黎鑫林，熊忠華，劉 勇，付永琦，劉德春，鐘 瑾

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，江西 南昌 330045)

建設(shè)鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)是江西省首個國家戰(zhàn)略層面的區(qū)域性發(fā)展規(guī)劃，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展、綠色崛起之目標(biāo)，必須發(fā)展生態(tài)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，其中大力開發(fā)利用該地區(qū)以畜禽養(yǎng)殖糞污為主的生物質(zhì)能源是關(guān)鍵所在［1］。生豬養(yǎng)殖業(yè)是江西省傳統(tǒng)優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，其中鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)生豬常年飼養(yǎng)量達(dá)1 500余萬頭，是全國重要的生豬供應(yīng)基地［2］。然而，隨著該區(qū)養(yǎng)豬業(yè)的快速發(fā)展和生豬生產(chǎn)的規(guī)?；潭炔粩嗵岣撸磕戤a(chǎn)生的豬糞便達(dá)3 000余萬t，并且大多數(shù)未被資源化利用并隨意排放，對生態(tài)環(huán)境造成很大污染，嚴(yán)重制約我省畜禽業(yè)的良性發(fā)展［1，3］。

畜禽糞便如何應(yīng)用關(guān)乎環(huán)境安全和畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，其中畜禽糞便農(nóng)用是最直接有效的利用途徑。合理施用畜禽糞便可提高土壤肥力，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分再循環(huán)，并起到減少化肥用量和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要作用［4］。為解決養(yǎng)豬業(yè)快速發(fā)展帶來的資源與環(huán)境問題，近年來江西把加速沼氣建設(shè)作為推進(jìn)生豬綠色生態(tài)養(yǎng)殖和發(fā)展以畜禽糞便資源化利用為核心的循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要舉措，全省已建成戶用沼氣池達(dá)160 萬個，建設(shè)規(guī)模養(yǎng)殖沼氣工程近2 000處［5］。沼肥(包括沼液與沼渣)是畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈經(jīng)過沼氣池厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的殘留物，是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料，既含有作物生長必須的氮、磷、鉀大量元素，又含有鋅、鐵等多種微量元素，具有養(yǎng)分齊全、速緩兼?zhèn)涞奶攸c(diǎn)。隨著我省生豬規(guī)?；B(yǎng)殖與沼氣工程建設(shè)的快速發(fā)展，也隨之產(chǎn)生了大量的沼肥資源。

20 世紀(jì)90 年代初，農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心對全國范圍內(nèi)的畜禽糞便資源養(yǎng)分含量狀況進(jìn)行了調(diào)查和分析［6］，對指導(dǎo)其合理施用起到了重要作用。但是，隨著畜禽集約化養(yǎng)殖的迅速發(fā)展，以及高蛋白飼料和添加劑的廣泛使用，使得沼肥基本營養(yǎng)成分和以重金屬為主的有害物質(zhì)的含量發(fā)生明顯變化［7-8］。當(dāng)沼肥施入土壤后，有害重金屬會被作物吸收并進(jìn)入食物鏈，繼而在農(nóng)業(yè)環(huán)境中積累，存在污染農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境的重大風(fēng)險［9］。因此，近年來國內(nèi)已有多家單位先后對重慶市、山東省、福建省等地的沼肥養(yǎng)分和重金屬含量進(jìn)行了分析［8，10-11］，但是對全國重要生豬養(yǎng)殖基地“鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)”的沼肥中營養(yǎng)成分與有害重金屬狀況的相關(guān)研究尚未見報道。這也揭示出當(dāng)前江西普遍存在畜禽養(yǎng)殖和作物種植嚴(yán)重脫節(jié)，沼肥利用方式粗放以及缺乏必要的理論指導(dǎo)等突出問題。

為了更加安全、合理地利用我省豬場糞便這一巨大的有機(jī)肥資源，本文對鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)4 個典型生豬養(yǎng)殖縣市采集的沼肥樣品的基本理化性狀、養(yǎng)分物質(zhì)、重金屬含量及其污染狀況等進(jìn)行分析和評價，旨在為深入研究沼肥的科學(xué)合理使用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 沼液、沼渣樣品的采集

于2013 年4～6 月在鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)具有代表性的進(jìn)賢、新余、新干、萬年4 縣市的養(yǎng)豬場取樣。沼渣取樣方法:用抽渣器抽取200～500 g 沼渣用于檢測營養(yǎng)成分，另抽取500～1 000 g 沼渣用于測定重金屬含量。沼液取樣方法:對水壓間進(jìn)行攪拌并在離液面30～50 cm 處吸取200～500 mL 沼液用于檢測營養(yǎng)成分，另取1 000～1 500 mL 沼液用于測定重金屬含量［8］。其中，新干沼肥樣品取自小戶型沼氣池，其余3 地沼肥樣品均取自大型干濕分離型沼氣池。

1.2 測定方法

沼液、沼渣pH 值、有機(jī)質(zhì)、干物質(zhì)、大量養(yǎng)分元素按常規(guī)分析方法測定［11］;重金屬Cu、Zn、Pb、Cd、Cr 用原子吸收分光光度法測定，As 用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法測定［12］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)結(jié)果采用Excel 2007 和SPSS 17.0 軟件進(jìn)行處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼液基本理化性狀和養(yǎng)分物質(zhì)含量

從表1 可見，所采集的4 個樣點(diǎn)沼液樣品的pH 值呈中性至弱堿性，在6.97～8.05，其中新干樣點(diǎn)pH 值較高，進(jìn)賢樣點(diǎn)pH 值較低。

表1 沼液基本理化性狀和大量營養(yǎng)元素含量Tab.1 The basic characters and contents of macro-nutrient elements in the collected slurry

沼液中有機(jī)質(zhì)平均含量為0.10%，并以新余樣點(diǎn)和新干樣點(diǎn)較高，分別為0.19%和0.13%;進(jìn)賢樣點(diǎn)最低，為0.038%;萬年樣點(diǎn)略高于進(jìn)賢樣點(diǎn)。沼液全N 平均含量為0.58 g/kg，新余、新干和萬年3 個樣點(diǎn)的含量相近，而進(jìn)賢樣點(diǎn)的含量不及其他3 個樣點(diǎn)的一半。沼液中全P 含量平均為0.11 g/kg，并以新干樣點(diǎn)最高，其次為新余樣點(diǎn)，而進(jìn)賢與萬年兩地的相接近。全K 含量平均為2.56 g/kg，但各樣點(diǎn)間差異較大，新余樣點(diǎn)高達(dá)4.50 g/kg，而進(jìn)賢樣點(diǎn)僅為0.68 g/kg，兩者相差6.62 倍，這可能與發(fā)酵原料和豬舍沖水量不同有關(guān)。

從沼液中N、P、K 三者比例來看，4 樣點(diǎn)全P 所占比例較為接近，均不足全N 含量的30%，其中進(jìn)賢樣點(diǎn)全P 所占比例稍高;4 樣點(diǎn)全K 所占比例波動較大，其中新余樣點(diǎn)的K、N 比高達(dá)7.03，其次為萬年樣點(diǎn)，而進(jìn)賢與新干樣點(diǎn)的K、N 比亦大于2。

總體而言，4 個樣點(diǎn)沼液中大量養(yǎng)分元素平均含量為全K＞全N＞全P，且N、P、K 總量均在1.00 g/kg以上，這表明沼液中大量元素含量豐富，可為植物吸收利用提供比較全面的營養(yǎng)。

2.2 沼渣基本理化性狀和養(yǎng)分物質(zhì)含量

由表2 可知，所采集的4 個樣點(diǎn)沼渣樣品的pH 值呈中性至弱堿性，在6.86～8.20，其中新干樣點(diǎn)pH 值較高，新余樣點(diǎn)呈中性。并且，沼渣中干物質(zhì)含量在11.67%～15.41%。

沼渣中有機(jī)質(zhì)平均含量為4.68%，以新余樣點(diǎn)最高(5.59%)，其余3 樣點(diǎn)差異不明顯。大量營養(yǎng)元素中全N 平均含量為4.62 g/kg，且4 個樣點(diǎn)變化范圍不大，僅萬年樣點(diǎn)的含量略高(5.39 g/kg)。沼渣中全P 平均含量為7.28 g/kg，但各樣點(diǎn)差異較大，新干樣點(diǎn)最高達(dá)12.73 g/kg，其次為萬年樣點(diǎn)，進(jìn)賢樣點(diǎn)最低(3.54 g/kg)，這可能由于新干樣點(diǎn)采取的是小戶型沼氣池發(fā)酵，其原料、投料比例以及沖水量與大型沼氣池有所不同所致。沼渣中全K 平均含量為6.16 g/kg，其順序?yàn)槿f年＞新余＞進(jìn)賢＞新干。

從沼渣中N、P、K 3 者比例來看，僅進(jìn)賢樣點(diǎn)全P 所占比例稍低于全N 的比例，其他3 樣點(diǎn)全P 的比例均高于全N，且以新干樣點(diǎn)的P、N 比最高(2.90);4 樣點(diǎn)全K 所占比例均接近或明顯高于全N 的比例，其中萬年樣點(diǎn)的K、N 比較高(1.66)。

從總體上看，沼渣中大量營養(yǎng)元素平均含量全P＞全K＞全N，N、P、K 總量高在1.34%～2.25%，表明沼渣具有豐富的營養(yǎng)成分，可為植物正常生長發(fā)育提供充足的養(yǎng)分供給。

表2 沼渣基本理化性狀和大量營養(yǎng)元素含量Tab.2 The basic characters and contents of macro-nutrient elements in the collected dregs

2.3 沼液重金屬含量及安全狀況評價

如表3 所示，4 個樣點(diǎn)沼液中重金屬平均含量為Pb＞Zn＞Cd＞Cu＞As＞Cr。其中新干樣點(diǎn)沼液中重金屬平均含量特征與此一致，而進(jìn)賢、新余與萬年3 樣點(diǎn)則以Cd＞Zn。并且，新干樣點(diǎn)沼液中除Cr 和As外，Cu、Zn、Pb 和Cd 4 種重金屬含量均明顯高于其他樣點(diǎn);而萬年樣點(diǎn)沼液中僅Cr 含量明顯高于其他樣點(diǎn)，Cd 含量略低于平均值，其余4 種重金屬含量則明顯低于其他樣點(diǎn)。

表3 沼液中重金屬含量Tab.3 Contents of heavy metals in the collected slurry

此外，Cu 含量以新干樣點(diǎn)最高(1.86 mg/L)，萬年樣點(diǎn)最低(0.041 mg/L)。Zn 與Pb 含量的特征和Cu 含量特征一致。Cr 含量以萬年最高(0.011 mg/L)，進(jìn)賢樣點(diǎn)最低(0.001 7 mg/L)。Cd 含量4 個樣點(diǎn)平均為2.33 mg/L，其中新干樣點(diǎn)高達(dá)平均值的1.39倍，新余樣點(diǎn)為平均值的1.22倍，萬年樣點(diǎn)接近平均值，進(jìn)賢樣點(diǎn)大大低于平均值。As 含量4 個樣點(diǎn)較為接近，平均值為0.071 mg/L。

目前，我國對沼液中的重金屬含量尚無統(tǒng)一的限量標(biāo)準(zhǔn)。參照德國腐熟堆肥標(biāo)準(zhǔn)［13］，將沼液作為腐熟有機(jī)肥使用，4 個樣點(diǎn)沼液中僅新余、新干和萬年3 地的Cd 含量超標(biāo)1.70～2.16 倍，其他5 種重金屬含量均未超標(biāo)。但是，參比我國農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)［14］，4 個樣點(diǎn)沼液中Pb 和Cd 含量嚴(yán)重超標(biāo)，其中Pb 含量超標(biāo)77.60～180.35 倍，Cd 含量超標(biāo)68.00～324.00 倍;Cu 含量僅新干樣點(diǎn)超標(biāo)1.86 倍，而其它3 個樣點(diǎn)均未超標(biāo);Zn 含量進(jìn)賢樣點(diǎn)和萬年樣點(diǎn)未超標(biāo)準(zhǔn)，新余樣點(diǎn)略高出標(biāo)準(zhǔn)上限，而新干樣點(diǎn)超標(biāo)4.64 倍;4 個樣點(diǎn)的As 含量和Cr 含量均低于標(biāo)準(zhǔn)上限。由此可知，4 個樣點(diǎn)的沼液作為肥料使用時，新余、新干和萬年3 地的沼液須關(guān)注Cd 的積累問題;如以水肥一體化澆灌方式使用，其中Pb 含量和Cd含量均超標(biāo)嚴(yán)重，且個別樣點(diǎn)的Cu 與Zn 含量也存在一定程度的超標(biāo)現(xiàn)象，需進(jìn)行有害重金屬脫除處理方可于農(nóng)田或果園灌溉。

2.4 沼渣重金屬含量及安全狀況評價

表4 結(jié)果顯示，4 個樣點(diǎn)沼渣中重金屬的平均含量為Zn＞Cu＞Pb＞Cr＞Cd＞As。進(jìn)賢、新余和萬年3樣點(diǎn)沼渣中重金屬的平均含量特征與此一致，新干樣點(diǎn)則以Cd＞Cr。并且，萬年樣點(diǎn)Cu、Zn、Cr 和As 4種重金屬含量均明顯高于其他樣點(diǎn);新干樣點(diǎn)Cd 含量明顯高于其他樣點(diǎn)，Pb 含量與平均含量相接近，全As 含量與最低含量相近，而Cu、Zn 和Cr 3 種重金屬含量均明顯低于其他樣點(diǎn)。

此外，Cu 和Zn 含量特征一致，均表現(xiàn)為萬年樣點(diǎn)最高，新干樣點(diǎn)最低。Pb 含量，萬年樣點(diǎn)最低，其他3 個樣點(diǎn)的相近。Cr 含量4 樣點(diǎn)平均為62.98 mg/kg，其中萬年樣點(diǎn)含量最高為平均值的1.51 倍，新余和新干樣點(diǎn)低于平均值。Cd 含量以新干樣點(diǎn)最高，達(dá)平均值的1.29 倍，進(jìn)賢與萬年兩樣點(diǎn)相近，新余樣點(diǎn)最低。As 含量，進(jìn)賢和新干兩樣點(diǎn)明顯低于新余和萬年兩樣點(diǎn)。

表4 沼渣中重金屬含量Tab.4 Contents of heavy metals in the collected dregs

參照我國有機(jī)-無機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)［15］，4 個樣點(diǎn)沼渣Cd 含量高出標(biāo)準(zhǔn)上限2.01～6.22 倍，Cr 和As 含量在標(biāo)準(zhǔn)限量之內(nèi)。雖然我國有機(jī)-無機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)中未對Cu、Zn、Pb 含量進(jìn)行限量，但參照德國腐熟堆肥標(biāo)準(zhǔn)，僅Cr 含量在限量之內(nèi)，4 個樣點(diǎn)沼渣中Cu 超標(biāo)3.55～18.89 倍，Zn 超標(biāo)5.33～18.74 倍，Pb 超標(biāo)1.73～2.53 倍，Cd 超標(biāo)13.40～41.47 倍，但對As 含量沒有規(guī)定限量標(biāo)準(zhǔn)。以上結(jié)果說明，在生豬規(guī)?；B(yǎng)殖條件下，沼渣中重金屬超標(biāo)較為嚴(yán)重，農(nóng)用時需對其在土壤中積累和向農(nóng)產(chǎn)品中遷移情況進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，避免對土壤質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品安全造成威脅。

3 結(jié)論與討論

4 個縣市的沼肥樣品養(yǎng)分測定結(jié)果顯示，沼液、沼渣pH 值呈中性至弱堿性，沼液中大量養(yǎng)分元素平均含量為全K＞全N＞全P，沼渣為全P＞全K＞全N。沼液與沼渣中有機(jī)質(zhì)、全N、全P 和全K 的平均含量分別為0.10%、0.58 g/kg、0.11 g/kg、2.56 g/kg 和4.68%、4.62 g/kg、7.28 g/kg、6.16 g/kg。由此可見，沼液與沼渣雖然均含有豐富的營養(yǎng)成分，但前者有機(jī)質(zhì)與大量養(yǎng)分含量均大大低于后者。鐘攀等［10］對重慶地區(qū)沼肥養(yǎng)分含量研究結(jié)果亦表明，沼液全量和水溶性氮磷鉀養(yǎng)分平均含量均以K＞N＞P，沼渣則以P 高于N、K，這與本文研究結(jié)果基本一致。對于沼液中全K 大大高于全P，而沼渣中全P 與全K 二者含量均較高的現(xiàn)象，可能與沼肥中全P 和全K 含量均較高，但全K 中無機(jī)態(tài)(離子態(tài))比例較高，而全P 中主要存在形態(tài)為枸溶磷和難溶磷，即沼肥中水溶性K 比例遠(yuǎn)高于水溶性P 的比例，造成沼液中全K含量明顯高于全P，而沼渣中則全P 與全K 含量均較高。并且，各樣點(diǎn)沼肥中養(yǎng)分含量存在一定差異，其可能與原料、進(jìn)料量和豬圈沖水量的不同有關(guān)［8］。

此外，從沼液與沼渣的N、P、K 比例來看，二者N、P、K 平均比例為1∶0.18∶4.45 和1∶1.58∶1.33。與當(dāng)前全球N、P、K 平均消費(fèi)比例(1∶0.35～0.4∶0.3)相比較［16］，可知沼液中全P 所占比例稍低，但全K 的比例明顯較高;而沼渣中全P 與全K 的比例均明顯高于全N。這一結(jié)果表明，沼肥的合理施用可緩解我國農(nóng)田長期以來因氮、磷、鉀肥投入比例不當(dāng)(重氮、輕磷、施鉀少)造成的氮、磷、鉀肥增產(chǎn)效應(yīng)逐漸下降和土壤中的氮、磷、鉀比例失調(diào)的問題［17-18］。相關(guān)研究結(jié)果表明，施用沼肥能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)與N、P、K 等營養(yǎng)元素的含量，達(dá)到改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力和有效補(bǔ)償農(nóng)田K 肥虧缺的作用［19］;并且合理施用沼肥后，可均衡供給作物養(yǎng)分，有利于提高作物的產(chǎn)量與改善品質(zhì)［20-21］。

由于當(dāng)前規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖過程中所用飼養(yǎng)添加劑的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)與管理松散，造成畜禽糞便與堆、廄肥中重金屬污染情況較為嚴(yán)重［18］，因而對沼肥適宜用量的確定，既要考慮其養(yǎng)分含量，更須重視沼肥中有害重金屬含量狀況。本文對4 個樣點(diǎn)沼肥中重金屬含量測定結(jié)果表明，沼液中重金屬平均含量為Pb＞Zn＞Cd＞Cu＞As＞Cr，沼渣中重金屬的平均含量為Zn＞Cu＞Pb＞Cr＞Cd＞As。對沼肥中重金屬安全性評價結(jié)果顯示，參照德國腐熟堆肥標(biāo)準(zhǔn)，4 樣點(diǎn)沼液中僅新余、新干和萬年3 地的Cd 含量超標(biāo)1.70～2.16 倍，其他5 種重金屬含量均未超標(biāo)，這可能與各樣點(diǎn)沼肥發(fā)酵原料與沖水量等不同有關(guān)，例如進(jìn)賢樣點(diǎn)所用豬飼料為自配料，其余3 樣點(diǎn)均為全價料。不過，參照我國農(nóng)田灌溉水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，則4 個樣點(diǎn)沼液中Pb 和Cd 含量超標(biāo)嚴(yán)重。此外，沼渣中重金屬含量參比于我國有機(jī)無機(jī)肥料標(biāo)準(zhǔn)，4 個樣點(diǎn)的沼渣中僅Cd 含量超標(biāo)2.01～6.22 倍;而參照德國腐熟堆肥標(biāo)準(zhǔn)，僅Cr 含量在限量之內(nèi)，4 個樣點(diǎn)沼渣中Cu、Zn、Pb、Cd 含量均超標(biāo)嚴(yán)重。

沼肥中重金屬含量與發(fā)酵原料有著密切的聯(lián)系，隨著鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的養(yǎng)殖戶采用配合飼料養(yǎng)豬，飼料添加劑中的重金屬通過豬的新陳代謝后會殘留在豬糞中，導(dǎo)致規(guī)?；B(yǎng)豬場沼肥中重金屬的含量大異于前。相關(guān)研究表明，配合飼料中Cu、Zn、Cd、Cr、As 等重金屬的含量較高［22］，是沼肥中重金屬的主要來源。高紅莉［23］對鄭州天元生態(tài)農(nóng)業(yè)示范園中沼肥重金屬狀況分析結(jié)果表明，Cu、Zn 和Pb 含量分別為32.0、86.5 和9.85 mg/kg。段然等［24］對遼寧昌圖、北京留民營、四川綿竹、廣西防城港等地區(qū)沼肥的分析結(jié)果證實(shí)，Cu、Zn 含量較高，長期施用沼肥的土壤中Cu、Zn 含量顯著高于對照土壤。另有研究顯示，Cu、Zn 等微量元素的加入有增加畜禽糞便中重金屬含量的風(fēng)險，進(jìn)而對土壤、環(huán)境及食品安全等構(gòu)成威脅［25］。艾天等［26］用沼肥和化肥兩種施肥方式進(jìn)行生菜栽培，發(fā)現(xiàn)生菜中的As 含量顯著高于對照，Pb 含量也高于完全施用化肥處理。因此，在今后沼肥農(nóng)用過程中須嚴(yán)格控制好沼肥的用量，過多施用將會造成重金屬在土壤中的富集，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品污染和威脅人類健康［27］。

為實(shí)現(xiàn)沼肥的科學(xué)合理使用，在明確沼肥中大量養(yǎng)分含量和重金屬狀況的基礎(chǔ)上，根據(jù)農(nóng)田土壤養(yǎng)分狀態(tài)、作物種類的不同，來確定在環(huán)境承受力以內(nèi)的適宜沼肥施用量，或者通過將沼肥與化肥以適當(dāng)?shù)谋壤浜鲜┯?。針對鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)沼肥中有害重金屬含量超標(biāo)的現(xiàn)狀，有關(guān)部門應(yīng)在深入調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，制定嚴(yán)格的管理制度和相關(guān)法規(guī)，控制飼料中重金屬的添加量，從源頭上治理畜禽糞便中重金屬的污染問題。此外，施用沼肥對我省水稻、柑桔和蔬菜等主要作物產(chǎn)量與品質(zhì)以及對農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，尚有待于進(jìn)一步深入研究。

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