沼液滴灌施肥工程建设及其应用

特约专稿

专家简介：邹国元，研究员，北京市农林科学院植物营养与资源研究所副所长，北京市现代农业产业体系叶类蔬菜团队岗位合作专家，中国农学会高新技术农业应用专业委员会理事，北京市新世纪百千万人才工程人选和中国农学会第十届青年科技奖获得者。主要研究方向为作物营养与施肥。先后从事提高氮肥利用率、农业有机废弃物处理与利用、新型肥料开发、农业面源污染监测与防治等研究工作，曾主持和参加过10多个国家及省部级植物营养相关科技项目。近年来在相关领域获得“堆肥反应装置”等专利5项，获省部级奖励6项，发表论文、著作共计50余篇。

在国家及相关部门的重视下，我国沼气工程发展迅速，沼气作为新能源为我国农村地区能源供应作出了重要的贡献。与此同时，作为沼气工程的副产物沼渣、沼液，其产生量大、养分含量高，是理论上的良好有机肥源，但在实践中未能得到较好的利用，有的地方因沼渣、沼液随意排放甚至成了新的污染源。沼渣、沼液不能得到有效利用，涉及到的机制、技术原因很多，其中沼渣沼液不分、状态粘稠、施用不易是重要的原因之一。尤其是在有机肥施用的主要区域——蔬菜、果树种植体系，由于很多基地均配套滴灌、微灌工程，施肥中水肥一体化管理是大势所趋，沼液如何进入灌溉施肥系统是个制约性问题，其核心是要解决沼液的固液分离，实现分级精细过滤，将沼液纳入滴灌系统；这样既在技术上解决了沼液与滴灌系统难对接的问题，又在实践上解决了当前农事管理中人工短缺、常规沼液施肥农民不愿干的问题。

一、沼液滴灌施肥工程构成及功能

在确定好沼液滴灌施肥工程建设位置后，即可进入规划建设阶段。

沼液滴灌施肥工程由三个部分构成，分别为沼液储存、粗过滤和曝气系统部分（A），沼液细过滤和自动配比、反冲洗和主体控制系统部分（B），以及田间沼液灌溉部分（C）。其中B部分是全工程的主体部分，控制着A区的曝气系统和C区的沼液灌溉体系（图1）。

沼液在A区经过2级过滤之后，由泵抽取至B区，在B区经过第三次过滤并与清水混合配比到达C区，实现沼液的灌溉施肥。而在第三级过滤中留下的细微沼渣，则通过B区的反冲洗系统冲回到A区的一级过滤池，实现循环运转。

A区由沼液注入口和储存池构成，储存池分为沼液过滤储存池和清水储存池，其中沼液过滤储存池又可分为三个部分，分别为沼液沉淀池、沼液过渡池和清液池，三个池子中间用过滤网隔开；沼液在经注入口倒进沼液沉淀池后，经沉淀后过20目的过滤网进入沼液过渡池，其后通过沼液过渡池与清液池之间60目的过滤网过滤到清液池中，最后用抽污泵送至B区与清水混合后等待灌溉施用。

由于沼液过滤时会有沼渣附着在过滤网上，易造成网眼堵塞，本工程中在B区工作房内安装有气泵，经主控制系统发出指令后，可以通过网下的曝气管对网进行曝气处理，从而将过滤附着物冲开，实现沼液无堵塞过滤，解决了沼液过滤的初步堵塞问题。

沼液和清水分别经水泵送至B区，进入叠片式过滤器，过滤精度120目，滤后利用电动调节阀调整后二者混合，形成水—沼液混合液体，通过输送管道进行施肥灌溉。

沼液与清水混合后供到C区，为保证因可能有多个地块同时灌溉施肥情况下的沼液供应，在主管道上设一个变频加压泵，当管道内的水压变低时，加压泵自动开始工作，以满足压力需求。

沼液滴灌施肥工程的建设应该按照各地目标作物、种植方式、气候条件等因素做好合理规划然后进行实施，充分发挥工程效益。工程首部位置应选择在交通方便、离水源近的地方为宜，方便沼液的运输和灌溉水源的接入。在北方高寒地区，建议将工程首部集中建在温室、大棚或室内，以保证冬天灌溉肥水的适宜温度和维持过滤系统的正常运行。

二、沼液滴灌施肥的实现

沼液滴灌施肥工程建好通过调试后就可用于正常的灌溉施肥了。滴灌施肥的一般程序简单易行，步骤如下：（1）打开灌溉目标区域滴灌开关；（2）打开主管道开关；（3）启动电源（包括380伏电源总开关，380伏水泵电源，气泵电源，控制柜专用电源）；（4）主显示屏出现操作界面，根据主界面提示进行操作，点击启动灌溉键和自动反冲洗键；（5）按变频启动开关，启动完成；（6）进入工作状态（一般持续工作时间不超过10小时）；（7）完成滴灌施肥后，停机要先按停止灌溉键，然后再按停止冲洗键，关闭电源；（8）关闭主管道开关；（9）关闭田间滴灌开关。

在沼液滴灌施肥管理中，为了保证施肥效果和设施设备的可持续利用，应注意以下问题：

1. 沼液必须经过滤（120目以上）才能进入滴灌系统进行作物的灌溉施肥。

2. 施肥前，检查滴灌系统是否正常工作。开关打开，系统运行压力适宜，出水均匀，田间主管道和毛管确保不漏水才能开始滴灌。

3. 施用的沼液肥料须控制好浓度。沼液必须和清水混合后才能灌溉，混合后的沼液电导率必须保持在3000μS/cm（微西门子/厘米）以下。

4. 若肥液不能正常进入管道，检查阀门是否已经打开，底阀有无堵塞，泵内空气是否排出，连接是否密封。离心泵须检查是否反转。

5. 经常田间巡查滴灌的工作情况，修补跑水漏肥的地方。

6. 若第三级过滤池的沼液抽完，用反冲洗管将滤网上的渣滓反冲干净，使沼液可以顺利通过滤网。

7. 调节施肥球阀的关闭程度以保持沼液的灌溉浓度，一个灌溉区单次的施肥时间控制在2～3小时内，保证施肥均匀性和肥料养分不流失。

8. 灌溉和施肥都要控制时间，保证不过量灌溉。可以挖开土壤剖面判断湿度，使作物根系范围内灌溉湿润即可。否则浪费水肥电，严重则导致减产无收。

9. 运行时，变频开关须拨到“变频”档。反冲洗过滤器不能自动冲洗时必须人工冲洗过滤器。毛管则每月用清水冲洗一次。

三、沼液用量的精准控制

总量控制。为提高沼液灌溉施肥的水肥利用效果，建立合理的施肥灌溉模式非常重要。其中包括施肥总量的确定、分期施肥配比以及不同沼液原料的选择等。作物全生育期总施肥量取决于作物达到目标产量的需肥量，受到产量目标、土壤特性、肥料供肥特性等的影响，在土壤、作物等相关条件相同情况下，沼液与化肥的相对肥效如何？明确这一点，对于确定沼液的合理用肥量具有重要的借鉴和指导作用。以鸡粪沼液为例，通过在油菜、番茄、芹菜、玉米等作物上的等氮量施肥试验，结果表明，等氮供应条件下沼液的当季肥效与化肥相当或略好，说明沼液用（氮）量的确定可以参照化肥的用（氮）量来进行。沼液肥效较好，与其养分的有效性密切相关，我们测定了以鸡粪为原料生产得到的沼液养分情况，发现其速效氮（铵态氮+硝态氮）含量占全氮含量的83%。

分期控制。在明确了某种作物栽培期间需用沼液总量的基础上，根据作物栽培时长及拟灌溉频次情况，再结合作物不同生长阶段需肥特点，合理安排沼液分次施用方案。如计算得到某种作物全生育期需用追肥沼液5立方米，预计作物生长期间共需滴灌10次，可以采取“每水带肥”的方式进行灌溉施肥，每次滴灌时可平均带入0.5立方米的沼液量，根据作物不同生育期需肥量的差异，不同时期加入沼液量可作适当调整，进入作物收获后期可停止加入沼液；针对某些灌溉施肥面积较大、地块较多的园区，希望相对集中地进行沼液滴灌施肥，也可以采用将沼液分为几次集中施用，如上例，可根据作物常规施肥管理方法基于重点施肥阶段将沼液按3～5次灌溉随水滴灌施肥。应注意的是，由于施肥相对集中，每次带入的沼液量和灌溉用水量要匹配，要保证沼液充分的稀释，避免浓度过高而影响作物正常生长。

沼液检测。根据原料情况灵活掌握，沼液应用中要充分了解所用沼液的原料情况，不同来源的沼液其养分含量差异较大，最好结合化学测试，对沼液速效氮、磷、钾及EC值（可溶性盐含量）作全面的了解，便于合理地确定施肥量。

四、沼液滴灌施肥工程运行效益分析

经过多年来的试验示范，沼液滴灌施肥工程表现出了良好的效益，不仅有明显的增产增收效果，而且可以降低肥料投入，减少施肥所需的人工投入、改善施肥环境、促进沼液精准化利用，受到了广大用户的欢迎。随着技术工程的不断成熟，来自农业生产基地和沼气工程方的沼液施肥配套工程建设需求日益强烈。

（一）经济效益

据在北京某有机农场的试验示范结果表明，采用沼液滴灌技术后，可提高蔬菜产量10%～15%，按照蔬菜现行价格，每亩可增收1000～1300元；施用沼液之后，有机肥的用量可以减少一半，每年每个大棚可以节省有机肥3吨，按市场价格500元/吨计算，每亩净节省开支1500元，因此每亩蔬菜共增收节支2500～2800元。另一方面，从沼液滴灌工程产投情况来看，这也是一项值得投资的工程。一套覆盖灌溉面积200亩地的沼液滴灌工程，除去常规的灌溉设施以外，新增的沼液分离、混合、反冲洗、基建等设施一般为30万元左右，该工程按照10年进行折旧计算，则每年折旧3万元，计每年每亩地150元，按一年种2茬蔬菜来算，则每茬蔬菜上分摊到的成本为75元。当前施用沼液的成本几乎可忽略不计或者非常低，因此，与施用其他肥料相比，采用沼液滴灌施肥的成本相当低廉。

（二）社会效益

采用沼液滴灌施肥工程后社会效益也很明显，一是促进就业和社会化服务，如果工程能够得到逐步推广，将明显推进沼气工程产业链条的延伸和沼渣沼液利用社会化服务体系的建设，无论对上游还是下游产业的发展都是有利无害的；二是减少施肥用工，促进标准化管理，一个以施有机肥为主的生态、有机农场，要实现有机肥追肥，用工量大、工作辛苦，无人愿干，改变为沼液滴灌施肥工程后，施肥工作变为简单的开关设备即可，既方便又节约时间，同时还增加了施肥的准确度。一套覆盖200亩灌溉面积的沼液滴灌施肥设施的建成，一茬作物上就可以减少施肥用工1000个以上，北京北郊某有机蔬菜园区从装备了该设施后，由原来每个工人负责2个蔬菜温室的日常管理提高到现在的3个温室管理，用工效率明显提高；三是农产品质量有保障，正是基于科学的、精准的水肥管理，水分养分利用效率得到“双提高”，作物的养分供应平衡也有了保障，农产品品质可以得到较好的提升，无论对农户还是消费者都是利好之事。

（三）生态效益

沼液滴灌施肥工程实施后，其生态效益表现在既有效消纳了沼气工程副产品，又避免了因沼液施用不当对农产品产地环境带来不利影响，由此所带来的固碳减排效应将非常显著。当前也有人认为，施用沼渣沼液可能带来重金属污染、盐分累积等环境问题，这需要科学辩证地分析，沼渣沼液中确实含有重金属和盐分，这是从养殖废弃物中带来的，不是因沼气工程措施而新产生或增加的，就如同其他有机肥料一样，要保障安全、减少重金属和盐分的累积，只要科学、精量使用沼液就可以了。