的發(fā)展空間?！靶笄荨印~”模式有機地將漁業(yè)和沼氣與禽畜產業(yè)結合起來，實現(xiàn)了物質和能量的多層次綜合利用，減少系統(tǒng)的無效輸出，解決了沼液對環(huán)境污染的問題，同時獲得所需的生物能源，間接起到保護生態(tài)環(huán)境的作用。此外，也克服了單純生產沼氣經濟效益不高的弊病。

5 沼液養(yǎng)魚的潛在風險

5.1 N、P等營養(yǎng)物質

研究表明，氮、磷是水體富營養(yǎng)化的限制性因素，當總氮在濃度0.5～1.5 mg/L之間為富營養(yǎng)型，總磷濃度大于0.01 mg/L時就有可能引起水體富營養(yǎng)化[49]。養(yǎng)殖期間若投加大量沼液進入水體可能會引起水體氮磷元素營養(yǎng)過剩，且大部分營養(yǎng)元素不能被水產品吸收而只能存留在水中或沉積在水體底部，當大量氮磷進入水體，在適宜環(huán)境下就會加速藻類和一些浮游生物的繁殖，形成水華或赤潮，水中的溶解氧被大量消耗[50]，反而對魚類造成致命的傷害。魚塘水質可能會超過國家漁業(yè)水質標準，進而在魚塘換排水時進入養(yǎng)殖水域和污染周圍環(huán)境。

5.2 重金屬

沼液對魚類的影響還表現(xiàn)在其中的重金屬上。少量的Cu、Zn等重金屬離子是魚類生長所必需的，但當魚體內重金屬累量超過正常發(fā)育所需要的最高容許濃度后就會對魚產生毒害作用，抑制其生長和發(fā)育。盡管未見沼液在養(yǎng)殖過程帶來的重金屬污染問題的相關報道，但鐘攀等[51]研究發(fā)現(xiàn)，在重慶地區(qū)采集的所有沼液中，As的總超標率達到60%，超標現(xiàn)象較嚴重，是沼液的主要污染重金屬，此外還含有Cr、Hg、Cd等重金屬。試驗表明，沼液中Cu和Zn含量較高，沼液替代部分魚飼料使用時，這些重金屬可能被魚類富集而進入食物鏈，其潛在危害不容小覷[52，53]。

5.3 其他安全風險

受到原料和發(fā)酵過程影響，沼液的成分極其復雜。劉喜龍等[54]發(fā)現(xiàn)在厭氧發(fā)酵過程中，涉及的微生物數(shù)量巨大、種類復雜。其中，多數(shù)微生物既可以改變重金屬在環(huán)境中的存在狀態(tài)，使化學物質毒性增強，引起嚴重的環(huán)境問題，還可以濃縮重金屬，并通過食物鏈而積累。畜禽排泄物厭氧發(fā)酵后四環(huán)素類抗生素和喹乙醇激素檢出率也較高[55]。還有研究認為沼液可含有在多環(huán)芳烴[56]、二惡英[57]等持久性有機物。農用過程中，沼液直接作用于水體、土壤或農作物等，與食物鏈接觸密切，對食品安全、環(huán)境與生態(tài)安全具有極大的潛在風險。

6 沼液養(yǎng)魚的研究趨勢

沼液的利用當前主要集中在農作物種植方面，已取得不少研究成果和實踐經驗。而將沼液用于水產養(yǎng)殖，亦有其獨特優(yōu)勢，是解決沼液綜合利用、實現(xiàn)生態(tài)和經濟效益的又一重要途徑。沼液用于養(yǎng)魚的研究盡管并不少見，但還不系統(tǒng)，多偏重經驗性的研究和嘗試，缺少理論和科學數(shù)據(jù)的支持。有諸多重要問題還需深入研究探討，期待形成完善的理論與實踐相結合的科學體系，將這些問題列舉如下：

1）沼液促進魚類生長的機制。主要包括沼液中有效成分的確定、沼液施用后養(yǎng)殖水質和水體生態(tài)的變化規(guī)律、沼液投加與魚生長之間的定量關系以及沼液中有害成分對魚類的毒理作用研究。

2）沼液養(yǎng)魚精準施肥技術。沼液養(yǎng)魚的施肥技術僅根據(jù)養(yǎng)殖人員的經驗判斷何時施用、施用量及施用次數(shù)等，這可能造成沼液施用的隨意性和盲目性。

3）沼液施用對魚品質的影響。目前的研究多停留在魚產量提高、成本減少、收益增加等研究上，“沼液魚”的營養(yǎng)價值和風味特征還未能有效挖掘，缺少科學數(shù)據(jù)的支持。沼液中所含重金屬、激素、抗生素等有害物質的遷移轉化及其在魚體內的累積規(guī)律也缺少系統(tǒng)研究。

4）沼液的施用對水質、底泥和周邊生態(tài)環(huán)境的影響有待長期觀測和深入研究；建立沼液資源化利用的標準和技術規(guī)范體系，對沼液中的重金屬含量和有害物質進行安全評價也很有必要[58，59]。

5）開發(fā)沼液綜合利用的預處理技術，以去除沼液中的重金屬、激素、抗生素等有害物質，可以從根本上降低沼液使用對生物以人體健康產生危害的風險。

6）沼液的濃縮對于降低沼液運輸成本、促進沼液商品化（如制備肥水膏、水質改良劑等）意義重大，有必要對沼液濃縮前后其性質和效能的變化進行研究確認。

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