沼液農(nóng)用風(fēng)險研究進展

慕京生 王靜 楊瓊

摘 要 概述沼液作為肥料和飼料添加劑的農(nóng)用現(xiàn)狀及其對作物、土壤的影響，系統(tǒng)總結(jié)沼液農(nóng)用中氮磷養(yǎng)分、重金屬、獸藥抗生素、激素和病原菌污染等潛在風(fēng)險，就現(xiàn)有的沼液合理農(nóng)用技術(shù)和未來趨勢進行討論，以期為建立系統(tǒng)化、規(guī)范化的沼液農(nóng)用技術(shù)體系提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 沼液;農(nóng)用;潛在風(fēng)險

中圖分類號：S216.4;S141 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.36.042

近年來，我國的畜禽養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展。據(jù)估算，2011年我國養(yǎng)殖糞污產(chǎn)生量達21.21億噸，預(yù)計到2020年、2030年畜禽糞便總量將達到28.75億噸和37.43億噸[1]。畜禽糞便等養(yǎng)殖廢棄物是主要的環(huán)境污染來源，同時在國家及各級政府的推行下，畜禽養(yǎng)殖廢棄物厭氧發(fā)酵能源化成為其再利用的主要方式，產(chǎn)生的沼氣可作為新能源使用，發(fā)酵殘余物可以農(nóng)用[2]。

推行沼液農(nóng)用，在實現(xiàn)資源再利用的同時，可以提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，防治病蟲害。當(dāng)前，沼液作為農(nóng)用肥料已經(jīng)較為普遍。國內(nèi)外學(xué)者對沼液農(nóng)用的經(jīng)濟效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)進行了廣泛研究。研究多關(guān)注沼液養(yǎng)分利用，但發(fā)酵原料、技術(shù)的多樣性決定了重金屬、抗生素和病原菌的潛在風(fēng)險。這些物質(zhì)在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中積累，嚴重影響農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境的安全[3]。劉思辰等人對沼液利用下重金屬污染潛在風(fēng)險的研究表明，不同原料的沼液重金屬含量差異較大，其中豬糞沼液重金屬含量要高于牛糞沼液[4]。畜禽飼料中添加的抗生素會導(dǎo)致沼液中抗生素殘留，會使某些致病原菌、微生物產(chǎn)生抗性威脅人類健康[5]。目前，我國對沼液農(nóng)用還未標準化管理，無相關(guān)指標限量定額，利用模式相對混亂，有待于進一步系統(tǒng)化研究。因此，將針對沼液農(nóng)用風(fēng)險研究現(xiàn)狀展開分析，以期為我國標準化沼液農(nóng)用模式的建立提供理論依據(jù)。

1 養(yǎng)分潛在風(fēng)險

沼液中養(yǎng)分元素含量豐富，不同的發(fā)酵原料和工藝流程產(chǎn)生的沼液存在一定差異。研究表明，以速效態(tài)養(yǎng)分居多的沼液中氮、磷、鉀含量為0.01%～1.55%、COD含量為6 600～8 600 mg·L-1，遠高于國家二類水排放標準，但低于水溶肥營養(yǎng)元素含量標準[6-7]。因此，長期過量施用沼液將導(dǎo)致土壤和水體中的TN、TP等含量超標。沼液中的氮素形態(tài)以銨態(tài)氮為主，而土壤中銨態(tài)氮含量過高不利于蔬菜和多種植物的生長，影響作物的品質(zhì)和產(chǎn)量[8]。

稻田施用沼液后，土壤脲酶等活性顯著提高，甲烷排放量、氨氮濃度以及植物生物量顯著增加[9]。其他研究也表明，稻田土壤更有利于高濃度施用的沼液的消解和利用，不會造成土壤中N、P等大量元素的過量累積[10]。在小麥-玉米輪作體系中，沼液農(nóng)用不會引起0～200 cm土層中銨態(tài)氮顯著增加，相較于化肥，沼液農(nóng)用降低了土層中硝態(tài)氮淋溶的風(fēng)險[11]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，利用藻類可以顯著降低沼液中N、P和有機污染物含量，進而削減沼液農(nóng)用對土壤健康的危害[12]。

2 重金屬潛在風(fēng)險

經(jīng)厭氧發(fā)酵而來的沼液含有毒性強、遷移慢、具有累積性的重金屬，對土壤和糧食安全、人類和動物健康具有一定影響。沼液中的重金屬主要為Pb、Cd、Cu和Zn等，來源于養(yǎng)殖過程中微量元素飼料添加劑。依據(jù)歐美國家腐熟堆肥有機物料中重金屬限量標準，我國沼液發(fā)酵原料重金屬含量均有一定量的超標[13]。沼液中的腐殖酸對重金屬具有溶出、吸附與解析作用，一定程度上會增強重金屬的活性[14]。Marcato等人[15]研究發(fā)現(xiàn)，沼氣發(fā)酵過程中，微生物和有機、無機膠體會與糞污中的重金屬發(fā)生生物吸附、氧化還原和溶解效應(yīng)，從而改變重金屬的型態(tài)和生物活性，降低重金屬的生物有效性，降低沼液農(nóng)用中的作物品質(zhì)和土壤健康潛在風(fēng)險。

有研究對太湖西岸地區(qū)養(yǎng)殖場進行了分析，結(jié)果顯示，沼液中Cu、Zn和As含量嚴重超標[16]。相關(guān)研究表明，當(dāng)沼液農(nóng)用超過一定量時，沼液中的重金屬會在土壤、植物系統(tǒng)中發(fā)生不同程度的累積效應(yīng)，但由于沼液中的重金屬濃度相對較低，適量的沼液添加不會造成農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標等嚴重的糧食安全問題[17]。

3 抗生素、激素潛在風(fēng)險

畜禽養(yǎng)殖業(yè)中抗生素不可或缺。我國畜禽養(yǎng)殖抗生素使用量約6 000 t/年，遠超世界平均水平[18]。研究表明，雖然厭氧發(fā)酵過程中沼液中的一部分抗生素被分解，但仍會有部分抗生素殘留在沼液中。畜禽養(yǎng)殖場周遭土壤、水體中往往能檢測出高量抗生素，經(jīng)遷移和生物富集后進一步影響水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)產(chǎn)品安全。沼液直接農(nóng)用，通過植物根系進入植物體內(nèi)部，危害人類健康。有研究估算東北地區(qū)養(yǎng)殖業(yè)固醇激素排放量表明，它對水體有潛在污染風(fēng)險。目前，對沼液中抗生素一類物質(zhì)的削減有常規(guī)污水處理和微波強化氧化處理，可以通過微生物法、酶聯(lián)免疫吸附法、液相色譜法和氣相色譜法進行檢測[19]。液質(zhì)聯(lián)用、核磁共振等技術(shù)可以用于定量分析糞污發(fā)酵殘余物中的激素類成分[20]。

4 病原菌等微生物潛在風(fēng)險

發(fā)酵過程涉及厭氧發(fā)酵過程，所以沼液中會含有種類繁雜的微生物。若要實現(xiàn)沼液農(nóng)用無害化，必須清除沼液中的寄生蟲卵、病原菌等。有研究表明，沼液中存在抑菌防病效果較好的拮抗微生物。沼氣發(fā)酵對于削減糞污中大腸菌群含量效果顯著，平均減少92.9%，但厭氧發(fā)酵殘余物中大腸菌群仍具有較高濃度，達不到無害化要求。

5 沼液合理農(nóng)用技術(shù)及未來趨勢

厭氧發(fā)酵后的沼液儲存后可作為肥料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，但當(dāng)前我國的沼氣工程規(guī)模大，沒有足夠的土地消納，導(dǎo)致未經(jīng)處理的沼液中的過量養(yǎng)分、重金屬、抗生素等潛在風(fēng)險影響到土壤和水體健康。沼液合理農(nóng)用要注意定量、后處理與系統(tǒng)分配相結(jié)合。其中，沼液處理主要有兩種方式：好氧微生物處理法和自然生物處理法。好氧法主要利用生物活性污泥、生物濾池等手段實現(xiàn)沼液中潛在風(fēng)險物質(zhì)的消解，而自然生物處理法則是利用生物塘和人工濕地等處理進一步凈化沼液[20]。

因此，針對沼液農(nóng)用風(fēng)險應(yīng)展開進一步研究，深入研究沼液中潛在風(fēng)險物質(zhì)的含量和分布，了解重金屬、抗生素一類有害物質(zhì)的作用機理，體系化研究沼液農(nóng)用風(fēng)險，建立相關(guān)法律和制度規(guī)范沼液農(nóng)用標準。如何減少沼液中潛在風(fēng)險物質(zhì)含量、增加其肥效功能有待于進一步研究，也是未來沼液農(nóng)用的重點突破方向。政府、企業(yè)應(yīng)該加大投入，鼓勵沼液安全農(nóng)用。

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（責(zé)任編輯：趙中正）