園林廢棄物堆肥用作草花種植基質(zhì)的研究進(jìn)展

王 瑋

（廣州市名卉景觀科技發(fā)展有限公司，廣州 510080）

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和文化水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境和綠色生活的追求也越來越熱切。對(duì)人口集中的大城市來說，城市環(huán)境綠化顯得尤為重要。草花通常指開花的草本植物，多為一年生或二年生植物。相較其他種類花卉來說，草花具有品種繁多、花色多樣、株型低矮、對(duì)土壤和生長(zhǎng)環(huán)境的要求不高、生育周期短等特性，近年來在城市園林和道路綠化中的應(yīng)用越來越廣泛［1］。隨著草花產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，栽培基質(zhì)的用量也隨之迅速增長(zhǎng)，其中，泥炭基質(zhì)以質(zhì)地均勻、不易分解、營(yíng)養(yǎng)豐富、透氣持水性能良好、無蟲卵病菌等優(yōu)勢(shì)，已成為草花乃至整個(gè)花卉栽培產(chǎn)業(yè)廣泛使用的栽培基質(zhì)［2，3］。但是，泥炭作為一種珍貴的礦產(chǎn)資源，具有稀缺性和不可再生性，大規(guī)模的利用將造成泥炭資源的枯竭和當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的破壞［4］。因此，如何找尋一種便于管理、性質(zhì)穩(wěn)定、原材料來源廣泛，可大規(guī)模生產(chǎn)又對(duì)環(huán)境無污染破壞的新型環(huán)?；|(zhì)，已成為當(dāng)前草花種植產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要問題。

園林廢棄物是指園林綠色植物自然凋落或人工修剪時(shí)所產(chǎn)生的植物殘?bào)w，包括枯枝落葉、灌木修剪物、喬木修剪物、草坪修剪物、廢棄草花等，以及由于災(zāi)害性天氣掉落的枝條和倒伏的樹木［5］。傳統(tǒng)的園林廢棄物處理方式是簡(jiǎn)單的填埋或焚燒，但隨著近年來循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色發(fā)展等理念的發(fā)展，北京、上海、廣州等城市已先后開展了園林廢棄物資源化利用等相關(guān)研究［6，7］。當(dāng)前，園林廢棄物主要的處理及產(chǎn)品利用方式包括地表覆蓋物、生物質(zhì)能源、食用菌培育、木塑產(chǎn)品、堆肥化處理等［8］。其中，園林廢棄物堆漚腐熟的產(chǎn)物具有理化性質(zhì)穩(wěn)定、有機(jī)質(zhì)豐富、無重金屬污染、無蟲卵和病菌等優(yōu)勢(shì)，可作為有機(jī)肥料、土壤改良劑、種植基質(zhì)等產(chǎn)品的原材料。因此，將園林廢棄物堆肥產(chǎn)物作為替代泥炭的新型生態(tài)基質(zhì)，已成為眾多國(guó)內(nèi)外研究人員的關(guān)注熱點(diǎn)。

本研究主要總結(jié)了園林廢棄物堆肥處理過程、堆肥化產(chǎn)物的理化性質(zhì)、園林廢棄物栽培基質(zhì)對(duì)草花生長(zhǎng)的影響，對(duì)園林廢棄物基質(zhì)化利用存在的問題及今后的發(fā)展方向等內(nèi)容進(jìn)行了綜述和探討，旨在為進(jìn)一步明確未來的研究方向提供借鑒。

1 園林廢棄物堆肥化處理過程

1.1 園林廢棄物的特點(diǎn)

園林廢棄物成分復(fù)雜多樣，其原料來源因修剪季節(jié)、修剪樹種、修剪部位等不同而性質(zhì)各異。目前，中國(guó)對(duì)園林廢棄物基本理化性質(zhì)的系統(tǒng)研究較少，梅娟［9］根據(jù)前人的研究報(bào)道總結(jié)了常見園林廢棄物的理化性質(zhì)，如表1所示。由表1可知，不同來源的園林廢棄物在水分、有機(jī)質(zhì)、碳氮比等指標(biāo)上差異巨大，這就要求在后續(xù)的園林廢棄物堆肥處理中采取不同的工藝措施，這也為園林廢棄物標(biāo)準(zhǔn)化利用帶來了困難。但是，從資源利用的角度，園林廢棄物仍然比城市污泥、生活垃圾等固體廢棄物更具有作為草花栽培基質(zhì)的潛力。城市污泥和生活垃圾雖然也含有較高的有機(jī)質(zhì)，但是污泥中的Pb、Cd、Hg重金屬含量容易超標(biāo)，且城市污泥或生活垃圾經(jīng)發(fā)酵處理后EC值較高，不利于草花幼苗的生長(zhǎng)［10］。

表1 園林廢棄物典型理化性質(zhì)

1.2 園林廢棄物的堆肥化處理過程

堆肥化處理過程是園林廢棄物資源化利用的主要方式，也是當(dāng)前最經(jīng)濟(jì)環(huán)保和安全的園林廢棄物減量化資源化處理技術(shù)［11］。美國(guó)在1994年就由環(huán)境保護(hù)署發(fā)布了EPA530-R-94-003法則，對(duì)廢棄物的收集以及堆肥處理的各環(huán)節(jié)給出了指導(dǎo)［12］。通常來說，園林廢棄物的堆肥過程就是有機(jī)質(zhì)的高溫好氧降解過程，可以分為預(yù)處理、堆肥發(fā)酵和后期加工3個(gè)階段。

預(yù)處理是指對(duì)收集來的園林廢棄物進(jìn)行前期調(diào)整的環(huán)節(jié)，包括原材料分類、破碎、pH調(diào)節(jié)、水分調(diào)節(jié)、碳氮比調(diào)節(jié)等，使之達(dá)到適宜好氧發(fā)酵的條件。一般來說，園林廢棄物經(jīng)預(yù)處理后，粒徑在0.5～5.0 cm、含水量在50%～60%、碳氮比在25∶1～35∶1時(shí)，即達(dá)到最適宜的高溫好氧發(fā)酵條件［9］。

堆肥發(fā)酵階段是指微生物將園林廢棄物中的有機(jī)質(zhì)逐步降解為可被植物吸收利用的形態(tài)的過程，整個(gè)堆肥過程又可大致分為快速分解期、腐熟期和堆肥結(jié)束期3個(gè)階段。發(fā)酵初期，堆體溫度在24～72 h內(nèi)迅速上升至45～65℃，并可連續(xù)持續(xù)幾天或幾周，這一階段就是快速分解階段，此時(shí)是微生物繁殖代謝的高峰期，物料降解速度最快，要多次翻堆來保證堆體的氧氣供應(yīng)。腐熟期是快速分解期之后溫度下降至38℃以下的階段，這一時(shí)期中溫真菌開始增殖，纖維素、半纖維素得到降解，堆體中的有機(jī)物料開始逐漸轉(zhuǎn)化為成熟的堆肥產(chǎn)物［8］。當(dāng)堆體溫度降至與環(huán)境溫度一致時(shí)，即為堆肥結(jié)束期，此時(shí)堆體物料變?yōu)樽睾稚梁谏惸嗤翗拥馁|(zhì)地，形成了大量的腐殖質(zhì)，碳氮比降低，pH趨于中性。

后期加工主要是對(duì)堆肥產(chǎn)物進(jìn)行基本性質(zhì)檢測(cè)，然后根據(jù)不同的用途需要與其他原材料混配，調(diào)至適宜的理化性質(zhì)，最終形成符合使用的標(biāo)準(zhǔn)化成品。由于單一的園林廢棄物堆肥產(chǎn)物不適宜直接用作栽培基質(zhì)，所以通常需要與其他原材料混配。在基質(zhì)的混配上，通常從通氣性、持水性、EC等方面考慮，常與園林廢棄物混配的原材料包括椰糠、蛭石、珍珠巖、黃泥、泥炭等［13，14］。

2 園林廢棄物堆肥產(chǎn)物的理化性質(zhì)

由于園林廢棄物原料來源各異，不同研究者在堆肥時(shí)采取的堆肥時(shí)間和堆肥方式也不盡相同，因此，園林廢棄物堆肥產(chǎn)物的基礎(chǔ)理化性質(zhì)也差異較大。為方便研究，筆者選取了前人研究中5種較為典型的堆肥產(chǎn)物的理化性質(zhì)進(jìn)行了比較（表2）。

由表2可知，不同原料來源的園林廢棄物堆肥產(chǎn)物的pH差異較小，基本呈中性或弱堿性。但EC、容重和總孔隙度差異較大，除原材料性質(zhì)有差異外，還可能與發(fā)酵環(huán)節(jié)中不同的粉碎粒徑和翻堆次數(shù)有關(guān)?？导t梅等［3］研究指出，一般情況下作物栽培基質(zhì)的最適容重范圍為0.1～0.8 g/cm3，孔隙度最適范圍為54%～96%，EC以0.37～1.30 mS/cm為宜。2017年國(guó)家林業(yè)局提出了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《綠化用有機(jī)基質(zhì)》，提出盆花用有機(jī)基質(zhì)的技術(shù)指標(biāo)要求為pH 4.5～7.8、EC 0.30～1.50 mS/cm、容重0.1～1.0 g/cm3、通氣孔隙度≥20%［20］。

由表2可知，單一的園林廢棄物堆肥產(chǎn)物作為草花種植基質(zhì)，存在pH、EC過高，通氣孔隙與持水孔隙比例不合理等問題。但當(dāng)前尚缺乏系統(tǒng)總結(jié)不同原材料的園林廢棄物堆肥產(chǎn)物的理化性質(zhì)差異的研究，實(shí)際生產(chǎn)中往往通過將園林廢棄物與泥炭、椰糠、珍珠巖、畜禽糞便、種植土等原料混合的方式來獲得更優(yōu)的栽培基質(zhì)。

表2 園林廢棄物堆肥產(chǎn)物的基礎(chǔ)理化性質(zhì)

3 園林廢棄物堆肥基質(zhì)對(duì)草花生長(zhǎng)的影響

3.1 草花的生長(zhǎng)特點(diǎn)

草花的生命周期較短，常見品種如雞冠花、百日草、孔雀草、波斯菊、牽?；?、金盞菊、鳳仙花等，屬一年生花卉，栽培期通常只有2～6個(gè)月；另外如長(zhǎng)春花、天堂鳥、美女櫻、三色堇、紫羅蘭、一串紅、金蓮花、藿香薊等品種雖然屬多年生草花，但其地上部依然會(huì)隨季節(jié)變化經(jīng)歷開花、結(jié)實(shí)、枯萎等過程，僅地下部保持活性［21］。經(jīng)過現(xiàn)代育種技術(shù)培育的新型草花，具有花色艷麗、開花一致、花期長(zhǎng)的特點(diǎn)，便于商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用［22］。因此，現(xiàn)代栽培基質(zhì)不僅要滿足草花生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)肥水的需求，而且最好富含微量元素，可以延長(zhǎng)草花的花期，提升其觀賞性。

3.2 園林廢棄物堆肥基質(zhì)對(duì)草花幼苗生長(zhǎng)的影響

殷小冬等［23］通過角堇和西洋濱菊的花卉育苗試驗(yàn)表明，園林廢棄物和底泥的堆肥產(chǎn)物可以提高花卉種植的萌發(fā)率，卻不利于植株幼苗的生長(zhǎng)。究其原因，可能是該試驗(yàn)中堆肥產(chǎn)物的pH較高，均在8.0以上，而一般幼苗栽培基質(zhì)的pH在6.0～7.5［24］。加之園林廢棄物堆肥產(chǎn)物存在毛管孔隙不足的問題，表層結(jié)構(gòu)持水性差，因此通常和吸水性好的材料如泥炭等組成混配基質(zhì)進(jìn)行育苗。王曄青等［25］將80%的園林廢棄物與20%東北草炭進(jìn)行混合，發(fā)現(xiàn)該處理的百日草幼苗的莖粗、冠幅、地上部重量均達(dá)到最佳，育苗效果可替代進(jìn)口泥炭。除與泥炭混合外，胡亞利等［26］還采用木酢液和麥飯石來改良園林廢棄物堆肥產(chǎn)物，二者均起到了降低基質(zhì)的pH和EC的效果，經(jīng)改良的堆肥產(chǎn)物培育的白菜發(fā)芽率、幼苗根長(zhǎng)、幼苗鮮重均優(yōu)于純園林廢棄物基質(zhì)。Zhang等［27］則采用在園林廢棄物發(fā)酵初期添加海草和膨潤(rùn)土的方法，結(jié)果表明，不僅園林廢棄物的腐熟時(shí)間得以縮短，堆肥產(chǎn)物的持水性、毛管孔隙度和腐殖質(zhì)含量均得到了提升。以上研究說明，單一的園林廢棄物堆肥產(chǎn)物不一定適合常見草花幼苗的生長(zhǎng)，需要和其他基質(zhì)的混配或經(jīng)過發(fā)酵改良劑和混配以使基質(zhì)得到最佳的理化配比。

3.3 園林廢棄物堆肥基質(zhì)對(duì)草花生長(zhǎng)和花卉品質(zhì)的影響

園林廢棄物堆肥基質(zhì)對(duì)草花生理指標(biāo)影響與其對(duì)草花幼苗的作用類似，一般混配基質(zhì)的試驗(yàn)效果優(yōu)于單一的園林廢棄物堆肥基質(zhì)。鄒雨竹等［28］分析了一串紅和矮牽牛生長(zhǎng)60 d后的生理指標(biāo)與花卉品質(zhì)指標(biāo)，結(jié)果表明，園林廢棄物與泥炭、珍珠巖、蛭石混配種植基質(zhì)，園林廢棄物占種植基質(zhì)的20%時(shí)可促進(jìn)一串紅的長(zhǎng)勢(shì)，占基質(zhì)的40%時(shí)矮牽牛的長(zhǎng)勢(shì)與花朵數(shù)達(dá)到最優(yōu)；但當(dāng)園林廢棄物占比超50%時(shí)，對(duì)2種草花反而出現(xiàn)抑制作用。索琳娜［29］通過配比試驗(yàn)得出，園林廢棄物、腐熟玉米芯配比為3∶7時(shí)，紅掌的冠幅、地上部生物量等指標(biāo)與進(jìn)口泥炭處理無明顯差異。張強(qiáng)等［17］研究了園林廢棄物與素土混合基質(zhì)對(duì)大花馬齒莧、矮牽牛、彩葉草3種草花生長(zhǎng)發(fā)育的影響，結(jié)果表明，園林廢棄物添加比例以30%～50%為宜，大于70%時(shí)對(duì)草花的生長(zhǎng)和品質(zhì)指標(biāo)影響出現(xiàn)抑制趨勢(shì)。田云麗等［30］對(duì)園林廢棄物與普通田園土混合后種植蝴蝶花的試驗(yàn)研究表明，隨著堆肥基質(zhì)混合比例的增加，對(duì)蝴蝶花生長(zhǎng)的促進(jìn)效果越好，園林廢棄物達(dá)到100%時(shí)，蝴蝶花的植株鮮重反而達(dá)到最高值。

諸多研究中，也有園林廢棄物不適宜作為草花基質(zhì)的報(bào)道。魏樂等［31］研究了園林廢棄物堆肥與泥炭不同混合比例對(duì)天竺葵和金盞菊生長(zhǎng)的影響，其結(jié)果表明，即使最低25%的園林廢棄物混合比例也對(duì)天竺葵幼苗的生長(zhǎng)產(chǎn)生了抑制作用。原因可能是園林廢棄物導(dǎo)致基質(zhì)中電導(dǎo)率和pH的升高，天竺葵幼苗對(duì)pH和EC敏感，植株前期長(zhǎng)勢(shì)不佳。因此，實(shí)際生產(chǎn)中在選用園林廢棄物作為新品種草花的種植基質(zhì)時(shí)，一定要先做小規(guī)模的預(yù)試驗(yàn)，避免盲目大規(guī)模應(yīng)用造成不必要的損失。

4 問題與展望

4.1 草花種類繁多，基質(zhì)混配方式多樣，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一

首先，由于草花品種眾多，不同品種對(duì)基質(zhì)的pH、電導(dǎo)率、持水性、孔隙度等理化指標(biāo)的需求并不一致，因此，實(shí)際研究或生產(chǎn)實(shí)踐中一般采用多種原材料組成混配基質(zhì)的做法。除園林廢棄物外，常用作混配基質(zhì)的原材料有泥炭、椰糠、珍珠巖、蛭石、污泥、田園土等。原材料種類眾多，混配方式也各種各樣，不同原料的混合比例基本是憑經(jīng)驗(yàn)而得，缺乏科學(xué)系統(tǒng)的比較。導(dǎo)致不同研究報(bào)道的結(jié)果之間無法進(jìn)行直接的參考和比較，這對(duì)后續(xù)草花種植基質(zhì)理化性質(zhì)的提升尤為不利。

其次，當(dāng)前基質(zhì)對(duì)草花生長(zhǎng)發(fā)育與花卉品質(zhì)的影響的評(píng)價(jià)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。研究中一般選取根長(zhǎng)、根鮮重、地上部鮮重、株高、葉綠素含量、干物質(zhì)積累量、花朵數(shù)、冠幅、花期等基礎(chǔ)指標(biāo)來進(jìn)行比較，缺乏酶活性等深層次指標(biāo)的挖掘。

最后，生產(chǎn)實(shí)踐中不同指標(biāo)對(duì)不同基質(zhì)處理的反應(yīng)不一，僅通過單一指標(biāo)的方差分析與多重比較并不能直觀地揭示各配比基質(zhì)的優(yōu)劣。因此，亟需確認(rèn)一種公認(rèn)的多元統(tǒng)計(jì)分析方法，計(jì)算出不同指標(biāo)的權(quán)重評(píng)價(jià)值，進(jìn)而得出不同基質(zhì)對(duì)草花生長(zhǎng)發(fā)育及花卉品質(zhì)影響的兼具綜合性和定量性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 國(guó)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立，缺乏統(tǒng)一的生產(chǎn)指導(dǎo)與市場(chǎng)監(jiān)管

園林廢棄物的資源化利用是最近十幾年在各大城市興起的研究與應(yīng)用熱點(diǎn)。2015年上海市林業(yè)局主導(dǎo)出臺(tái)了《綠化植物廢棄物處置和應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》［32］，對(duì)綠化植物廢棄物的收集、堆肥處理、產(chǎn)品質(zhì)量及技術(shù)要求各方面均作出了規(guī)定，給城市園林廢棄物的資源化利用提供了參考。但是目前國(guó)內(nèi)尚缺乏針對(duì)草花種植基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《綠化用有機(jī)基質(zhì)》和廣州市地方標(biāo)準(zhǔn)《廣州市園林種植土》中對(duì)pH、EC、容重、孔隙度等指標(biāo)的限定范圍過于寬泛［20，33］，導(dǎo)致很多達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的混合基質(zhì)并不適合某個(gè)特定草花品種的生長(zhǎng)。鑒于當(dāng)前科研報(bào)道的多是不同材料混合的基質(zhì)，未來有必要出臺(tái)專門針對(duì)不同草花品種混合基質(zhì)的理化性質(zhì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以供相關(guān)基質(zhì)廠家和草花種植者選取基質(zhì)時(shí)進(jìn)行參考。

4.3 相關(guān)研究缺乏經(jīng)濟(jì)成本核算，科研成果難以市場(chǎng)推廣

當(dāng)前相關(guān)的園林廢棄物堆肥產(chǎn)物替代進(jìn)口泥炭混配基質(zhì)的科學(xué)試驗(yàn)中，大多數(shù)研究報(bào)道僅從基質(zhì)的理化性質(zhì)考慮，所用原材料除園林廢棄物外，多是珍珠巖、椰糠、木酢液等市場(chǎng)價(jià)格較為昂貴的原料，試驗(yàn)得出的最優(yōu)基質(zhì)配比相對(duì)于純泥炭來說，并沒有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因此導(dǎo)致相關(guān)科學(xué)研究在成果轉(zhuǎn)化和市場(chǎng)推廣環(huán)節(jié)受阻。很多混配基質(zhì)雖然做到了理化性質(zhì)優(yōu)良，但并不為基質(zhì)生產(chǎn)廠家和草花種植者所采納。所以后續(xù)的相關(guān)研究中除應(yīng)考慮基質(zhì)的理化性質(zhì)及對(duì)草花的生長(zhǎng)發(fā)育影響外，建議加入不同基質(zhì)配比方案間生產(chǎn)成本的比較，爭(zhēng)取早日研制出質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、性質(zhì)穩(wěn)定、綠色環(huán)保的園林廢棄物混配基質(zhì)。