不同养殖规模猪场沼气工程沼液养分差异性分析

董越勇，聂新军，王 强，叶 波，刘银秀，范志斌，金 娟

(1.浙江省农业生态与能源办公室，浙江 杭州 310012； 2.浙江省农业科学院 农产品质量标准研究所，浙江 杭州 310021)

不同养殖规模猪场沼气工程沼液养分差异性分析

董越勇1，聂新军1，王 强2，叶 波1，刘银秀1，范志斌1，金 娟1

(1.浙江省农业生态与能源办公室，浙江 杭州 310012； 2.浙江省农业科学院 农产品质量标准研究所，浙江 杭州 310021)

对浙江省全省范围内30个不同养殖规模猪场的沼气工程沼液进行养分调查和差异性分析。结果表明，不同养殖规模猪场的粪污经沼气工程充分发酵后产生的沼液pH值呈现中性及弱碱性，pH值稳定性好，可在农作物种植过程中直接施用。沼液样品有机质含量在0.01%～0.80%，不同养殖规模猪场配套的沼气工程沼液有机质含量差异性较大，这与猪场养殖规模、生猪喂养方式、猪场管理水平、粪便清理程度、沼气工程发酵工艺及运行参数等因素有关。不同养殖规模猪场的沼气工程沼液中含有氮磷钾等大量营养元素，且单一养分含量差异性较大。沼液中氮磷钾含量均呈现总氮>总钾>总磷的趋势，且氮元素主要以铵态氮形式存在。与单一养分含量相比，不同养殖规模猪场的沼气工程沼液总养分含量差异性相对较小，且养分含量较化肥低很多。由于不同养殖规模猪场的沼气工程沼液养分含量有差异，且部分养分指标差异性较大，因此在大规模施用沼液前，应根据实际情况进行肥效试验，确定施用量，科学、合理施用沼液，避免因沼液施用不当而对农作物生长产生影响。

规模化猪场； 沼气工程； 沼液； 养分差异

粮猪安天下，生猪生产是农业生产的重要组成部分，是发展生态循环农业的重要环节。我国既是养猪大国，也是猪肉消费大国，生猪饲养量和猪肉消费量均占世界总量的一半左右[1]。发展生猪生产，对于保障市场供应、增加农民收入、促进经济社会稳定发展具有重要意义。从产业发展、环境保护和市场经济规律的角度来看，生猪生产从传统的“低小散乱”向规模化发展是必然趋势。因此，自2013年以来，浙江省大力发展农牧紧密结合的生态畜牧业，加快畜牧业转型升级[2]，利用“三改一拆”和“双清”行动的良好机遇，拆除影响环境的“低小散乱”生猪养殖场(棚)，保留并生态化改造非禁养区规模养猪场。截至2016年底，全省生猪出栏50头以上规模比重91.9%，高出全国平均19.9百分点，出栏500头以上规模比重78.1%，高出全国平均34.8百分点。生猪规模化养殖水平的提高，一方面提高了畜牧业发展产业化水平，另一方面也使得生猪养殖与环境保护的矛盾日益突出，对生猪生产绿色发展提出更加严峻的挑战。

规模化猪场每天产生大量的粪尿污水，猪粪尿中含有大量碳水化合物、含氮化合物等易腐败性有机物，若直接排放，进入天然水体后会使水体浑浊、变黄、变黑，导致水质恶化[3-4]。猪粪尿产生的废气中含有氨、硫化物、甲烷等成分，若废气未及时处理，会产生氨、甲基硫醇、硫化氢等恶臭气体，造成空气中氧含量相对下降，污浊度升高，降低空气质量[5]。大量的猪粪尿污水及其所污染的水体、饲料和空气，最终会导致猪病和寄生虫卵的蔓延与发展，直接影响养猪产业。因此，做好规模化养猪场粪污的安全妥善处理，降低其环境影响，是生猪产业绿色发展必须解决的问题。中央2017年1号文件中指出：推进农业清洁生产，大力推行高效生态循环的种养模式，加快畜禽粪便集中处理，推动规模化大型沼气健康发展[6]。实践证明，利用沼气工程处理猪粪尿对于生猪养殖有百利而无一害。沼气发酵技术可以回收沼气作为可利用的能源，猪粪尿经过沼气工程厌氧发酵以后，粪尿中的氮磷钾等养分没有大的损失，如果在发酵过程中适当加入一部分农作物秸秆，还可以增加肥料的数量[7]。沼气工程厌氧发酵可以去除猪粪尿的臭味，也可以杀死猪粪尿中的寄生虫及有害微生物。猪粪尿厌氧发酵后产生的沼液含有丰富的氨基酸、维生素、植物激素等物质，对病虫害有明显抑制作用，是各类农作物、花卉、果树、蔬菜的优良有机肥料[8]，施用沼液可以提高农产品产量、提升农产品品质[9-10]。

从沼气工程运行的角度分析，规模化猪场养殖规模、生猪喂养方式以及饲料种类变化不大，进入沼气工程的原料数量和性质相对稳定，有利于沼气工程的长期稳定运行。同时，规模化养猪场粪污经厌氧发酵后产生的沼液性质也相对稳定，有利于沼液的后续资源化利用。目前，浙江省沼液年产生量约为800万t，其中规模化养猪场沼气工程产生的沼液占很大一部分。因此，了解不同养殖规模猪场沼气工程沼液的成分构成是一项基础性工作，对于推进全省沼液的资源化利用具有重要意义。为实现这个目标，对全省30个规模化养猪场配套的沼气工程进行了调查，对沼液样本的pH值、有机质、氮、磷、钾等指标进行分析，以期为不同养殖规模猪场沼液的合理利用提供基础数据和技术支撑，为全省生态循环农业发展和环境保护提供指导。

1 材料与方法

1.1 采样点

2016年11月15日至12月5日，在全省29个县(市、区)挑选30个规模化猪场的沼气工程进行调查采样。采样期间全省最高气温5～25 ℃、最低气温2～18 ℃。

30个规模化猪场按照存栏量分为4个档次，≤1 000头的有8个，>1 000～5 000头的有12个，>5 000～10 000头的有5个，>10 000头的有5个。30个规模化猪场配套的沼气工程厌氧发酵工艺有CSTR工艺和UASB工艺2种，其中CSTR19个，UASB11个；沼气工程运行时间2～<5 a的有18个，5～<10 a的有9个，≥10 a的有3个；厌氧发酵池容积≥300 m3的有23个，其中≥500 m3的有15个。

30个规模化猪场均采用干清粪工艺，发酵原料均为猪粪尿+冲洗水。沼气工程取样期间运行良好。供检样品均取自厌氧发酵池排放出的沼液。

1.2 采样方式和样品

每个采样点在采样当天的9:00—10:00、11:30—12:30、14:00—15:00分别采集3份样品，每份样品的量应相同且不少于300 mL。然后将3份样品均匀混合成1份样品，以供检测。供检样品装入500 mL PVC瓶中，密封、冷藏保存，24 h内送往检测机构进行分析测定。如果指标无法一次性测完，剩余样品加入浓硫酸酸化，并于0～4 ℃条件下保存。

1.3 测定项目与方法

样品pH的测定采用电极法(NY/T 1973—2010)，有机质测定采用重铬酸钾容量法(NY 525—2012)，总氮、总磷和总钾的测定参照有机无机复混肥料的测定方法(GB/T 17767—2010)，样品铵态氮的测定采用蒸馏后滴定法(NY/T 1116—2014)。

1.4 数据统计

测定数据采用Excel软件进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 沼液pH指标变化情况

根据表1中的检测结果可知，沼液样品pH值在6.89～8.68，大多呈现中性及弱碱性，这与国内相关研究的结论大体一致[11-12]。不同规模养猪场的沼气工程沼液pH值差异性不大，这是因为不同规模养猪场配套的沼气工程目前均正常运行，且运行时间都在2年以上，整个系统比较稳定，厌氧发酵池中各种微生物相对比较活跃，能够充分分解料液中的有机酸，使pH值保持在一个相对稳定的水平。在所有采样点中，生猪存栏量在10 000头以上养猪场的沼气工程沼液pH值波动幅度及差异性最小，这是因为此等规模的养猪场其养殖方式、粪便清理方式以及沼气工程厌氧发酵工艺基本一致，在沼气工程正常运行的前提下，pH值相对比较稳定，差异性也就较小。

表1 不同养殖规模猪场沼液pH值变化情况

2.2 沼液有机质含量变化情况

根据表2中的检测结果可知，沼液样品有机质含量在0.01%～0.80%，有机质平均含量为0.22%。不同养殖规模猪场配套的沼气工程沼液有机质含量差异性较大，变异系数达到87.52%。这是因为猪场养殖规模不同，生猪喂养方式、猪场管理水平、粪便清理程度、沼气工程发酵工艺及运行参数不尽一致，厌氧发酵池中料液浓度、料液停留时间、微生物活性及种类、有机质颗粒分解速度以及沉降速度均有所差异，沼液有机质含量存在较大差异在所难免。

表2 不同养殖规模猪场沼液有机质变化情况

不同养殖规模的猪场之间，沼液有机质平均含量呈现(≤1 000头)<(>5 000～10 000头)<(>1 000～5 000头)<(>10 000头)的趋势。这是因为生猪存栏量在1 000头以下的养猪场管理水平较低，猪舍清理次数及频次较多，冲洗水用量较多，进入沼气工程的料液有机质含量较低，导致沼液的有机质含量也较低。生猪存栏量在10 000头以上的养猪场管理水平较高，猪舍清理时冲洗水用量少，进入沼气工程的料液有机质含量相对较高，进而沼液中有机质含量也相对较高。

同一档次养殖规模的猪场之间，沼液有机质含量差异性较大。其中，≤1 000头养猪场的沼气工程沼液有机质含量差异性最小，变异系数为48.34%；>10 000头养猪场的沼气工程沼液有机质含量差异性最大，变异系数为86.72%。由于本次调查为单次采样，未进行连续采样和跟踪分析，因此造成这种现象的原因有待进一步研究和分析。

2.3 沼液养分含量变化情况

根据表3中的检测结果可知，沼液样品总氮含量范围为0.04%～0.35%，且沼液中的氮主要以铵态氮形式存在，铵态氮含量范围为0.03%～0.28%，占总氮的62.5%～99.0%。沼液样品中总磷含量范围为0.001%～0.05%，总钾含量范围为0.029%～0.149%。不同养殖规模猪场的沼气工程沼液中大量养分元素的含量均保持总氮>总钾>总磷的趋势。总体上看，不同养殖规模猪场的沼气工程沼液养分含量差异性较大，其中总钾含量差异性最小，总氮次之，总磷含量差异性最大，由于厌氧发酵过程对氮磷钾元素的削减量很少，因此造成这种现象的原因与料液中氮磷钾的含量差异性有关。沼液中总养分(总氮+总磷+总钾)含量为0.117%～0.549%，与单一养分元素含量差异性相比，不同养殖规模猪场的沼气工程沼液总养分含量差异性相对较小。

表3 不同养殖规模猪场沼液养分含量变化情况

不同养殖规模猪场的沼气工程沼液中总氮、总磷平均含量呈现(≤1 000头)<(>5 000～10 000头)<(>1 000～5 000头)<(>10 000头)的趋势，总钾、总养分平均含量呈现(>5 000～10 000头)<(≤1 000头)<(>1 000～5 000头)<(>10 000头)的趋势。沼液中氮磷元素的含量与悬浮颗粒物的数量有关，一般情况下，悬浮颗粒物数量越多，其氮磷钾含量也就越高。养殖规模小的猪场，特别是存栏量在1 000头以下的猪场，管理水平低，猪舍清理过程中冲洗水用量多，导致发酵料液中悬浮颗粒物的数量较少、浓度较低，而存栏量在10 000头以上的养猪场管理水平较高，猪舍清理时冲洗水用量少，进入沼气工程的料液悬浮颗粒物数量及浓度相对较高，因此会出现存栏量1 000头以下的猪场沼气工程沼液中氮磷含量低、存栏量10 000头以上的猪场沼气工程沼液中氮磷含量相对较高的现象。

3 小结

30个不同养殖规模猪场的粪污经沼气工程充分发酵后产生的沼液pH值呈现中性及弱碱性，且pH值稳定性好，因此这些沼液可以在农作物种植过程中直接施用。

沼气工程沼液有机质含量与猪场养殖规模、生猪喂养方式、猪场管理水平、粪便清理程度、沼气工程发酵工艺及运行参数等因素有关联，因此不同养殖规模猪场的沼气工程沼液有机质含量差异性较大。在清粪工艺相同的情况下，生猪存栏量、猪场管理水平、冲洗水用量等因素都会影响沼气工程对有机物的去除效果。一般情况下，生猪存栏量少、猪场管理水平低、猪舍清理冲洗水用量多，进入沼气工程的料液有机质含量就较低，进而导致沼液的有机质含量也较低。

不同养殖规模猪场的沼气工程沼液中含有氮磷钾等大量营养元素，且单一养分含量差异性较大。沼液中氮磷钾含量均呈现总氮>总钾>总磷的趋势，且氮元素主要以铵态氮形式存在。与单一养分元素含量差异性相比，不同养殖规模猪场的沼气工程沼液总养分含量差异性相对较小，且养分含量较化肥低很多。由于不同养殖规模猪场的沼气工程沼液养分含量有差异，且部分养分指标差异性较大，因此在大规模施用沼液前，应根据实际情况进行肥效试验，确定施用量，科学、合理施用沼液，避免因沼液施用不当而对农作物生长产生影响。

本次调查分析为单次采样，未进行连续采样检测和跟踪分析，因此不同养殖规模猪场的沼气工程沼液有机质及养分含量差异性较大的具体原因有待进一步研究和分析。

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2017-10-10

浙江省科技厅重点研发计划项目(2015C03013)；浙江省“三农六方”科技协作项目(CTZB-F160728AWZ-SNY1-20)

董越勇(1963—)，男，浙江绍兴人，农业技术推广研究员，从事农业生态能源技术推广研究工作，E-mail: zjhzdyy@126.com。

文献著录格式：董越勇，聂新军，王强，等. 不同养殖规模猪场沼气工程沼液养分差异性分析[J].浙江农业科学，2017，58(12)：2089-2092.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171201

S141

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0528-9017(2017)12-2089-04

张瑞麟)