蔬菜廢物的堆肥處理技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

龔建英 代學民 高云霞 王淑娜

（河北建筑工程學院，河北張家口075024）

0 引 言

自1988年國家決定實施“菜籃子工程”以來，我國蔬菜事業(yè)進人了快速發(fā)展的新時期，蔬菜作物的種植在農(nóng)業(yè)中所占比重越來越大.統(tǒng)計資料顯示，2010年我國蔬菜的播種面積已達到1900萬公頃，占總播種面積的12.66%.20世紀80年代末我國的設施蔬菜面積只有6萬公頃，90年代就達69.91萬公頃，比80年代增長11.65倍，1999年接近130萬公頃，到2000年底已發(fā)展到140多萬公頃［1］.隨著蔬菜產(chǎn)量的不斷增加和對蔬菜品質(zhì)要求的提高，蔬菜廢物的產(chǎn)生量也在急劇增加.多種蔬菜如蠶豆、冬筍等的廢物產(chǎn)生比例已高達60%［2］.據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計，2008年中國蔬菜殘株產(chǎn)量接近5.6億噸，其中可回收利用的有3.36億噸.蔬菜秸稈產(chǎn)量在農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量中的比例占到了9.09%［3］.根據(jù)中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院2008年的調(diào)查結(jié)果顯示，北京市2007年的菜田／瓜田類廢物的量大約為333.3萬噸，其中70%的廢棄物未經(jīng)任何處理而隨意堆放.大量未被利用的蔬菜廢物已經(jīng)成為蔬菜產(chǎn)業(yè)可持發(fā)展的限制問題.

蔬菜廢物養(yǎng)分含量豐富，其中氮含量為3%～4%（烘干基），磷含量為0.3%～0.5%（烘干基），鉀含量在3.6%左右（烘干基）［4］.根據(jù)莫舒穎的研究［5］，蔬菜殘株以干物質(zhì)量計算大量元素含量為31.7～85.7g·kg－1，說明若將蔬菜殘株全部資源化利用，相當于至少多生產(chǎn)出106.5萬噸氮、磷、鉀肥.大量的蔬菜廢物若不進行回收利用，不僅會造成巨大的資源浪費，還會因為處理不當使其成為污染源：在云南滇池流域，蔬菜、花卉種植面積占總種植面積的27%，僅呈貢縣大漁鄉(xiāng)2000～2001年產(chǎn)生的蔬菜廢物量估算為8880噸，產(chǎn)生的蔬菜、花卉廢物被農(nóng)民直接丟進溝渠，成為滇池水體富營養(yǎng)化的重要物質(zhì)來源［6］；蔬菜廢物很有可能含有發(fā)生病蟲害的組織，如含有番茄病毒病菌、葉霉病菌等［7］，大多設施蔬菜產(chǎn)地產(chǎn)生的蔬菜廢物往往隨意丟棄，導致病蟲害滋生，堆積過程中的滲濾液極易對土壤造成污染［8，9］.因此，蔬菜廢物的有效處理和資源化利用對蔬菜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展和環(huán)境保護意義重大.

1 蔬菜廢物堆肥處理技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀

具有無害化和資源化雙重作用的高溫好氧堆肥技術(shù)是世界范圍內(nèi)處理固體有機廢棄物的有效技術(shù)，但眾多的研究集中在畜禽糞便、污泥和城市垃圾等方面［10］.蔬菜廢物可能含有的病原菌是處理的一大難點，一般蔬菜病害的致病菌在50℃時即可被殺除，但病毒病的病菌需65～70℃的高溫才能被殺死，因此蔬菜廢物堆肥處理必須使溫度達到70℃，并持續(xù)一段時間.蔬菜廢物高達90%的含水率是其進行堆肥化處理的又一限制性因素，原料的水分過高或過低都不利于堆肥化進行，適當晾曬和水分調(diào)理劑的添加可改善堆肥的起始條件［11］，如添加樹葉［12］、花卉秸稈［10］、干草［13］等.同時，大部分蔬菜廢物的C／N比在10以下［14］，而堆肥的C／N比能滿足微生物所需的最佳值為25～35［15］，因此應通過補加C素材料（含碳較多的物質(zhì)）的方法來調(diào)整C／N比在合適的范圍內(nèi).目前國外對堆肥產(chǎn)品用作育苗基質(zhì)有一定的研究，Yogev et al.［16］的研究結(jié)果表明堆肥對蔬菜的葉病和土傳病害有一定的抑制作用，但堆肥普遍存在EC值偏高的問題，對植物生長有抑制作用.Mazuela et al.［17］利用浸出試驗研究了蔬菜廢棄物堆肥是否可用作育苗基質(zhì)，結(jié)果表明當用6倍的蒸餾水浸提堆肥時，堆肥的電導率（1.95ds·m－1）降低到基質(zhì)的要求范圍之內(nèi)（0.75～1.99ds·m－1），用100%蔬菜廢棄物堆肥作為基質(zhì)所生產(chǎn)的西瓜的品質(zhì)和產(chǎn)量均不受影響.進一步說明了，只要EC值這個限制因素被控制在一個可接受的范圍內(nèi)，蔬菜廢物堆肥產(chǎn)品可以全部或部分替代草炭作為育苗基質(zhì).同時Tittarelli et al.［18］的研究結(jié)果表明在育苗基質(zhì)中加入30%的堆肥產(chǎn)品，所育甜瓜的各項生長指標均優(yōu)于常規(guī)育苗基質(zhì).

2 蔬菜廢物堆肥處理技術(shù)的發(fā)展趨勢

從20世紀80年代開始，國內(nèi)外陸續(xù)開始研究專門針對農(nóng)業(yè)蔬菜廢物的處理處置方法，這些處理處置方法的思路借鑒了傳統(tǒng)固體廢物處理和水處理技術(shù)的經(jīng)驗，并針對蔬菜廢物的特點進行改進和優(yōu)化［11］.高溫好氧堆肥可以最大限度地殺滅病原菌，同時對有機質(zhì)的降解速度快，是處理有機廢物的有效方法［11］.張相鋒等［19］對西芹、白菜殘株與石竹廢棄物進行了聯(lián)合堆肥試驗，獲得了腐熟的堆肥產(chǎn)品；Kalamdhad et al.［12］將蔬菜廢物與樹葉進行了聯(lián)合堆肥研究，結(jié)果同樣獲得了穩(wěn)定無害的堆肥化產(chǎn)品.表明蔬菜廢物可利用堆肥方式進行回收利用，但由于蔬菜廢物的特殊性，其堆肥必須滿足一定的條件.

從以往的研究中可以總結(jié)出，由于水分含量高和蔬菜廢物本身微生物群落特點，蔬菜廢物的好氧堆肥需要滿足以下的條件：首先，必須將蔬菜廢物和各種調(diào)節(jié)劑混合，以調(diào)節(jié)堆體的物理結(jié)構(gòu)，降低含水率并防止堆肥物料產(chǎn)生塌陷，Haggar et al.［13］提出，添加40%的干草作為調(diào)節(jié)劑進行堆肥，可實現(xiàn)堆肥腐熟；其次，應該通過翻堆或者設置通風來防止發(fā)生局部厭氧狀態(tài)；再次，應在初始物料中混入已經(jīng)腐熟的堆肥產(chǎn)品作為微生物接種劑或直接添加微生物菌劑，加速高溫階段的啟動.Vallini et al.［20］認為，添加15%的木屑和5%的腐熟堆肥則可以達到較理想的堆肥腐熟效果.

目前在國內(nèi)外堆肥技術(shù)正在向著機械化、自動化的方向發(fā)展，而為了防止對環(huán)境的二次污染，堆肥也趨向于采用密閉的發(fā)酵倉方式［21］.要殺死蔬菜廢物中可能攜帶的病原菌，蔬菜廢物堆肥對溫度的要求比較嚴格，最好能達到70℃，而在一般露天堆肥很難滿足這個要求，因此蔬菜廢物高溫好氧堆肥更趨向于在發(fā)酵倉內(nèi)進行.但發(fā)酵倉內(nèi)堆肥成本高、能耗大，并且無法滿足大規(guī)模應用，所以如何實現(xiàn)露天條件下蔬菜廢物的高溫堆肥也是發(fā)展趨勢之一.同時堆肥工藝優(yōu)化主要有兩個方向，一是探求堆肥過程中影響微生物生長代謝的含水率、溫度、C／N比等環(huán)境參數(shù)的最適值，并發(fā)展相應的工藝控制方法；另一個則是在堆肥過程中，通過選擇性接種菌劑來優(yōu)化堆肥過程的微生物生態(tài)，以加速腐熟并改善堆肥產(chǎn)品質(zhì)量［22］.因此，針對蔬菜廢物的特殊性，對于堆肥原料初始的含水率、C／N比、溫度變化及微生物菌劑對蔬菜廢物降解的影響是今后研究的重點.

目前國內(nèi)外堆肥產(chǎn)品主要用于直接還田，但對堆肥產(chǎn)品用作育苗基質(zhì)也有一定的研究，劉慶［23］的研究結(jié)果表明，牛糞與秸稈發(fā)酵堆肥可以用在漂浮育苗基質(zhì)中.將蔬菜廢棄物堆肥產(chǎn)品用在育苗基質(zhì)上，不僅提升了堆肥的價值，實現(xiàn)更高端的產(chǎn)業(yè)化，同時可以代替部分草炭，減少資源消耗，因此，堆肥基質(zhì)化利用適應現(xiàn)在大規(guī)模蔬菜種植的產(chǎn)業(yè)化要求，具有很好的應用前景，是蔬菜廢棄物堆肥產(chǎn)品利用的最佳途徑之一.

［1］陳碧華，羅慶熙，張政.2003.我國設施蔬菜的生產(chǎn)現(xiàn)狀、存在問題及對策.河南職業(yè)技術(shù)師范學院學報，31（1）：29～32

［2］宋麗.2010.蔬菜廢物兩級強化水解厭氧消化實驗研究［碩士學位論文］.北京：北京化工大學

［3］畢于運，高春雨，王亞靜，等.2009，中國秸稈資源數(shù)量估算.農(nóng)業(yè)工程學報，25（12）：211～217

［4］董永亮.2008.蔬菜廢棄物厭氧處理產(chǎn)能實驗研究［碩士學位論文］.黑龍江：哈爾濱工程大學

［5］莫舒穎.2009.蔬菜殘株堆肥化利用技術(shù)研究［碩士學位論文］.北京：中國農(nóng)業(yè)科學院

［6］曾詠梅，毛昆明，李永梅，等.2006.微生物菌劑對蔬菜－花卉廢棄物直接還田效果的影響—以云南滇池為例.安徽農(nóng)業(yè)科學，34（17）：4278～4280

［7］吳華圃，胡寧寶，李慧英.2007.番茄病害及其綜合防治技術(shù).內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，（1）：104～106

［8］張相鋒，王洪濤，聶永豐，等.2003.高水分蔬菜廢物和花卉、雞舍廢物聯(lián)合堆肥的中試研究.環(huán)境科學，2003a，24（2）：147～151

［9］劉廣民，董永亮，薛建良.2009.果蔬廢棄物厭氧消化特征及固體減量研究.環(huán)境科學與技術(shù)，32（3）：27～30

［10］張相鋒，王洪濤，聶永豐.2005.通風量對蔬菜和花卉廢棄物混合堆肥的影響.農(nóng)業(yè)工程學報，21（10）：134～137

［11］黃鼎曦，陸文靜，王洪濤.2002.農(nóng)業(yè)蔬菜廢物處理方法研究進展和探討.環(huán)境污染治理技術(shù)與設備，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］席旭東，晉小軍，張俊科.2010.蔬菜廢棄物快速堆肥方法研究.中國土壤與肥料，2010（3）：62～66

［15］李國學，李玉春，李彥富.2003.固體廢物堆肥化及堆肥添加劑研究進展.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，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］張相鋒，王洪濤，聶永豐.2003.高水分蔬菜廢物和花卉廢物批式進料聯(lián)合堆肥的中試.環(huán)境科學，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］陳活虎，何品晶，呂凡，等.2006.腐熟堆肥接種對蔬菜廢物中高溫好氧降解過程的影響.環(huán)境化學，25（4）：445～448

［23］劉慶，李崇軍，劉順利，等.2007.牛糞與秸稈發(fā)酵堆肥全部或部分替代草炭的研究.貴州農(nóng)業(yè)科學，35（2）：57～59