厨余垃圾堆肥在普通白菜基质栽培中的应用

李强 余宏军 艾爽 蒋卫杰

（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

我国正处于城镇化率持续升高阶段，这不仅带来了巨大发展潜力和市场空间，同时面临着城市生活垃圾数量持续大幅增长的挑战（倪鹏飞和李超，2019）。厨余垃圾是城市垃圾的重要组成部分，占比达40%～50%（牟雪娇，2017）。厨余垃圾是指居民家庭、餐饮行业及单位供餐等活动中产生的剩菜剩饭、果皮菜叶、蛋壳、茶渣等固体废弃物，含有较高的水分和有机物，容易腐坏发臭、产生毒素，造成水体和空气污染。而另一方面，厨余垃圾因含有大量有机质、氮、磷等营养成分，具有较高的资源化利用价值。厨余垃圾通过妥善加工处理，可转化为营养丰富的有机肥料，从而实现厨余垃圾的减量化、资源化、无害化处理（胡新军，2012；杨柏松 等，2016；彭立宇，2018）。

堆肥是国内外采用较多的一种厨余垃圾资源化处理方式，包括厌氧堆肥法、好氧堆肥法以及蚯蚓堆肥法等（时朝辉，2017）。以厨余垃圾为基质，利用微生物、蚯蚓生长繁殖和新陈代谢过程产生的酶等多种生物活性物质，将厨余垃圾在较短时间内分解成氮、磷、钾含量丰富的有机肥料，不仅缓解了垃圾处置压力，还能有效改善土壤结构，促进农作物生长和品质提升。

目前对厨余垃圾肥料化处理的相关技术已开展了广泛研究，在堆肥菌种的选择和用量、发酵时长和温度、通风方式和时间等方面进行了筛选与优化（柴晓利 等，2005；Bernstad &Jansen，2011；李小建 等，2013）。经过多年的探索，许多发达国家已形成完善的厨余垃圾堆肥处理体系，例如德国每年通过厨余垃圾堆肥可生产500 万t 肥料（Pazera et al.，2015）。过去，我国厨余垃圾大多是与其他生活垃圾混杂在一起丢弃，这给厨余垃圾的回收带来了很大的困难。近年来，随着垃圾分类政策在我国的全面推广与实施，厨余垃圾资源化处理逐渐得以实现。目前，北京、上海、深圳、杭州等大中城市已建立了较为完善的无害化、减量化、资源化厨余垃圾处理体系。以北京为例，厨余垃圾日分出量约4 000 t，按堆肥产品转化率30%计算，则有机肥料年产量逾40 万t（张斌和赵立杰，2016；王冉迪和张京亮，2020）。随着厨余垃圾资源化处理技术和产能的提升，在未来几年将带动更多的城市乃至全国实现厨余垃圾资源化处理。

尽管厨余垃圾肥料市场空间巨大，但是应用并不广泛，目前只用于城市的公共园林绿化或少部分复合肥的配制，尚未见在农作物生产上的大规模应用。究其原因，可能是缺乏对厨余垃圾肥料安全性和肥效的科学评价，相关科研数据鲜有报道。鉴于此，本试验以厨余垃圾堆制的肥料为对象，分析其不同施用比例对椰糠栽培基质性质、养分含量、重金属等有害物质含量的改良作用，并评价其在普通白菜栽培中的种植效果，从而为厨余垃圾堆肥在蔬菜作物生产中的广泛应用提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020 年8—11 月在中国农业科学院蔬菜花卉研究所无土栽培课题组玻璃温室进行，温室内昼/夜温度为25 ℃/18 ℃，光照强度为100 μmol ·m·s，空气相对湿度保持在50%～60%。

堆肥原料果皮、菜叶等厨余垃圾由北京日日新学堂提供，堆肥辅料为EM 堆肥菌（杭州果攸生态环境科技有限公司），厨余垃圾和菌剂混合比例为20∶1（/）；混匀后置于专业堆肥箱中，封闭堆制30 d；堆肥充分腐熟后过0.5 mm 筛，获得质地均匀、松软的黑色肥料，晒干，常温下保存待用。

供试普通白菜品种为京绿2 号，购于京研益农（北京）种业科技有限公司。

1.2 试验方法

采用盆栽的方式，以椰糠（山东商道生物科技有限公司）为栽培基质。设置4 个厨余垃圾堆肥施用比例，即厨余垃圾堆肥∶椰糠（/）分别为15%（T1）、30%（T2）、45%（T3）、60%（T4），以不添加任何肥料的椰糠（CK1）和添加商品有机肥（北京平安福生物工程技术有限公司，采用推荐用量：55 kg·m）的椰糠（CK2）作为对照，所有处理均不再施额外的肥料。采用随机区组排列，3 次重复，每重复5 株，定植于7 L 盆钵中（内装5 L 充分混合的基质），每隔2～3 d 浇灌清水500 mL，保持基质湿度在60%左右，定植30 d 后采收。

1.3 项目测定

基质理化性质及矿质元素含量：分别于9 月30 日（定植前）、10 月30 日（采收后）取样，每处理随机选取3 盆。每盆取100 mL 基质，采用饱和浸提法测定pH 和EC 值（江胜德，2006）；每盆取200 mL 基质，参照Gao 等（2018）的方法测定容重、总孔隙度、通气孔隙度、持水孔隙度；每盆取200 mL 基质，风干，利用KDY-9810 凯氏定氮仪测定总氮、速效氮含量（栾慧 等，2017），采用微波消解法测定总磷、总钾、速效磷、速效钾、铅、铬、镉含量（鲁如坤，1999；徐洁昕 等，2011）。

普通白菜生长指标、单株质量及品质：10 月30 日采收，利用活体叶绿素仪SPAD502 测定全部植株的叶绿素SPAD 值，取最外侧叶形完整的叶片，每片测定3 次，取平均值；利用直尺测量全部植株地上部高度，取平均值为株高；按处理称重，取平均值为单株鲜质量；然后每处理随机选取3株，将植株地上部和根系分开，105 ℃烘箱杀青，70 ℃烘干至恒重，分别称量地上部干质量和根系干质量，计算根冠比。最后，每处理称取地上部鲜样0.3～0.6 g，参照Liu 等（2019）的方法测定VC含量；每处理称取地上部干样0.1 g，采用蒽酮法测定可溶性糖含量（刘海英 等，2013）。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS 23.0 软件进行统计分析，运用DUNCAN 检验法进行多重比较及差异显著性分析（＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 厨余垃圾堆肥对栽培基质理化性质的影响

从表1 可以看出，与CK1 相比，施用厨余垃圾堆肥提高了基质的通气孔隙度和持水孔隙度，各处理的总孔隙度在79.44%～85.06%之间，其中T4处理总孔隙度最高。容重反映了基质的疏松、紧实程度，CK1 的容重为0.16 g·cm，施用厨余垃圾堆肥或商品有机肥均可提高基质容重，其中T3、T4 处理的容重分别达0.21、0.23 g·cm，显著高于CK1 和CK2。pH 值是基质化学性质最具代表性的指标之一，直接影响植物根系对养分的吸收；EC 值反映了基质中可溶性盐离子的浓度。随着厨余垃圾堆肥施用比例的增大，基质pH 值从7.23 升高到7.57，EC 值从0.86 mS·cm升高到1.77 mS ·cm；其中，T4处理的pH值显著高于CK1和CK2，而EC 值与CK2 无显著差异。

表1 施用不同比例厨余垃圾堆肥对栽培基质理化性质的影响

2.2 厨余垃圾堆肥对栽培基质养分含量的影响

从表2 可以看出，与CK1 相比，施用厨余垃圾堆肥显著提高了定植前基质总氮、总磷、总钾、速效氮含量，明显提高了速效磷、速效钾含量，且各养分含量大多随厨余垃圾堆肥施用比例的增大而增加；但总氮、总磷、速效氮、速效磷含量低于CK2。普通白菜采收后，所有处理的基质总氮、总磷、总钾、速效氮、速效磷、速效钾含量均降低，但施用厨余垃圾堆肥各处理的基质养分含量依然高于CK1，而低于CK2。

表2 施用不同比例厨余垃圾堆肥对栽培基质养分含量的影响

2.3 厨余垃圾堆肥对栽培基质重金属含量的影响

重金属含量是评价栽培基质安全性的重要指标，对农作物的食品安全有直接影响。从表3 可以看出，施用厨余垃圾堆肥各处理的基质铅、镉、铬含量均低于DB32/T 589—2003《无公害农产品无土栽培基质要求》中规定的限值（铅≤ 150 mg ·kg，镉≤ 0.3 mg·kg，铬≤ 200 mg·kg），作为蔬菜栽培基质是安全的，且3 种重金属含量均显著低于CK1 和CK2。

表3 施用不同比例厨余垃圾堆肥对栽培基质重金属含量的影响

2.4 厨余垃圾堆肥对普通白菜生长、单株质量及品质的影响

从表4 可以看出，厨余垃圾堆肥各处理的普通白菜株高、根冠比均显著高于CK1，其中株高随厨余垃圾堆肥施用比例的增大而显著提高；叶绿素SPAD 值除T2、T3 处理显著高于CK1 外，其他各处理间差异均不显著。T4 处理与CK2 的植株生长势无显著差异。

从表4 还可以看出，普通白菜单株鲜质量和干质量均随厨余垃圾堆肥施用比例的增大而显著增加，其中T2、T3、T4 处理的单株鲜质量和干质量均显著高于CK1，但T2、T3 处理的单株鲜质量和干质量显著低于CK2，T4 处理与CK2 无显著差异。厨余垃圾堆肥各处理的VC 含量均显著高于CK1 和CK2，T2、T3、T4 处理的可溶性糖含量亦显著高于CK1 和CK2；其中，T3 处理的品质最好，VC 和可溶性糖含量均为最高。

表4 施用不同比例厨余垃圾堆肥对普通白菜生长、单株质量及品质的影响

3 讨论与结论

厨余垃圾有机质含量高，作为堆肥原料比传统堆肥物料更具备能源优势，且堆肥化处理技术操作简单，已成为厨余垃圾资源化利用的首选途径。本试验结果表明，厨余垃圾堆肥作为有机肥混入栽培基质中能够提高基质的容重和总孔隙度。前人研究认为，混配基质的容重在0.2～0.8 g·cm之间适宜作物栽培，过高则基质过于紧密，通气性较差，影响植物根系正常生长；过低则基质疏松不利于固定根系，保水能力差，也不利于植物生长（蒋卫杰等，2007）。一般来说，无土栽培基质适宜的总孔隙度为54%～96%（张硕 等，2015）。本试验中，施用45%～60%厨余垃圾堆肥的基质容重和总孔隙度均在适宜范围内，能够满足蔬菜作物生长需要。

厨余垃圾堆肥富含植物生长所需的氮、磷、钾等营养元素。本试验中，随着厨余垃圾堆肥施用比例的增大，栽培基质中总氮、总磷、总钾、速效氮、速效磷、速效钾含量大多呈逐渐升高的趋势。在厨余垃圾堆肥施用比例为60%的基质中种植普通白菜，其株高、根冠比、单株质量与施用商品有机肥种植的普通白菜无显著差异；施用比例为30%～60%时普通白菜的品质显著优于施用商品有机肥对照，其中施用比例为45%时品质最佳。张春英等（2015）研究发现，混入40%以上厨余垃圾堆肥对鸡冠花幼苗成活有一定抑制作用。但在本试验中并未出现厨余垃圾堆肥用量过多对植株生长的负影响，而是呈随厨余垃圾堆肥施用比例增大普通白菜生长势和单株质量升高的趋势。综上，施用60%厨余垃圾堆肥可以替代商品有机肥，满足叶菜类蔬菜生长过程中对养分的需求。

堆肥中重金属含量是否超标是农业生产上一直关注的问题，一方面是要避免堆肥造成土壤重金属污染；另一方面是要防止栽培作物重金属积累过量。在本试验中，施用不同比例厨余垃圾堆肥的基质铅、镉、铬含量均低于DB32/T 589—2003《无公害农产品无土栽培基质要求》规定的限值，符合用于生产农产品的基质要求。此外，随着厨余垃圾堆肥施用比例的增大，基质中3 种重金属含量均呈降低的趋势，说明其可能具有土壤调理剂的作用，这需要在以后的研究中进一步证实。

上述结果表明，厨余垃圾堆肥含有丰富的矿质元素，对栽培基质具有良好的改良作用，安全无毒害，可作为优质有机肥投入使用。施用45%厨余垃圾堆肥的普通白菜品质最优，显著高于施用商品有机肥对照；施用60%厨余垃圾堆肥的普通白菜单株质量稍高于施用商品有机肥对照，两者差异不显著。因此，在倡导绿色、健康、可持续发展的当今，将厨余垃圾堆肥用于蔬菜生产有利于缓解化肥对土壤、地下水造成的危害，对倡导循环农业、助力实现碳中和将起到巨大的推动作用。