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近年來,我國規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖水平顯著提高,但  產生了大量的畜禽養(yǎng)殖廢棄物未得到有效處理與利  用,成為農村環(huán)境治理的一大難題。根據(jù)原農業(yè)部  的統(tǒng)計,我國每年畜禽養(yǎng)殖廢棄物產生量約38億  噸,而綜合利用率不到60%,畜禽養(yǎng)殖已成為我國  農業(yè)面源污染的主要來源之一。通過研究分析近  30年來我國主要畜禽養(yǎng)殖及其污染的時空變化特  征,得出我國單位耕地面積的畜禽氮污染負荷平均  已達138kghm以上,其中有6省(自治區(qū)、直轄市)污染負荷量遠遠超出了歐盟農業(yè)政策規(guī)定的糞肥年施氮量限制,對環(huán)境構成了極大的潛在威脅與風險。

為有效防治農業(yè)面源污染,加強農村環(huán)境綜合治理,近兩年來我國出臺了多項政策文件,為畜禽養(yǎng)

殖廢棄物資源化利用提出了要求和方向。2017年4月,原農業(yè)部發(fā)布了《重點流域農業(yè)面源污染綜合治理示范工程建設規(guī)劃(2016~2020年)》,針對規(guī)  模化畜禽養(yǎng)殖場,應因地制宜地采用厭氧發(fā)酵、糞便  堆肥等技術,處理畜禽養(yǎng)殖廢棄物。同年6月,國務  院辦公廳提出了《關于加快推進畜禽養(yǎng)殖廢棄物資  源化利用的意見》,指出為了全面推進畜禽養(yǎng)殖廢  棄物資源化利用,加快構建種養(yǎng)結合、農牧循環(huán)的可  持續(xù)發(fā)展新格局,應以沼氣和生物天然氣為主要處  理方向,以農用有機肥和農村能源為主要利用方向。  2018年新年伊始,中共中央、國務院發(fā)布了《關于實  施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的意見》,為新時代“三農”工作提  出了“產業(yè)興旺、生態(tài)宜居、鄉(xiāng)風文明、治理有效、生  活富裕”的總要求,其中生態(tài)宜居是鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略

的實施關鍵,應推進有機肥替代化肥、畜禽糞污處理等農業(yè)綠色發(fā)展行動,加強農村突出環(huán)境問題治理。7月23日,生態(tài)環(huán)境部常務會議審議并原則通過《農業(yè)農村污染治理攻堅戰(zhàn)行動計劃》,打好農業(yè)農村污染治理攻堅戰(zhàn)既是打好污染防治攻堅戰(zhàn)的七大標志性重大戰(zhàn)役之一,也是實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要任務,應強化廢棄物循環(huán)利用等方面,深化推進廢棄物資源化,從而加快補齊農業(yè)農村生態(tài)環(huán)境保護突出短板,為決勝全面建成小康社會打下堅實基礎。

在這樣的戰(zhàn)略要求與政策推動背景下,我國農業(yè)領域沼氣工程蓬勃發(fā)展,農村沼氣工程逐步向規(guī)模化、大型化的方向轉型升級,在畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理與農業(yè)面源污染防治方面發(fā)揮出重要作用。沼氣工程不僅提供了用于取暖、炊事和照明的清潔能源沼氣,還產生了厭氧發(fā)酵剩余物一沼氣池沼液。沼氣池沼液可以作為下一級生產活動的原料、肥料、飼料和添加劑等再生利用,即沼氣池沼液的種養(yǎng)殖業(yè)綜合利用。

沼氣池沼液種養(yǎng)殖業(yè)利用途徑

在種植業(yè)上,沼氣池沼液是一種優(yōu)質、全效的有機肥料2,將沼氣池沼液施用于糧食作物3-3、牧草等均具有明顯的增產提質效應。近年來,沼氣池沼液利用技術層

出不窮:1)作為浸種劑。由于沼氣池沼液中含有多種植物激素類物質,如赤霉素、吲哚乙酸、細胞分裂素  等,適宜濃度的沼氣池沼液浸種可以提高種子發(fā)芽率并  促進植物幼苗生長。有研究實例表明經過了沼  液浸種后的辣椒種子,其出苗率、株高、根長、根毛數(shù)  均優(yōu)于清水浸種,其中沼氣池沼液濃度為80%時效果較  好9。2)作為殺蟲劑。沼氣池沼液中除含有植物激素類  物質外,還含有核酸、單糖、游離氨基酸、維生素和富  里酸等有效成分0-1,雖然在沼氣池沼液中的含量不高,  但對多種有害病菌和蟲卵有抑制效果,從而起到抗  病蟲害的作用。3)作為無土栽培營養(yǎng)液。沼氣池沼液既  可以作為營養(yǎng)液直接用于水培,也可以用于基質栽  培的后續(xù)追肥。湖南省農科院通過兩年的試驗,利  用沼氣池沼液作為營養(yǎng)液進行蔬菜水培,取得較好效果。  研究結果表明12),應根據(jù)沼氣池沼液的實際營養(yǎng)成分含  量,并結合作物的營養(yǎng)需求,補充適量的營養(yǎng)元素,  最后用98%磷酸調節(jié)pH值到微酸性才能使用。4)  作為肥料。農田施用,是沼氣池沼液最為廣泛的利用方式。  沼氣池沼液施用方式種類繁多,如沼氣池沼液單施、沼氣池沼液沼渣混  施、沼氣池沼液化肥配施、沼氣池沼液作追肥根施或葉面噴施等,  不同的農田施用方式會形成不同的施用效果(見表

同樣,在養(yǎng)殖業(yè)上,沼氣池沼液與飼料搭配養(yǎng)雞

魚8)、豬9等,可以增強動物免疫能力,加快生長,提高經濟效益。張全國的研究表明,在粗放飼養(yǎng)條件下利用沼氣池沼液養(yǎng)豬,豬采食量增加14%、育肥期約縮短20%、日增重提高26%。利用沼氣池沼液養(yǎng)魚,可為魚類提供豐富的營養(yǎng)物質,有研究表明施用沼氣池沼液的魚塘藻類總量比施用鮮豬糞魚塘高36.6%,葉綠素高25.93mg  3[21]

厭氧發(fā)酵過程使得沼氣池沼液與發(fā)酵原料相比,存在

系列不同,如沼氣池沼液有機質含量,BOD,粘度等低于發(fā)酵原料,而pH值和銨態(tài)氮含量則高于發(fā)酵原料等  為了更好地發(fā)揮沼氣池沼液施用效果,并避免沼

液的過量、不當施用造成的環(huán)境污染,在施用前了解  沼氣池沼液成分是合理施用沼氣池沼液的基礎和前提條件。

2不同發(fā)酵原料的沼氣池沼液成分對比分析

2.1數(shù)據(jù)來源

文章對34個沼氣工程進行了文獻調研,沼氣工  程的相關信息如表2所示。調查的34個沼氣工程  中,以雞糞、牛糞、豬糞為發(fā)酵原料的分別有10、%  16個,位于國內、國外的沼氣工程分別有23個和11個,采用的發(fā)酵工藝類型主要為混合厭氧反應器(CSTR)、升流式厭氧污泥床反應器(UASB)推流式厭氧反應器( plug-flow anaerobic digester)

2.2統(tǒng)計方法  應器

不同發(fā)酵原料對沼氣池沼液理化性質的影響采用方差  分析( ANOVA)法,顯著性水平為0.05,使用Ss  20.0( IBM Corp, Armonk, New York,UsA)進行數(shù)  據(jù)統(tǒng)計和差異性分析;作圖采用 Sigmaplot2.5  (Systat Software, Inc.  2.3結果分析  不同發(fā)酵原料沼氣池沼液樣品的pH值,TN,T,NHN濃度的統(tǒng)計如圖1-圖4所示。結果表明,不同發(fā)酵原料的沼氣池沼液pH值和NH;N濃度有著明顯的差異性,而沼氣池沼液的TN和TP濃度沒有因發(fā)酵原料的不同呈現(xiàn)出顯著差異性。其中,雞糞沼氣池沼液的NH4N濃度顯著高于豬糞沼氣池沼液與牛糞沼氣池沼液,這可能是與發(fā)酵原料中的總氮含量直接相關。  沼氣池沼液保留了畜禽養(yǎng)殖廢棄物中大部分的N和P  等營養(yǎng)元素,且易被作物吸收利用的速效養(yǎng)分含  量增加。如靳紅梅2等通過130d的厭氧發(fā)酵試  驗發(fā)現(xiàn),豬糞和牛糞發(fā)酵出料中NH4-N質量的增幅  分別達162%和90%。沼氣池沼液中含有較高速效營養(yǎng)成  分的特征,使得沼氣池沼液農田施用后能迅速被農作物吸  收利用0,是沼氣池沼液作為肥料農田施用的優(yōu)勢之一。

然而,統(tǒng)計結果呈現(xiàn)出的沼氣池沼液成分含量的差異性與多變性也值得引起注意。沼氣池沼液成分會受到發(fā)酵  原料的影響,但即使是同一發(fā)酵原料產生的沼氣池沼液成分也會因接種物來源、厭氧發(fā)酵工藝條件等因素表現(xiàn)出不同特性。因此,為了更合理有效地利用沼氣池沼液,一方面,對沼氣池沼液只進行一次成分監(jiān)測分析是遠遠不夠的,有必要對實際沼氣工程產生的沼氣池沼液進行長期、全面的監(jiān)測另一方面,在利用沼氣池沼液前,也應對沼氣池沼液的營養(yǎng)成分、金屬元素進行定量監(jiān)測分析,為農田施用量、施用時間提供可參考的依據(jù)。

3沼氣池沼液肥料化利用現(xiàn)存問題

在沼氣池沼液肥料化利用過程中,尚存在著不合理利用、不安全利用問題。沼氣池沼液的不合理利用問題主要體現(xiàn)在施用量、施用時間兩方面。沼氣池沼液的施用量需與作物對營養(yǎng)成分的需求量吻合,這樣不僅可以降低沼氣池沼液過量施用可能會造成的環(huán)境風險,也可以提

高農民的效益。對于沼氣池沼液的施用時間,應盡量避免  在秋季或冬季施用沼氣池沼液。德國、瑞典、丹麥等國家根據(jù)本國情況,均對沼氣池沼液施用量、施用時間作出了嚴格規(guī)定。然而,我國目前尚無統(tǒng)一的標準規(guī)范。

沼氣池沼液的不安全利用問題主要是由于以畜禽養(yǎng)殖廢棄物為發(fā)酵原料的沼氣池沼液中存在大量的重金屬元素,有學者通過對沼氣池沼液樣品的測試發(fā)現(xiàn),沼氣池沼液中重金屬元素濃度超標現(xiàn)象嚴重。若忽略對沼氣池沼液中重金屬的監(jiān)測、控制,會導致農田中重金屬不斷積累,從而造成二次污染,最終通過飲水及食物鏈進入人體內,在人體內蓄積而危害到人體健康。我國日前尚未制定沼氣池沼液在農田施用方面的專屬污染控制標準,在沼氣池沼液的安全性評估方面研究也較少。

4建議

沼氣池沼液利用在全國范圍內都有著巨大的發(fā)展?jié)摿?對于有效防治農業(yè)面源污染,加強農村環(huán)境綜合  治理有著重大意義。為了確保沼氣池沼液的合理、安全利  用,建議加強對沼氣池沼液營養(yǎng)成分、重金屬含量的監(jiān)測施用之前事先分析沼氣池沼液的適用條件,評估沼氣池沼液利用  的安全性,避免發(fā)生土壤鹽漬化、重金屬污染等隱患  問題。應盡快建立沼氣池沼液合理安全利用的標準規(guī)范,  強化沼氣池沼液肥料化利用的規(guī)范化和程序化措施。為了  推動沼氣池沼液在全國的綜合、廣泛應用,建議加強對沼氣池沼液  利用工程技術方面的研究,包括濃縮型沼氣池沼液技術,沼  液有益成分分離、提取、濃縮技術,以及沼氣池沼液噴灌、滴  灌等機械化推廣性施肥技術,以提高沼氣池沼液中養(yǎng)分循  環(huán)利用的高效性,促進區(qū)域內肥料化利用沼氣池沼液的可操作性、可持續(xù)性。

摘自《中國沼氣》第5期 張笑千 王波 王夏暉 張曉麗 鄭利杰

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