浅议沼气发酵残留物在重庆市南川区种植业上的应用

沼气发酵的残留物——沼液、沼渣应用于种植业上,能改良土壤、浸种、防治农作物病虫害等,具有广泛的综合利用前景。本文针对南川区的实际,浅议沼液、沼渣在水稻、果树、蔬菜上的应用,并提出加快应用的对策措施。     

沼液灌溉中的重金属潜在风险评估

【目的】沼液含有丰富养分元素和生理活性物质,沼液灌溉不仅能消纳沼液,同时也可促进植物生长。但是在经济利益的驱使下,某些重金属元素由于人为的添加,不可避免地通过饲料畜禽粪便途径进入沼气发酵池,导致用沼液灌溉后土壤中重金属含量的超标。本文通过对不同沼气发酵规模和不同地区的沼液中重金属元素含量的分析,并对其污染风险进行评估,探索沼液灌溉的风险等级,以期为选择灌溉前对沼液的处理方法提供依据。【方法】采用文献调研与样品分析,对比分析全国部分地区户用沼气池沼液和沼气工程沼液中的重金属元素含量,收集和监测了全国部分地区户用沼气池和沼气工程近100个沼液样品的重金属含量数据,其中镉(Cd)、 铬(Cr)和铅(Pb)采用原子吸收分光光度法,砷(As)采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法,汞(Hg)采用冷原子吸收光谱法测定。采用不同风险表征指数(算术均值指数、 几何均值指数、 Nemerrow指数、 单位向量指数)评估重金属的风险等级。【结果】 1)搜集的户用沼液和沼气工程沼液中重金属数据均不符合正态分布,户用沼液中As、 Cd、 Cr、 Hg和Pb含量的中位值分别为0.312、 0.0195、 0.183、 0.025和0.330 mg/L,沼气工程沼液分别为0.110、 0.009、 0.218、 0.004和0.131 mg/L。除As外,后者平均含量明显高于前者。户用沼液中Cd、 Hg属高强度变异,As、 Cr和Pb属中度变异,而工程沼液中各重金属变异系数均属高强度变异。2)不同原料沼液重金属含量差异较大,其中猪场沼液重金属含量均高于牛场,风险相对较大。3)采用综合风险指数评价,户用沼液中Pb、 As的单位向量指数评价,属于低风险,其余重金属的各指标均小于0.2,无风险。工程沼液中Hg的算术均值指数、 几何均值指数、 Nemerrow指数、 单位向量指数均最高,按Nemerrow指数计算,工程沼液中Hg属较高风险,按均值指数和单位向量指数计算,Hg属于低风险等级。Cd的Nemerrow指数评价,属低风险,其余重金属的综合风险指数虽然随计算方法不同而变化,但其风险等级一致,均属于无风险。4)调查地区中,河南、 安徽的工程沼液中重金属的Nemerrow风险指数最大,属于较高风险,因此其沼液除了必要的物理处理外,还需利用化学方法进行处理,降低风险后才可进行灌溉;其次湖南、 浙江,属于低风险,这些地区沼液只需物理处理和简单化学处理后便可灌溉;其余地区Nemerrow风险指数评价,属于无风险等级。此外,内蒙古、 辽宁、 福建、 四川和重庆5个地区的户用沼液中重金属的Nemerrow风险指数均低于0.2,属于无风险状态,只需经过简单的物理处理便可直接进行灌溉。【结论】统计分析表明,沼液灌溉存在一定风险,主要发酵原料对沼液中重金属含量的影响较大,地域对沼液灌溉风险虽有一定影响,但南方片区与北方片区工程沼液重金属风险等级并没有显著性差异。户用沼气池沼液和沼气工程沼液中,含量相对较低的Hg、 Cd风险反而较大,建议在灌溉前通过化学方法予以去除。     

沼液处理方式及资源化研究进展

该文综述了国内外厌氧发酵概况,以及沼液性质和国内外处理工艺的发展情况,并针对沼液成分的分析,从资源化利用的角度,对沼液回用的现实意义和限制条件进行讨论,综合分析了沼液在微藻养殖应用的优势和前景,论述了沼液作为肥料的农业应用价值和可行性。沼液的处理处置和资源化利用不仅仅是对水资源的保护,也可推进资源型和节约型社会建设,实现变废为宝,化害为利,缓解工业发展对生态环境带来的负面影响。结合沼液处理处置和资源化利用方式的特点,形成最合理、也最符合可持续发展的处理利用模式至关重要。     

沼液复合型杀虫剂研究

该文根据畜禽粪便厌氧发酵后产生的沼液含有丰富的营养和抗病虫害功效以及害虫的生理生化特性,选用木醋液、杀虫抗生素、印楝素、鱼藤酮、烟碱、苦参碱、草木灰及蓖麻叶浸出液等能够增强毒杀害虫能力的多种原料与沼液混配制成不同类型的沼液复合型杀虫剂,用5种不同的沼液复合型杀虫剂对蚜虫的杀灭效果进行试验研究,结果表明各种沼液复合型杀虫剂对沼液杀灭蚜虫均有显著效果,提出5种沼液复合型杀虫剂的沼液与复合型添加剂体积比配方分别为BP01为8000～11000倍液、BP02为25000～30000倍液、BP03为8333～12500倍液、BP04为18000～25000倍液、BP05为10000～15000倍液。该研究为提高沼液杀虫效果,开发以沼液为主要原料的生物杀虫剂提供科学参考。     

沼液预处理玉米秸秆产沼气工艺参数优化

沼液作为厌氧发酵的废弃物处理存在困难,但沼液可以对秸秆类原料进行预处理,为沼液的综合利用提供可能。为优化沼液预处理玉米秸秆的条件,提高玉米秸秆厌氧消化产气量,该文以沼液预处理前后的纤维素、半纤维素、木质素含量以及产气量为指标,根据CCD(centralcompositedesign)试验设计原理,选取沼液添加比例、温度和时间为因素,建立三者之间的模型。试验结果表明:随着预处理TS(total solid)的降低,时间的延长,木质纤维素的降解率越高,而温度在30℃时木质纤维素的降解率达到最大。从产气量来看木质纤维素降解率并不是越高越好,过分的追求木质纤维素的降解会对产气量产生影响,经过响应面法优化产气量后得出最佳的预处理工艺为:沼液添加比例19.08%、预处理温度(30±1)℃、预处理时间为5 d,总产气量可提高30.76%。     

单季稻不同用量沼液的肥效试验

在单季稻中施用不同用量的沼液和化肥,使总N控制在210 kg/hm2,基肥P2O5控制在45 kg/hm2,追肥K2O控制在60 kg/hm2,研究单季稻施用沼液后对水稻的生长情况和产量的影响,进而研究沼液的施用对地力的影响。试验结果表明,在沼液的施用量为187.5、225、262.5、300 t/hm2中,水稻产量都比单施化肥有所提高,尤其是施用沼液262.5 t/hm2增产效果达到极显著水平。对施用沼液后的土壤进行了养分测定,检测结果表明:随着沼液用量的增加,有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、易氧化有机碳、腐殖酸碳、胡敏酸碳等营养元素的含量都有不同程度的提高,对地力提升效果明显。     

模拟沼液灌溉对紫色土土壤环境的影响

采用土壤培养方法研究沼液灌溉对紫色土土壤环境的影响.结果表明,沼液灌溉后土壤pH值有所增加,但随灌溉时间增加会基本趋于稳定,沼液灌溉能够有效防治土壤酸化;土壤TN、TP含量在沼液灌溉后均有增加,但土壤TP含量随灌溉时间增加缓慢增加,土壤TN含量增加一段时间后达到最大值,随后呈下降趋势;旱作模式下沼液灌溉会使土壤有机质含量稍微增加,但水稻模式下有机质含量有少量下降;沼液灌溉后土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量变化均不大,都未超过国家土壤环境二级标准,沼液灌溉在一定时期内不会引起土壤环境重金属污染.     

施用沼液对水芹产量及品质的影响

为明确沼液在水生蔬菜上的施用效果,通过设置0、25%、50%和75%不同比例沼液氮素替代化肥氮素田间试验,研究沼液与化肥配施对水芹产量及品质的影响,进而为沼液的资源化利用提供理论依据和技术支撑。结果表明,沼液氮替代化肥氮比例分别为25%、50%和75%时,水芹产量分别比单施化肥处理提高6.1%、66.7%和44.4%,其中沼液替代比例为50%处理的产量最高,达82 541 kg/hm2。与单施化肥相比,沼液替代化肥各处理水芹茎和叶中总叶绿素、类胡萝卜素、Vc、蛋白质和纤维素含量均无显著变化,但可溶性糖均低于单施化肥处理。与单施化肥处理相比,沼液替代化肥各处理水芹茎部的硝酸盐含量,分别降低了6.3%、31.9%和18.6%。沼液替代化肥施用于水芹,可有效促进水芹生长,提高水芹产量,并能适当改善水芹品质,降低硝酸盐含量;沼液替代化肥的比例以50%左右为宜。     

沼液灌溉对土壤质量的影响

通过田间试验研究了不同沼液灌溉量对土壤质量和生态安全的影响.结果表明在N、P、K养分相等条件下,完全沼液灌溉和与化肥配合施用均能改善土壤肥力,重金属等有害元素在国家土壤环境质量指标内,但沼液长期灌溉对土壤质量的影响还需进一步研究.     

畜禽养殖废弃物沼液的浓缩及其成分

为利用沼液开发生物肥料和农药提供基础数据,该文先采用超滤膜将2类沼液浓缩,并对浓缩后沼液的成分做了较全面分析.试验中,沼液在常压下通过超滤膜,进行循环浓缩过滤,最终获得体积缩小20倍的浓缩液.再对浓缩液的理化特性、重金属含量、部分活性物质浓缩和挥发份成分进行了分析.测定结果显示,2类沼液浓缩液中均含有丰富的营养物质,浓缩液的常规营养成分浓度显著高于原沼液;而浓缩液中重金属含量低于国家的肥料标准限制;有机物主要由烷类构成,还有少量脂类.研究结果为沼液资源化、高值化利用提供依据.     

水葫芦发酵沼液对紫叶莴苣生长和品质的影响

利用田间小区试验研究了等氮量下不同比例水葫芦发酵沼液对紫叶莴苣生长、产量、氮磷钾养分吸收量及茎部品质的影响。结果表明,沼液替代化肥氮比例为50%、75%和100%处理莴苣产量分别比100%化肥氮处理增加9.1%、16.1%和10.3%。但基肥中化肥的比例上升能促进莴苣苗期的生长和提高氮的吸收,而沼液作为追肥较单施化肥更能促进莴苣的生长和养分的吸收。同时沼液氮施用比例增加,莴苣商品化率提高。和100%化肥处理相比,沼液施用比例为50%、75%和100%处理硝酸盐含量分别降低了13.6%、14.3%和11.3%。沼液氮施用比例为50%~100%处理中,100%沼液氮施用处理其可溶性糖、Vc含量和游离氨基酸含量都最低,而75%沼液氮施用比例下可获得最高的氨基酸、可溶性糖和Vc含量。研究认为,沼液基施效果比单施尿素等化学肥料效果稍差,但追施沼液比化肥更加促进了莴苣的生长和养分吸收,并缩短莴苣的生长期,提高其商品率。综合莴苣生长趋势、生物量及商品化率和品质来看,沼液替代75%化肥氮比例是最佳施用比例。     

沼液替代化肥对稻田土壤节肢动物群落的影响

土壤节肢动物群落对施肥管理响应灵敏,是反映农田生态系统健康与稳定的重要指标。本文以江苏滩涂围垦稻田为例进行田间小区试验,研究沼液替代化肥（0%、33%、66%和100%）对土壤节肢动物群落在0～20 cm土层分布及多样性的影响。结果表明：各施肥处理下稻田土壤节肢动物优势类群均为前气门亚目（Prostigmata）、弹尾纲（Collembola）和甲螨亚目（Oribatida）,其分别占总密度的45.44%、20%、13.38%。沼液替代化肥（即沼液与化肥配施）有利于提高土壤节肢动物密度、多样性指数和丰富度指数。当沼液替代化肥比例为66%时（施N总量为225 kg·hm-2）,土壤节肢动物密度、多样性指数和丰富度指数均显著高于纯化肥（沼液替代化肥比例为0）处理(P<0.05);分别较纯化肥增加129.25%、8.67%和34.78%。相关性分析表明,土壤有机碳（TOC）和全氮（TN）是影响稻田土壤节肢动物密度的主要因子。     

沼液处理对连作西瓜枯萎病发生、产量及品质的影响

利用沼液防治土传病害是实现沼液高值利用重要途径。以西瓜优佳018为材料,采用田间试验方式,研究等氮磷钾养分下,沼液结合覆膜、闷棚等综合防治措施,对西瓜连作土壤中尖孢镰刀菌数量的削减效果以及对西瓜产量及品质的影响。结果表明:水或沼液结合覆膜、闷棚等处理连作土壤20天,能有效降低土壤中尖孢镰刀菌的数量,其中沼液处理降低幅度更大。处理期间,沼液和水处理土壤温度、湿度显著高于对照。沼液处理减缓了西瓜枯萎病大面积发生的时间,前期(西瓜移栽后的45天内)西瓜枯萎病发病率和病情指数均显著低于水处理和对照,开花期之后发病率大幅提高,因而西瓜收获时沼液处理与对照发病率无显著差异,但病情指数显著低于对照。与对照和水处理相比,沼液处理西瓜产量、商品果产量、维生素C含量均显著提高,而硝酸盐含量降低,但沼液处理西瓜含糖量低于对照。以上表明,利用沼液处理西瓜连作土壤能有效增加西瓜产量,提升品质,并对枯萎病的发生有一定的延缓作用。     

沼液配施化肥对太湖地区水蜜桃品质及土壤氮素累积的影响

将沼液农田回用是有机废弃物资源化与循环利用的重要途径。以7年生蜜露桃树为供试材料,通过连续2年牛粪沼液和水葫芦沼液的果园田间施用试验,研究等氮量条件下不同比例沼液与化肥配施对水蜜桃果实大小、 单重、 产量和果实品质及土壤矿质氮积累状况的影响。结果表明, 1）水葫芦沼液、 牛粪沼液和化肥配施可提高水蜜桃的产量与品质,在水葫芦沼液25% 配施比例、 牛粪沼液50% 配施比例下产量及果实的可溶性固形物、 糖分含量分别为最高,水葫芦及牛粪沼液中的水分含量是影响桃树产量和品质的关键因子,其适宜用量为200 kg/(planta); 2）各施肥处理土壤NH+4含量随土壤深度增加呈递减趋势; 沼液比例过高（75%和100%）会导致土壤硝酸盐在表层和近地下水层的累积,比例低下则硝酸盐累积不明显; 习惯施肥（过量施肥）和低比例沼液（相应的高化肥比例）处理硝酸盐主要累积于犁底层之上; 3） 连续2年在沼液灌溉条件下,25%的水葫芦沼液、 50%的牛粪沼液配施比例处理其近地下水层土壤硝酸盐含量均低于15 mg/kg,处于安全可控范围,但在该地区（高地下水水位）进行长期沼液灌溉尚需进一步观测和评价。     

沼液对植物病害的防治效果及机理研究Ⅰ：对植物病原真菌的抑制效果及抑菌机理初探

采用菌丝生长抑制和分生孢子萌发抑制的试验方法,以草莓枯萎病菌为靶标病原菌,研究了江苏省内运行稳定的21个大型沼气工程的沼液及其无菌滤液对草莓枯萎病菌的生长抑制特性。结果表明,所有沼气工程的沼液对草莓枯萎病菌的菌丝生长都有不同程度的抑制作用,不同运行年限的沼气池沼液以及不同发酵原料的沼液对草莓枯萎病菌的抑制效果均无显著差异,但不同贮液阶段的沼液对其抑菌效果影响显著。沼液的无菌滤液对草莓枯萎病菌菌丝的生长没有抑制作用;沼液及其无菌滤液对草莓枯萎病菌分生孢子的萌发均有不同程度的抑制作用,猪粪沼液及其无菌滤液对草莓枯萎病菌分生孢子萌发的抑制作用好于牛粪沼液。沼液对生产上常见的5种植物病原真菌的抑制效果有显著差别。沼液中的拮抗微生物是沼液抑菌防病的主要因子。     

基于分级过滤的喷灌用沼液颗粒物组成分析

弄清沼液颗粒物组成,对于解决沼液过滤难题、实现沼液大规模应用至关重要。该研究采用分级过滤方法,分析规模猪场沼气发酵工程产生的沼液中颗粒物组成,结果表明:80目和100目筛网过滤出的颗粒物中观察到有菌丝的存在,且在过滤出的颗粒物中以80目筛网过滤出的颗粒物所占比例最多,这可能是采用小孔径筛网过滤沼液易发生堵塞的主要原因。部分大于滤网孔径尺寸的颗粒物或菌丝也可通过滤网进入管道,存在进一步堵塞管道的风险。在沼液贮放深度为1 m的条件下,静置3 d,沼液中颗粒物主要集中在70~100 cm的下层,不同深度沼液层总氮、总钾、化学需氧量等指标均无显著差异。综合颗粒物数量、大小和形态等因素,认为60目是沼液过滤防堵较为适宜的孔径;同时应适当加大喷灌管道的喷灌口大小,防止沼液在后续喷灌时发生堵塞。该研究为规模化、高效化沼液利用工程建立提供了参考。     

施用沼液对土壤和玉米重金属累积的影响

为研究沼液不同施用量对土壤和植物重金属累积的影响,以玉米为供试材料,设计小区试验,通过施用不同量的沼液,分析不同沼液施用量对玉米产量的影响、土壤和玉米籽粒中的Cd、Cr、Pb、As、Hg等重金属含量的影响。结果表明:(1)施用沼液及常规化肥处理均能显著增加玉米的产量,增幅为5.56%～13.19%,当沼液施用量控制在5 000～7 000kg/(667m2)的范围内时,玉米能获得较高的产量;(2)玉米种植后,土壤中Cd、Cr、Hg含量与清水对照相比略有增加,而Pb和As变化不大,但均符合GB 15618-1995《国家土壤环境质量二级标准》;(3)随着沼液施用量的增加,玉米籽粒中Cd、Cr、Pb的含量略有增加,而As含量变化不大,Hg未检测出,但均符合食品限量标准(GB 2762-2005)。表明适量沼液的添加能有效实现沼液的资源化利用,同时不会对土壤和植物造成重金属污染风险。     

沼液不同施用量对水稻产量及稻米品质的影响

沼液是一种含有丰富氮磷钾等营养元素和钙、铜、铁、锌、锰等中微量营养元素的优质有机肥,将其应用于农业生产对提高作物产量和农产品品质有重要的意义。将沼液的资源化利用与农业生产相结合,在四川省邛崃市进行种植试验,以水稻为供试材料,以清水和当地常规施肥（化肥）为对照,设置不同的沼液施用量,研究了沼液农用对稻谷产量及稻米营养品质的影响,为优质大米的生产以及沼液的合理利用和科学处理提供依据。结果表明,施用沼液增产效果明显,沼液用量在11.25～18.75t·hm^-2时稻谷的产量较高,比清水对照和常规化肥处理分别提高12.21%～15.52%和6.78%～9.93%;同时,沼液还可以提高稻米中蛋白质的含量,强化稻米中Fe、Mn、Ca、Mg等矿质营养,有助于提升稻米营养品质。     

利用海水汲取液的沼液正渗透浓缩技术

为实现沼液浓缩以提高其应用价值,该试验以海水作为汲取液,采用正渗透技术对山东某海滨猪场的沼液进行浓缩。试验结果表明,正渗透浓缩倍数为2时的膜通量最高可达到9.5 L/(m2·h);沼液浓缩后的总含盐量、总钾、总磷、总氮、化学需氧量的回收率均可以达到96.7%以上,在保证较高膜通量的条件下沼液体积最高可减小为原液的1/4;对数据拟合分析的结果表明,在沼液浓缩倍数为3时,正渗透膜具有较高的浓缩效率,可达到3.9 L2/(m2·h·g)。综上,采用正渗透技术对沼液进行浓缩的方式是可行的,这不仅缓解了沼液不能及时消纳所造成的资源浪费,而且还可以提高沼液作为肥料的应用价值。     

沼液对玉米产量及品质的影响

采用田间小区试验方法,以正红6号玉米为供试材料,在四川省资阳市临江镇石灰性紫色土上,研究了大型养猪场猪粪尿厌氧发酵的沼液对四川山丘区玉米产量及品质的影响。结果表明,沼液用量5000~7000kg·667m-2时,玉米产量较高,品质较好;当沼液用量3000~7000kg·667m-2时,玉米籽粒中Fe、Mn、Zn、Cu、Ca、Mg含量均较高。综合考虑玉米产量和品质,沼液用量以5000~7000 kg·667m-2为宜。