尾菜资源利用方式及肥料化技术研究进展

陈轲 胡梦月 徐阳 李书航 曹潇 韩东苏 高文通 韩冰*

（1. 南京工程学院材料科学与工程学院，江苏南京 211167；2. 南京师范大学附属中学江宁分校，江苏南京 211102）

1 引言

我国是农业大国，其中蔬菜种植面积占世界的43%，而产量达到了49%，并且我国蔬菜的种植面积还在不断地增加，2015 年我国的蔬菜产量达78 526.1 万t，较2012 年增长10.8%，年均增长3.6%。

在蔬菜产量增加的同时，人们对蔬菜质量的要求也在不断提升，这也就意味着蔬菜废弃物，即尾菜的数量将在一定程度上增长。据统计，2018 年，尾菜约占蔬菜总产量的51%左右。因此解决农业有机废弃物（尾菜）处理问题，既可防止环境污染，又能实现资源的循环利用。

2 尾菜的营养价值

尾菜含有丰富的营养价值。尾菜含水率一般在75%～95%，pH 值范围为6.00～9.23；尾菜总固体含量在5%～19%，挥发性固体含量占总固体含量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；氮、磷、钾等营养元素含量丰富，基本无毒害性。

目前，畜禽粪便堆肥化处理中，可以通过调节畜禽粪便中的碳氮比，控制适当水分、温度、氧气、酸碱度进行发酵，分解大量的蛋白质，使其成为一种肥效持久的有机肥料［3］，这种处理技术目前比较成熟，有着非常广泛的应用。

表1 为几种尾菜的营养成分及含量［1-2］。

表1 尾菜原料成分及含量 %

从表1 数据可以发现，尾菜具有含水量过高和易变质的特点，所以处理难度比畜禽粪便高，其处理工艺与畜禽粪便堆肥处理相比还很不完善，有着很大的研究与提升空间；同时尾菜中氮、磷、钾等营养元素含量丰富，如果能够回收，将会大大提高尾菜资源利用率。因此，合理利用尾菜资源不仅有利于生态环境的良好发展，也有利于资源循环节能减排，在降低生产成本的同时提升种植的边际效益，具有十分重要的意义。

3 尾菜的资源化利用方式

目前，尾菜的主要资源化利用方式为基质化、饲料化、肥料化、能源化和原料化5 种，见表2。从表2可以发现，不同尾菜处理方式具有不同的特点。

表2 尾菜垃圾处理技术比较

3.1 基质化利用方式

尾菜基质化是指尾菜经过沤制、发酵、添加有机无机肥混配等特定处理后形成栽培基质或养殖基质。作为栽培基质，用来栽培食用菌、蔬菜等；作为养殖基质，用来养殖黄粉虫、蚯蚓等高蛋白虫类［4］。外来物质或根系分泌物等有害物质危害根系时，基质具有的物理化学吸附功能可以将其减轻或化解。

李瑞琴等［5］提出蔬菜废弃物栽培基质对番茄生长发育和营养品质具有的一定改善作用，在发酵后熟期满后，将充分腐熟并经过太阳暴晒后的发酵产物作为蔬菜有机生态型栽培基质，所栽植的番茄果实的干物质、有机酸、可溶性糖、维生素C 比对照无土基质分别提高了41.9%，139.6%，36.8%和18.7%，特别是可溶性的固形物比对照无土基质高57.14%。尾菜基质化对尾菜处理具有一定的帮助，同时能够改善蔬菜的生长环境。

3.2 饲料化利用方式

尾菜饲料化是指通过一定的技术处理将尾菜转变为饲料，用于替代部分饲料。尾菜饲料化可在一定程度上提升饲料的营养价值，降低动物饲养成本。

牛荇洲等［6］以“高原夏菜”为研究对象，生产尾菜青贮饲料，通过压缩袋装青贮工艺的正交优化实验，达到生产工艺改良的效果，实验过程需要对pH值和有机酸进行全程控制，良好的工艺控制是尾菜青贮得以高品质保存的重要保证。

李海玲等［7］按照小麦秸秆与白菜尾菜配比7∶3、玉米粉添加量5%、酵母粉添加量2%的混合比例，在室温、pH 值为6.6 条件下发酵2 d，可提高尾菜粗蛋白和脂肪含量，进而提高小麦秸秆和白菜尾菜的有效利用，实现循环利用。

综合以上研究发现，饲料化处理技术简单、设备投资小，但具有饲料安全使用性和可靠性的问题，需要进一步改善技术。

3.3 原料化利用方式

尾菜原料化是以尾菜为原料通过有效成分提取分离或生物发酵等生产高附加值产物。

Baiano 等［8］研究发现，蔬菜废弃物中含有营养丰富的酚类化合物，可零成本获得，使其成为增值食品中有益的成分。

据国内外相关的研究报道，可利用尾菜加工蔬菜纸、活性炭等，还可从尾菜中分离提取叶蛋白、纤维素、叶绿素等有效成分和通过微生物发酵生产聚羟基烷酸脂、聚乳酸等［9-11］。尾菜原料化处理成本低，但需要成熟的技术支撑。

3.4 能源化利用方式

尾菜能源化主要是通过沼气发酵的途径，将尾菜转化为沼气能源，用于替代部分天然气和煤气，发酵过程中产生的沼渣和沼液作为生态肥重新施入田中，起到缓解土地板结和减少化肥用量的作用。

张艳等［12］在实验室小型厌氧发酵装置和农村户用沼气池中开展了厌氧发酵试验，结果发现经过沼气液浸泡酸化处理后提高了系统沼气产量和CH4含量，厌氧发酵体系中的pH 值升高加快。

殷志明等［13］针对尾菜沼气化利用问题，通过系统化设计，进行创新改进，组合建设沼气工程和酸化池工程，进行尾菜分步发酵，产生沼气、沼液、沼渣，其中沼气可以作为能源，沼渣和沼液作为生态肥重新施入田中，起到缓解土地板结和减少化肥用量的作用。

能源化处理尾菜获得的沼气、沼液和沼渣全部可以利用，但是对进料纯度、粒径要求高，且尾菜厌氧消化易引起酸化。

3.5 肥料化利用方式

将尾菜发酵后转变为蔬菜所需的肥料，实现尾菜的循环利用，尾菜将成为替代普通化肥的生态肥料。尾菜经过处理后制得的有机肥料，含有植物所需的营养元素，可以改善土壤结构，提高土壤肥力，同时对环境不产生污染。

综合以上尾菜利用方式分析，目前需要一些更为高效、安全、环保、轻量化的尾菜垃圾处理方式。

4 尾菜肥料化利用

尾菜肥料化的处理方式主要分为直接还田、厌氧沤肥和好氧堆肥。

4.1 直接还田

尾菜直接还田利用技术是最为便捷的低成本处理尾菜技术。尾菜的C/N 较低，比大田作物秸秆更适宜于直接还田，还田后经过一段时间的发酵，会改善土壤的理化性状，进而改善作物品质及产量。

曾咏梅等［14］提出利用蔬菜废弃物配施微生物菌剂进行直接还田，可以提高大白菜产量30.1%～92.5%，其中香石竹配施生物菌剂处理增产效果最好。但是，敦煌市政府经过实际研究，发现尾菜直接还田技术应用需要注意：一是尾菜直接还田处理中，采用一年两茬的蔬菜种植模式，前茬尾菜不宜进行直接还田，否则造成前茬尾菜未充分腐熟而传导下茬蔬菜病虫害现象发生；二是尾菜还田后，与同一作物或近缘作物连作，即使在正常管理的情况下，也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的连作障碍。

4.2 厌氧沤肥

目前尾菜通过厌氧发酵进行能源化处理，因为蔬菜副产物中富含营养物质，无需添加氮源及营养物质即可厌氧发酵，所以厌氧发酵后不仅能产生沼气，而且产生的沼渣和沼液可作为植物的肥料。

马利平等［15-16］、杨鹏等［17］研究表明，沼渣作为肥料，起到缓解土地板结和减少化肥用量的作用。

陈思奇等［18］首先提出叶菜尾菜通过简单可调控的厌氧发酵处理转化为酸性发酵液，然后将富含活性矿质养分和水溶性有机碳（SOC）的发酵液用于调控设施土壤硝氮积累和促进蔬菜生长。

李吉进等［19］选用白菜废弃物、西红柿秧废弃物为原料，根据不同原料和预处理方式共设12 个处理，经过96 d 的沤制，形成可溶性氮、磷、钾含量较高且肥效良好的液体有机肥。

综上所述，因为森林抚育工作对整个生态环境有着非常重要的影响，因此不断的完善森林抚育机制，掌握森林抚育技术的相关要点，才能够有效的改善森林林木的生长质量，从而提升森林树木的免疫能力。更好的发挥森林的生态作用，从而促进社会的和谐发展。

Converti 等［20］认为厌氧消化工艺与焚烧和堆肥工艺相比，最重要的优点就是能够产生沼气，可用于发电和供热，减少CO2的排放，产物沼渣和沼液只需要简单处理就可作为肥料，同时不污染环境。但厌氧沤制肥周期较长，不能高效处理尾菜。

4.3 好氧堆肥

4.3.1 堆肥过程

好氧堆肥和厌氧沤肥各自的优势与缺点见表3。由于我国蔬菜产区分散，所以堆肥化处理方式更为合适。高温好氧堆肥最适宜于解决我国尾菜引起的资源浪费和污染问题。

表3 尾菜2 种主要肥料化利用方式的优缺点

堆肥化目前没有一个严格的定义。李剑等［21］提出堆肥化过程一般分为2 个阶段，即高速阶段和熟化阶段。好氧堆肥处理的堆体温度很高，又称高温好氧堆肥，能够最大可能地消灭病原菌，有机物具有较快分解速率和较短的堆肥周期。好氧堆肥依靠具有专性和兼性好氧细菌的作用使有机物降解，仅需比较简单的设备。厌氧堆肥依靠具有专性和兼性厌氧细菌的作用来降解有机物，有较长堆肥周期，生产工艺比较复杂，适用于含水率高的蔬菜废弃物。目前绝大多数蔬菜废弃物处理以好氧堆肥为主［22］。

尾菜堆肥是利用自然界微生物或商业腐熟菌剂，有控制地将菜有机物向稳定腐殖质转化的过程。堆肥的腐熟过程是有机物分解和再合成的过程，同时又是一个无害化处理的过程［23-25］。

4.3.2 堆肥方式

4.3.2.1 直接堆肥席旭东等［26］对蔬菜废弃物快速堆肥化利用方法进行了比较分析，其中地上好氧处理是一种较好的蔬菜废弃物快速堆肥方法，堆体最高温度达52 ℃，高温期能够保持10 d，有机质、全氮、速效磷、速效钾含量也最高，分别为25.01 g/kg，11.00 g/kg，72.92 mg/kg，749.16 mg/kg。这种方法堆体温度上升快、含水率下降明显、堆肥质量高，且操作简便，方便易行，节省成本和时间，是一种高效转化蔬菜废弃物的堆肥方式。但堆肥产品中有机质和钾的含量相对丰富，氮、磷含量相对缺乏，因此建议在蔬菜废弃物堆肥过程中增加氮、磷元素，以提高堆肥质量。

帅莹等［27］提出夏季阳光充足，利用太阳能可以大大加速堆肥腐熟进程，节省能源，适合采取小型好氧静态堆肥的方式处理蔬菜废弃物，经过16 d 可得到完全腐熟的产品。应进一步开发利用太阳能的好氧堆肥工艺，真正实现蔬菜废弃物的减量化、无害化和资源化。

唐仕华［28］在研究尾菜堆肥对娃娃菜产量的影响时，在娃娃菜种植地块分别采取施入有机肥和不施有机肥的方式进行对照分析，发现施入有机肥的娃娃菜长势比较旺盛，可见有机肥对娃娃菜生长具有有益的效果。物候期延长5～6 d，施入有机肥的地块产量是154 260 kg/hm2，未施入有机肥地块的产量是139 750 kg/hm2，增产14 510 kg/hm2，增幅10.4%。

李剑［21］研究表明，在碱性土壤中施用蔬菜废弃物堆肥，能显著降低碱性土壤pH 值和EC 值（土壤电导率），提高土壤孔隙度和减小土壤容重，同时能改善土壤结构，提高土壤肥力，同时对环境不产生污染。

John 等［29］通过对比分析了4 种低技术含量的超市废弃物堆肥方式（地下窖藏式、地下开放式、地上开放式、地上密闭式），经过各项指标的验证，发现其他3 种方式的堆肥腐熟进度明显差于地上密闭式。

黄得扬等［30］通过研究发现，利用纤维素降解复合菌剂进行二次接种和二次发酵，能够显著加快堆肥过程和提高堆肥效果。

4.3.2.2 混合好氧堆肥

张相锋等［31］通过对堆肥工艺的优化实现蔬菜废弃物、花卉废弃物和鸡舍废弃物联合堆肥，获得高质量的堆肥产品，废物还田同时能有效减少污染，使土壤肥力增加。同时其还研究了通风量［32］对蔬菜和花卉废弃物混合堆肥的影响，试验在2 m3的静态好氧堆肥中试装置中进行，以蔬菜和花卉废弃物为原料，采用0.005，0.007 5，0.01 m3/（kgV S·h）3 个水平的通风量，分析了不同通风量对堆肥过程中堆体温度、有机质含量、含水率、pH 值、体积等指标随时间的变化特征。通风量为0.01 m3/（kgV S·h）条件下，堆肥降解蔬菜和花卉废弃物的效果最好，其中又以堆温80 ℃以上的“超高温”条件下为最佳。

吕潇等［33］在蔬菜堆肥处理中添加炭基材料，可以改善堆肥产品的理化性质，加速堆肥物料的分解和缩短堆肥周期。

龚建英等［34］发现利用小麦秸秆、蔬菜废物和动物粪便进行联合堆肥，并添加微生物菌剂，可促进对蔬菜废物堆肥的快速无害化，减少此类有机废物直接施用后造成的风险。

官会林等［35］以农业固体有机废弃物、鲜猪粪、有机物腐熟剂（实现固体废弃物的快速处理和还田的有效利用）为原料，按不同比例混合堆肥处理，自然发酵35 d 后进行还田试验，发现在相同堆沤期内，农业固体有机废弃物与鲜猪粪按3 ∶4 配比堆沤，其有机肥品质和还田效果较好。

5 尾菜资源化利用应用与展望

目前，我国尾菜污染日渐严重，各地政府也纷纷提出相关方针政策，力求解决这一问题。

国内外尾菜处理利用技术研发已由消除尾菜污染向尾菜资源化利用和高价值化开发转变。但由于尾菜种类、分级、来源等不同，难有统一的处理利用技术，加之蔬菜季节性强，尾菜不能长期均衡供应，影响到现有尾菜处理利用技术的推广应用，尾菜的利用率并未得到提高。

尾菜堆肥技术是实现尾菜垃圾资源化、无害化的一条重要途径，不仅可以杀死垃圾中的病原菌，有效处理垃圾中的有机物，而且可生产复合有机肥料。我国是一个农业大国，堆肥法无论是从技术角度还是从经济条件分析，都比较适合在大中小城市推广。但是，尾菜堆肥处理技术在我国仍不成熟，并且尾菜堆肥面临尾菜分布广、含水量很高、C/N 值较低、含有大量致病微生物以及堆肥中氮素损失等难题。尤其是由于C/N 值较低，导致肥料价值不高，对促进农作物产量和提高营养价值等方面作用较小。在今后的研究中需要做好以下几点工作：

（1）对主要尾菜堆肥化的物料配比、过程参数及调控技术、堆肥产品质量控制等开展研究。

（2）可以尝试将尾菜垃圾与餐厨垃圾进行分类分级后联合处理堆肥，实现肥料的高价值化。餐厨垃圾中含有较高含量的氮、磷、钾，通过合理调配餐厨垃圾与尾菜垃圾的配比，并解决其在处理过程中出现的问题，可以更好地弥补尾菜垃圾肥料化后氮、磷、钾含量相对较少的缺陷，生产出高利用价值且原料丰富、价格低廉的优质有机肥料。

（3）研究尾菜的高效分级分离技术，降低尾菜的处理成本，促进尾菜资源利用化。

6 结语

我国尾菜资源化利用正处于起步阶段，需要根据各地尾菜处理状况对尾菜资源化方式进行研究和选择。我国蔬菜产区分散，对尾菜采取肥料化处理方式更为合适。但是我国在尾菜堆肥化的物料配比、过程参数及调控技术、堆肥产品质量控制等方面还有所欠缺，以及不同区域、不同尾菜堆肥化处理的技术体系还不够成熟，需要明确研究思路，进行尾菜处理技术的更环保、更高效化研究，这是目前我国尾菜处理亟须解决的首要问题。