温室沼液还田利用技术及前景展望
摘要：沼液富含丰富的氮、磷、钾以及有机质等养分，可作为优质的有机肥料施用于农作物，并减少化肥等无机肥料的施用量，对于优化土壤性质，提高作物品质具有重要意义。本文综述了目前温室内沼液还田利用技术，主要分析了沼液吸收 CO2、沼液浓缩、沼液过滤分离、沼液贮存和沼液养分回收等前处理技术和应用现状，并阐述了温室内不同作物基施、追施沼液的方法和注意事项，为设施温室内沼液科学还田利用提供技术支撑。
沼液是人畜粪便、秸秆等有机物经过厌氧发酵后产生的液体残留物，随着中国规模化沼气工程的发展，沼液产生量越来越多，不当使用会带来严重的环境二次污染风险。研究表明，沼液中含有多种农作物所需的营养元素、微量元素和生物活性物质等，可显著改善土壤环境，有效调节土壤中的有机质、氮、磷、钾和微量元素含量，防治土壤作物病虫害，是一种效果优良的速效液态肥。农业农村部 2019 年在工作要点中提出扩大有机肥替代化肥和绿色防治替代化学防治试点，保持化肥使用量负增长。目前设施农业生产成本高的主要原因之一就是化肥使用量大，沼液因其低成本、效果好等优点可广泛应用于温室替代化肥，达到沼液资源化利用和降低无机化肥施用量的双重目的。目前设施温室内沼液的前处理和还田施用技术仍然没有标准规范，存在沼液施用不合理、资源化利用率低等问题。本文系统分析了设施温室内沼液还田前处理和施用方法，以期为指导设施温室内沼液科学还田利用提供技术支持。
由于未经腐熟或腐熟程度达不到要求的沼液在温室内密闭的高温环境易引起沼液中未充分腐熟的有机质释放氨气，造成氨害，直接施用很容易引起蔬菜大面积烧根，因此沼气工程产生的沼液不能直接在温室内施用。发酵时间越长，浇灌量越多，将储存后的沼液进行施肥消纳量更大，效果更好。此外，沼液也可以通过其他方式的前处理以达到无害化处理，或者回收养分后再还田，以创造温室利用的最佳条件，常用的前处理方式包括沼液吸收 CO2、沼液浓缩、沼液过滤分离、沼液贮存、沼液养分回收、深化处理灌溉还田等。
CO2 是作物生长中光合作用的主要条件之一，由于设施温室处于密闭的状态，常导致 CO2 浓度不足，影响作物的产量。特别是冬季栽培，为了保温，设施大棚常处于密闭状态，尽管棚内作物呼吸、微生物活动等能释放出 CO2，但是仍不能满足作物光合作用的需求，因此增加温室内 CO2 浓度，是提高设施作物产量的有效途径。沼液作为生物质厌氧发酵的产物，具有产量大、养分高等特点，同时沼液的弱碱特性具有一定的 CO2 吸收能力。目前，一些研究将其作为吸收剂，使吸收 CO2 后的沼液再还田应用，为了强化沼液吸收 CO2 的能力，也可引入外源 CO2 吸收剂提高沼液 CO2吸收性能 ，增大温室内的 CO2 的含量，促进作物生长。
沼液中 90% 以上都是水分，施用沼液可以减少作物的灌溉用水，但是由于沼液体积量大，运输困难，因此可以通过一定技术将沼液浓缩，增大沼液氮、磷、钾等营养元素含量，并去除盐分、大分子有机污染物。浓缩后的沼液便于运输，施用后可增加作物的产量，有助于提高作物光合作用效率，提升品质。一般浓缩沼液采用加热蒸发、膜分离过滤技术。浓缩后的沼液可通过叶面喷施的手段为作物追肥补充养分，比如黄瓜，通过浓缩沼液追肥喷施可为其补充氮、磷养分，也可与钾肥混合施用，获得的黄瓜品质更加优质，另外温室番茄经过浓缩沼液喷施后产量、口感也都明显变好，应用性广。
目前大量中小型沼气工程缺乏固液分离设施，沼液中固态物质除了沼渣，还含有大量颗粒悬浮物，悬浮物不仅容易导致设施堵塞，其中的有害物质也会抑制作物生长。因此，沼液过滤分离，可有效去除悬浮物、重金属和抗生素，降低 COD 含量。采用的过滤分离方式有生物质填料过滤、膜过滤、生物净化、絮凝沉淀等。
沼液不能直接还田，发酵不成熟的沼液灌溉后，会二次发酵，引发烧根现象，影响作物根系发育，原则上至少露天储存一周以上才能使用，但在贮存条件允许的情况下，尽量选用贮存超过 3 个月以上的沼液使用，兑水冲施。沼液在贮存条件下，总氮、速效氮含量会减少，速效磷含量会增加，原因可能是沼液中的有机物质还没被分解，降解的有机酸含量也较少，贮存后的沼液基本可以实现无害化，对一些作物的病菌有抑制作用，比如辣椒疫病菌和黄瓜炭疽病菌 。
温室内不同蔬菜的不同发育期其养分需求和肥料施用技术均有很大差异，需要平衡施肥和科学追肥，沼液不同于化学肥料，是含水率在 90% 以上的液体肥，不同发酵原料、不同发酵时间沼液的氮磷钾含量和理化性质均不同，在施用沼液前需要掌握沼液的基本理化特性，包括有机质、氮磷钾、pH、EC 等。沼液还田施用方式主要分为 3 种情况，一是作为基肥与土壤混合施于作物根部，二是浓缩后喷施作物叶面进行追肥以补充养分和防治病虫害，三是沼液经过净化处理后作为灌溉水使用，具体的施用情况如表 1。由表 1 可知，沼液对温室内番茄、黄瓜、叶菜、桃子等作用效果较好，施用沼液的温室作物产量会得到显著增加。
表1 不同蔬菜温室沼液施用方法
一般沼液做基肥施用的温室作物包括油菜、生菜等叶菜类蔬菜和瓜类蔬菜，在翻土耕地时直接将沼液混施于土壤中，或在作物移栽时将沼液灌于根部。做基肥时沼液需要进行稀释，按照作物养分需求或土壤 EC 将沼液稀释到不同浓度，也可以与化肥混合配施。沼液做追肥施用的温室作物包括番茄、黄瓜、西瓜等，追肥的频率由作物的生长期长短确定，一般 15~20天追肥 1 次。西瓜、番茄需将沼液浓缩后喷施到作物叶面上，其他一些蔬菜需要在行间开沟施入，或者在菜根处挖穴浇灌根，用量一般控制在 1 t/667 m2。沼液作为灌溉水施用时，把沼液加入水中随水均匀施入土壤。此外，也需要注意沼液的施用时间，相同条件下，冬季沼液施肥量要大于夏季施肥量，宜在早上或傍晚进行，避免中午或下午光照强时施加沼液，气温高时幼苗时期沼液兑水喷施，气温低时作物生长中后期可直接喷施。
通过对温室内沼液还田利用技术的综合分析，可见温室内沼液还田处理技术有多种方式，各有利弊，现有沼液还田处理技术也在不断完善之中。未来研究一方面，要深入开展设施温室内沼液还田利用技术工艺研究，重点解决沼液长期还田对不同温室环境、不同作物的生长影响及风险防控问题，加强温室内沼液还田相关标准规范制定，开展设施温室内沼液还田的配套装备研发，打通沼液还田的技术装备壁垒。另一方面，还应积极探索沼液还田的新模式，结合当地沼气工程资源条件、种植户实际需求等选用合适的技术，减少沼液异地运输成本，实现沼液就地消纳，构建基于沼液资源化利用为纽带的设施温室种养平衡循环农业模式，提升设施农业绿色发展水平。
作者：马艳茹，张朋月，刘森泓（华中农业大学工学院，农业农村部规划设施研究院农村能源与环保研究所，农业农村部资源循环利用技术与模式重点实验室）
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