武漢設施蔬菜尾菜資源化利用現(xiàn)狀及對策

葛米紅 ，施先鋒 ，王德歡 ，祝菊紅 ，梁歡 ，程維舜 ，徐大兵

（1.武漢市農(nóng)業(yè)科學院，430345；2.湖北省農(nóng)業(yè)科學院植保土肥研究所）

隨著蔬菜生產(chǎn)設施化、規(guī)?；牟粩喟l(fā)展，武漢設施蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。 據(jù)統(tǒng)計，2015 年武漢市設施蔬菜面積 2.8 萬 hm2，年蔬菜產(chǎn)量129.6 萬t，分別占湖北省設施蔬菜面積的24.5%、產(chǎn)量的28.1%，極大保障了人們對豐富物質(zhì)的需求。在設施蔬菜產(chǎn)量、供應量不斷增加的同時，田間蔬菜廢棄物日益增加，尤其是隨著人們生活水平的日益提高，凈菜上市增多，大量殘次蔬菜和凈菜加工處理過程中產(chǎn)生的尾菜進入農(nóng)村、城市生態(tài)環(huán)境，因長期堆積、腐爛、變質(zhì)后孳生蚊蠅，污染土壤、空氣和水體[1]。蔬菜尾菜已成為阻礙蔬菜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展、鄉(xiāng)村振興和城市生態(tài)環(huán)境的一大“公害”[2]。本文以《湖北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》（2016）和湖北省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳蔬菜辦提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析武漢設施蔬菜生產(chǎn)現(xiàn)狀及其尾菜資源化利用潛力，實現(xiàn)尾菜變廢為寶，減少環(huán)境污染，促進蔬菜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

1 武漢設施蔬菜生產(chǎn)現(xiàn)狀

近幾年，武漢設施蔬菜的生產(chǎn)種類、種植面積、年產(chǎn)量維持在較穩(wěn)水平。全市設施蔬菜品種以葉菜類（芹菜、油菜、菠菜）、茄果類（黃瓜、番茄、辣椒）、瓜果類（西瓜、甜瓜）、根莖類（生姜）為主。蔬菜種類以茄果類產(chǎn)量最高， 占全市設施蔬菜產(chǎn)量的18.4%，主要分布在武漢市轄區(qū)（按《湖北省農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》將武漢市分為武漢市轄區(qū)、漢南區(qū)、蔡甸區(qū)、江夏區(qū)、黃陂區(qū)和新洲區(qū)，下同）和黃陂區(qū)；其次為葉菜類，占13.2%，以江夏區(qū)、新洲區(qū)和黃陂區(qū)種植為主。 不同地區(qū)設施蔬菜種植面積、種類和產(chǎn)量存在一定差異。 黃陂區(qū)設施面積最大，占全市設施面積的44.0%，其次為武漢市轄區(qū)和新洲區(qū)。 黃陂區(qū)設施蔬菜種類豐富且產(chǎn)量高，葉菜類、茄果類、瓜果類年產(chǎn)量均在3.8萬t 以上，以茄果類產(chǎn)量最高，占全市茄果類總產(chǎn)量的15.8%，生姜產(chǎn)量居全市首位。 蔡甸區(qū)、漢南區(qū)瓜果類種植面積較廣，產(chǎn)量高，分別占全市瓜果類產(chǎn)量的24.3%和14.2%。 江夏區(qū)、新洲區(qū)以葉菜類蔬菜產(chǎn)量高，分別占全市總產(chǎn)量的25.8%和22.7%。綜合設施蔬菜種植面積和產(chǎn)量，各區(qū)平均單位面積蔬菜年產(chǎn)量由高到低為：江夏區(qū)>黃陂區(qū)>新洲區(qū)>武漢市轄區(qū)>蔡甸區(qū)>漢南區(qū)，江夏區(qū)、黃陂區(qū)和新洲區(qū)每667 m2年設施蔬菜產(chǎn)量分別為 3.86、3.58、3.16 t。

2 設施蔬菜尾菜資源化利用潛力

與其他作物廢棄物相比，蔬菜尾菜表現(xiàn)為收獲集中、含水率高、生物降解率高、基本無毒性，且富含有機質(zhì)。 一般利用草谷比法統(tǒng)計蔬菜尾菜秸稈量，本文產(chǎn)廢系數(shù)指產(chǎn)地蔬菜的產(chǎn)廢系數(shù)，主要包括了蔬菜單株秸稈干質(zhì)量、種植密度、蔬菜產(chǎn)量[4]，以《湖北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》（2016）、國家統(tǒng)計局（2015 年湖北省設施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況）的設施蔬菜面積和產(chǎn)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，參照杜鵬祥等[3]和韓雪等[4]的數(shù)據(jù)匯集產(chǎn)廢系數(shù)和尾菜含量（表1），參考徐大兵等[5]的蔬菜產(chǎn)地尾菜資源量、蔬菜尾菜資源量和蔬菜尾菜氮、磷、鉀含量計算公式，獲得設施蔬菜尾菜資源量和養(yǎng)分量。

表1 武漢不同種類蔬菜產(chǎn)廢系數(shù)和尾菜養(yǎng)分含量

武漢設施蔬菜尾菜量達 77.2 萬t，年產(chǎn)尾菜10萬t以上的有黃陂區(qū)、市轄區(qū)和新洲區(qū)。 由表2 可知，全市設施蔬菜尾菜資源量55 677.6 t，其中氮、磷、鉀總儲量為3 508.3 t，分別占全市當年氮肥施用量的2.86%、磷肥施用量的2.77%、鉀肥施用量的10.97%（《湖北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》，2016）。 各區(qū)蔬菜廢棄物中氮、磷、鉀總養(yǎng)分量占全年化肥用量的比例集中在1.26%～9.88%，平均占比達到4.66%。 設施蔬菜尾菜含有7 702.1 t 有機質(zhì)， 相當于2.6 萬t 的標準有機肥。 按照武漢市2015 年設施蔬菜種植面積2.8 萬hm2計算，如果將設施蔬菜尾菜全部還田，則相當于每 1 hm2分別施用 47.0 kg 純氮、19.7 kg 純磷、58.6 kg 純鉀和1 131.4 kg 有機質(zhì)。有研究表明，蔬菜尾菜富含各種生物質(zhì)，固體含量8%～19%，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[6]。 可見，蔬菜廢棄物具有較高的資源化再利用潛力。

表2 武漢各區(qū)不同設施蔬菜尾菜資源量和養(yǎng)分量

3 武漢設施蔬菜尾菜資源化利用現(xiàn)狀

蔬菜廢棄物不宜長途運輸，經(jīng)濟價值低且易腐爛，田間地頭堆積或地下填埋是其目前最主要的處理方式，不僅造成巨大的資源浪費，而且對環(huán)境安全構(gòu)成極大威脅。 由湖北省農(nóng)業(yè)科學院植保土肥研究所牽頭、武漢市農(nóng)業(yè)科學院作物研究所參與的設施蔬菜尾菜資源化利用已取得階段性成果，構(gòu)建了設施蔬菜尾菜資源化利用模式（圖1）。 目前設施蔬菜尾菜處理主要有直接還田、堆漚還田、悶棚還田和生產(chǎn)堆肥4 種方式。 下面以實際案例介紹相關(guān)技術(shù)的內(nèi)容、做法及成效。

圖1 設施蔬菜尾菜肥料化循環(huán)利用模式

3.1 堆漚還田技術(shù)

以根莖類蘿卜為例：蘿卜每667 m2產(chǎn) 1～3 t 尾菜，按照田間簡易堆漚方式，在田間地頭挖一長、寬各1 m，深20 cm 的坑，均勻鋪設混合物，采用刀具適當破碎，當厚度達到40～50 cm 時，覆蓋一層雜草和玉米秸稈等輔料， 再均勻撒上碳酸氫銨 5 kg/m3、過磷酸鈣 6～10 kg/m3和微生物菌劑1～2 kg/m3，重復以上過程直至堆體高度達到2 m 左右為止，整個堆體均勻覆蓋并壓實。在表面覆蓋厚2～5 cm 干土，踏實后用塑料膜密封發(fā)酵，直至堆漚腐熟結(jié)束。經(jīng)7～10 d 基本腐解完全，尾菜處理率在95%以上， 避免了環(huán)境污染和臭味揮發(fā)，為根莖類、葉菜類尾菜堆漚提供了示范，促進根莖類、葉菜類尾菜資源化循環(huán)利用。

3.2 簡易高溫好氧堆肥技術(shù)

區(qū)別于堆漚還田技術(shù)，簡易高溫好氧堆肥技術(shù)增加了翻堆或簡易通風裝置要求， 控制堆體水分，創(chuàng)造利于微生物發(fā)酵的環(huán)境，利于堆體短時間內(nèi)升溫，并保持堆體高溫，從而實現(xiàn)無害化目標。以茄果類尾菜為原料， 按堆體與餅肥體積比為0.9∶0.1，腐熟劑按W∶V為（0.2～1.0）∶1 000 制作堆體，調(diào)節(jié)碳氮比為（25～35）∶1、水分含量保持 60%～70%，進行條垛式堆肥，堆體寬 1.5～2.0 m、高 1.5～2.0 m，長度不限；當溫度超過60℃時， 保持3～5 d 以殺滅病原菌，再進行翻堆，同時保持堆體水分含量55%～65%；整個發(fā)酵過程需20～30 d；高溫堆肥后，靜置腐熟10～20 d即成為有機肥，尾菜利用率100%，為茄果類尾菜資源化利用提供了示范。

3.3 直接還田技術(shù)

直接還田即蔬菜廢棄物直接或粉碎后還田，在土壤微生物的作用下緩慢分解， 釋放出礦物質(zhì)養(yǎng)分，供作物吸收利用的過程，是肥料化利用的傳統(tǒng)方法[7]。 以大白菜—大白菜種植模式尾菜直接還田技術(shù)為例（圖2），即茬口安排為大白菜—大白菜，將第一季大白菜尾菜溝間填埋， 第二季直接翻耕還田，每 667 m2處理尾菜 1 200～1 500 kg，尾菜處理率在95%以上，20 d 基本腐解完全， 成為較好的有機肥。 相較簡易堆漚技術(shù)，省工省時優(yōu)點突出，其他成效相似，為葉菜類尾菜直接還田提供了示范。

圖2 大白菜尾菜直接還田

3.4 高溫悶棚還田技術(shù)

高溫悶棚還田技術(shù)即利用夏季棚內(nèi)高溫殺滅尾菜中的病原微生物，達到蔬菜尾菜無害化利用目的，同時增加設施大棚土壤肥力，實現(xiàn)設施蔬菜尾菜資源化循環(huán)利用。以茄果類尾菜還田高溫悶棚技術(shù)為例（圖3），6 月底收集番茄、 辣椒和茄子等茄果類秸稈，利用粉碎機切成3～5 cm的小段，以不超過500 kg/667 m2（干質(zhì)量）的用料量均勻鋪撒在棚室內(nèi)的土壤上，使用旋耕機旋耕 2～3 次，深度25～35 cm，平整地面。 采取少量多次澆灌地下20 cm 土層，濕透為宜。 交叉覆膜，封閉棚室30 d 以上，也可以持續(xù)到下茬作物定植前10 d 左右，打開通風口，揭去地膜，進行晾棚。 據(jù)2018 年監(jiān)測，悶棚期間棚內(nèi)溫度達70℃，土層10 cm 處溫度高達54.5℃，秸稈腐解率在80%以上。

圖3 蔬菜尾菜還田高溫悶棚操作流程

3.5 工廠化高溫好氧堆肥技術(shù)

工廠化高溫好氧堆肥即將蔬菜廢棄物與填充料按一定的比例混合，在合適的水分、通氣條件下，使微生物繁殖并降解有機質(zhì)， 產(chǎn)生的生物熱殺死堆體中的病原菌、蟲卵及草籽，使有機物達到穩(wěn)定化，實現(xiàn)蔬菜尾菜無害化、高值化、產(chǎn)業(yè)化利用。以初加工蘿卜廢棄物為例， 收集和初加工產(chǎn)生的蘿卜廢棄物進行破碎壓榨脫水，進行固液分離，固體部分進行好氧高溫堆肥，溫度達50～65℃，有效殺滅病原菌，同時液體部分進行好氧發(fā)酵，尾菜處理率100%，最大限度實現(xiàn)有機廢棄物無害化、肥料化利用， 為當?shù)靥}卜加工尾菜集中化處理提供了參考（圖 4）。

圖4 蘿卜加工尾菜生產(chǎn)有機肥

3.6 厭氧消化利用技術(shù)

厭氧消化利用即將蔬菜廢棄物作為厭氧消化的基本原料，使其產(chǎn)生供人們使用的沼氣、沼液和沼渣，是其能源化（沼氣）和肥料化（沼渣、沼液）利用有機結(jié)合的資源高效利用模式。武漢市農(nóng)業(yè)科學院設計發(fā)明一種“移動式沼氣池”，以沼氣池為紐帶構(gòu)建了“蔬菜溫室尾菜資源化循環(huán)利用模式”（圖5），將設施蔬菜尾菜放入移動式沼氣池中，利用太陽能，將蔬菜廢棄物進行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣用于溫室供暖和溫室增施CO2氣肥，沼液、沼渣作為蔬菜生產(chǎn)的有機肥料改良土壤，形成溫室—沼氣池尾菜—水肥氣綜合利用這種循環(huán)的生產(chǎn)模式。 經(jīng)運行測定，溫室內(nèi)每座沼氣池的沼液、沼渣可供5 畝（3 335 m2） 溫室蔬菜生產(chǎn)用肥， 667 m2產(chǎn)值增加 1 850 元，減少和節(jié)約化肥農(nóng)藥投入532 元，商品率提高 10.6%～18.5%[8]，有效實現(xiàn)了蔬菜尾菜資源化循環(huán)利用。

圖5 蔬菜溫室尾菜資源化循環(huán)利用模式

4 武漢設施蔬菜尾菜資源化利用存在問題

綜上可知，雖然我們開展了蔬菜廢棄物以直接還田、 堆漚還田、悶棚還田、好氧堆肥、厭氧消化等肥料化利用的技術(shù)研究與創(chuàng)新，并取得了一定的成果，但當前蔬菜廢棄物資源化利用率仍偏低，較國內(nèi)外其他技術(shù)和成果，應用技術(shù)、應用設備和應用方式、技術(shù)集成等仍存在局限性。 一是資源化利用模式少。 如肥料化應用為主，缺乏飼料化、能源化等其他應用技術(shù)和方式的摸索與創(chuàng)新； 二是肥料化利用模式有待優(yōu)化，對提高堆肥產(chǎn)品品質(zhì)的氮含量、 減少病原菌積累、降低農(nóng)藥殘留等問題， 進行技術(shù)創(chuàng)新和工藝優(yōu)化；三是蔬菜廢棄物飼料化、能源化技術(shù)開發(fā)和應用中應用設施裝備匹配不夠、 配套選型創(chuàng)新力不足，限制了其他模式的探索。除了技術(shù)、工藝層面外，政府政策、配套資金支持力度不夠，尚未培育蔬菜廢棄物處理利用相關(guān)產(chǎn)業(yè)；蔬菜廢棄物收儲運難，資源化利用存在“三低化”（低速、低效和低值）現(xiàn)象，農(nóng)戶、種植戶、農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體對蔬菜尾菜處理利用積極性低。

5 武漢設施蔬菜尾菜資源化利用發(fā)展對策

5.1 加強宣傳

政府推動和企業(yè)帶動，加強尾菜資源化循環(huán)利用宣傳。一是宣傳尾菜污染的危害和資源化利用的經(jīng)濟、社會效益，引導蔬菜種植戶關(guān)注治理尾菜污染的良好氛圍。二是因地制宜推廣適宜的尾菜處理技術(shù)，以技術(shù)指導農(nóng)民，以示范帶動農(nóng)民，以效益帶動農(nóng)民積極性。 三是加快建立尾菜資源化利用模式示范點，結(jié)合湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新行動方案，推廣湖北省生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)創(chuàng)新體系武漢試驗站示范的設施蔬菜尾菜高溫悶棚還田技術(shù)、基于移動式沼氣池的蔬菜溫室尾菜資源化利用技術(shù)，有組織地進行技術(shù)宣傳和培訓，以點帶面，發(fā)揮典型引路和示范帶動作用，充分調(diào)動和激發(fā)蔬菜經(jīng)營主體及加工企業(yè)參與的積極性。

5.2 建立尾菜資源化利用技術(shù)體系

首先關(guān)鍵技術(shù)有待進一步研發(fā)推廣，利用模式需進一步優(yōu)化。 一是雖已建立了直接還田、堆漚還田、悶棚還田和工廠化生產(chǎn)有機肥的肥料化利用技術(shù)體系，但尾菜堆肥過程中堆體溫度低、碳氮比不適宜、生物毒性等技術(shù)要點，尾菜飼料化、能源化等技術(shù)要點仍需加大攻關(guān)。二是引進和消化吸收其他省市尾菜處理的先進理念、方法、技術(shù)，如甘肅省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護管理站總結(jié)尾菜堆肥、漚肥、直接還田等10 項處理技術(shù)，構(gòu)成了“以田間堆肥、半堆半漚、直接還田、工廠化生產(chǎn)有機肥等肥料化利用及青貯飼料化利用為主，以條垛式堆肥、沼氣化、炭化、黃粉蟲/蚯蚓過腹利用為輔”的尾菜資源化利用技術(shù)支撐體系。 三是政府統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各級資源，建立健全技術(shù)服務體系，加大尾菜高溫悶棚還田、直接還田、堆漚還田等技術(shù)培訓力度，培養(yǎng)鄉(xiāng)、村、經(jīng)營主體等技術(shù)人員，提高尾菜資源化利用技術(shù)水平。

5.3 制定扶持政策，建立長效機制

為推進武漢市設施蔬菜尾菜資源化利用工作，政府需重視蔬菜尾菜對城市發(fā)展的影響，注重“頂層設計”，加大尾菜利用補貼范圍和扶持力度。 首先制訂尾菜利用優(yōu)惠政策，設立3～5 a 的專項資金持續(xù)性獎勵和扶持。 二是將翻堆機、發(fā)酵裝備等專用設備納入農(nóng)業(yè)機械購置補貼范圍。三是通過政府購買服務等方式，對尾菜收儲運的個人或社會組織給予補助。 四是對從事尾菜處理利用的個人或企業(yè)給予補貼， 如對尾菜利用設施建設給予獎補支持，采取定額補助的方式集中采購、免費發(fā)放堆肥、漚肥、還田所需的腐熟劑等物資。