蔬菜废物的堆肥处理技术的现状及发展趋势

龚建英 代学民 高云霞 王淑娜

（河北建筑工程学院，河北张家口075024）

0 引 言

自1988年国家决定实施“菜篮子工程”以来，我国蔬菜事业进人了快速发展的新时期，蔬菜作物的种植在农业中所占比重越来越大.统计资料显示，2010年我国蔬菜的播种面积已达到1900万公顷，占总播种面积的12.66%.20世纪80年代末我国的设施蔬菜面积只有6万公顷，90年代就达69.91万公顷，比80年代增长11.65倍，1999年接近130万公顷，到2000年底已发展到140多万公顷［1］.随着蔬菜产量的不断增加和对蔬菜品质要求的提高，蔬菜废物的产生量也在急剧增加.多种蔬菜如蚕豆、冬笋等的废物产生比例已高达60%［2］.据农业部统计，2008年中国蔬菜残株产量接近5.6亿吨，其中可回收利用的有3.36亿吨.蔬菜秸秆产量在农作物秸秆产量中的比例占到了9.09%［3］.根据中国农业大学资源与环境学院2008年的调查结果显示，北京市2007年的菜田／瓜田类废物的量大约为333.3万吨，其中70%的废弃物未经任何处理而随意堆放.大量未被利用的蔬菜废物已经成为蔬菜产业可持发展的限制问题.

蔬菜废物养分含量丰富，其中氮含量为3%～4%（烘干基），磷含量为0.3%～0.5%（烘干基），钾含量在3.6%左右（烘干基）［4］.根据莫舒颖的研究［5］，蔬菜残株以干物质量计算大量元素含量为31.7～85.7g·kg－1，说明若将蔬菜残株全部资源化利用，相当于至少多生产出106.5万吨氮、磷、钾肥.大量的蔬菜废物若不进行回收利用，不仅会造成巨大的资源浪费，还会因为处理不当使其成为污染源：在云南滇池流域，蔬菜、花卉种植面积占总种植面积的27%，仅呈贡县大渔乡2000～2001年产生的蔬菜废物量估算为8880吨，产生的蔬菜、花卉废物被农民直接丢进沟渠，成为滇池水体富营养化的重要物质来源［6］；蔬菜废物很有可能含有发生病虫害的组织，如含有番茄病毒病菌、叶霉病菌等［7］，大多设施蔬菜产地产生的蔬菜废物往往随意丢弃，导致病虫害滋生，堆积过程中的渗滤液极易对土壤造成污染［8，9］.因此，蔬菜废物的有效处理和资源化利用对蔬菜产业健康发展和环境保护意义重大.

1 蔬菜废物堆肥处理技术的国内外现状

具有无害化和资源化双重作用的高温好氧堆肥技术是世界范围内处理固体有机废弃物的有效技术，但众多的研究集中在畜禽粪便、污泥和城市垃圾等方面［10］.蔬菜废物可能含有的病原菌是处理的一大难点，一般蔬菜病害的致病菌在50℃时即可被杀除，但病毒病的病菌需65～70℃的高温才能被杀死，因此蔬菜废物堆肥处理必须使温度达到70℃，并持续一段时间.蔬菜废物高达90%的含水率是其进行堆肥化处理的又一限制性因素，原料的水分过高或过低都不利于堆肥化进行，适当晾晒和水分调理剂的添加可改善堆肥的起始条件［11］，如添加树叶［12］、花卉秸秆［10］、干草［13］等.同时，大部分蔬菜废物的C／N比在10以下［14］，而堆肥的C／N比能满足微生物所需的最佳值为25～35［15］，因此应通过补加C素材料（含碳较多的物质）的方法来调整C／N比在合适的范围内.目前国外对堆肥产品用作育苗基质有一定的研究，Yogev et al.［16］的研究结果表明堆肥对蔬菜的叶病和土传病害有一定的抑制作用，但堆肥普遍存在EC值偏高的问题，对植物生长有抑制作用.Mazuela et al.［17］利用浸出试验研究了蔬菜废弃物堆肥是否可用作育苗基质，结果表明当用6倍的蒸馏水浸提堆肥时，堆肥的电导率（1.95ds·m－1）降低到基质的要求范围之内（0.75～1.99ds·m－1），用100%蔬菜废弃物堆肥作为基质所生产的西瓜的品质和产量均不受影响.进一步说明了，只要EC值这个限制因素被控制在一个可接受的范围内，蔬菜废物堆肥产品可以全部或部分替代草炭作为育苗基质.同时Tittarelli et al.［18］的研究结果表明在育苗基质中加入30%的堆肥产品，所育甜瓜的各项生长指标均优于常规育苗基质.

2 蔬菜废物堆肥处理技术的发展趋势

从20世纪80年代开始，国内外陆续开始研究专门针对农业蔬菜废物的处理处置方法，这些处理处置方法的思路借鉴了传统固体废物处理和水处理技术的经验，并针对蔬菜废物的特点进行改进和优化［11］.高温好氧堆肥可以最大限度地杀灭病原菌，同时对有机质的降解速度快，是处理有机废物的有效方法［11］.张相锋等［19］对西芹、白菜残株与石竹废弃物进行了联合堆肥试验，获得了腐熟的堆肥产品；Kalamdhad et al.［12］将蔬菜废物与树叶进行了联合堆肥研究，结果同样获得了稳定无害的堆肥化产品.表明蔬菜废物可利用堆肥方式进行回收利用，但由于蔬菜废物的特殊性，其堆肥必须满足一定的条件.

从以往的研究中可以总结出，由于水分含量高和蔬菜废物本身微生物群落特点，蔬菜废物的好氧堆肥需要满足以下的条件：首先，必须将蔬菜废物和各种调节剂混合，以调节堆体的物理结构，降低含水率并防止堆肥物料产生塌陷，Haggar et al.［13］提出，添加40%的干草作为调节剂进行堆肥，可实现堆肥腐熟；其次，应该通过翻堆或者设置通风来防止发生局部厌氧状态；再次，应在初始物料中混入已经腐熟的堆肥产品作为微生物接种剂或直接添加微生物菌剂，加速高温阶段的启动.Vallini et al.［20］认为，添加15%的木屑和5%的腐熟堆肥则可以达到较理想的堆肥腐熟效果.

目前在国内外堆肥技术正在向着机械化、自动化的方向发展，而为了防止对环境的二次污染，堆肥也趋向于采用密闭的发酵仓方式［21］.要杀死蔬菜废物中可能携带的病原菌，蔬菜废物堆肥对温度的要求比较严格，最好能达到70℃，而在一般露天堆肥很难满足这个要求，因此蔬菜废物高温好氧堆肥更趋向于在发酵仓内进行.但发酵仓内堆肥成本高、能耗大，并且无法满足大规模应用，所以如何实现露天条件下蔬菜废物的高温堆肥也是发展趋势之一.同时堆肥工艺优化主要有两个方向，一是探求堆肥过程中影响微生物生长代谢的含水率、温度、C／N比等环境参数的最适值，并发展相应的工艺控制方法；另一个则是在堆肥过程中，通过选择性接种菌剂来优化堆肥过程的微生物生态，以加速腐熟并改善堆肥产品质量［22］.因此，针对蔬菜废物的特殊性，对于堆肥原料初始的含水率、C／N比、温度变化及微生物菌剂对蔬菜废物降解的影响是今后研究的重点.

目前国内外堆肥产品主要用于直接还田，但对堆肥产品用作育苗基质也有一定的研究，刘庆［23］的研究结果表明，牛粪与秸秆发酵堆肥可以用在漂浮育苗基质中.将蔬菜废弃物堆肥产品用在育苗基质上，不仅提升了堆肥的价值，实现更高端的产业化，同时可以代替部分草炭，减少资源消耗，因此，堆肥基质化利用适应现在大规模蔬菜种植的产业化要求，具有很好的应用前景，是蔬菜废弃物堆肥产品利用的最佳途径之一.

［1］陈碧华，罗庆熙，张政.2003.我国设施蔬菜的生产现状、存在问题及对策.河南职业技术师范学院学报，31（1）：29～32

［2］宋丽.2010.蔬菜废物两级强化水解厌氧消化实验研究［硕士学位论文］.北京：北京化工大学

［3］毕于运，高春雨，王亚静，等.2009，中国秸秆资源数量估算.农业工程学报，25（12）：211～217

［4］董永亮.2008.蔬菜废弃物厌氧处理产能实验研究［硕士学位论文］.黑龙江：哈尔滨工程大学

［5］莫舒颖.2009.蔬菜残株堆肥化利用技术研究［硕士学位论文］.北京：中国农业科学院

［6］曾咏梅，毛昆明，李永梅，等.2006.微生物菌剂对蔬菜－花卉废弃物直接还田效果的影响—以云南滇池为例.安徽农业科学，34（17）：4278～4280

［7］吴华圃，胡宁宝，李慧英.2007.番茄病害及其综合防治技术.内蒙古农业科技，（1）：104～106

［8］张相锋，王洪涛，聂永丰，等.2003.高水分蔬菜废物和花卉、鸡舍废物联合堆肥的中试研究.环境科学，2003a，24（2）：147～151

［9］刘广民，董永亮，薛建良.2009.果蔬废弃物厌氧消化特征及固体减量研究.环境科学与技术，32（3）：27～30

［10］张相锋，王洪涛，聂永丰.2005.通风量对蔬菜和花卉废弃物混合堆肥的影响.农业工程学报，21（10）：134～137

［11］黄鼎曦，陆文静，王洪涛.2002.农业蔬菜废物处理方法研究进展和探讨.环境污染治理技术与设备，3（11）：38～42

［12］Kalamdhad A.S.，Singh Y.K.，Ali M.et al.2009.Roary drum composting of vegetable waste and tree leaves.Bioresource Technokogy，100：6442～6450

［13］Haggar E.，Hamoda M.F.1996.Mobile composting unit for organic waste suitable for severe hot weather.Internation Journal of Environment and Pollution，16（2／3）：322～327

［14］席旭东，晋小军，张俊科.2010.蔬菜废弃物快速堆肥方法研究.中国土壤与肥料，2010（3）：62～66

［15］李国学，李玉春，李彦富.2003.固体废物堆肥化及堆肥添加剂研究进展.农业环境科学学报，22（2）：252～256

［16］Yogev A.，Raviv M.，Hadar Y.et al.2010.Induced resistance as a putative component of compost suppressiveness.Biological Control，（54）：46～51

［17］Mazuela P.，Urrestarazu M.2009.The effect of amendment of vegetable waste compost used as substrate in soilless culture on yield and quality of melon crops.Compost Science ＆Utilization，17（2）：103～107

［18］Tittarelli F.，Rea E.，Verrastro V.et al.2009.Compost－based nursery substrates：effect of peat substitution on organic melon seedings.Compost Science ＆Utilization，17（4）：220～228

［19］张相锋，王洪涛，聂永丰.2003.高水分蔬菜废物和花卉废物批式进料联合堆肥的中试.环境科学，2003b，24（5）：146～150

［20］Vallini G.，Pera A.，Valdrighi M.et al.1993.Process constrains in sorce－collected vegetable waste composting.Water Science and Technology，28（2）：229～236

［21］Lin Chitsan.2008.A negative－pressure aeration system for composting food wastes.Bioresource Technology，99：7651～7656

［22］陈活虎，何品晶，吕凡，等.2006.腐熟堆肥接种对蔬菜废物中高温好氧降解过程的影响.环境化学，25（4）：445～448

［23］刘庆，李崇军，刘顺利，等.2007.牛粪与秸秆发酵堆肥全部或部分替代草炭的研究.贵州农业科学，35（2）：57～59