昆明市蔬菜废弃物资源化利用潜力分析

和兰娣，张晓东,2，孙成龙,2，李诗妍,2，曹雪梅,2

（1.昆明市生态环境科学研究院，云南 昆明 650032；2.昆明市人力资源服务有限公司，云南 昆明 650100）

0 引言

近年来，因昆明市设施蔬菜产业高速发展，大棚蔬菜种植面积和产量的不断增加，使得蔬菜成为仅次于粮食的第二大农作物［1］。蔬菜具有含水率高、易腐烂、农残高、难以长期储存等特点，在种植与冷库贮存环节蔬菜的损失率高达20%~25%，加工损失量以及损失率均高于其他农产品的［2］。蔬菜废弃物是蔬菜在种植、加工和储运过程中产生和去除的蔬菜残株体以及腐烂的叶、果、根、茎等［3-5］。昆明市作为云南省最大的蔬菜冷链物流配送中心，建有上百家蔬菜贮存冷库企业，约60%的蔬菜来源于周边地区，如曲靖市、玉溪市、红河州等，为保证蔬菜的新鲜度及品质，大多数蔬菜从田间采摘后被直接运输至冷库企业，在包装、流通环节中产生的蔬菜废弃物占全市蔬菜废弃物总量的80%以上。如何让蔬菜废弃物能够得到更科学合理的处置，使其“物尽其用、变废为宝”成为亟需解决的问题及难点。

因经济技术水平和蔬菜废弃物综合利用处置条件受限，大量蔬菜废弃物都没有得到合理的利用和处置，随意堆放或丢弃不仅浪费资源对周围环境和蔬菜产区水体造成污染，还会导致病虫草害的发生［7］。许多国内外学者对蔬菜废弃物资源化利用开展了大量的研究，但主要以肥料化、沼气化和饲料化利用研究为主。研究表明，蔬菜废弃物中含有较高的有机质和多种营养元素，其含量与常用天然有机肥料的含量相当［8］，如若处理得当，对减少环境污染、提高资源利用率以及推动蔬菜产业可持续发展具有重要意义［9］，同时能改善农业农村生态环境，保障人居安全。

近年来，我国学者针对不同地区蔬菜废弃物的产生情况及利用潜力开展了较多的研究［10-12］，大多研究当地蔬菜种植的规模效应，而以昆明市蔬菜产业为例，有关蔬菜种植、冷库贮存2个环节的蔬菜废弃物产生量、分布特征和资源化利用潜力的研究鲜有报道。因此，本文通过统计和调研昆明市蔬菜产业现状，以蔬菜种植及冷库贮存2个环节的蔬菜为主，估算蔬菜废弃物产量，分析蔬菜废弃物资源化利用现状，探讨昆明市不同县（市）区合适的蔬菜废弃物资源化利用途径和利用潜力，为昆明市蔬菜废弃物资源化利用和蔬菜产业发展规划提供重要的理论指导和决策依据。

1 调查及评估方法

1.1 调查范围及数据来源

以昆明市14个县（市）区为范围，开展蔬菜种植、冷库贮存2个环节所产生的蔬菜废弃物调查。蔬菜废弃物的分布相对集中，主要产生于蔬菜种植集中区域和冷链物流中心（冷库），昆明市蔬菜废弃物产生环节主要包括蔬菜种植、冷库企业蔬菜贮存、农贸市场销售等，因农贸市场建设运营均由城市管理部门统一管理，该处蔬菜废弃物一般不进行单独分离，而按照生活垃圾统一处理，所以本研究范围的蔬菜废弃物主要包括蔬菜种植及冷库企业贮存2个阶段的废弃物。

数据主要来源于《昆明市统计年鉴》、14个县（市）区农业农村局生态环境分局填报的调查统计表以及冷库企业现场走访调研结果。

1.2 评估方法及系数

本研究蔬菜废弃物资源化利用主要以肥料化、沼气化和饲料化利用3种方式进行估算和潜力分析。

1.2.1 蔬菜废弃物产量 蔬菜废弃物产量为蔬菜种植、冷库贮存2个环节产生蔬菜废弃物的量，计算公式为：

式（1）中：W为蔬菜废弃物总量（万t）；Wz为蔬菜总量（万t）；α为蔬菜废弃物产废系数。

1.2.2 蔬菜废弃物肥料化养分量 蔬菜废弃物肥料化养分量为蔬菜废弃物全部利用可以转化为肥料养分的量，计算公式为：

式（2）中：FOM/N/P/K为蔬菜废弃物中有机质、氮、磷、钾的养分量(t)；COM/N/P/K为蔬菜废弃物中有机质、氮、磷、钾的养分含量(g/kg)；ε为蔬菜废弃物含水率。

1.2.3 蔬菜废弃物能源化利用量 蔬菜废弃物能源化利用量为蔬菜废弃物全部利用可以转化为能源的量，计算公式为：

式（3）中：Q为蔬菜废弃物可能源化的量（万m3）；β为蔬菜废弃物的产沼气系数（mL/g）。

1.2.4 蔬菜废弃物饲料化营养量 蔬菜废弃物饲料化营养量为蔬菜废弃物全部利用可以转化为饲料营养的量。计算公式为：

式（4）~式（5）中：SCP/CF/Ca为蔬菜废弃物中粗蛋白质、粗纤维、钙的养分量（t）；WG为水分含量15%的蔬菜废弃物量（万t）；CCP/CF/Ca为蔬菜废弃物中粗蛋白质、粗纤维、钙的养分含量。

1.2.5 蔬菜废弃物产废系数、肥料化养分含量、产沼气系数、饲料化营养含量的确定 根据联合国粮农组织的统计数据，中国蔬菜在种植采收、收获后处理和贮存、粗加工包装、运输和消费等各个阶段的产废系数分别为10%、8%、2%、8%和15%，生产流通过程中的产废系数为36.55%［13］。根据调查，昆明市蔬菜大多为叶菜类，主要经田间地头批发及交易，再由冷库采购商收购。为保证蔬菜的新鲜，菜叶在田间地头的剥除量较少，仅产生10%左右的废弃物，大部分蔬菜废弃物通过冷库包装加工环节再剥除，且由于冷库企业集散地对包装、品质等要求较高，蔬菜剥除量较大，冷库环节蔬菜废弃物的产废系数保守估计达18%。

蔬菜中有机质含量丰富。韩雪等［14-15］通过对根茎、瓜果、叶菜三大类蔬菜废弃物理化性质分析得出，叶菜类平均含水率为93.2%，平均含氮量、含磷量、含钾量分别为28.13、12.61、27.93 g/kg（养分含量为干基含量），碳氮比为11.04，pH值约为7。由于昆明市蔬菜种植以叶菜类为主，主要包括白菜类、绿叶菜类蔬菜，本研究使用叶菜类含氮、磷、钾量的平均值计算昆明市冷库蔬菜废弃物肥料化养分含量。

针对药学院校和相关专业量大面广、实验室类型多样、缺乏有针对性的安全环保教育与管理的现状，借鉴国外药学院校与实验室管理模式与经验，结合笔者在实验室安全环保管理工作中发现的问题，从教、学、管、监四方面提出如下建议。

魏丹丹等［16］选取4种不同叶菜类蔬菜废弃物为发酵原料，使用厌氧消化的方法对蔬菜废弃物产沼气特性及潜力开展了研究，结果表明，混合蔬菜、混合白菜、油麦菜和生菜其TS产气率分别为601、658、804和1136 mL/g，因蔬菜废弃物含有较高的有机物，被降解后可作为厌氧消化原料［17-18］。考虑以上蔬菜均为昆明本地的主要蔬菜品种，本研究使用混合蔬菜TS产气率601 mL/g进行计算。

由表1可知，昆明市种植和冷库贮存蔬菜以白菜及生菜、油麦菜、上海青等绿叶菜为主，根据统计年鉴数据，白菜类∶绿叶菜类的产量比约为3∶2，本研究中主要按60%的白菜类和40%的绿叶菜类来计算饲料化营养含量。

表1 昆明市各类蔬菜的营养成分情况 %

1.3 潜力分析方法

本研究以蔬菜废弃物产生量为基础，以化肥需求量、用电量、饲料需求量为动力，分析昆明市各县（市）区蔬菜废弃物不同资源化利用的潜力。基于统计数据，计算昆明市14个县（市）区各类蔬菜的废弃物产量、化肥需求量和饲料需求量的百分位数，并利用ArcGIS软件制作二维地图展示昆明市各县（市）区蔬菜废弃物资源化利用的潜力和布局方案［6］。

2 结果与分析

2.1 蔬菜废弃物产量现状

蔬菜废弃物是在蔬菜种植、储运和加工生产中产生的废弃物，由于技术、生产力水平和经济条件的制约，过剩的蔬菜废弃物成为农业面源污染中的污染源之一［18］。2020年昆明市蔬菜产量达到354万t，蔬菜播种面积12.18万hm2，冷库蔬菜贮存量达到634.90万t（其中近60%来源于除昆明本地以外的其他地区），建设蔬菜贮存冷库202家。2020年昆明市蔬菜废弃物总量为155.37万t，其中冷库产生蔬菜废弃物总量为126.98万t，占昆明市蔬菜废弃物总量的82%。

2.2 蔬菜废弃物资源化利用现状

目前，昆明市蔬菜废弃物资源化利用方式主要分为传统分散利用和集中资源化利用2种。

2.2.1 传统分散利用方式 由于蔬菜废弃物易腐烂且经济价值低，不宜长途运输，目前昆明市蔬菜废弃物传统分散利用方式主要以直接还田、喂养牲畜、沤肥处理为主。以农户为利用主体，主要利用的是农田环节产生的蔬菜废弃物。按照昆明市农业农村局的农田秸秆资源化利用统计数据，昆明市农田秸秆资源化利用率达到90%，通过传统处理方式得到有效处理的蔬菜废弃物为31.23万t。

2.2.2 集中资源化利用方式 目前，昆明市蔬菜废弃物集中处置点主要通过饲料化和能源化的方式进行综合利用。依据农业、环保等部门的统计数据以及现场调查结果，昆明市蔬菜废弃物集中处理企业共有5家，最高实际年处理量为90.12万t，远不能满足全市蔬菜废弃物处理的需求（表2）。蔬菜废弃物经 “进料－破碎－固液分离－发酵－废水处理” 的工艺流程，从而转化为肥料产品及沼气。目前，这5家蔬菜废弃物集中处理企业都面临着政府配套资金不足、如何有效解决工艺废水去向等问题，严重影响了5家企业的正常运行，且昆明市其他资源化利用方式探索研究较少，集中资源化利用方式较单一，昆明市蔬菜废弃物资源化利用率偏低。

表2 昆明市蔬菜废弃物集中处理企业情况

2.3 蔬菜废弃物资源化利用潜力分析

在3种蔬菜废弃物资源化利用潜力分析中，肥料化、饲料化利用潜力分析分别从市级层面及县级层面开展，能源化利用潜力分析仅从全市层面开展。

2.3.1 肥料化利用 目前，实现蔬菜废弃物肥料化利用途径的处理工艺主要是厌氧发酵和高温堆肥。肥料化利用的处理周期短、规模大、品质好，酚类等有毒有害物质可有效地降解除去，病原菌、害虫卵和杂草种子易被消灭，堆肥的营养丰富。按昆明市2020年蔬菜废弃物产量计算，蔬菜废弃物中氮磷钾养分储量分别为氮(N)、磷(P2O5）、钾(K2O)肥分别为3222.31、1510.79、 3232.87 t，可替代昆明市当年氮、磷、钾肥施用量的4.01%、5.31%、26.49%；另外，还含有10万t有机质以及作物生长所必需的中微量元素。

2.3.2 饲料化利用 叶菜类蔬菜废弃物中含有约12%的粗纤维素和20%的粗蛋白，经处理便可作为牲畜饲料。研究表明，绝大部分蔬菜废弃物除了发生病虫害的部分，无其他有毒有害物质［3］。对于蔬菜废弃物饲料化利用主要有经氨化处理技术、青贮饲料化技术以及微生物处理转化技术转化为微生物蛋白产品这3种方式。根据饲料化利用与储存要求［20］，按照2020年蔬菜废弃物全饲料化计算，蔬菜废弃物中含总氨基酸17860.03 t、粗蛋白24567.39 t、粗脂肪6241.66 t、粗纤维11628.92 t、粗灰分907.29 t，可弥补全市17.02万t的饲料，按400 kg肉牛进栏、养殖周期150 d、日增重0.5 kg需0.79 kg粗蛋白、60%的粗蛋白来自粗饲料计算［20］，可饲养肉牛34万头。

2.3.3 能源化利用 通常产甲烷微生物要求化学需氧量与氮素之比在（100～128）∶4之间，蔬菜废弃物含水量高，干物质含量约为10%，其化学需氧量与氮素之比(COD∶N)为100∶4，符合厌氧消化处理条件，蔬菜废弃物中富含营养物质，厌氧发酵无需添加营养物质和氮源，厌氧发酵后除产生沼气外，产生的沼液和沼渣还可作为肥料利用［15］。按照全能源化利用进行分析，2020年昆明市蔬菜废弃物可产沼气719万m3，相当于全市规模以上工业0.74%的天然气消耗量，或相当于发电1294.2万kW·h，约为全市规模以上工业0.06%的电力消耗，具有一定的经济价值。但叶菜类的蔬菜废弃物就不适合进行厌氧发酵制取沼气，由于其纤维素含量高，不能满足厌氧消化的条件，厌氧消化时水解速率过快易导致挥发酸积累、pH 值降低，造成产甲烷菌的失活，抑制甚至破坏了产甲烷阶段的进程［22］；而较高的蔬菜茎秆木质素、纤维素含量和本身特有的高聚合状态会抵抗微生物分解且降低厌氧发酵的水解速率［24］。

2.3.4 综合分析 通过计算（表3）可知，昆明市蔬菜废弃物高产量县区（蔬菜废弃物高产量位于前25%）分别为晋宁区、嵩明县、寻甸县、宜良县。化肥高需求县区（化肥施用量位于前25%）分别为寻甸县、禄劝县、宜良县、晋宁区。饲料高需求县区（饲料需求量位于前25%）分别为宜良县、寻甸县、石林县、安宁市。由此可知，饲料化、肥料化生产及需求均高的地区为寻甸县、宜良县（蔬菜废弃物高产量、化肥施用量、饲料需求量均位于前25%），肥料化生产及需求高潜力地区为晋宁区（蔬菜废弃物产量、化肥施用量均位于前25%）。

表3 2020年昆明市各县（市）区蔬菜废弃物、化肥需求量及饲料需求量统计 万t

结合昆明市产业布局，晋宁区、嵩明县、寻甸县、宜良县可作为昆明市蔬菜废弃物资源化产品集中生产区域。其中，晋宁区、寻甸县、宜良县3个县区可实现自产自销，嵩明县可实现产品外销，禄劝县可作为肥料化产品主要应用地区，石林县、安宁市可作为饲料化产品主要应用地区（图1）。

图1 昆明市蔬菜废弃物资源化利用潜力

3 结论与讨论

研究表明，2020年昆明市蔬菜废弃物产生量达155.37万t，按全肥料化利用分析，氮磷钾养分储量氮(N)、磷(P2O5）、钾(K2O)肥分别为3222.31、1510.79、3232.87 t。另外，还含有10万t有机质以及作物生长所必需的中微量元素；按全饲料化利用分析，可生产17.02万t的饲料；按全能源化利用分析，可产沼气719万m3。

全市蔬菜废弃物分布最多的是晋宁区、嵩明县、寻甸县、宜良县，这些地区可作为昆明市蔬菜废弃物资源化产品集中生产地。化肥需求最高的是寻甸县、禄劝县、宜良县、晋宁区；饲料需求最高的是宜良县、寻甸县、石林县、安宁市。寻甸县、宜良县是化肥及饲料需求均高的县区。晋宁区、寻甸县、宜良县3个县区可实现自产自销，嵩明县可实现产品外销，禄劝县可作为肥料化产品主要应用地区，石林县、安宁市可作为饲料化产品主要应用地区。

蔬菜废弃物蕴含着巨大的经济价值，但目前昆明市蔬菜废弃物资源化利用较单一，主要以肥料化利用和能源化利用结合为主，但废液的去向问题没能得到妥善解决，其又成为了生态环境的一大污染源，因此，这5个集中处置企业均不能实现满负荷运行。

肥料化（高温好氧堆肥）和饲料化利用是昆明市解决蔬菜废弃物引起的资源浪费和污染问题的最佳途径，后期应加大昆明市蔬菜废弃物多途径相结合的资源化利用研究。其中，新鲜度较好、表面未腐烂的废弃物建议通过饲料化方式进行利用；新鲜度较差及腐烂废弃物以肥料化加能源化利用为主，同时应加强废液的处理利用研究。创新蔬菜废弃物资源化利用模式，通过多种方式相结合，解决现有资源化利用投资大、可持续性不足的瓶颈问题，同时还应结合当地的社会经济和自然环境，根据种业和畜牧业发展水平，探索并推广蔬菜废弃物规模化、全量化、无害化的综合利用模式，因地制宜推广蔬菜废弃物综合利用技术，促进昆明市实现蔬菜废弃物的减量化、资源化、无害化。以蔬菜废弃物就地消纳、能量循环、综合利用为主线，开展综合政府支持、社会参与、市场运作、分步实施的蔬菜废弃物资源化利用治理体系，将其形成可推广、可持续的蔬菜资源化利用模式和机制。