湖北省蔬菜廢棄物資源量估算與分布特征

徐大兵趙書軍陳云峰袁家富劉冬碧邱正明夏賢格

（1農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廢棄物肥料化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430064；

2湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保土肥研究所，湖北武漢430064；

3湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，湖北武漢 430073）

隨著蔬菜產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國蔬菜的種植面積和總產(chǎn)量持續(xù)增長，截至2016年全國蔬菜播種面積2 232.80萬hm2，總產(chǎn)量7.98億t，比2010年的1 899.9萬hm2和6.51億t分別增加了17.52%和22.55%（黃秉信，2017）。其中山東、河北、河南、四川、湖南和湖北等6省的蔬菜產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的55.79%。在我國蔬菜產(chǎn)量不斷增加的同時，蔬菜廢棄物資源量也急劇增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國蔬菜廢棄物資源量達(dá)到2.92億t（韓雪 等，2015），且具有數(shù)量大、品質(zhì)差、價格低和危害多的污染特點(diǎn)，如何資源化處理面臨著一系列新的問題和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)（孫振鈞和孫永明，2006）。這些蔬菜廢棄物主要來源于生長管理、收獲、存儲和銷售過程中產(chǎn)生的無商品價值的植株殘體和廢棄果實(shí)等（黃鼎曦 等，2002）。蔬菜廢棄物的分布相對集中，主要產(chǎn)生于蔬菜產(chǎn)區(qū)、集散地和加工場所，蔬菜廢棄物中養(yǎng)分含量豐富，如何科學(xué)有效地?zé)o害化處理和資源化利用事關(guān)蔬菜產(chǎn)業(yè)的健康綠色發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。

截至2017年底，湖北省蔬菜廢棄物資源量達(dá)到206萬t，但是不同的地區(qū)和不同蔬菜種類差異較大，缺乏資源量統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也就無法有效評估蔬菜廢棄物資源現(xiàn)狀。本文在前人研究基礎(chǔ)上結(jié)合湖北省蔬菜生產(chǎn)的現(xiàn)狀，主要估算湖北省不同種類蔬菜廢棄物資源量和所含的養(yǎng)分資源量，以及在湖北省的分布特征，以期為湖北省蔬菜廢棄物資源化利用奠定基礎(chǔ)。

1 調(diào)查方法

1.1 調(diào)查范圍

針對湖北省內(nèi)的主要蔬菜種類開展調(diào)查，包括葉菜類（芹菜、普通白菜和菠菜），白菜類（大白菜），甘藍(lán)類（結(jié)球甘藍(lán)），根莖類（蘿卜、胡蘿卜、生姜和莖瘤芥），瓜果類（黃瓜、南瓜和冬瓜），豆類（豇豆和菜豆），茄果類（茄子、辣椒和番茄），蔥蒜類（大蔥和大蒜），水生菜類（蓮藕）和其他蔬菜。播種面積和產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于《湖北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》和湖北省蔬菜辦公室提供的數(shù)據(jù)。

1.2 湖北省蔬菜廢棄物資源量的估算

草谷比法是目前國內(nèi)比較認(rèn)可的統(tǒng)計(jì)秸稈量的方法，本文產(chǎn)廢系數(shù)指產(chǎn)地蔬菜的產(chǎn)廢系數(shù)，具體數(shù)值參照韓雪等（2015）的數(shù)據(jù)，它是根據(jù)草谷比公式計(jì)算得到，將數(shù)據(jù)代入以下公式，得到不同蔬菜種類的蔬菜廢棄物資源量和蔬菜廢棄物氮、磷、鉀養(yǎng)分量。蔬菜廢棄物中蔬菜產(chǎn)區(qū)、集散地和加工場所所占的比例分別為68.11%、27.35%和4.54%（杜鵬祥 等，2015）。不同種類蔬菜水分、養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)含量參考前人文章綜合而得（樊治成 等，2005；劉冬碧 等，2011；王麗英 等，2014；蔡軍，2015；杜鵬祥 等，2015；韓雪 等，2015）。

（杜鵬祥 等，2015；韓雪 等，2015）

蔬菜產(chǎn)地廢棄物資源量（干質(zhì)量，kg）=∑10i=1產(chǎn)廢系數(shù)×產(chǎn)量（kg）

其中i=1～10，分別表示葉菜類、白菜類、甘藍(lán)類、根莖類、瓜果類、豆類、茄果類、蔥蒜類、水生菜類和其他蔬菜（蔡亞慶 等，2011；朱建春等，2012）。

蔬菜廢棄物資源量（kg）=蔬菜產(chǎn)地廢棄物資源量（kg）/68.11%

其中68.11%表示蔬菜產(chǎn)地廢棄物資源占整個蔬菜廢棄物資源的比例。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，采用Arcgis10.2軟件制作蔬菜廢棄物資源分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同年份湖北省蔬菜廢棄物資源量

蔬菜種類繁多且品種豐富，導(dǎo)致生物量和產(chǎn)量差異較大，使得蔬菜廢棄物資源量難以統(tǒng)計(jì)。本文根據(jù)韓雪等（2015）的研究結(jié)果和相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，計(jì)算出不同種類蔬菜的產(chǎn)廢系數(shù)（表1）。文中蔬菜廢棄物的計(jì)算只是正常年份蔬菜收獲后殘留的尾菜，并不包括商品性較差或者因滯銷產(chǎn)生的廢棄物。蔬菜產(chǎn)區(qū)的平均產(chǎn)廢系數(shù)為3.96%，蔬菜廢棄物平均含水量達(dá)到90.52%，氮、磷、鉀養(yǎng)分含量分別達(dá)到了24.23、13.18、25.88 g·kg-1，有機(jī)質(zhì)平均含量達(dá)到569 g·kg-1（表1）（席旭東 等，2010）。此外，蔬菜廢棄物固體含量在8%～19%之間，揮發(fā)性固體含量占總固體含量的80%以上，其中包括75%的糖類和半纖維素，9%的纖維素及5%的木質(zhì)素（Lu et al.，2004）。從圖1可以看出，近年來湖北省蔬菜產(chǎn)量和蔬菜廢棄物資源量均呈現(xiàn)不斷增加的趨勢，自2009年以來，蔬菜產(chǎn)量和廢棄物資源量平均以每年137.10萬t和7.15萬t的速度增加，2017年全省蔬菜產(chǎn)量和廢棄物資源量分別達(dá)到了3 953萬t和206萬t。

自2009年以來，湖北省蔬菜廢棄物有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀養(yǎng)分資源平均以每年3 200、100、55、112 t的速度增加（圖2）。2017年全省蔬菜廢棄物有機(jī)質(zhì)含量為164萬t；氮、磷、鉀養(yǎng)分資源分別達(dá)到了5.12萬、2.79萬、5.74萬t，總量達(dá)到了13.65萬t，占全省化肥用量的4.08%。按照全省2017年蔬菜種植面積124.8萬hm2計(jì)算，如果將廢棄物資源全部還田，則相當(dāng)于每667 m2分別施用2.74 kg純氮、1.49 kg純磷、3.07 kg純鉀和87.40 kg有機(jī)質(zhì)。

表1 不同種類蔬菜產(chǎn)廢系數(shù)和廢棄物養(yǎng)分含量

圖1 不同年份湖北省蔬菜產(chǎn)量和廢棄物資源量

圖2 不同年份湖北省蔬菜廢棄物有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀養(yǎng)分量

2.2 湖北省地市蔬菜廢棄物資源量和養(yǎng)分資源量及分布特征

表2表示2017年湖北省地市蔬菜廢棄物資源量和養(yǎng)分資源量。其中，武漢市蔬菜廢棄物資源量最高，占全省的19.36%；其次是宜昌市和孝感市，分別占全省的11.21%和10.21%。蔬菜廢棄物中氮、磷、鉀總養(yǎng)分量以武漢市最高，達(dá)到了3.005萬t，占全年化肥用量的39.91%（2017年湖北省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒）。宜昌市、襄陽市、孝感市、荊州市和黃岡市蔬菜廢棄物中氮、磷、鉀總養(yǎng)分量分別達(dá)到了1.74萬、1.35萬、1.58萬、1.12萬t和1.14萬t，分別占該市全年化肥用量的4.83%、2.31%、7.91%、3.34%和3.38%。除武漢市外，全省其他地市蔬菜廢棄物中氮、磷、鉀總養(yǎng)分量占全年化肥用量的比例主要集中在2.31%～8.12%，平均占比達(dá)到4.45%。蔬菜廢棄物中有機(jī)質(zhì)含量以武漢市最高，相當(dāng)于71.01萬t的標(biāo)準(zhǔn)有機(jī)肥。宜昌市、襄陽市、孝感市、荊州市、黃岡市、咸寧市和恩施自治州蔬菜廢棄物中有機(jī)質(zhì)含量也在10萬t以上，分別相當(dāng)于41.11萬、31.89萬、37.44萬、26.50萬、26.87萬、22.66萬t和23.62萬t商品有機(jī)肥有機(jī)質(zhì)含量。

表2 湖北省地市蔬菜廢棄物資源量和養(yǎng)分量（2017年）

圖3為湖北省地市單位面積（公頃）蔬菜廢棄物資源分布，以仙桃市和鄂西南蔬菜廢棄物資源量較低，其次是鄂東南和鄂西北，湖北中部包括江漢平原最高。從圖3-A可以看出，單位面積蔬菜廢棄物資源量以武漢市、鄂州市和荊門市較高，分別為2 266、2 504、2 260 kg·hm-2，而湖北省平均蔬菜廢棄物資源量只有1 666 kg·hm-2，相比平均值分別增加了36.01%、50.30%和35.65%。此外，天門市、潛江市、襄陽市和隨州市單位面積蔬菜廢棄物資源量也較高，比全省平均值分別增加了26.35%、31.52%、28.81%和28.99%。湖北省蔬菜廢棄物有機(jī)質(zhì)平均含量為1 334 kg·hm-2，天門市、孝感市、宜昌市、武漢市、潛江市、荊門市、襄陽市、鄂州市、隨州市分別為1 685、1 563、1 398、1 815、1 754、1 810、1 719、2 006、1721 kg·hm-2，比 全省平均值分別增加了26.31%、17.17%、4.80%、36.06%、31.48%、35.68%、28.86%、50.37%和29.01%（圖3-B）。就氮、磷、鉀總養(yǎng)分量而言，武漢市、宜昌市、襄陽市、鄂州市、荊門市、孝感市、隨州市、潛江市和天門市分別為171、131、162、189、170、147、162、165、158 kg·hm-2，比 湖 北省平均含量（126 kg·hm-2）分別增加了35.46%、4.33%、28.26%、49.68%、35.06%、16.68%、28.42%、30.91%和25.78%（圖3-C）。

由計(jì)算公式可以看出，影響蔬菜廢棄物資源量的主要因素包括產(chǎn)廢系數(shù)和蔬菜產(chǎn)量。從湖北省蔬菜種植結(jié)構(gòu)來看，葉菜類、白菜類、甘藍(lán)類、根莖類、瓜果類、豆類、茄果類、蔥蒜類、水生菜類和其他蔬菜產(chǎn)量分別占比13.29%、18.42%、5.85%、17.35%、11.86%、7.10%、10.74%、4.67%、6.74%和3.98%，本文中各地市蔬菜種植結(jié)構(gòu)均按照這一比例計(jì)算。因此可以看出，不同地市蔬菜廢棄物資源量差異主要是蔬菜產(chǎn)量不同所致。而單位面積蔬菜廢棄物資源量則與蔬菜產(chǎn)量和種植面積有關(guān)，即單位面積蔬菜產(chǎn)量，單位面積產(chǎn)量越高其蔬菜廢棄物資源量也越高。

圖3 湖北省地市單位面積（公頃）蔬菜廢棄物資源分布

2.3 湖北省24個監(jiān)測縣市蔬菜廢棄物資源量和養(yǎng)分資源量及分布特征

湖北省24個監(jiān)測縣市蔬菜平均產(chǎn)量達(dá)到了82.01萬t，蔡甸區(qū)、江夏區(qū)、黃陂區(qū)、新洲區(qū)、當(dāng)陽市、鐘祥市、云夢縣、漢川市、嘉魚縣和廣水市均在平均值以上（表3）。而蔬菜廢棄物資源量以江夏區(qū)、黃陂區(qū)、新洲區(qū)和嘉魚縣較高，均超過了5萬t，分別比24個監(jiān)測點(diǎn)平均值（4.22萬t）增加了93.86%、187.41%、93.46%和47.07%，有機(jī)質(zhì)含量也較高。與2013年相比，2017年24個監(jiān)測縣市蔬菜廢棄物資源量和有機(jī)質(zhì)含量平均值分別增加了14.68%和14.68%。2017年全省24個監(jiān)測縣市蔬菜廢棄物中氮、磷、鉀平均總養(yǎng)分量達(dá)到了3 180 t。

圖4 湖北省縣市單位面積（公頃）蔬菜廢棄物資源分布

圖4為湖北省縣市單位面積（公頃）蔬菜廢棄物資源分布情況，可以看出，蔬菜廢棄物主要集中在江漢平原等湖北中部地區(qū)，鄂西南、西北和東南分布相對較少。在全省所有的縣市中，棗陽市單位面積蔬菜廢棄物資源量、有機(jī)質(zhì)含量以及氮、磷、鉀總養(yǎng)分量均最高，分別達(dá)到了42.86、34.32、32.27 t·hm-2，均為全省平均值的2.71倍（全省平均值分別為15.81、12.66、11.90 t·hm-2）。而宣恩縣和咸豐縣單位面積蔬菜廢棄物資源量較低，分別比全省平均值減少了61.87%和61.93%。

表3 2017年湖北省24個監(jiān)測縣市蔬菜產(chǎn)量和廢棄物資源量

2.4 不同種類蔬菜廢棄物資源量

從表4可以看出，不同種類蔬菜廢棄物資源量差異較大，為2.71萬～47.32萬t，變異系數(shù)達(dá)到177.74%，而蔬菜廢棄物中有機(jī)質(zhì)含量的變異系數(shù)只有67.59%。根莖類、甘藍(lán)類、豆類、白菜類蔬菜廢棄物資源量較高，分別比平均值增加了128.05%、58.75%、50.99%和18.51%。根莖類、甘藍(lán)類、白菜類、葉菜類蔬菜廢棄物中氮、磷、鉀總養(yǎng)分量分別為2.49萬、1.82萬、1.80萬、1.46萬t。單位面積蔬菜廢棄物資源量以甘藍(lán)類最高，其次是豆類、根莖類、水生菜類和白菜類，分別為4.48、3.20、2.32、2.11、1.07 t·hm-2，有機(jī)質(zhì)分別為2.21、1.44、1.54、0.96、0.64 t·hm-2，而氮、磷、鉀總養(yǎng)分量分別為247.38、115.25、122.30、130.69、77.93 kg·hm-2。

表4 2017年湖北省不同種類蔬菜廢棄物資源量

3 結(jié)論

① 2017年湖北省蔬菜廢棄物資源量達(dá)到了206萬t，其中有機(jī)質(zhì)164萬t，氮、磷、鉀養(yǎng)分量分別為5.12萬、2.79萬t和5.74萬t，占全省化肥用量的4.08%。

② 武漢市蔬菜廢棄物資源量為湖北省最高，占全省的19.36%。全省各地市單位面積蔬菜廢棄物資源量平均為1 666 kg·hm-2，其中有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀總養(yǎng)分平均量分別為1 334 kg·hm-2和126 kg·hm-2。全省地市單位面積蔬菜廢棄物資源量以仙桃市和鄂西南較低，其次是鄂東南和鄂西北，湖北中部包括江漢平原分布最高。

③ 湖北省24個蔬菜監(jiān)測縣市以江夏區(qū)、黃陂區(qū)、新洲區(qū)和嘉魚縣蔬菜廢棄物資源量較高，均超過了5萬t，24個監(jiān)測縣市平均廢棄物資源量達(dá)到了4.22萬t，其中有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀總養(yǎng)分平均量分別達(dá)到了3.38萬t和3 180 t。全省各縣市單位面積蔬菜廢棄物資源量以棗陽市最高，而宣恩縣和咸豐縣較低。

④ 不同種類蔬菜廢棄物資源量差異較大，為2.71萬～47.32萬t，其中根莖類蔬菜最高，其次是甘藍(lán)類和豆類。