清粪工艺对规模化沼气工程沼液养分含量的影响

2017-12-06边武英刘银秀董越勇范志斌聂新军

浙江农业科学 2017年11期

边武英，金娟，叶波，刘银秀，王强，董越勇，范志斌，聂新军

(1.浙江省农业技术推广中心，浙江杭州 310020； 2.浙江省农业生态与能源办公室，浙江杭州 310012；3.浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所，浙江杭州 310021)

边武英1，金娟2，叶波2，刘银秀2，王强3，董越勇2，范志斌2，聂新军2

对地处浙西南地区衢州市的6处农村规模化沼气工程沼液养分含量进行测定，分析2种清粪工艺对沼液养分含量的影响。结果表明，沼液中全氮(N)、全磷(P2O5)和全钾(K2O)等指标均呈现全氮>全钾>全磷。养殖场清粪工艺对农村规模化沼气工程沼液pH值影响不大，对沼液中有机质、全氮、全磷、全钾等指标来说，水泡粪工艺比干清粪工艺的含量普遍要高。养殖场无论采用干清粪工艺还是水泡粪工艺，农村规模化沼气工程沼液中各养分含量的稳定性都容易受沼气工程工艺、容积、停留时间、污水量等多种因素的影响。因此，在养殖场的日常管理中，要控制好冲洗水的用量，采用干清粪工艺的养殖场要注意控制好清粪比例，采用水泡粪工艺的养殖场要控制好粪沟中粪污的储存时间。同时，沼液作为有机肥，在施用之前要根据作物需求及沼液中氮、磷、钾含量，测算出沼液的适宜用量，并做好肥效试验，形成科学的施肥体系。

清粪工艺；沼液；养分；沼气工程；衢州

近年来，在我国政府和各部门的支持下，农村沼气建设取得了巨大的成就。据统计，截至2015年底，全国沼气用户达4 193.3万户，由中央和地方投资支持建成各类型沼气工程11万处，年产气量22.25亿m3。随着种养业的规模化发展，城镇化步伐的加快，农村沼气的发展也面临着许多新形势，2015年中央调整投资方向，重点用于规模化大型沼气工程建设，农村沼气迈出了转型升级的新步伐。浙江省积极贯彻落实中央精神，走好农村沼气转型升级之路，2016年全省农村规模化沼气工程年末达到8 000多处。农村规模化沼气工程的发展，虽然大幅提升了畜禽粪污等农业废弃物的集中处理水平和沼气的集中供应能力，但同时也导致沼气工程的残留物沼液的集约化。沼液作为厌氧发酵的残留物，有机物浓度较高，若不能妥善处置，将对周围环境造成污染。沼液中富含多种农作物生长所必需的营养物质[1]，具有促进作物生长、防治作物病害和改良土壤性状等多重功效[2]，因此，作肥料施用是沼液目前最有效的利用方式之一[3]。实践表明，沼液在浸种育秧、叶面喷施及抗病虫害等方面具有良好的表现。杨红霞等[4]进行了沼液浸种对水稻产量影响的试验，结果表明，采取沼液浸种水稻每667 m2产量达690 kg，对照组为646.2 kg,即同等条件下，仅用沼液浸种比清水浸种增产6.8%。陈贵等[5]通过田间试验，研究了沼液施用量对茭白植株干物质积累、产量、经济性状、品质等的影响，结果表明，沼液在控制用量的前提下，用于茭白浇灌，有利于茭白产量提高和品质提升。任华等[6]进行了夏秋季有机茶叶沼液施用效果试验，夏秋季有机茶沼液淋施与叶面喷施的处理，产量明显提高，内在品质得到有效改善。

规模化养殖场一般根据当地的资源环境条件、经济发展水平、劳动力资源状况等，综合考虑选择适宜的清粪工艺清理畜禽粪污[7]，经清理后的畜禽粪污作为发酵原料进入沼气工程进行厌氧发酵。目前，浙江省规模化养殖场清粪工艺主要以干清粪工艺和水泡粪工艺为主。干清粪工艺是将畜禽粪污的干粪部分通过人工或机械清扫、运走，尿及污水则从下水道流出，分别进行处理。水泡粪工艺是在猪舍中修建一个大的沟，里面注入一定深度的水，将猪的粪尿以及日常猪舍冲洗水一并排入粪沟中储存一段时间，待粪沟装满后，再将沟中粪水排出，进入贮粪池[8]。采用不同清粪工艺，沼气工程发酵原料中各成分含量差异性较大[9]，从而影响沼液的稳定性，不利于沼液的利用，制约了资源有效循环利用，也不利于农业的可持续发展。浙江省衢州地区生态环境优越，农业资源丰富，是浙西南地区的养猪大市，也是农村规模化沼气工程建设较为集中的地区。因此，选取衢州市有代表性的农村规模化沼气工程作为沼液采样点，主要研究了不同清粪工艺对农村规模化沼气工程沼液中pH值、有机质、全氮、全磷以及全钾等营养指标含量的影响，旨在为沼液利用提供科学依据，确保沼液的科学、合理、高效利用，促进生态循环农业发展。

1 材料与方法

1.1 样点概况

选取浙江省衢州市6个具有代表性的农村规模化沼气工程作为沼液取样点，其具体地点与概况见表1。沼气工程发酵原料均为养猪所产生的粪污。

表1 沼液取样地点及其概况

1.2 样品采集

在沼气工程正常运行期间，分别于2016年5月12日(18～30 ℃)和11月30日(10～16 ℃)取样，取样2个批次共12份样品，即干清粪工艺和水泡粪工艺各6份样品。

供检样品取自厌氧发酵池排放出的沼液，每个取样点在采样当天的9:00—10:00、11:30—12:30、14:00—15:00分别采集3份样品，每份样品的量相同，且不少于300 mL。然后将3份样品均匀混合成1份样品，以供检测。

供检样品装入500 mL PVC瓶中，密封、冷藏保存，24 h内送到检测机构进行分析测定。如果指标无法一次性测完，剩余样品加入浓硫酸酸化，并于0～4 ℃条件下保存。

1.3 测定项目与方法

测定项目有pH值、有机质、全氮(N)、全磷(P2O5)、全钾(K2O)等5项指标。

样品pH值测定采用电极法(NY/T 1973—2010)，有机质测定采用重铬酸钾-容量法(NY 525—2012)，全氮、全磷和全钾的测定参照有机-无机复混肥料的测定方法(GB/T 17767—2010)。

1.4 数据统计与分析

采用数据处理软件Excel进行统计与分析。

2 结果与讨论

2.1 清粪工艺对沼液pH值的影响

由表2可以看出，6处沼气工程沼液pH值在7.33～7.62，均呈弱碱性。此结果与其他研究基本一致[10-11]，符合正常的厌氧发酵过程pH值维持在6.5～8.0的要求[12]。干清粪工艺和水泡粪工艺沼液的平均pH值分别为7.48和7.51，变异系数分别为1.59%和1.02%。2种清粪工艺，沼液pH值差别不大，同时数据也比较稳定，说明对于正常运行的沼气工程来说，养殖场的清粪工艺对沼液的pH值影响不大。

表2 2016年5月和11月不同清粪工艺下沼液的pH值

2.2 清粪工艺对沼液有机质含量的影响

干清粪工艺将畜禽粪污中干粪单独清理用于高温堆肥或以其他方式进行利用[7]，部分粪、尿及冲洗水进入沼气工程进行处理。采用水泡粪工艺的养殖场由于粪尿及冲洗水在粪沟中储存一段时间后，粪便中大部分可溶性有机物进入到液体中，经固液分离后，有机物大部分留在液体中进入沼气工程进行处理。因此，相比于干清粪工艺，采用水泡粪工艺规模化养殖场发酵原料中有机物含量高[9]，进而导致与其配套的沼气工程沼液中有机质含量也较高。

由表3可以看出，2016年5月的沼液样品，干清粪工艺有机质含量平均值0.261%，水泡粪工艺为0.214%；2016年11月干清粪工艺有机质含量平均值为0.100%，水泡粪工艺为0.170%。据此发现，2016年5月干清粪工艺与水泡粪工艺规模化沼气工程沼液中有机质含量出现了异常，即干清粪工艺规模化沼气工程沼液有机质含量要高于水泡粪工艺。这可能是由于养殖场在进行干清粪的时候，没有控制好清粪比例，让过多粪进入到厌氧系统，导致发酵原料中有机质含量偏高，进而影响沼液中有机质含量之故。就有机质含量而言，无论是干清粪工艺还是水泡粪工艺，5月沼液样品中有机质平均含量均高于11月，这可能与5月天气逐渐转暖(最高温度达到30 ℃)，养殖场污水量逐渐增多，进入厌氧发酵系统的粪污水滞留时间缩短，从而影响了有机质的削减效果，导致沼液中有机质含量偏高有关。

表3 2016年5月和11月不同清粪工艺下沼液的有机质含量

2016年5月与11月2批次沼液样品中，采用干清粪工艺的养殖场，沼液有机质含量变异系数分别为54.58%和0；采用水泡粪工艺的养殖场，沼液有机质含量变异系数分别为34.58%和34.64%。即干清粪工艺5月份沼液样品中有机质含量差异性较大，这很可能也是由于清粪比例没有控制好导致发酵原料中有机质含量差异大之故。相比于干清粪工艺，水泡粪工艺2个批次沼液样品中有机质含量变异系数相近，这主要是因为水泡粪工艺其粪便的清粪水平不受人为因素的影响；变异系数在34%左右，说明有机质含量差异性仍较大，这主要是因为采用水泡粪工艺清粪时，进入沼气工程的粪尿以及冲洗水中有机物的浓度受储存时间、固液分离水平等因素影响，从而影响沼液中有机质含量的稳定性。

2.3 清粪工艺对沼液养分含量的影响

由表4可以看出，2个批次沼液样品中全氮、全钾、总养分含量均为干清粪工艺<水泡粪工艺。这主要是因为进入沼气工程的发酵原料中，氮、磷、钾等营养元素总含量一般为干清粪工艺<水泡粪工艺，从而导致沼液中氮、磷、钾等营养元素总含量也低于水泡粪工艺。

表4 2016年5月和11月不同清粪工艺下沼液的养分含量

从表4还可以看出，2016年5月干清粪工艺沼液中总养分含量的变异系数，与有机质一样，也高于水泡粪工艺。2016年11月干清粪工艺沼液中总养分含量的变异系数，低于水泡粪工艺。沼液养分含量差异性较大，这与其他研究结果一致[13]。

2.4 沼液中各养分含量的关系

由图1可知，无论是采用干清粪工艺还是水泡粪工艺，畜禽粪污经厌氧发酵后，沼液中各养分含量均为全氮>全钾>全磷。因此，沼液作为有机肥与化肥配合施用时，要充分考虑沼液中氮、磷、钾含量之间的高低关系，并根据作物需求，测算出沼液与化肥的适宜用量。

图1 不同清粪工艺下沼液的全氮、全磷、全钾含量

3 小结

通过对浙西南地区有代表性的规模化沼气工程沼液各养分指标的测定发现，不同清粪工艺对沼液pH值影响不大，均呈弱碱性。沼液中均为全氮>全钾>全磷。

对于沼液中有机质、全氮、全磷、全钾等营养指标来说，水泡粪工艺比干清粪工艺的含量普遍要高。养殖场无论采用干清粪工艺还是水泡粪工艺，沼液中各养分含量的稳定性都容易受到多种因素的影响。因此在养殖场的日常管理中，要控制好冲洗水用量，采用干清粪工艺的养殖场要注意控制好清粪比例，而采用水泡粪工艺的养殖场要控制好粪沟中粪污的储存时间。

如果对沼液的施用只是粗放式的灌溉，会影响农作物的生长，也会对农田造成污染。因此，沼液作为有机肥施用之前，要根据作物需求以及沼液中氮、磷、钾含量，测算出沼液的适宜用量，并做好肥效试验，形成科学的施肥体系后，再大面积使用。

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