畜禽养殖污水在茶园中的资源化利用综述

梁艳丽,袁凯丽,刘少群,孙彬妹,肖 熙,郑 鹏

（1.华南农业大学 园艺学院，广东 广州 510642；2.北京市海淀区生态环境局，北京 100089；3.广东晴耕雨读生态发展有限公司，广东 广州 510950）

畜禽养殖业是保证民生的重点行业，我国畜禽养殖量和消费量均居世界第一。但由于养殖户环保意识的薄弱及政府管理不到位等因素，畜禽养殖废弃物不经处理肆意排放，带来大量的资源浪费及严重的环境污染。畜禽养殖污水主要是粪便、尿液、冲洗废液等的混合物，含有大量的有害物质（悬浮物、氨氮等），如未经妥当处理直接排放至自然环境中，会造成水体、大气、土壤以及微生物的污染。畜禽污水直接排放至水中，会引起水体富营养化，水生生物大量繁殖，水中溶解氧供需失衡，水体结构遭到严重破坏；会放出三甲基胺、二氧化硫、硫化铵等有害气体污染空气，危害人体健康［1］；毒害土壤微生物，破坏土壤形态结构，携带的大量病原微生物会使环境中病原菌和寄生虫大量繁殖，影响生态平衡，同时会影响养殖业的生产力水平和经济效益，还会影响人畜健康［2］。

对畜禽废弃物的处理及资源化利用迫在眉睫。随着技术的发展，畜禽污水处理和综合利用变得方便而高效，畜禽污水处理的主要目的是为了减少污水中的有害物质，达到环境排放要求，同时满足植物的营养需求，实现变“废”为“宝”。处理后的污水、固渣可用于农作物的种植，替代化肥。茶树是重要的经济作物，畜禽养殖污水在茶树种植中的资源化利用对提高茶叶品质与产量以及环境保护与可持续发展具有重要意义。介绍目前国内畜禽污水处理方法及制约因素，总结畜禽污水资源化处理产物——沼肥对茶树生长、茶叶品质及产量的影响，并针对沼肥使用存在的主要问题提出建议，以期为实现“零排放”的种养循环模式提供理论参考。

1 畜禽养殖污水处理方法及发展的制约因素

1.1 畜禽养殖污水处理方法

为减少畜禽养殖污水对环境的污染，对畜禽污水采取的处理方法也在不断进步。处理畜禽污水的方法及步骤，首先是预处理，即固液分离，其是畜禽污水处理过程中一道必不可少的前处理工序，也是畜禽污水无害化、资源化处理的关键步骤，是降低污水中总固体含量的重要手段，且能降低后期处理成本，防止后续操作仪器设备受损。固液分离技术一般包括筛虑、离心、过滤、浮除、沉降、沉淀、絮凝等工序［2］。固液分离处理主要分为物化处理和生化处理。物化处理主要包括机械固液分离法、吸附法、吹脱法、电化学氧化法等方法。养殖企业用于固液分离的设备主要有板框压滤机、带式压滤机、离心机、斜板筛挤压机、振动筛挤压机、螺旋解压机等。絮凝法主要包括化学絮凝、磁絮凝、微生物絮凝、电絮凝法。吸附法是利用介质与废水污染物的吸附作用将其从水中去除，常用的介质有沸石。吹脱法是指将废水的pH 调为碱性在气液接触后将废水中的游离氨吹脱至大气中，该方法操作简单易行，但需做好气体的回收。电化学氧化法，主要是通过电极反应产生-OH 等强氧化性活性物直接或间接降解废水中的污染物，但耗电多，且存在安全隐患。水解酸化法是处理畜禽养殖污水中最常用的生化预处理技术，利用兼性厌氧的水解和产酸细菌将水中的难溶性有机物水解为溶解性有机物，使难降解的大分子物质转化为易降解的小分子物质，达到去除的目的。生化处理方法还包括芬顿氧化法、鸟粪石沉淀法等。

为达到环境排放标准要求，预处理后的畜禽废液还需进一步处理。常用的方法有厌氧处理和好氧处理。厌氧处理又称为沼气发酵。因废水中含有大量的有机物，所以常用的方法是厌氧处理，此方法不仅可以去除有机污染物，还可产生清洁能源——沼气。其发酵残留物又称厌氧消化液，俗称沼液，拥有较高的营养价值，在作物种植中广泛应用。我国常用的厌氧处理装置有上流式厌氧污泥床（UASB）、升流式固体反应器（USR）。没有足够土地用于沼液还田利用或自然处理的养殖场的一般采用好氧处理来净化沼液，好氧处理的主要方法有序批式活性污泥（SBR）、缺氧/好氧（A/O）、膜生物反应器（MBR）等［3］。

1.2 畜禽养殖污水处理方法发展的制约因素

畜禽污水的污染不仅在我国普遍存在，同时也是世界面临的难题。随着科学技术的发展，处理仪器与方法也越来越多，越来越智能，但较完善的方法鲜见报道。在实现无害化排放上，还有许多待解决的问题。养殖场的环境、养殖的动物种类、数量等不同，使畜禽污水的成分含量复杂，需提高判断技术；另一方面是企业管理，由于地域差异，有些地方例如北方地区，由于冬春季天气严寒，导致设备稳定性低，达到污水处理排放标准需投入的成本会更高，甚至发生误判，造成二次污染。此外，个别企业盲目追求高端设备，忽略客观条件的影响，造成投入多、运行效果差、运营成本高的尴尬局面［4］；一些养殖散户及中小规模的养殖场环保意识不强，通常把废水直接排放至土壤中，尚未形成良好的管理体系［5］。

2 沼液对茶树生长的影响

2.1 对茶树生长功能的影响

茶树根系具有向肥性、向湿性、忌渍性、向地性等特点，起着固定、吸收、贮藏、合成等作用。影响茶树根系生长的主要因素是土壤pH，茶树根喜酸性，适宜的环境pH 为4.0～6.5，茶树在生长过程中会使土壤酸化，土壤严重酸化会破坏环境，影响茶树对营养元素的吸收，从而影响茶树生长。影响茶树根系生长的另一因素主要是矿质营养元素，例如氮、磷、钾等。其他因素有土壤水分、土壤结构，微生物种类与活性等。而试验证明，处理后的畜禽污水呈弱碱性可有效缓解土壤过度酸化，还含有大量的矿物质元素，可改善土壤结构，增加土壤持水量，降低土壤容重，增强土壤微生物与有关酶的活性，形成较为理想的微生物群落，利于茶树根的生长，促进形成发达的茶树根系［6，7-8］。

茶树生长还会受到如干旱、寒冷等气候的影响。茶树遭遇干旱不仅会使树体水分减少，且树体内酶活性、激素水平等均会受到影响，导致生理代谢减弱；低温会降低酶活性，降低光合作用速率，破坏细胞结构，甚至导致茶树枯竭死亡，在种植过程中有效预防和降低干旱影响，良好的土壤条件是提高茶树应对气候变化的能力的关键。合理适时多施有机肥，提高土壤有机质含量，改善土壤结构是一种重要的防护方法。种植前深垦土壤施以大量的沼肥作为基肥，幼苗追施粪肥，沼肥可直接分解形成腐殖质和胶体，以及通过土壤微生物间的黏性物质促进土壤团粒结构的生成，可改善土壤物理结构，提高土壤肥力和地温，促进壮苗，有利于对抗寒害和冻害。沼液中含有的游离脯氨酸可提高茶树的抗寒能力，还可减轻土壤板结、促进还潮保湿、加强茶树的抗旱能力［7，9-11］。

2.2 沼液施用方式对茶树生长的影响

2.2.1 沼液滴灌 沼肥包括沼液和沼渣，沼渣通常直接入土，用作基肥或者追肥。滴灌是利用塑料管道将水通过直径约10 mm 毛管上的孔口或滴头送到作物根部进行局部灌溉，可实现区域智能化管理，是农业大规模种植节约成本资源的一种重要方式。随着沼液在农业上的推广应用，沼液配合滴灌技术在茶树种植上有着重要作用，其在有效地保持沼肥本身的优势、提供养料的同时，还能精确控制使用量，达到提升茶叶品质的目的，有效节约资源，减少沼肥使用量，增加茶树对肥料的吸收量，降低茶叶生产过程中的投资成本，提升生态效益、经济效益和社会效益，符合新时代绿色、节约、环保、可持续发展主题［12-13］。

2.2.2 沼液喷施 沼液对合适比例的水，配成一定浓度的沼液混合物，在茶叶叶面进行喷施，大约15 d 喷洒1 次，叶面对沼液中营养物质的吸收非常快速，对沼液的利用率高，还可促进茶叶光合作用，对茶叶的生长代谢有调解作用［14］。

2.2.3 其他方式 沼肥与复合肥配施能有效改善土壤环境，增加氮、磷、钾和有机质的含量，提高微生物量碳、氮的含量，而单施有机肥的效果较沼肥与复合肥配施差［15］。

沼液不同的使用量在促进茶树萌芽、鱼叶展，加快生长速度，增加植株高度、芽头密度、百芽重、鲜叶产重的效果有所不同，其施用剂量存在最适浓度。喷施的最适施用量据研究为20～50 kg/667m2，撒施、浇施为1 000～4 000 kg/667m2，作为底肥时，最适施用量为3 000 kg/667m2左右［16］。

3 沼液对茶叶品质及产量的影响

畜禽养殖污水经过一系列规范化资源化处理的产物——沼液，可在农业上进行应用，达到节水、节肥的效果，实现变“废”为“宝”。沼液在茶园中的应用已有初步研究。

3.1 对茶叶品质的影响

畜禽污水经厌氧发酵处理后的发酵残余物沼液，不仅包括氮、磷、钾等植物生长需要的大量元素，还含有大量的有机质、多种氨基酸、微量元素等，营养充分全面，对农作物生长有显著促进作用，且有害化学物质含量低，施用安全高效，可作为有机肥还田，不仅可减少对生态环境的破坏，还可增加土壤有机质含量，改善土壤理化性质［17］。大量试验表明，沼液对提高茶叶品质效果显著，可增加茶叶的全氮、全磷、全钾含量与减少砷、汞、铅、铜、铬、镉等重金属的含量［18］，保护人体健康；可提高水浸出物、游离氨基酸，降低咖啡碱、茶多酚含量和酚氨比，提高茶叶的内在品质［19］；还可提升茶叶的外在品质，例如茶叶的香气浓度、持久度、耐泡性、滋味浓厚度以及茶汤色度等［6］。

3.2 对茶叶产量的影响

发芽密度和百芽质量是影响茶叶产量的重要因素。茶树种植过程中施用沼液，可使茶树萌动期提前，提早抽芽，且新芽结实，芽长粗壮，可以提高发芽密度和新梢芽生长的整齐度，增加百芽重和百叶重，提高茶叶产量［6，17，19-20］。施沼肥能明显促进茶树根系的生长，加强对营养物质吸收利用的能力，叶绿素增加，促进光合作用，其中含有的抗生类物质对一些害虫具有治理效果，均可使叶片健壮，增加茶叶产量［17］。茶叶产量随着施肥量的增加而增加。尽管施肥在茶叶产量中的贡献率比较大，但也不能盲目施肥，而应根据当地的气候、土壤状况等综合因素决定施肥量［20］。

4 畜禽养殖污水资源化产物在茶园中应用存在的问题及建议

4.1 存在问题

茶树种植中使用沼液存在限制因素。一是沼肥的稳定性不可控。因为不同的原料发酵产出的沼肥营养成分会有差别，其中的N、P、K 元素含量也不易稳定控制。二是来源不足。茶园大多都以农户自主经营，分布不集中，难以提供大规模沼气工程保证茶园所需的充足沼肥资源。三是运输不便，成本高。茶园附近若无沼液，需由别处运沼液，运输成本增加，使茶园生产经营成本增加。四是肥效不能保证。运输途中，沼肥中的茶叶所需营养成分会损失。如茶树需要的氨氮类成分会挥发散失，肥力降低［21］。

4.2 建议

为解决沼肥来源地与茶园距离远的问题，可采取2种方式：一是政府加大支持力度，促进集中管理茶园，鼓励和帮助公司建立“猪-沼-茶”的农业模式；二是研发改进沼液浓缩技术，常见的沼液浓缩技术主要包括膜浓缩、蒸发浓缩等，此技术不仅不会影响沼肥本身的功能，还可通过添加养分、微生物菌剂、生长调节剂等复配成专用的液态有机肥料，提升产品价值，但需有效抵消运输的高投入，还应进一步研发、优化浓缩技术，降低成本。

为充分发挥沼肥的作用，应掌握沼肥的特性，作为基肥使用时，在土地深耕时把沼肥撒入土壤中，然后根据茶叶的生长情况进行追肥，不仅为茶树的生长提供良好的营养条件，还可改善土壤环境，实现可持续发展［22］。

5 结语

茶叶的品质除了与制作工艺密切相关外，茶树的品质也至关重要。施肥是保证茶树品质最重要的一个环节，沼肥相比于化肥，在提高茶叶品质上有更大的优势，也正在被广泛应用于茶树种植。目前畜禽养殖污水的处理技术日趋成熟，但沼肥应用于茶园仍存在一些问题亟需解决，如污水量大、处理运输成本高、养殖户环保意识不强、技术设备不成熟、如何与茶园有效的结合等问题。在生产种植中如何实现沼肥利用效率即茶树吸收率最大化，准确快速地了解不同土壤环境下适宜的施肥量，仍然值得探究。在资源有限的情况下，如何利用好畜禽养殖污水，实现高产、高品质、低成本、可持续的“零排放”的种养循环模式，有待进一步研究。