厌氧发酵技术被广泛应用于畜禽粪便处理,不仅提供了清洁能源沼气,还产出了可以作为肥料施用的沼液。农田施用适量的沼液,能够增加作物产量和改善品质,改良土壤,并提高土壤肥力。然而沼液过量还田则可能产生环境污染问题。如何合理、安全地施用沼液,对于维护环境质量和确保沼气工程产业的可持续发展具有重要的意义。本文通过分析3处规模化沼气工程连续14个月进出料、沼渣沼液中营养成分和金属元素含量,研究了厌氧发酵及固液分离前后沼液成分特性的变化；揭示了沼液施用后在模拟降雨条件下氮素流失及土壤残留量的特征,探讨了沼液施用对农田土壤氮素剖面分布和农田系统氮素损失的影响；并利用Agricultural Policy/Environmental extender模型(APEX模型)模拟预测了沼液长期农田施用氮素的径流流失量、土壤剖面残留量及渗滤淋溶量,比较了沼液施用与粪肥施用下氮素流失的差异。主要结论如下：不同的厌氧发酵原料会造成出料沼液营养成分、金属元素含量有显著性差异(P<0.05);3处沼气工程出料沼液的营养成分、金属元素在不同的取样时间反映出了不同的成分特性,在评估沼气工程效益和沼液成分特性时,有必要对沼气工程进出料成分进行长期、全面的监测。经过固液分离后,干物质、金属元素均高度集中于沼渣中；沼渣中氮、磷元素与出料相比,有164-463%的大幅增加；沼液则有10-19%幅度的减少；固液分离后沼渣沼液成分特性的不同影响了其运输及农田管理方式。在相同的氮素施用量(200kg ha-1N)下,经过30min模拟降雨后,粪肥、沼液处理组有0.8%、14.3%的肥料N随地表径流损失,有10.7%、6.7%的肥料N以无机氮的形式残留在土壤中。随着时间的持续,土壤中氮残留量不断增加。粪肥、沼液施用1d后,土壤中有21.3%、13.0%的肥料N以无机氮的形式残留在土壤中。粪肥、沼液施用28d后,土壤中有84.0%、74.4%的肥料N以无机氮的形式残留在土壤中,有NO3-N淋失的风险。利用美国农业部国家土壤侵蚀实验室已校准、验证过的APEX模型模拟了2014-2049年期间沼液长期农田施用的氮素流失特点,结果为农田施用粪肥M、沼液E、2倍氮磷施用量的粪肥M2、2倍氮磷施用量的沼液E2,年均氮素径流流失量分别为76.4、37.2、141.8、71.1kg ha-1,土壤0.9m处年均氮素渗滤淋溶量分别为17010.7、8107.6、34349.5、16431.5kg ha-1,沼液施用较粪肥施用可以更有效地水平、垂直控制该研究区域的氮素损失；粪肥长期农田施用土壤剖面氮素残留量要多于沼液长期农田施用,与模拟降雨条件下沼液农田施用实验结果一致；随着肥料处理N、P元素施用量的加倍,氮素损失量也随之增加。