湖北省蔬菜废弃物资源量估算与分布特征

徐大兵赵书军陈云峰袁家富刘冬碧邱正明夏贤格

（1农业农村部废弃物肥料化利用重点实验室，湖北武汉430064；

2湖北省农业科学院植保土肥研究所，湖北武汉430064；

3湖北省农业科学院经济作物研究所，湖北武汉 430073）

随着蔬菜产业的快速发展，我国蔬菜的种植面积和总产量持续增长，截至2016年全国蔬菜播种面积2 232.80万hm2，总产量7.98亿t，比2010年的1 899.9万hm2和6.51亿t分别增加了17.52%和22.55%（黄秉信，2017）。其中山东、河北、河南、四川、湖南和湖北等6省的蔬菜产量占全国总产量的55.79%。在我国蔬菜产量不断增加的同时，蔬菜废弃物资源量也急剧增加。据统计，2016年我国蔬菜废弃物资源量达到2.92亿t（韩雪 等，2015），且具有数量大、品质差、价格低和危害多的污染特点，如何资源化处理面临着一系列新的问题和严峻的挑战（孙振钧和孙永明，2006）。这些蔬菜废弃物主要来源于生长管理、收获、存储和销售过程中产生的无商品价值的植株残体和废弃果实等（黄鼎曦 等，2002）。蔬菜废弃物的分布相对集中，主要产生于蔬菜产区、集散地和加工场所，蔬菜废弃物中养分含量丰富，如何科学有效地无害化处理和资源化利用事关蔬菜产业的健康绿色发展和环境保护。

截至2017年底，湖北省蔬菜废弃物资源量达到206万t，但是不同的地区和不同蔬菜种类差异较大，缺乏资源量统计分析的基础数据，也就无法有效评估蔬菜废弃物资源现状。本文在前人研究基础上结合湖北省蔬菜生产的现状，主要估算湖北省不同种类蔬菜废弃物资源量和所含的养分资源量，以及在湖北省的分布特征，以期为湖北省蔬菜废弃物资源化利用奠定基础。

1 调查方法

1.1 调查范围

针对湖北省内的主要蔬菜种类开展调查，包括叶菜类（芹菜、普通白菜和菠菜），白菜类（大白菜），甘蓝类（结球甘蓝），根茎类（萝卜、胡萝卜、生姜和茎瘤芥），瓜果类（黄瓜、南瓜和冬瓜），豆类（豇豆和菜豆），茄果类（茄子、辣椒和番茄），葱蒜类（大葱和大蒜），水生菜类（莲藕）和其他蔬菜。播种面积和产量数据来源于《湖北农村统计年鉴》和湖北省蔬菜办公室提供的数据。

1.2 湖北省蔬菜废弃物资源量的估算

草谷比法是目前国内比较认可的统计秸秆量的方法，本文产废系数指产地蔬菜的产废系数，具体数值参照韩雪等（2015）的数据，它是根据草谷比公式计算得到，将数据代入以下公式，得到不同蔬菜种类的蔬菜废弃物资源量和蔬菜废弃物氮、磷、钾养分量。蔬菜废弃物中蔬菜产区、集散地和加工场所所占的比例分别为68.11%、27.35%和4.54%（杜鹏祥 等，2015）。不同种类蔬菜水分、养分和有机质含量参考前人文章综合而得（樊治成 等，2005；刘冬碧 等，2011；王丽英 等，2014；蔡军，2015；杜鹏祥 等，2015；韩雪 等，2015）。

（杜鹏祥 等，2015；韩雪 等，2015）

蔬菜产地废弃物资源量（干质量，kg）=∑10i=1产废系数×产量（kg）

其中i=1～10，分别表示叶菜类、白菜类、甘蓝类、根茎类、瓜果类、豆类、茄果类、葱蒜类、水生菜类和其他蔬菜（蔡亚庆 等，2011；朱建春等，2012）。

蔬菜废弃物资源量（kg）=蔬菜产地废弃物资源量（kg）/68.11%

其中68.11%表示蔬菜产地废弃物资源占整个蔬菜废弃物资源的比例。

1.3 数据处理

采用Excel软件对数据进行整理分析，采用Arcgis10.2软件制作蔬菜废弃物资源分布图。

2 结果与分析

2.1 不同年份湖北省蔬菜废弃物资源量

蔬菜种类繁多且品种丰富，导致生物量和产量差异较大，使得蔬菜废弃物资源量难以统计。本文根据韩雪等（2015）的研究结果和相关文献进行数据整理和分析，计算出不同种类蔬菜的产废系数（表1）。文中蔬菜废弃物的计算只是正常年份蔬菜收获后残留的尾菜，并不包括商品性较差或者因滞销产生的废弃物。蔬菜产区的平均产废系数为3.96%，蔬菜废弃物平均含水量达到90.52%，氮、磷、钾养分含量分别达到了24.23、13.18、25.88 g·kg-1，有机质平均含量达到569 g·kg-1（表1）（席旭东 等，2010）。此外，蔬菜废弃物固体含量在8%～19%之间，挥发性固体含量占总固体含量的80%以上，其中包括75%的糖类和半纤维素，9%的纤维素及5%的木质素（Lu et al.，2004）。从图1可以看出，近年来湖北省蔬菜产量和蔬菜废弃物资源量均呈现不断增加的趋势，自2009年以来，蔬菜产量和废弃物资源量平均以每年137.10万t和7.15万t的速度增加，2017年全省蔬菜产量和废弃物资源量分别达到了3 953万t和206万t。

自2009年以来，湖北省蔬菜废弃物有机质、氮、磷、钾养分资源平均以每年3 200、100、55、112 t的速度增加（图2）。2017年全省蔬菜废弃物有机质含量为164万t；氮、磷、钾养分资源分别达到了5.12万、2.79万、5.74万t，总量达到了13.65万t，占全省化肥用量的4.08%。按照全省2017年蔬菜种植面积124.8万hm2计算，如果将废弃物资源全部还田，则相当于每667 m2分别施用2.74 kg纯氮、1.49 kg纯磷、3.07 kg纯钾和87.40 kg有机质。

表1 不同种类蔬菜产废系数和废弃物养分含量

图1 不同年份湖北省蔬菜产量和废弃物资源量

图2 不同年份湖北省蔬菜废弃物有机质和氮、磷、钾养分量

2.2 湖北省地市蔬菜废弃物资源量和养分资源量及分布特征

表2表示2017年湖北省地市蔬菜废弃物资源量和养分资源量。其中，武汉市蔬菜废弃物资源量最高，占全省的19.36%；其次是宜昌市和孝感市，分别占全省的11.21%和10.21%。蔬菜废弃物中氮、磷、钾总养分量以武汉市最高，达到了3.005万t，占全年化肥用量的39.91%（2017年湖北省农村统计年鉴）。宜昌市、襄阳市、孝感市、荆州市和黄冈市蔬菜废弃物中氮、磷、钾总养分量分别达到了1.74万、1.35万、1.58万、1.12万t和1.14万t，分别占该市全年化肥用量的4.83%、2.31%、7.91%、3.34%和3.38%。除武汉市外，全省其他地市蔬菜废弃物中氮、磷、钾总养分量占全年化肥用量的比例主要集中在2.31%～8.12%，平均占比达到4.45%。蔬菜废弃物中有机质含量以武汉市最高，相当于71.01万t的标准有机肥。宜昌市、襄阳市、孝感市、荆州市、黄冈市、咸宁市和恩施自治州蔬菜废弃物中有机质含量也在10万t以上，分别相当于41.11万、31.89万、37.44万、26.50万、26.87万、22.66万t和23.62万t商品有机肥有机质含量。

表2 湖北省地市蔬菜废弃物资源量和养分量（2017年）

图3为湖北省地市单位面积（公顷）蔬菜废弃物资源分布，以仙桃市和鄂西南蔬菜废弃物资源量较低，其次是鄂东南和鄂西北，湖北中部包括江汉平原最高。从图3-A可以看出，单位面积蔬菜废弃物资源量以武汉市、鄂州市和荆门市较高，分别为2 266、2 504、2 260 kg·hm-2，而湖北省平均蔬菜废弃物资源量只有1 666 kg·hm-2，相比平均值分别增加了36.01%、50.30%和35.65%。此外，天门市、潜江市、襄阳市和随州市单位面积蔬菜废弃物资源量也较高，比全省平均值分别增加了26.35%、31.52%、28.81%和28.99%。湖北省蔬菜废弃物有机质平均含量为1 334 kg·hm-2，天门市、孝感市、宜昌市、武汉市、潜江市、荆门市、襄阳市、鄂州市、随州市分别为1 685、1 563、1 398、1 815、1 754、1 810、1 719、2 006、1721 kg·hm-2，比 全省平均值分别增加了26.31%、17.17%、4.80%、36.06%、31.48%、35.68%、28.86%、50.37%和29.01%（图3-B）。就氮、磷、钾总养分量而言，武汉市、宜昌市、襄阳市、鄂州市、荆门市、孝感市、随州市、潜江市和天门市分别为171、131、162、189、170、147、162、165、158 kg·hm-2，比 湖 北省平均含量（126 kg·hm-2）分别增加了35.46%、4.33%、28.26%、49.68%、35.06%、16.68%、28.42%、30.91%和25.78%（图3-C）。

由计算公式可以看出，影响蔬菜废弃物资源量的主要因素包括产废系数和蔬菜产量。从湖北省蔬菜种植结构来看，叶菜类、白菜类、甘蓝类、根茎类、瓜果类、豆类、茄果类、葱蒜类、水生菜类和其他蔬菜产量分别占比13.29%、18.42%、5.85%、17.35%、11.86%、7.10%、10.74%、4.67%、6.74%和3.98%，本文中各地市蔬菜种植结构均按照这一比例计算。因此可以看出，不同地市蔬菜废弃物资源量差异主要是蔬菜产量不同所致。而单位面积蔬菜废弃物资源量则与蔬菜产量和种植面积有关，即单位面积蔬菜产量，单位面积产量越高其蔬菜废弃物资源量也越高。

图3 湖北省地市单位面积（公顷）蔬菜废弃物资源分布

2.3 湖北省24个监测县市蔬菜废弃物资源量和养分资源量及分布特征

湖北省24个监测县市蔬菜平均产量达到了82.01万t，蔡甸区、江夏区、黄陂区、新洲区、当阳市、钟祥市、云梦县、汉川市、嘉鱼县和广水市均在平均值以上（表3）。而蔬菜废弃物资源量以江夏区、黄陂区、新洲区和嘉鱼县较高，均超过了5万t，分别比24个监测点平均值（4.22万t）增加了93.86%、187.41%、93.46%和47.07%，有机质含量也较高。与2013年相比，2017年24个监测县市蔬菜废弃物资源量和有机质含量平均值分别增加了14.68%和14.68%。2017年全省24个监测县市蔬菜废弃物中氮、磷、钾平均总养分量达到了3 180 t。

图4 湖北省县市单位面积（公顷）蔬菜废弃物资源分布

图4为湖北省县市单位面积（公顷）蔬菜废弃物资源分布情况，可以看出，蔬菜废弃物主要集中在江汉平原等湖北中部地区，鄂西南、西北和东南分布相对较少。在全省所有的县市中，枣阳市单位面积蔬菜废弃物资源量、有机质含量以及氮、磷、钾总养分量均最高，分别达到了42.86、34.32、32.27 t·hm-2，均为全省平均值的2.71倍（全省平均值分别为15.81、12.66、11.90 t·hm-2）。而宣恩县和咸丰县单位面积蔬菜废弃物资源量较低，分别比全省平均值减少了61.87%和61.93%。

表3 2017年湖北省24个监测县市蔬菜产量和废弃物资源量

2.4 不同种类蔬菜废弃物资源量

从表4可以看出，不同种类蔬菜废弃物资源量差异较大，为2.71万～47.32万t，变异系数达到177.74%，而蔬菜废弃物中有机质含量的变异系数只有67.59%。根茎类、甘蓝类、豆类、白菜类蔬菜废弃物资源量较高，分别比平均值增加了128.05%、58.75%、50.99%和18.51%。根茎类、甘蓝类、白菜类、叶菜类蔬菜废弃物中氮、磷、钾总养分量分别为2.49万、1.82万、1.80万、1.46万t。单位面积蔬菜废弃物资源量以甘蓝类最高，其次是豆类、根茎类、水生菜类和白菜类，分别为4.48、3.20、2.32、2.11、1.07 t·hm-2，有机质分别为2.21、1.44、1.54、0.96、0.64 t·hm-2，而氮、磷、钾总养分量分别为247.38、115.25、122.30、130.69、77.93 kg·hm-2。

表4 2017年湖北省不同种类蔬菜废弃物资源量

3 结论

① 2017年湖北省蔬菜废弃物资源量达到了206万t，其中有机质164万t，氮、磷、钾养分量分别为5.12万、2.79万t和5.74万t，占全省化肥用量的4.08%。

② 武汉市蔬菜废弃物资源量为湖北省最高，占全省的19.36%。全省各地市单位面积蔬菜废弃物资源量平均为1 666 kg·hm-2，其中有机质和氮、磷、钾总养分平均量分别为1 334 kg·hm-2和126 kg·hm-2。全省地市单位面积蔬菜废弃物资源量以仙桃市和鄂西南较低，其次是鄂东南和鄂西北，湖北中部包括江汉平原分布最高。

③ 湖北省24个蔬菜监测县市以江夏区、黄陂区、新洲区和嘉鱼县蔬菜废弃物资源量较高，均超过了5万t，24个监测县市平均废弃物资源量达到了4.22万t，其中有机质和氮、磷、钾总养分平均量分别达到了3.38万t和3 180 t。全省各县市单位面积蔬菜废弃物资源量以枣阳市最高，而宣恩县和咸丰县较低。

④ 不同种类蔬菜废弃物资源量差异较大，为2.71万～47.32万t，其中根茎类蔬菜最高，其次是甘蓝类和豆类。