“牛-沼-菜”循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式關(guān)鍵技術(shù)研究總結(jié)報(bào)告

婁佑武，邱俊，丁君輝，王榮民*，劉繼明

(1.江西省畜牧技術(shù)推廣站，江西南昌330046；2.江西益潔環(huán)保技術(shù)有限公司)

沼液是人們廣為熟知的一種速效性有機(jī)肥料，含有大量的有機(jī)物、氨氮、磷等植物生長(zhǎng)所需的物質(zhì)。20世紀(jì)90年代開始，人們對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)沼液、沼渣的利用方面進(jìn)行過較多的研究，對(duì)沼液的直接利用，如浸種、喂豬、養(yǎng)魚等方面進(jìn)行了很好的開發(fā)，提出了“豬-沼-果”、“豬-沼-漁”等綜合利用模式[1]。但傳統(tǒng)的沼液直接用于澆灌作物的模式具有明顯的缺點(diǎn)，不僅作物利用率低，而且沼液的利用范圍受輸送方式嚴(yán)重制約，從而造成了豬場(chǎng)周圍土地?zé)o法消納過多的沼液而導(dǎo)致環(huán)境污染和遠(yuǎn)離豬場(chǎng)的地區(qū)無法獲得沼液灌溉之間的矛盾。特別嚴(yán)重的是，由于養(yǎng)殖業(yè)中銅、鋅等微量元素添加劑的過量使用，致使豬沼液中的銅、鋅等微量元素嚴(yán)重超標(biāo)，長(zhǎng)期施用必然導(dǎo)致單位土地面積的銅、鋅等微量元素蓄積，最終影響到施用農(nóng)產(chǎn)品（如蔬菜、水果等）的食用安全[2]。

相對(duì)于豬沼液而言，牛沼液中所含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相對(duì)較低，采用牛糞還田種草利用的養(yǎng)牛模式，造成的環(huán)境污染相對(duì)較少，因此，對(duì)牛沼液的綜合利用方面的研究也較少，在國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道。牛作為草食動(dòng)物，飼草是其主要日糧，排出的糞尿中重金屬的含量極低，經(jīng)發(fā)酵后的沼液、沼渣施用安全，不易造成二次污染，是生產(chǎn)有機(jī)蔬菜等極好的肥料。隨著規(guī)模化、集約化養(yǎng)牛場(chǎng)（小區(qū)）的增加，糞污的排放集中且量不斷增加，若后端的污水、污物處理不當(dāng)，特別是發(fā)酵后的沼液難以達(dá)標(biāo)排放，最終也會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。因此，加快養(yǎng)牛場(chǎng)（小區(qū)）中沼液的開發(fā)利用，進(jìn)一步提高單位質(zhì)量的沼液利用價(jià)值，改變傳統(tǒng)的沼液就地消納方式，利用沼液生產(chǎn)復(fù)合多功能型牛沼液葉面肥可有效促進(jìn)作物生長(zhǎng)，具有抗逆、防病作用，是一種復(fù)合型多功能肥料。同時(shí)，沼液微生物葉面肥可避免Fe、Mn、P、Zn、Cu等養(yǎng)分直接施入土壤中時(shí)容易被土壤固定或轉(zhuǎn)化，而使肥效降低的缺點(diǎn)。葉面肥不需通過根系吸收，莖桿輸送等漫長(zhǎng)運(yùn)輸過程，具有針對(duì)性強(qiáng)，可根據(jù)葉片缺素特征及時(shí)噴施等特點(diǎn)，從而可以大大提高肥料的利用率，是一種高效施用各類營(yíng)養(yǎng)素的方式[2]。

多年來，我國(guó)由于長(zhǎng)期施用化學(xué)肥料，有機(jī)肥不足，各類養(yǎng)分比例失調(diào)，致使農(nóng)田生態(tài)環(huán)境、土壤理化性狀和土壤微生物區(qū)系受到不同程度的破壞，在一定程度上影響了農(nóng)產(chǎn)品的安全。化肥的長(zhǎng)期大量使用和對(duì)有機(jī)肥的忽視，已造成肥效下降、利用率低、土壤板結(jié)、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)差等弊端。有機(jī)肥是一種既能向農(nóng)作物提供多種無機(jī)養(yǎng)分和有機(jī)養(yǎng)分，又能培肥改良土壤的一類肥料。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機(jī)肥具有以下作用：(1)有機(jī)質(zhì)含量高，供給農(nóng)作物多種養(yǎng)分；(2)減少土壤養(yǎng)分固定，提高肥料的利用率和肥效；(3)改良土壤理化性狀，提高沙土保水保肥能力；(4)肥勁柔和，肥效持久而穩(wěn)定；(5)增加土壤微生物數(shù)量和提供所需要的能量；(6)吸收某些農(nóng)藥，有機(jī)質(zhì)與重金屬離子形成鰲合物，減輕土壤污染。高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品和衛(wèi)生健康食品已成為當(dāng)前社會(huì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的迫切需求。合理施用化肥，走有機(jī)無機(jī)配合施用之路，是當(dāng)前我國(guó)發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的方向，也是提高我國(guó)食品工業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的必經(jīng)之路[3]。

1 技術(shù)工藝

圖1 減壓濃縮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 牛沼液濃縮工藝

牛沼液濃縮設(shè)備采用自制鋼結(jié)構(gòu)減壓濃縮設(shè)備，設(shè)備由自動(dòng)加熱溫控系統(tǒng)、減壓系統(tǒng)和蒸汽冷卻系統(tǒng)三部分組成，結(jié)構(gòu)見圖1所示。沼液從進(jìn)水(料)口加入后，將設(shè)備完全密封，沼液通過自動(dòng)溫控系統(tǒng)加熱至設(shè)定的溫度，出水口連接真空泵，在真空泵的作用下，反應(yīng)器內(nèi)的壓力可以達(dá)到設(shè)定要求，汽化后的水蒸氣通過真空泵吸出并進(jìn)入冷卻系統(tǒng)孔冷卻，最后剩余在蒸發(fā)器內(nèi)的沼液為濃縮沼液，從出水（料）管排出。為得到濃縮沼液，實(shí)驗(yàn)中采用兩次濃縮的方法，第一次將沼液濃縮至20%后對(duì)濃縮液再次濃縮至20%，兩次濃縮后，沼液可濃縮至4%。

1.2 沼液肥生產(chǎn)工藝

1.2.1 常規(guī)牛沼液葉面肥生產(chǎn)工藝。牛沼液取經(jīng)過深度發(fā)酵的沼液沉淀、陳化10d，采用曝氣陳化處理工藝基本去除沼液異味，采取常溫減壓濃縮后，取樣進(jìn)行主要營(yíng)養(yǎng)成分的分析測(cè)定，根據(jù)植物所需營(yíng)養(yǎng)要求加入無機(jī)元素和調(diào)整各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)、相關(guān)成分，再用硝酸或磷酸調(diào)節(jié)液肥的pH至6.3～6.5，加入適量香精或除臭劑，混合均勻，取樣分析，控制各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，裝瓶包裝，形成產(chǎn)品，應(yīng)用于有機(jī)蔬菜生產(chǎn)等。具體工藝如圖2所示。

圖2 沼液加工處理流程圖

1.2.2 微生物牛沼液葉面肥生產(chǎn)工藝。取經(jīng)過深度發(fā)酵的沼液沉淀、陳化10d，采用曝氣陳化處理工藝基本去除沼液異味，向沼液中添加EM制劑，進(jìn)一步對(duì)沼液進(jìn)行微生物處理，取樣進(jìn)行主要營(yíng)養(yǎng)成分的分析測(cè)定，根據(jù)植物所需營(yíng)養(yǎng)要求加入無機(jī)元素和調(diào)整各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)、相關(guān)成分，再用硝酸或磷酸調(diào)節(jié)液肥的pH至6.3～6.5，加入適量香精或除臭劑，混合均勻，取樣分析，控制各營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，裝瓶包裝，得到產(chǎn)品，應(yīng)用于有機(jī)蔬菜生產(chǎn)等。具體工藝如圖3。

圖3 沼液加工處理流程圖

1.3 沼液肥在蔬菜種植中的應(yīng)用

本課題以江西高安裕豐農(nóng)牧科技有限公司排放的糞污進(jìn)行集中厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液，采用減壓濃縮與EM菌液相結(jié)合的方式，生產(chǎn)沼液全營(yíng)養(yǎng)液或有機(jī)肥應(yīng)用于有機(jī)蔬菜生產(chǎn)，以減少農(nóng)藥、化肥等投入品的使用量，保障農(nóng)產(chǎn)品安全，建立“牛-沼-菜”模式的有機(jī)蔬菜生產(chǎn)示范基地，形成“牛-沼-菜”循環(huán)綜合利用配套技術(shù)。利用牛沼液生產(chǎn)微生物葉面肥和腐植酸有機(jī)肥，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到GB/T17420-1998和NY525-2002中的相關(guān)要求。

2 材料與方法

2.1 沼液減壓濃縮

研究將牛沼液濃縮50%～80%的最佳操作條件和動(dòng)力消耗條件，分析沼液減壓濃縮技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)可行性。

2.1.1 試驗(yàn)材料。減壓蒸餾瓶、電爐、溫度計(jì)、真空泵、壓力表、燒杯、量筒、玻璃棒等。

2.1.2 試驗(yàn)方法。通過改變減壓濃縮的溫度和壓力，獲取最佳經(jīng)濟(jì)條件下的不同濃度的沼液，檢測(cè)沼液中N、P、K的含量。方法如圖4所示。

圖4 減壓濃縮技術(shù)流程圖

2.2 微生物沼液肥生產(chǎn)

2.2.1 試驗(yàn)材料。EM原露、紅糖、蒸餾水及常量（微量）元素（表1和表2）、腐殖酸等。

2.2.2 試驗(yàn)方法。微生物培養(yǎng)基的制取。向10L蒸餾水中加入3kg紅糖，并按表1、表2加入微生物生長(zhǎng)所需的常量元素、微量元素，而后加入1LEM原露配制成混合溶液，將混合溶液移至塑料密封桶中進(jìn)行密封，環(huán)境溫度在30℃～35℃；每日定時(shí)進(jìn)行打開密封桶并檢測(cè)混合溶液的pH，至pH降至5.0認(rèn)為微生物營(yíng)養(yǎng)基培養(yǎng)完成。

表1 常量(微量)元素加入量

表2 微量元素添加液配置方法g/L

微生物沼液肥的制取。取濃度為4%的濃縮沼液，制取14組(每組2.5kg)微生物沼液肥檢測(cè)樣品，將配制完成的微生物沼液肥密封保存(保存溫度30℃～35℃、時(shí)間15d左右)，每天定時(shí)開封檢測(cè)其pH，微生物沼肥制取分組配比具體見表3。

2.3 沼液肥在蔬菜種植中的應(yīng)用

2.3.1 試驗(yàn)材料。選擇種植黃瓜、辣椒等蔬菜品種2個(gè)，整理30個(gè)10m2的蔬菜種植小區(qū)；基肥選擇腐熟牛糞肥和復(fù)合肥，葉面追施選擇自制的EM沼液肥、牛沼液、EM原液、化肥及清水等。

2.3.2 試驗(yàn)方法。種植黃瓜、辣椒2個(gè)蔬菜品種，按照所施葉面肥（自制的EM沼液肥、沼液、EM原液、化肥及清水）隨機(jī)分為5組，每組3個(gè)重復(fù)，共30個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)10m2，小區(qū)施腐熟牛糞肥2.5～3.5kg/m2、復(fù)合肥0.06～0.1kg/m2；沼液肥施用時(shí)按照水與沼液比1:2勾兌溝灌。施肥量為0.15～0.2T/666.67m2，分5～10次噴施，沼每隔10d噴施1次，在噴施后20h左右再噴1次清水。觀察作物生長(zhǎng)情況并做好田間記錄。具體分組處理見表4。

表3 微生物沼液肥的制取 %

表4 蔬菜種植分組處理方法

3 分析與討論

3.1 沼液減壓濃縮技術(shù)分析

沼液減壓濃縮可以提高沼液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度，同時(shí)可以有效的處理沼液隨意排放造成的環(huán)境污染，減壓濃縮需要考慮濃縮溫度和壓力，并綜合考慮濃縮時(shí)間、能量消耗且不能對(duì)沼液中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)造成損失。由表5可以看出，當(dāng)設(shè)定壓力恒定時(shí)，隨著溫度升高，沼液的蒸發(fā)速度加快，蒸發(fā)所需的時(shí)間縮短，但溫度過高會(huì)導(dǎo)致能量的浪費(fèi)，同時(shí)還會(huì)使沼液中的營(yíng)養(yǎng)成分發(fā)生改變；選擇設(shè)定溫度為60℃，壓力為90kpa，為最佳設(shè)定溫度和壓力。

表5 減壓濃縮時(shí)間及能耗表

3.2 沼液重金屬農(nóng)用安全風(fēng)險(xiǎn)分析

對(duì)原沼液和濃縮沼液中的Cd、Cr、Pb、Hg、As五種一類重金屬污染物和Cu、Zn、Ni三種常規(guī)重金屬污染物進(jìn)行檢測(cè)，并參考相關(guān)污染物控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)沼液中重金屬農(nóng)用安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析[4]。目前我國(guó)尚無畜禽糞便、沼液和沼渣在農(nóng)業(yè)回用中的重金屬控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)Cd、Cr、Pb、Hg、As五種一類重金屬污染物參照《農(nóng)用微生物菌劑》（GB 20287-2006）進(jìn)行比較，對(duì)Cu、Zn、Ni參照《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》GB4284-84進(jìn)行比較(Cu在酸性土壤pH≤6.5時(shí)，最高允許濃度為500mg/kg，對(duì)Zn、Ni暫無限制性要求)。由見表6檢測(cè)結(jié)果可知，原沼液和濃縮沼液中重金屬含量遠(yuǎn)低于上述標(biāo)準(zhǔn)中的最高控制要求，在農(nóng)業(yè)回用中無風(fēng)險(xiǎn)。

表6 原沼液及濃縮沼液中的重金屬檢測(cè) mg/kg

3.3 微生物沼肥的制取分析

農(nóng)用微生物制劑中有效活菌數(shù)、蛋白酶活性、pH、糞大腸桿菌群數(shù)、蛔蟲卵死亡率等指標(biāo)需要滿足《農(nóng)用微生物菌劑》（GB 20287-2006）中的要求(具體見表7)。

表7 農(nóng)用微生物菌劑技術(shù)指標(biāo)

由表8可以看出，微生物沼液肥編號(hào)2、編號(hào)4和編號(hào)14三組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中各項(xiàng)指標(biāo)均可以達(dá)到《農(nóng)用微生物菌劑》（GB 20287-2006）中的技術(shù)指標(biāo)要求，綜合考慮生產(chǎn)成本，并最大限度的對(duì)沼液進(jìn)行處理，本實(shí)驗(yàn)研究選擇2號(hào)方案，即沼液、紅糖、微生物培養(yǎng)基的投加比例分別為89%，5%和6%。

表8 濃縮微生物沼肥主要指標(biāo)檢測(cè)

3.4 經(jīng)濟(jì)可行性分析

沼液減壓濃縮后制取微生物沼液肥主要生產(chǎn)成本包括能耗、添加劑成本等，其成本構(gòu)成見表9。制取微生物沼液肥成本價(jià)為6 108元/t，根據(jù)微生物液肥市場(chǎng)價(jià)格為15 000～20 000元/t，采用牛沼液制取微生物沼肥在經(jīng)濟(jì)上是可行的。

表9 微生物沼肥生產(chǎn)成本構(gòu)成

3.5 牛沼液在蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.5.1 沼液肥對(duì)黃瓜種植的影響。由表10可知，EM沼液肥黃瓜種植株高、葉片數(shù)、維生素C含量極顯著高于其他各種處理（P＜0.01），黃瓜產(chǎn)量EM沼液肥與化肥組差異不顯著（P＞0.05），而極顯著高于另外其他各組（P＜0.01）。黃瓜樣品營(yíng)養(yǎng)成分據(jù)江西省無公害農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站檢測(cè)結(jié)果，根據(jù)平均營(yíng)養(yǎng)價(jià)值估算法ANV=蛋白質(zhì)(g)/5g+纖維素(g)+鈣(g)/100+鐵(mg)/2+胡蘿卜素(mg)+Vc(mg)/40，此法是根據(jù)蔬菜每100g可食部分中，所含蛋白質(zhì)、纖維素、鈣、鐵和維生素C等主要成分的量，計(jì)算出分?jǐn)?shù)值，分?jǐn)?shù)值大則營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，分?jǐn)?shù)小則營(yíng)養(yǎng)價(jià)值低。結(jié)果表明，EM沼肥4.636，化肥4.429，沼液4.2181，EM原液3.665和3.428。本結(jié)果說明施用EM牛沼液肥對(duì)黃瓜營(yíng)養(yǎng)價(jià)值效果最好，黃瓜果實(shí)中維生素C的含量最高。

表10 牛沼液對(duì)黃瓜種植的效果

3.5.2 沼液肥對(duì)辣椒種植的影響。由表11可知，EM沼液肥辣椒株高較化肥組顯著提高9.72%（P＜0.05），極顯著高于其他各處理組（P＜0.01）；辣椒株掛果數(shù)EM沼液肥組極顯著高于其他各處理組（P＜0.01），較沼液肥、EM稀釋液、化肥和清水組分別提高61.91%、73.46%、23.20%和102.39%；辣椒單果重顯著高于化肥組9.08%（P＜0.05），極顯著高于其他各處理組（P＜0.01），分別較沼液肥、EM稀釋液和清水組提高10.10%、17.20%和47.22%。EM沼液肥能顯著提高辣椒產(chǎn)量。另外，根據(jù)平均營(yíng)養(yǎng)價(jià)值估算法ANV=蛋白質(zhì)(g)/5g+纖維素(g)+鈣(g)/100+鐵(mg)/2+胡蘿卜素(mg)+Vc(mg)/40結(jié)果表明，EM沼肥4.8533，化肥4.7269，沼液4.7181，EM原液3.9378和3.712。說明施用EM牛沼液肥對(duì)辣椒營(yíng)養(yǎng)價(jià)值效果最好[5]。

表11 牛沼液對(duì)辣椒種植的效果

4 結(jié)論

本試驗(yàn)對(duì)牛沼液采取常溫減壓加工工藝，制取濃度為4%的濃縮沼液，濃縮沼液中的Cd、Cr、Pb、Hg、As五種一類重金屬污染物和Cu、Zn、Ni三種常規(guī)重金屬污染物含量遠(yuǎn)低于《農(nóng)用微生物菌劑》（GB 20287-2006）和《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》GB4284-84最高控制要求，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)回用中無風(fēng)險(xiǎn)。

通過減壓濃縮和微生物培養(yǎng)技術(shù)對(duì)牛場(chǎng)沼液進(jìn)行處理制取微生物沼肥，達(dá)到《農(nóng)用微生物菌劑》（GB 20287-2006）中的技術(shù)指標(biāo)要求，且經(jīng)濟(jì)可行。

根據(jù)不同植物的營(yíng)養(yǎng)需要向微生物沼液中添加不同的營(yíng)養(yǎng)元素，保障了微生物沼液肥營(yíng)養(yǎng)成分均衡性和全面性，提高沼液的利用效率；同時(shí)，可有效地解決牛場(chǎng)周邊沼液利用不當(dāng)造成的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)了牛場(chǎng)沼液肥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的循環(huán)利用。

通過減壓濃縮和添加EM制劑微生物培養(yǎng)制取微生物沼肥，提高沼液中的有益微生物種群密度，改善植物生長(zhǎng)的微生態(tài)環(huán)境。用于蔬菜生產(chǎn)，減少農(nóng)藥、化肥的使用量，保障蔬菜品質(zhì)和安全，建立“牛-沼-菜”模式的蔬菜生產(chǎn)示范基地，形成“牛-沼-菜”循環(huán)綜合利用配套技術(shù)。