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(duì)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(xiǎn)，就現(xiàn)有的沼液合理農(nóng)用技術(shù)和未來趨勢(shì)進(jìn)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(xiǎn)

中圖分類號(hào)：S216.4;S141 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.36.042

近年來，我國(guó)的畜禽養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展。據(jù)估算，2011年我國(guó)養(yǎng)殖糞污產(chǎn)生量達(dá)21.21億噸，預(yù)計(jì)到2020年、2030年畜禽糞便總量將達(dá)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(shí)在國(guó)家及各級(jí)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(shí)現(xiàn)資源再利用的同時(shí)，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(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)沼液農(nóng)用的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)進(jìn)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(xiǎn)。這些物質(zhì)在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中積累，嚴(yán)重影響農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境的安全[3]。劉思辰等人對(duì)沼液利用下重金屬污染潛在風(fēng)險(xiǎn)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(huì)導(dǎo)致沼液中抗生素殘留，會(huì)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(guó)對(duì)沼液農(nóng)用還未標(biāo)準(zhǔn)化管理，無相關(guān)指標(biāo)限量定額，利用模式相對(duì)混亂，有待于進(jìn)一步系統(tǒng)化研究。因此，將針對(duì)沼液農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)研究現(xiàn)狀展開分析，以期為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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(xiǎn)

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(yuǎn)高于國(guó)家二類水排放標(biāo)準(zhǔn)，但低于水溶肥營(yíng)養(yǎng)元素含量標(biāo)準(zhǔn)[6-7]。因此，長(zhǎng)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(biāo)。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(zhǎng)，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(huì)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(huì)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(xiǎn)[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(jī)污染物含量，進(jìn)而削減沼液農(nóng)用對(duì)土壤健康的危害[12]。

2 重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)

經(jīng)厭氧發(fā)酵而來的沼液含有毒性強(qiáng)、遷移慢、具有累積性的重金屬，對(duì)土壤和糧食安全、人類和動(dòng)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(guó)家腐熟堆肥有機(jī)物料中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)沼液發(fā)酵原料重金屬含量均有一定量的超標(biāo)[13]。沼液中的腐殖酸對(duì)重金屬具有溶出、吸附與解析作用，一定程度上會(huì)增強(qiáng)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(jī)、無機(jī)膠體會(huì)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(xiǎn)。

有研究對(duì)太湖西岸地區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示，沼液中Cu、Zn和As含量嚴(yán)重超標(biāo)[16]。相關(guān)研究表明，當(dāng)沼液農(nóng)用超過一定量時(shí)，沼液中的重金屬會(huì)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(duì)較低，適量的沼液添加不會(huì)造成農(nóng)產(chǎn)品重金屬超標(biāo)等嚴(yán)重的糧食安全問題[17]。

3 抗生素、激素潛在風(fēng)險(xiǎn)

畜禽養(yǎng)殖業(yè)中抗生素不可或缺。我國(guó)畜禽養(yǎng)殖抗生素使用量約6 000 t/年，遠(yuǎn)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(huì)有部分抗生素殘留在沼液中。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周遭土壤、水體中往往能檢測(cè)出高量抗生素，經(jīng)遷移和生物富集后進(jìn)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(jìn)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(duì)水體有潛在污染風(fēng)險(xiǎn)。目前，對(duì)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(qiáng)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(jìn)行檢測(cè)[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(xiǎn)

發(fā)酵過程涉及厭氧發(fā)酵過程，所以沼液中會(huì)含有種類繁雜的微生物。若要實(shí)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(duì)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(dá)不到無害化要求。

5 沼液合理農(nóng)用技術(shù)及未來趨勢(shì)

厭氧發(fā)酵后的沼液儲(chǔ)存后可作為肥料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，但當(dāng)前我國(guó)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(xiǎn)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(shí)現(xiàn)沼液中潛在風(fēng)險(xiǎn)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(jìn)一步凈化沼液[20]。

因此，針對(duì)沼液農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)展開進(jìn)一步研究，深入研究沼液中潛在風(fēng)險(xiǎn)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(jī)理，體系化研究沼液農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)，建立相關(guān)法律和制度規(guī)范沼液農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)。如何減少沼液中潛在風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)含量、增加其肥效功能有待于進(jìn)一步研究，也是未來沼液農(nóng)用的重點(diǎn)突破方向。政府、企業(yè)應(yīng)該加大投入，鼓勵(lì)沼液安全農(nóng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 石先羅，張衛(wèi)東，王風(fēng)，等.沼液沼渣農(nóng)用生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)研究進(jìn)展[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)（學(xué)術(shù)版），2014，30（1）：12-15，19.

[2] 涂成，閆湘，李秀英，等.沼渣沼液農(nóng)用安全風(fēng)險(xiǎn)[J].中國(guó)土壤與肥料，2018（4）：8-13，27.

[3] 穆紅莉.我國(guó)未完成2011年節(jié)能減排指標(biāo)的原因分析[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2013（2）：44-46，62.

[4] 劉思辰，王莉瑋，李希希，等.沼液灌溉中的重金屬潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2014，20（6）：1517-1524.

[5] 史艷財(cái).豬糞、沼液農(nóng)用重金屬和抗生素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及生物調(diào)控研究[D].廣州：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[6] 郭強(qiáng)，柴曉利，程海靜，等.沼液的綜合利用[J].再生資源研究，2005（6）：37-41.

[7] 葛昕，李布青，丁葉強(qiáng)，等.沼液利用現(xiàn)狀和潛在風(fēng)險(xiǎn)分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（30）：14897-14898，15058.

[8] 趙建榮，秦改花.不同氮形態(tài)配比對(duì)菠菜生長(zhǎng)及氮代謝的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008（10）：4046-4047.

[9] 徐曉萌.調(diào)節(jié)pH對(duì)沼液稻田灌溉肥效和環(huán)境的影響[D].杭州：浙江大學(xué)，2013.

[10] 李松林，呂軍，張峰，等.高濃度沼液淹灌土水系統(tǒng)中氮、磷和有機(jī)物的動(dòng)態(tài)變化[J].水土保持學(xué)報(bào)，2011，25（2）：125-129.

[11] 馮潔.沼液農(nóng)用對(duì)土壤和小麥——玉米系統(tǒng)氮平衡的影響[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2016.

[12] 張國(guó)治，姚愛莉，顧蘊(yùn)璇，等.藻類對(duì)沼液中氮、磷去除作用的初步研究[J].中國(guó)沼氣，1997（4）：11-15.

[13] 劉榮樂，李書田，王秀斌，等.我國(guó)商品有機(jī)肥料和有機(jī)廢棄物中重金屬的含量狀況與分析[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2005（2）：392-397.

[14] 李靜，陳宏，陳玉成，等.腐殖酸對(duì)土壤汞、鎘、鉛植物可利用性的影響[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（3）：234-236，240.

[15] Claire-Emmanuelle Marcato，Eric Pinelli，Marie Cecchi，et al.Bioavailability of Cu and Zn in raw and anaerobically digested pig slurry[J].Ecotoxicology and Environmental Safety，2008，72（5）：1544.

[16] 朱泉雯.重金屬在豬飼料-糞污-沼液中的變化特征[J].水土保持研究，2014，21（6）：284-289.

[17] 金燕，李艷霞，陳同斌，等.污泥及其復(fù)合肥對(duì)蔬菜產(chǎn)量及重金屬積累的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2002（3）：288-291.

[18] 張樹清，張夫道，劉秀梅，等.高溫堆肥對(duì)畜禽糞中抗生素降解和重金屬鈍化的作用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（2）：337-343.

[19] 王遠(yuǎn)遠(yuǎn)，劉榮厚.沼液綜合利用研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（4）：1089-1091.

[20] 陳斌，張妙仙，單勝道.沼液的生態(tài)處理研究進(jìn)展[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（4）：872-874.

（責(zé)任編輯：趙中正）