摘要

　　近年来，养殖业产生的畜禽粪便等面源污染是影响浙江省美丽乡村建设的重要限制性因子之一。畜禽粪便含有大量的有机物、病原微生物、寄生虫和重金属等，对畜禽质量造成严重影响，也污染了农业生产和人民生活的环境。沼气发酵等畜禽粪便资源化处理是解决养殖业污染的有效手段之一。但沼液资源化利用技术应用情况因地区而异，对作物品质的影响也缺少系统研究。本研究以杭州市临安区为例，采用文献检索、实地调研等分析了临安区沼液资源化利用的现状、存在的问题等，采用田间实验分析了沼液施用对玉米等作物品质的影响。主要结果如下。

　　1.通过中国知网等专业网站文献检索、临安区於潜镇等地实地调研，梳理了浙江省、杭州市支持沼液资源化利用的政策措施，总结了临安区资源化利用的成效，如构建了综合利用格局、提高了综合利用效率等。分析了其经济效益、社会效益和生态效益等，其中，经济效益方面，主要体现为节约农药、化肥成本，平均每亩每年节省成本 300 元以上。系统总结了目前沼液利用过程中存在的问题，如沼液残留物质的安全性与二次污染、沼液产能过剩与生态消纳地短缺、技术支撑较为薄弱等。分析了这些问题产生的原因，并提出了相应的发展对策，包括加大科研研究力度、积极发展生态消纳地、提高利用科技水平、加大沼液工程投入力度、加大宣传推广力度和健全长效管理机制等。

　　2.在临安区常见山地进行大田实验，研究了施用沼液对玉米和番薯品质的影响。结果发现，施用沼液后玉米产量提高了 33.3%,含水量提高了 33.3%,蛋白质含量降低了 36.3%,总淀粉含量降低了 58.8%,直链淀粉含量提高了 333.1%,维生素含量增加了 12.3%,可溶性糖含量降低了 54.5%,灰分含量提高了 37.5%,玉米果实果皮硬度、韧性和果肉硬度均显着降低。对番薯而言，施用沼液后，产量提高了 7.6%,含水量提高了 7.5%,蛋白质和总淀粉含量分别降低了 49.8%和 12.2%,灰分和维生素 C含量分别增加了 12.5%和 16.2%,可溶性糖含量降低了 55.6%,果皮硬度和果肉硬度均显着降低。这些结果说明，沼液对作物品质影响因成分而异。

　　关键词：沼液；资源化；无害化；效果；

　　ABSTRACT

　　Agricultural non-point source pollution such as excrements of livestocks are thought to be one of key limiting factors in beautiful countryside construction. Excrements of livestocks contains large amounts of organics, pathogenic microorganism, parasite and heavy metals, and thus decreased the quality of livestocks and further affects the environments. Resourceful disposal of excrements such as biogas fermentation are considered as an effective measurement to resolve the excrements pollution. However, the application of biogas fermentationdifferentiated dependent on the areas, and only a few researches concerned on the effects of biogas slurry on vegetables quality. Thus, the present study investigated the status of resourceful disposal of biogas slurry in Lin'an district of Hangzhou Cityby document retrieval, and studied the effects of biogas slurry on the fruit quality of corns. The main results were as follows.

　　1. We combed the policies and measures on supporting the resourceful disposal of biogas slurry by Zhejiang Province and Hangzhou City through document retrieval and spot investigation in Lin'an District. Also we summarize the achievements of resourceful disposal of biogas slurry in Lin'an District. These achievements included construction of comprehensive utilization of biogas slurry, improvement of efficiency of utilization, and so on. Besides, we analyzed the economic benefits, the ecological benefit and social benefit as well. The economic benefits were represented by the reduce of cost, which was about 300 Yuan/ 667 m2. Furthermore, we abstracted the existing problems during the utilization, such as the safety of biogas slurry, surplus production, and lack of technology supporting. Meanwhile we put forward the development countermeasure, including promotion of research, development of ecological elimination places, strengthen the input of biogas fermentation, and aggrandizing propaganda.

　　2. We investigated the effects of biogas slurry on the quality of corn and sweet potato in field conditions. As to corn, application of biogas slurryincreased the production by 33.3%, increased the water content, Vitamin C, ash and amylose by 33.3%, 12.3%, 37.5% and 333.1%, respectively, while decreased the content of protein, total starch and sugars by 36.3%, 58.8% and 54.5% , respectively. Meanwhile, application of biogas slurryreduced the rind hardness, toughness and flesh hardness. As for sweet potato, application of biogas slurry increased the production by 7.6%,enhanced the watercontent, Vitamin C and ash by 7.5%, 16.2% and 12.5%, respectively, while decreased the content of protein, total starch and sugars by 49.8%, 12.2% and 55.6%, respectively. Besides, application of biogas slurryreduced the hardness of both rind and flesh. These results suggested that effects of biogas slurry on fruit quality depended on the variety of vegetables and components.

　　Key words: biogas slurry;Resourcing;harmless;effect

　　目录

　　1.文献综述

　　美丽乡村是我国社会主义新农村建设的主要任务之一。近年来，由养殖业发展引起的面源污染成为影响美丽乡村建设的重要限制性因子之一。养殖业产生的畜禽粪便，含有大量的有机物、病原微生物、寄生虫和重金属等，不仅对畜禽质量造成严重影响，更是污染了农业生产和人民生活的环境，进而影响人们身体健康。2017年国家统计局数据显示我国生猪存栏数43325万头，全国生猪粪尿排泄总量约8.7亿吨。环保部和农业部公布的数据显示，2010年我国畜禽养殖业的化学需氧量和氨氮排放量分别达到1184万吨和65万吨，占全国排放总量的比例分别为45%和25%,占农业源的95%和79%,养殖业污染成为农业污染的主要源头。畜禽粪便资源化处理是解决养殖业污染的有效手段之一。2018年中央1号文件《中共中央国务院关于实施乡村振兴战略的意见》提出"加强农业面源污染防治，开展农业绿色发展行动，实现投入品减量化、生产清洁化、废弃物资源化、产业模式生态化。推进有机肥替代化肥、畜禽粪污处理、农作物秸秆综合利用、废弃农膜回收、病虫害绿色防控".畜禽粪便发酵生产沼气、沼液是资源化利用的重要途径之一。我国的畜禽粪潜力较大，据测算2009年畜禽养殖业粪便资源沼气总潜力约1198.44

　　亿立方米，约合675亿立方米天然气，相当于当年中国天然气消费量的77%.截至2015年底，全国农村沼气用户已达到4193.3万户，建设各类沼气工程11.1万处，总池容1893万立方米，年产沼气157亿立方米。

　　1.1沼液概况

　　1.1.1沼液的生产过程

　　将养殖业畜禽粪便（或人粪便）、农作物秸秆等有机物质投入密闭的沼气池内，在厌氧条件下经过微生物发酵产生的液态和固态残留物，主要可分为3个阶段。一是液化阶段，把固体有机物转化成可溶于水的物质，由不产甲烷微生物分泌的胞外酶对有机物进行体外分解；二是产酸阶段，可溶性物质进入微生物细胞后进一步分解变为小分子化合物，主要由胞内酶起作用；三是产甲烷阶段，小分子有机物经产甲烷菌继续分解转化为甲烷和二氧化碳等物质[1].

　　1.1.2沼液的成分

　　因发酵原材料、工艺、贮存方式等不同，沼液的成分和含量有很大的变化。通常沼液的主要成分包括大量元素氮、磷、钾，微量元素铁、锰、铜、锌，多种氨基酸以及生物活性物质等。一次以猪粪为发酵底物的沼液测定结果显示[2],沼液pH为7.57,电导率为10726.3us/cm,氮、磷、钾含量分别为4238.5mg/L、42.1mg/L和350.0mg/L,微量元素铁、锰、铜、锌含量分别为240ppb、38ppb、140ppb和120ppb,含有半胱氨酸等17种氨基酸，总含量达15.7mg/L,其中半胱氨酸、丝氨酸和苏氨酸含量较高，分别为2.925mg/L、2.07mg/L和1.41mg/L.沼液中还含有玉米素、赤霉素、吲哚乙酸等身无活性物质，含量范围为0.2-3.5ug/L.研究还发现猪粪发酵沼液中检出了砷、铬、镉、铅和汞等毒性重金属元素，但均在国标限定范围以内[3].

　　汪崇等发现[5],生产季节对沼液的成分产生明显影响，夏季发酵的沼液中维生素、矿物质含量均高于冬季发酵，这可能与发酵的温度有关发酵原料及地域是影响沼液成分的主要因素之一。猪粪和牛粪是最主要的发酵原料。柯蓝婷等[6]采集了中国8个省市的43个不同原料家庭户用沼气池的沼液，分析了其化学需氧量（COD）、氨态氮（NH4+-N）、磷酸盐（PO43-）和重金属等，发现以牛粪和秸秆为原料的沼液COD浓度较高，猪粪和混合粪便为原料的沼液氨氮浓度较高，都超过1800mg/L,牛粪原料沼液氨氮浓度仅为450mg/L;沼液中汞的污染较严重，且在不同原料和不同地区的沼液中具有普遍性。靳红梅等[7]发现不同原料发酵后氮素的转化效率并不相同，猪粪厌氧发酵后沼液中氮素增加了10.7%,而牛粪发酵后氮素降低了8.7%.

　　1.2沼液资源化利用的法律与政策

　　由于畜禽粪便造成的巨大污染和沼气沼液的应用价值，我国政府制定了系列法律法规、政策来限制畜禽粪便的排放，鼓励农业废弃物的资源化利用。

　　1.2.1相关法律法规

　　主要包括两类法律法规，一类是命令控制型。2001年以前，主要以《环境保护法》、《水污染防治法》、《固体废物污染防治法》、《大气污染防治法》和《畜牧法》等作为执法依据进行管理畜禽污染。此后又制定了专门的法律法规或对原有法律进行修订。2014年开始实施的《畜禽规模养殖污染防治条例》明确规定畜禽养殖场和养殖小区必须依法进行环境影响评价，而未建设污染防治配套设施的，相关的主管部门可以责令其停业。条例还明确提出"国家鼓励和支持沼气制取、有机肥生产等废弃物综合利用以及沼渣沼液输送和施用、沼气发电等相关配套设施建设。"2015年开始施行的《中华人民共和国环境保护法》提出"从事畜禽养殖和屠宰的单位和个人应当采取措施，对畜禽粪便、尸体和污水等废弃物进行科学处置，防止污染环境。"这是首次将畜禽粪便污染治理明确写入《环境保护法》。另一类是激励型法律，以法律形式鼓励畜禽粪便的资源化利用。如《可再生能源法》和《节约能源法》鼓励县级以上各级人民政府增加对农业和农村节能技术、节能产品推广应用的资金投入。《中华人民共和国企业所得税法》和《中华人民共和国企业所得税法实施条例》对涉及沼液的资源化利用减免所得税，税法规定："符合条件的环境保护、节能节水项目，包括公共污水处理、公共垃圾处理、沼气综合开发利用、节能减排技术改造、海水淡化等。这些项目的所得，自从项目取得第一笔生产经营收入所属纳税年度起，第一年至第三年免征企业所得税，第四年至第六年减半征收企业所得税".2017年修订的《中华人民共和国增值税暂行条例》，将纳税人销售或者进口沼气税率从13%进一步降低到11%.

　　1.2.2支持政策

　　自1993年开始，中央政府制定了系列政策，支持鼓励发展沼气沼液产业。1993年农业部发布了《农村沼气建设国债项目管理办法（试行）》，发行国债对农村沼气建设项目予以补贴，此后于2000年、2007年和2012年多次制定文件支持农村沼气建设。2016年10月农业部联合发改委等六部委印发《关于推进农业废弃物资源化利用试点的方案》，提出探索市场主导、政府扶持、鼓励和引导企业参与农业废弃物资源化利用模式的总体思路。据统计，中央政府已累计投入400多亿元支持发展沼气建设。[8].2009年中央对农村户用沼气的补贴标准进一步提高，对东北、西部地区每户补助1500元，对中部地区每户补助1200元，对东部地区每户补助1000元。

　　习近平总书记在中央财经领导小组第十四次会议上指出，以沼气和生物天然气为主要处理方向，以就地就近用于农村能源和农用有机肥为主要使用方向，力争在"十三五"时期，基本解决大规模畜禽养殖场粪污处理和资源化问题。2017年5月，国务院办公厅发布了《国务院办公厅关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》（国办发〔2017〕48号），旨在提高畜禽养殖废弃物的资源化利用水平。2017年发展改革委和农业部联合发布了《全国农村沼气发展"十三五"规划》，提出农村沼气转型升级取得重大进展，产业体系基本完善，多元协调发展的格局基本形成，2020年沼气用户将达到4303万户，沼气产量达207亿立方米，沼肥产量达9751万吨。为此，中央财政在"十三五"期间将累计投资500亿元。在规划中还明确提出重点任务之一是"大力开展沼渣沼液生产加工有机肥、基质、生物农药等多功能利用，试点推广植物营养液、生物活性制剂等高端产品，推广以农村有机生活垃圾作为沼气原料生产沼肥，提高沼气项目综合效益".

　　1.3沼液资源化利用的方式

　　如前所述，由于沼液中含有较高的营养元素和氨基酸等，沼液常用作肥料、浸种剂、土壤改良剂等，也可用于病虫害防治。

　　1.3.1肥料沼液

　　既可以作为肥料进行单独使用，又可以和农药、化肥及生长剂结合使用。沼液既可作为叶面肥，也可直接施入土壤中，补充作物必须的营养，调节生长发育进程。刘向林等[9]研究发现，连续施用沼液8年且基本不施有机肥，土壤pH值显着提高，土壤N、P、K和有机质含量均处于养分高值范围。黄继川等[10]发现随着沼液施用量增加，稻田土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾的含量持续增加，且连续施用沼液存在累积叠加效应。郑学博等[11]发现，沼液化肥配施能提高土壤全氮、硝态氮、氨态氮、有效磷和有效钾含量，提高了有机质含量，改善了有机质活性，其中30%沼液处理效果最佳。万海文等[12]在小麦旱地的研究发现追施沼液可增加土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶和脲酶活性，提高土壤碱解氮、速效磷、速效钾及有机质含量，在沼液施用水平为22500kg/hm2,并在拔节期、孕穗期各追施1次的效果最佳。

　　1.3.2浸种剂

　　因沼液中含有赤霉素、玉米素、吲哚乙酸等活性物质，采用适当浓度的沼液浸种可以有效提高作物种子萌发速率和发芽率，提高种子活力。同时由于沼液成分较复杂，可能含有过量重金属等，可能会降低种子活力。魏芳勤等[13]发现采用25%沼液对花魔芋实生种子浸种24h能提早萌发，发芽率提高8.4%.饶硕等[14]发现，头孢菌素C菌渣厌氧发酵沼液浸种黄瓜存在明显的浓度效应。采用原液浸种会抑制黄瓜种子萌发，其发芽率从92%降低到83%,随着稀释倍数的增加，抑制效应逐渐解除。稀释100倍沼液浸种黄瓜后，芽长、根长和地上部鲜重分别比对照提高了13.2%、24.0%和29.2%.倪天驰等[15]发现2%沼液浸种对水稻种子发芽率、萌发速率、幼苗芽长、茎粗及总根长没有显着影响，可增加水稻幼苗根数和芽生物量。10%以上浓度的沼液浸种显着降低了种子发芽率和发芽指数，沼液原液浸种后水稻种子完全不萌发。

　　1.3.3土壤改良剂

　　由于沼液中营养成分、活性物质等多样性，施用沼液可以有效改良土壤。与施用化肥相比，施用沼液能够提高水稻田土壤蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性，微生物群落多样性指数也随之提高[10].孙芹菊等[24]发现，施用适量的沼液（4.3-17.9立方米/亩），花椰菜田土壤pH从8.45降至7.9,EC值也从478μS/cm降至150μS/cm,土壤有机质含量从1.5g/kg升至约2.0g/kg,盐碱地土壤得到明显改良。在甘肃盐碱地的试验表明，每公顷施用1.4t的沼液后土壤肥力显着提高，土壤pH、碱化度显着降低，0-20cm土层脱盐效果显着，但在20cm土层以下出现盐分累积现象[16].郑学博等[17]研究发现，随着沼液全氮比例的增加，土壤细菌、放线菌、真菌数量均呈倒"U"形增加，土壤脲酶活性随沼液全氮比例增加而升高。沼液全氮45%处理显着提高了花生结荚期和收获期土壤脲酶、脱氢酶活性和硝化强度。朱金山等[18]认为，沼液灌溉存在时间效应。随着沼灌年限的增加，土壤pH值逐渐下降，有机质、硝态氮、磷酸盐等养分逐渐累积，稻田土壤微生物群落的物种丰富度逐渐降低，微生物群落的多样性也逐渐降低，这可能与其影响了土壤溶解性有机碳含量有关。

　　1.3.4病虫害防治

　　据统计，沼液可以防治番茄灰霉病等90多种病害和蚜虫等60多种害虫，主要是通过提高植物的抗病虫能力、直接抑制作用和直接杀灭作用等方式[19].董晓涛和杨志[20]发现施用50%、75%和100%的沼液能显着降低了番茄叶霉病发病指数，并伴随着叶绿素含量的提高和过氧化物酶活性的降低，推测可能是沼液提高了抗病性。曹云等[21]发现猪粪沼液配合施用化肥对辣椒疫病的相对防效达79.3%,而仅施用猪粪无显着效果，并发现沼液处理能有效调控土壤微生物群落结构，表现为增加了根际土壤的细菌、真菌、放线菌、荧光假单胞菌及木霉的数量，提高土壤细菌、真菌的多样性指数。进一步的研究发现，沼液中的铵与和腐殖酸可能是主要的抑菌因子，均能抑制疫霉菌游动孢子萌发[22].沼液中的氨态氮由菜青虫取食后进入菜青虫体内，在肠液中溶解和被肠壁细胞吸收到致毒部位，或经呼吸系统进入菜青虫的体内，引起菜青虫中毒死亡，从而提高小白菜的抗虫性[23].

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　　1.4沼液施用对农作物产量和品质的影响
　　1.4.1沼液施用对农作物产量的影响
　　1.4.2沼液施用对作物品质的影响
　　1.4.3沼液施用对作物安全性的影响
　　1.5研究目的、意义和内容

　　2.临安区沼液资源化利用的发展现状
　　2.1研究方法
　　2.1.1文献检索
　　2.1.2交流访谈
　　2.1.3实践分析

　　2.2临安区沼液资源化利用的发展现状
　　2.2.1政策支持
　　2.2.2总体进展
　　2.2.3主要成效

　　2.2.3.1构建了综合利用格局
　　2.2.3.2提高了综合利用效率
　　2.2.3.3拓展利用范围和领域
　　2.2.4成果示范

　　2.3效益和发展前景分析
　　2.3.1经济效益
　　2.3.2生态效益
　　2.3.3社会效益
　　2.3.4带动效益
　　2.3.5发展前景分析

　　2.4存在问题
　　2.4.1沼液残留物质的安全性问题
　　2.4.2沼液产量过剩，生态消纳地短缺
　　2.4.3沼液容易造成二次污染
　　2.4.4群众对沼液利用认识程度不足
　　2.4.5配套管理和机制建立仍不健全
　　2.4.6技术支持层面较为薄弱

　　2.5原因分析
　　2.5.1治污力度空前强大
　　2.5.2环保观念不断加强
　　2.5.3生活品质要求提高
　　2.5.4消纳能力依然薄弱
　　2.5.5资金投入依然不足
　　2.5.6农业用肥来源充足

　　3.沼液资源化利用对农作物的效果比较
　　3.1材料和试验设计
　　3.1.1材料与田间管理
　　3.1.1.1材料
　　3.1.1.2田间管理
　　3.1.2仪器与试剂
　　3.1.2.1仪器
　　3.1.2.2试剂
　　3.1.3试验设计

　　3.2观测指标与测定方法
　　3.2.1样品预处理
　　3.2.2指标测定方法
　　3.2.2.1水分的测定
　　3.2.2.2蛋白质的测定
　　3.2.2.3淀粉的测定
　　3.2.2.4直链淀粉的测定
　　3.2.2.5灰分的测定
　　3.2.2.6维生素C的测定
　　3.2.2.7可溶性糖的测定
　　3.2.2.8质构的测定
　　3.2.2.9田间产量的测定
　　3.3数据分析

　　3.4结果和分析
　　3.4.1水分分析
　　3.4.2蛋白质分析
　　3.4.3淀粉分析
　　3.4.4直链淀粉分析
　　3.4.5灰分分析
　　3.4.6维生素C分析
　　3.4.7可溶性糖分析
　　3.4.8质构分析
　　3.4.9产量分析
　　3.5数据分析与讨论

　　4.总结与建议
　　4.1总结
　　4.2建议
　　4.2.1加大科研研究力度
　　4.2.2积极发展生态消纳地
　　4.2.3提高利用科技水平
　　4.2.4加大沼液工程投入力度

　　4.2.5 加大宣传推广力度

　　从以人为本的思想出发，切实转变干部群众思想观念的作用也是非常巨大的。农业养殖业沼肥的开发利用，是节能减排的重要举措，也是发展农业循环经济的有效手段，更是改变农民观念、调整用肥结构、提高农业养殖种植经济效益的一个途径。因此必须采取多种途径多种形式，向全社会进行宣传推动，转变观念。各级政府和部门要把农村农林废弃物的再生利用作为一项重要工作，建立好服务管理机构，做到项目投资"人财物"的合理配置，服务三农，为民办实事，不能搞一刀切，要因地制宜地解决好养殖业后续环保利用问题。按照"谁污染谁治理"的原则，增强养殖主体的环保意识和责任意识，明确养殖企业作为污染治理第一责任主体，对产生的畜禽粪尿排泄物处理承担相应的义务和责任。要加强对农林牧废弃物资源化综合利用工作的总结和典型宣传，通过形式多样的宣传教育活动，促进全社会树立废弃物资源化综合利用意识，营造良好的社会氛围。进一步提升全民对沼液资源化利用的作用的认识，要进一步改变农民对沼液资源化利用的传统观念，加大宣传、普及、推广的力度，加大财政对宣传推广的保障力度。加大有机肥、沼液肥推广应用力度，推进有机肥替代化肥行动。让沼液作为一种清洁能源、优质的有机肥为更广大的农户所接受，随着循环农业、高效农业、绿色农业、环保农业的理念一并输送给广大农民，得到更广泛的应用。同时，充分利用电子屏、公开栏、电视、广播等形式，在养殖大村、种植大村重点是项目建设地等行政村，大力做好沼液资源化利用项目宣传，确保做好沼液资源化项目工程管护工作，通过宣传增强沼液资源化项目区广大干部群众对项目工程的管护意识，形成大家一起来管好工程、用好工程的共识。

　　4.2.6 健全长效管理机制

　　解决好畜禽养殖污染物的处理利用问题，首先要时刻保持高度警惕，思想上要亮起红灯，克服麻痹松懈思想、厌烦情绪，牢固树立底线思维、红线意识和长效管理思想，持续做好畜禽养殖污染防控工作，保证畜禽养殖业有序健康发展。其次要将畜禽养殖污染防治长效监管保持高压态势，为实现畜牧业健康绿色持续发展提供坚实的保障。将沼液资源化利用的推广应用作为畜禽污染物整治的重点研究工作，以机制促长效，做到治理和监管并重。通过法治化建设不断完善相关法律政策，建立社会化服务长效管理机制，帮助引导社会服务企业正常有序长效运营，完善商品有机肥补贴政策，支持区域性沼液配送服务组织建设，开展沼液储运等专业化、社会化服务，形成运行成本低、效益好的种养循环发展模式。不断健全完善监督管理制度，政府部门应针对沼液资源化利用项目后续管理加大监管力度，由政府和动物卫生监督部门共同实施监督管理，对企业的运行管理和服务效能建立专职管控，确保服务到位，确保养殖场产生的沼液全部得到资源化处理利用，实现沼液零排放。

　　参考文献

　　致谢

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