沼液养鱼的研究现状及发展趋势
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摘要：畜禽粪污发酵所产生沼液的处理与综合利用问题已引起学者的广泛关注。综合介绍了国内外利用沼液养鱼的研究现状及发展趋势。主要从沼液的有效成分、沼液促M鱼的生长机制、沼液养鱼技术及效益、沼液养鱼潜在的环境影响和风险等方面进行了评述，并在此基础上提出了今后的研究方向。
关键词：沼液；养鱼；综合利用；研究趋势
中图分类号：X713；S963 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）22-5886-05
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.22.040
Research Situation and Prospect of Biogas Slurry Utilization in Fish Culture
JING Dan-dan1，CHEN Yi-liang1，DAI Cheng2，LI Ping-ping1
（1.College of Biology and the Environment，Nanjing Forestry University，Nanjing 210037，China；
2.COFCO Meat （Jiangsu） Co.，Ltd.，Dongtai 224200，Jiangsu，China）
Abstract： Treatment and comprehensive utilization of biogas slurry generated by animal manure fermentation have attracted wide attention of scholars. This paper introduced the present situation and development prospect of research on biogas slurry utilization in fish culture. The research status was reviewed from several aspects： active constituents in biogas slurry， mechanism of fish growth promoted by biogas slurry， fish-farming technique and benefit by using biogas slurry， potential environmental impact and risk from the biogas slurry utilization. Based on those， research directions in the future were proposed.
Key words： biogas slurry； fish culture； comprehensive utilization； review； research trend
随着中国畜禽养殖范围和规模不断扩大，畜禽粪污量随之增加。中国畜禽粪便产量2011年已达21.21亿t，预计2020年和2030年将分别达到28.75亿t和37.43亿t[1]，环境污染的风险日益增大[2]。厌氧发酵是一种成熟的、低成本、高效率的畜禽粪污处理工艺，产生的沼气是一种清洁能源，利用价值较高[3，4]。近年来，全国各地都在陆续兴建大中型沼气工程，以解决畜禽粪便的集约化处理并实现沼气能源的回收利用。厌氧发酵的产物还包括沼液和沼渣，沼渣脱水后可直接作为农用肥还田，或用于生产高效优质的生态型有机肥料[5]，进入市场销售，用于农作物肥料[6]、观赏性植物的栽培[7]及改良土壤[8，9]等。而沼液量往往很大，直接排放将对环境造成严重污染。沼液的处理处置已是解决“三沼”问题的重点所在。
如何处理和利用沼液，国内外专家学者进行了诸多探索。沼液制备水肥用于农作物种植[10，11]、沼液浸种[12]、沼液作为生物农药[13]、沼液用作猪鸡饲料[14，15]等方面已有较多文献报道，而且有学者进行了综述[16，17]。沼液养鱼也是一个重要的研究方向。从20世纪70年代末开始，中国科研人员即着手进行了沼液用于养鱼的试验[18]。尤其是近十年来，随着环境保护生态农业的快速发展，国内外诸多专家学者，因地制宜地开展了很多沼液养鱼的研究工作，获得了大量科学数据以及有益的经验和结论。本研究基于国内外的各种文献资料，系统地综述了沼液养鱼的研究现状，并提出未来的研究。
1 沼液的有效成分
厌氧发酵的沼液成分十分复杂，其中含有大量水生物能够消纳利用的养分，（沼液典型营养成分见表1～表3），可以分为营养物质、微量元素、生物活性物质等3大类。①营养物。沼气发酵原料长期浸泡水中，原料中大分子物质由微生物降解，可溶性营养成分从固相转入液相，提高了沼液中的速效养分含量[19]。沼液可为养殖水体提供碳、氮、磷等营养元素，被浮游植物及饵料生物直接吸收利用，促使其快速繁殖，提高初级生产力。浮游植物生物量增加也可加强光合作用，释放氧气，改善鱼类的生活环境。②微量元素。沼气原料中所含的微量元素，如铁、锌、铜、锰等，这些元素是动植物体所必需的，可以直接或间接地为鱼类生长提供所需的微量元素。③生物活性物质。沼气发酵过程中微生物的复杂代谢产生具有生物活性的物质，如氨基酸类、B族维生素类、植物生长调节剂类、抗生素类等。沼液中多种氨基酸可补充鱼类在生长发育过程中对氨基酸的需求；B族维生素和生长调节剂能有效促进和刺激鱼类及浮游植物的生长发育；抗生素能有效抑制和杀灭养殖水体中的病原生物，增强鱼体的抗病能力，减少鱼病发生，提高成活率。
2 沼液促进鱼生长机制
沼液可以为水中浮游生物提供营养，增加鱼塘中浮游生物产量，丰富滤食性鱼类饵料[30]，同时可减少向养殖水体施用大量尿素、碳铵等化学肥料带入大量的氮素危害正常生态环境，造成水体污染的问题，也能避免施用新鲜畜禽类便带来的寄生虫卵及病菌而引发的鱼病及损失，保障并大幅度提高效益[31]。
沼液促进鱼类生长的机理主要有两方面：①浮游植物吸收沼液中无机养分，在阳光参与下使其自身得到大量繁殖。浮游植物可直接作为滤食性鱼类的食饵，又可被浮游动物所z食，使浮游动物得到生长和繁殖，后者最终又是滤食性鱼类的食饵。有学者指出，用沼液养鱼后，鱼塘中的含氧量提高了13.8%，水解氮含量提高了15.5%，铵盐含量提高了52.9%，磷酸盐含量提高了11.8%，浮游生物量增长了12.1%，为鱼类营造了良好的水质环境[32]。②在水生生态系统中，微生物是连接非生物因素和生物界之间生产和分解的桥梁。在淡水水产养殖系统中，微生物活动具有更大的意义。Madhumita等[33]证实了施用沼液或者沼液配合饲料施用的鱼塘沉积物中异养细菌数量比施用牛粪或沼液配合无机肥施用异养细菌数量高。同时也表明了施用沼液的鱼塘沉积物―水体之间的相互作用比传统施肥鱼塘好。厌氧发酵残留物分离时，少量沼渣残留在沼液中，沼渣通过细菌的好氧和厌氧分解后产生的营养素及细菌均可被鱼类所利用。细菌除了被浮游动物和水体底栖小动物所摄食，进而被鱼类摄食外，也可直接被鱼类所摄食。沼液施加后各种营养成分的消纳以及食物链形成机制目前还未见报道，可以借鉴邵庆均等[34]有关猪粪水养鱼水体中食物链关系的研究。
3 沼液养鱼技术
沼液是一种缓速兼备的有机肥，既可作鱼塘基肥，又可作追肥。沼液作为鱼池基肥应在鱼池消毒后、投放鱼种前进行，每公顷水面施入沼液3 000～ 4 500 kg，一般不宜超过4 500 kg[35]。实际生产中，一般将沼液作追肥，利用沼液中富含的氨基酸、微量元素和速效氮、磷、钾等营养元素可直接被浮游生物吸收的特点，及时给处于生长期的浮游生物提供所需的营养物质，以保持养殖水体“肥、活、嫩、爽”，实现经济效益和生态效益。胡大彬等[36]在山区进行了沼液养鱼试验，施沼液4 500 kg/hm2作为基肥，4～6月每周施沼液3 000 kg/hm2，7～8月每周施沼液 2 250 kg/hm2，9～11月每周施沼液1 500～2 250 kg/hm2，利用此养鱼技术取得了平均产量和利润比常规养鱼方式增加10%以上的效益。左爱和[37]在新寨乡板山村张保宣的鱼塘进行试验，结果表明，用1 000 kg沼液培肥水质，在养殖过程中每天除投放所需饲料且每天泼撒沼液或沼渣100 kg试验池产量5 173 kg/667 m2比对照池（猪粪水）产量3 990 kg/667 m2，增长1 183 kg，其增长率达28%，效果显著。
沼液养鱼中沼液的投加量、投加频率以及投加时机十分重要，沼液养鱼的技术要点归纳如表4。目前关于沼液养鱼技术的研究还不够系统和深入，经验性较强，科学性和理论性上还有很大的研究空间。
4 沼液养鱼的效益
4.1 提高产量，降低成本
水产养殖业面临的问题是颗粒饲料成本逐渐增加。而大量试验结果表明，利用沼液养鱼不仅减少了饲料用量，降低了鱼病的发生，而且提高了产量，保障并大幅度提高效益。江西省上高县沼气办公室[42]利用沼液沼渣进行养鱼，经过两年的应用，在水面均深1.05 m的池塘内，每年净产成鱼481.6 kg/667 m2，较普通对照塘184.7 kg/667 m2多297.0 kg/667 m2，各类鱼的成活率较对照塘要30.0%～51.0%，净盈利为1 603.3元/667 m2，较对照塘819.5元/667 m2要多783.8元/667 m2；鱼的增肉倍数为7。陶朴良等[43]的研究表明，沼液养鱼使发病率明显降低，经济效益比传统养鱼提高10%～30%。董金锁等[44]等的研究表明，沼液养鱼与常规法养鱼相比，可节约精料40%，每公顷鱼塘增产450 kg以上。龙胜碧等[45]利用沼液在稻田进行生态养鱼试验，结果表明，施沼液两个处理的稻田，鱼苗生长快，每公顷鱼产量分别比对照增产45.5%和49.8%；水稻每公顷比对照增产4.0%、5.1%；纯收入每公顷比对照增加1 830.0元和1 711.5元。Balasubramanian[46]用发酵原料为牛粪的沼液喂鱼，每3 d饲喂1次，在不添加其他任何物质的情况下，经过125 d，产鱼量为4 826 kg/hm2。
4.2 鱼品质的改善
沼液通过肥水，增加水中细菌、原生动物以及浮游生物的生物量，而这些作为鱼类的高质量饵料生物，与人工饲料相比，具有更全面的营养成分。鱼类食用后其品质会有不同程度的提高或改善。张无敌等[47]研究表明，用沼气发酵残留物养殖的鱼类，比用鸡粪作对照养殖的同种鱼类，从鱼肉的营养成分来看，粗蛋白含量明显增加而重金属残留量比对照均有下降。采用全施沼液方法培育夏花鱼种和秋片鱼种，结果表明，沼肥养的鳙鱼、罗非鱼比鸡粪养的粗蛋白及氨基酸分别高0.5%、9.8%、0.18%和2.5%[18]。Mahadevaswamy等[48]用30 kg/100 m2兔粪发酵沼液作为池塘中鲤鱼的惟一饲料来源进行试验，经过120 d的饲养，鱼产量为8.9 kg/100 m3，且鱼的色泽和口味都有改善。
4.3 生态、环境、经济效益
沼气生产中，绝大多数沼气工程产生的沼液随意排放，造成二次污染，致使沼气产业发展停滞不前。沼液替代部分饲料养殖鱼类，为沼液随意排放导致的农业面源污染问题提供了消纳途径，同时给养殖场提供了更大更广阔的发展空间。“畜禽―沼―鱼”模式有机地将渔业和沼气与禽畜产业结合起来，实现了物质和能量的多层次综合利用，减少系统的无效输出，解决了沼液对环境污染的问题，同时获得所需的生物能源，间接起到保护生态环境的作用。此外，也克服了单纯生产沼气经济效益不高的弊病。
5 沼液养鱼的潜在风险
5.1 N、P等营养物质
研究表明，氮、磷是水体富营养化的限制性因素，当总氮在浓度0.5～1.5 mg/L之间为富营养型，总磷浓度大于0.01 mg/L时就有可能引起水体富营养化[49]。养殖期间若投加大量沼液进入水体可能会引起水体氮磷元素营养过剩，且大部分营养元素不能被水产品吸收而只能存留在水中或沉积在水体底部，当大量氮磷进入水体，在适宜环境下就会加速藻类和一些浮游生物的繁殖，形成水华或赤潮，水中的溶解氧被大量消耗[50]，反而对鱼类造成致命的伤害。鱼塘水质可能会超过国家渔业水质标准，进而在鱼塘换排水时进入养殖水域和污染周围环境。
5.2 重金属
沼液对鱼类的影响还表现在其中的重金属上。少量的Cu、Zn等重金属离子是鱼类生长所必需的，但当鱼体内重金属累量超过正常发育所需要的最高容许浓度后就会对鱼产生毒害作用，抑制其生长和发育。尽管未见沼液在养殖过程带来的重金属污染问题的相关报道，但钟攀等[51]研究发现，在重庆地区采集的所有沼液中，As的总超标率达到60%，超标现象较严重，是沼液的主要污染重金属，此外还含有Cr、Hg、Cd等重金属。试验表明，沼液中Cu和Zn含量较高，沼液替代部分鱼饲料使用时，这些重金属可能被鱼类富集而进入食物链，其潜在危害不容小觑[52，53]。
5.3 其他安全风险
受到原料和发酵过程影响，沼液的成分极其复杂。刘喜龙等[54]发现在厌氧发酵过程中，涉及的微生物数量巨大、种类复杂。其中，多数微生物既可以改变重金属在环境中的存在状态，使化学物质毒性增强，引起严重的环境问题，还可以浓缩重金属，并通过食物链而积累。畜禽排泄物厌氧发酵后四环素类抗生素和喹乙醇激素检出率也较高[55]。还有研究认为沼液可含有在多环芳烃[56]、二恶英[57]等持久性有机物。农用过程中，沼液直接作用于水体、土壤或农作物等，与食物链接触密切，对食品安全、环境与生态安全具有极大的潜在风险。
6 沼液养鱼的研究趋势
沼液的利用当前主要集中在农作物种植方面，已取得不少研究成果和实践经验。而将沼液用于水产养殖，亦有其独特优势，是解决沼液综合利用、实现生态和经济效益的又一重要途径。沼液用于养鱼的研究尽管并不少见，但还不系统，多偏重经验性的研究和尝试，缺少理论和科学数据的支持。有诸多重要问题还需深入研究探讨，期待形成完善的理论与实践相结合的科学体系，将这些问题列举如下：
1）沼液促进鱼类生长的机制。主要包括沼液中有效成分的确定、沼液施用后养殖水质和水体生态的变化规律、沼液投加与鱼生长之间的定量关系以及沼液中有害成分对鱼类的毒理作用研究。
2）沼液养鱼精准施肥技术。沼液养鱼的施肥技术仅根据养殖人员的经验判断何时施用、施用量及施用次数等，这可能造成沼液施用的随意性和盲目性。
3）沼液施用对鱼品质的影响。目前的研究多停留在鱼产量提高、成本减少、收益增加等研究上，“沼液鱼”的营养价值和风味特征还未能有效挖掘，缺少科学数据的支持。沼液中所含重金属、激素、抗生素等有害物质的迁移转化及其在鱼体内的累积规律也缺少系统研究。
4）沼液的施用对水质、底泥和周边生态环境的影响有待长期观测和深入研究；建立沼液资源化利用的标准和技术规范体系，对沼液中的重金属含量和有害物质进行安全评价也很有必要[58，59]。
5）开发沼液综合利用的预处理技术，以去除沼液中的重金属、激素、抗生素等有害物质，可以从根本上降低沼液使用对生物以人体健康产生危害的风险。
6）沼液的浓缩对于降低沼液运输成本、促进沼液商品化（如制备肥水膏、水质改良剂等）意义重大，有必要对沼液浓缩前后其性质和效能的变化进行研究确认。
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