廚余垃圾堆肥在普通白菜基質(zhì)栽培中的應(yīng)用

李強(qiáng) 余宏軍 艾爽 蔣衛(wèi)杰

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

我國(guó)正處于城鎮(zhèn)化率持續(xù)升高階段，這不僅帶來(lái)了巨大發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)空間，同時(shí)面臨著城市生活垃圾數(shù)量持續(xù)大幅增長(zhǎng)的挑戰(zhàn)（倪鵬飛和李超，2019）。廚余垃圾是城市垃圾的重要組成部分，占比達(dá)40%～50%（牟雪嬌，2017）。廚余垃圾是指居民家庭、餐飲行業(yè)及單位供餐等活動(dòng)中產(chǎn)生的剩菜剩飯、果皮菜葉、蛋殼、茶渣等固體廢棄物，含有較高的水分和有機(jī)物，容易腐壞發(fā)臭、產(chǎn)生毒素，造成水體和空氣污染。而另一方面，廚余垃圾因含有大量有機(jī)質(zhì)、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)成分，具有較高的資源化利用價(jià)值。廚余垃圾通過(guò)妥善加工處理，可轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)豐富的有機(jī)肥料，從而實(shí)現(xiàn)廚余垃圾的減量化、資源化、無(wú)害化處理（胡新軍，2012；楊柏松 等，2016；彭立宇，2018）。

堆肥是國(guó)內(nèi)外采用較多的一種廚余垃圾資源化處理方式，包括厭氧堆肥法、好氧堆肥法以及蚯蚓堆肥法等（時(shí)朝輝，2017）。以廚余垃圾為基質(zhì)，利用微生物、蚯蚓生長(zhǎng)繁殖和新陳代謝過(guò)程產(chǎn)生的酶等多種生物活性物質(zhì)，將廚余垃圾在較短時(shí)間內(nèi)分解成氮、磷、鉀含量豐富的有機(jī)肥料，不僅緩解了垃圾處置壓力，還能有效改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)和品質(zhì)提升。

目前對(duì)廚余垃圾肥料化處理的相關(guān)技術(shù)已開(kāi)展了廣泛研究，在堆肥菌種的選擇和用量、發(fā)酵時(shí)長(zhǎng)和溫度、通風(fēng)方式和時(shí)間等方面進(jìn)行了篩選與優(yōu)化（柴曉利 等，2005；Bernstad &Jansen，2011；李小建 等，2013）。經(jīng)過(guò)多年的探索，許多發(fā)達(dá)國(guó)家已形成完善的廚余垃圾堆肥處理體系，例如德國(guó)每年通過(guò)廚余垃圾堆肥可生產(chǎn)500 萬(wàn)t 肥料（Pazera et al.，2015）。過(guò)去，我國(guó)廚余垃圾大多是與其他生活垃圾混雜在一起丟棄，這給廚余垃圾的回收帶來(lái)了很大的困難。近年來(lái)，隨著垃圾分類(lèi)政策在我國(guó)的全面推廣與實(shí)施，廚余垃圾資源化處理逐漸得以實(shí)現(xiàn)。目前，北京、上海、深圳、杭州等大中城市已建立了較為完善的無(wú)害化、減量化、資源化廚余垃圾處理體系。以北京為例，廚余垃圾日分出量約4 000 t，按堆肥產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率30%計(jì)算，則有機(jī)肥料年產(chǎn)量逾40 萬(wàn)t（張斌和趙立杰，2016；王冉迪和張京亮，2020）。隨著廚余垃圾資源化處理技術(shù)和產(chǎn)能的提升，在未來(lái)幾年將帶動(dòng)更多的城市乃至全國(guó)實(shí)現(xiàn)廚余垃圾資源化處理。

盡管廚余垃圾肥料市場(chǎng)空間巨大，但是應(yīng)用并不廣泛，目前只用于城市的公共園林綠化或少部分復(fù)合肥的配制，尚未見(jiàn)在農(nóng)作物生產(chǎn)上的大規(guī)模應(yīng)用。究其原因，可能是缺乏對(duì)廚余垃圾肥料安全性和肥效的科學(xué)評(píng)價(jià)，相關(guān)科研數(shù)據(jù)鮮有報(bào)道。鑒于此，本試驗(yàn)以廚余垃圾堆制的肥料為對(duì)象，分析其不同施用比例對(duì)椰糠栽培基質(zhì)性質(zhì)、養(yǎng)分含量、重金屬等有害物質(zhì)含量的改良作用，并評(píng)價(jià)其在普通白菜栽培中的種植效果，從而為廚余垃圾堆肥在蔬菜作物生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020 年8—11 月在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所無(wú)土栽培課題組玻璃溫室進(jìn)行，溫室內(nèi)晝/夜溫度為25 ℃/18 ℃，光照強(qiáng)度為100 μmol ·m·s，空氣相對(duì)濕度保持在50%～60%。

堆肥原料果皮、菜葉等廚余垃圾由北京日日新學(xué)堂提供，堆肥輔料為EM 堆肥菌（杭州果攸生態(tài)環(huán)境科技有限公司），廚余垃圾和菌劑混合比例為20∶1（/）；混勻后置于專(zhuān)業(yè)堆肥箱中，封閉堆制30 d；堆肥充分腐熟后過(guò)0.5 mm 篩，獲得質(zhì)地均勻、松軟的黑色肥料，曬干，常溫下保存待用。

供試普通白菜品種為京綠2 號(hào)，購(gòu)于京研益農(nóng)（北京）種業(yè)科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

采用盆栽的方式，以椰糠（山東商道生物科技有限公司）為栽培基質(zhì)。設(shè)置4 個(gè)廚余垃圾堆肥施用比例，即廚余垃圾堆肥∶椰糠（/）分別為15%（T1）、30%（T2）、45%（T3）、60%（T4），以不添加任何肥料的椰糠（CK1）和添加商品有機(jī)肥（北京平安福生物工程技術(shù)有限公司，采用推薦用量：55 kg·m）的椰糠（CK2）作為對(duì)照，所有處理均不再施額外的肥料。采用隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，每重復(fù)5 株，定植于7 L 盆缽中（內(nèi)裝5 L 充分混合的基質(zhì)），每隔2～3 d 澆灌清水500 mL，保持基質(zhì)濕度在60%左右，定植30 d 后采收。

1.3 項(xiàng)目測(cè)定

基質(zhì)理化性質(zhì)及礦質(zhì)元素含量：分別于9 月30 日（定植前）、10 月30 日（采收后）取樣，每處理隨機(jī)選取3 盆。每盆取100 mL 基質(zhì)，采用飽和浸提法測(cè)定pH 和EC 值（江勝德，2006）；每盆取200 mL 基質(zhì)，參照Gao 等（2018）的方法測(cè)定容重、總孔隙度、通氣孔隙度、持水孔隙度；每盆取200 mL 基質(zhì)，風(fēng)干，利用KDY-9810 凱氏定氮儀測(cè)定總氮、速效氮含量（欒慧 等，2017），采用微波消解法測(cè)定總磷、總鉀、速效磷、速效鉀、鉛、鉻、鎘含量（魯如坤，1999；徐潔昕 等，2011）。

普通白菜生長(zhǎng)指標(biāo)、單株質(zhì)量及品質(zhì)：10 月30 日采收，利用活體葉綠素儀SPAD502 測(cè)定全部植株的葉綠素SPAD 值，取最外側(cè)葉形完整的葉片，每片測(cè)定3 次，取平均值；利用直尺測(cè)量全部植株地上部高度，取平均值為株高；按處理稱(chēng)重，取平均值為單株鮮質(zhì)量；然后每處理隨機(jī)選取3株，將植株地上部和根系分開(kāi)，105 ℃烘箱殺青，70 ℃烘干至恒重，分別稱(chēng)量地上部干質(zhì)量和根系干質(zhì)量，計(jì)算根冠比。最后，每處理稱(chēng)取地上部鮮樣0.3～0.6 g，參照Liu 等（2019）的方法測(cè)定VC含量；每處理稱(chēng)取地上部干樣0.1 g，采用蒽酮法測(cè)定可溶性糖含量（劉海英 等，2013）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 23.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用DUNCAN 檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較及差異顯著性分析（＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 廚余垃圾堆肥對(duì)栽培基質(zhì)理化性質(zhì)的影響

從表1 可以看出，與CK1 相比，施用廚余垃圾堆肥提高了基質(zhì)的通氣孔隙度和持水孔隙度，各處理的總孔隙度在79.44%～85.06%之間，其中T4處理總孔隙度最高。容重反映了基質(zhì)的疏松、緊實(shí)程度，CK1 的容重為0.16 g·cm，施用廚余垃圾堆肥或商品有機(jī)肥均可提高基質(zhì)容重，其中T3、T4 處理的容重分別達(dá)0.21、0.23 g·cm，顯著高于CK1 和CK2。pH 值是基質(zhì)化學(xué)性質(zhì)最具代表性的指標(biāo)之一，直接影響植物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收；EC 值反映了基質(zhì)中可溶性鹽離子的濃度。隨著廚余垃圾堆肥施用比例的增大，基質(zhì)pH 值從7.23 升高到7.57，EC 值從0.86 mS·cm升高到1.77 mS ·cm；其中，T4處理的pH值顯著高于CK1和CK2，而EC 值與CK2 無(wú)顯著差異。

表1 施用不同比例廚余垃圾堆肥對(duì)栽培基質(zhì)理化性質(zhì)的影響

2.2 廚余垃圾堆肥對(duì)栽培基質(zhì)養(yǎng)分含量的影響

從表2 可以看出，與CK1 相比，施用廚余垃圾堆肥顯著提高了定植前基質(zhì)總氮、總磷、總鉀、速效氮含量，明顯提高了速效磷、速效鉀含量，且各養(yǎng)分含量大多隨廚余垃圾堆肥施用比例的增大而增加；但總氮、總磷、速效氮、速效磷含量低于CK2。普通白菜采收后，所有處理的基質(zhì)總氮、總磷、總鉀、速效氮、速效磷、速效鉀含量均降低，但施用廚余垃圾堆肥各處理的基質(zhì)養(yǎng)分含量依然高于CK1，而低于CK2。

表2 施用不同比例廚余垃圾堆肥對(duì)栽培基質(zhì)養(yǎng)分含量的影響

2.3 廚余垃圾堆肥對(duì)栽培基質(zhì)重金屬含量的影響

重金屬含量是評(píng)價(jià)栽培基質(zhì)安全性的重要指標(biāo)，對(duì)農(nóng)作物的食品安全有直接影響。從表3 可以看出，施用廚余垃圾堆肥各處理的基質(zhì)鉛、鎘、鉻含量均低于DB32/T 589—2003《無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品無(wú)土栽培基質(zhì)要求》中規(guī)定的限值（鉛≤ 150 mg ·kg，鎘≤ 0.3 mg·kg，鉻≤ 200 mg·kg），作為蔬菜栽培基質(zhì)是安全的，且3 種重金屬含量均顯著低于CK1 和CK2。

表3 施用不同比例廚余垃圾堆肥對(duì)栽培基質(zhì)重金屬含量的影響

2.4 廚余垃圾堆肥對(duì)普通白菜生長(zhǎng)、單株質(zhì)量及品質(zhì)的影響

從表4 可以看出，廚余垃圾堆肥各處理的普通白菜株高、根冠比均顯著高于CK1，其中株高隨廚余垃圾堆肥施用比例的增大而顯著提高；葉綠素SPAD 值除T2、T3 處理顯著高于CK1 外，其他各處理間差異均不顯著。T4 處理與CK2 的植株生長(zhǎng)勢(shì)無(wú)顯著差異。

從表4 還可以看出，普通白菜單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均隨廚余垃圾堆肥施用比例的增大而顯著增加，其中T2、T3、T4 處理的單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均顯著高于CK1，但T2、T3 處理的單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量顯著低于CK2，T4 處理與CK2 無(wú)顯著差異。廚余垃圾堆肥各處理的VC 含量均顯著高于CK1 和CK2，T2、T3、T4 處理的可溶性糖含量亦顯著高于CK1 和CK2；其中，T3 處理的品質(zhì)最好，VC 和可溶性糖含量均為最高。

表4 施用不同比例廚余垃圾堆肥對(duì)普通白菜生長(zhǎng)、單株質(zhì)量及品質(zhì)的影響

3 討論與結(jié)論

廚余垃圾有機(jī)質(zhì)含量高，作為堆肥原料比傳統(tǒng)堆肥物料更具備能源優(yōu)勢(shì)，且堆肥化處理技術(shù)操作簡(jiǎn)單，已成為廚余垃圾資源化利用的首選途徑。本試驗(yàn)結(jié)果表明，廚余垃圾堆肥作為有機(jī)肥混入栽培基質(zhì)中能夠提高基質(zhì)的容重和總孔隙度。前人研究認(rèn)為，混配基質(zhì)的容重在0.2～0.8 g·cm之間適宜作物栽培，過(guò)高則基質(zhì)過(guò)于緊密，通氣性較差，影響植物根系正常生長(zhǎng)；過(guò)低則基質(zhì)疏松不利于固定根系，保水能力差，也不利于植物生長(zhǎng)（蔣衛(wèi)杰等，2007）。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)土栽培基質(zhì)適宜的總孔隙度為54%～96%（張碩 等，2015）。本試驗(yàn)中，施用45%～60%廚余垃圾堆肥的基質(zhì)容重和總孔隙度均在適宜范圍內(nèi)，能夠滿(mǎn)足蔬菜作物生長(zhǎng)需要。

廚余垃圾堆肥富含植物生長(zhǎng)所需的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素。本試驗(yàn)中，隨著廚余垃圾堆肥施用比例的增大，栽培基質(zhì)中總氮、總磷、總鉀、速效氮、速效磷、速效鉀含量大多呈逐漸升高的趨勢(shì)。在廚余垃圾堆肥施用比例為60%的基質(zhì)中種植普通白菜，其株高、根冠比、單株質(zhì)量與施用商品有機(jī)肥種植的普通白菜無(wú)顯著差異；施用比例為30%～60%時(shí)普通白菜的品質(zhì)顯著優(yōu)于施用商品有機(jī)肥對(duì)照，其中施用比例為45%時(shí)品質(zhì)最佳。張春英等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，混入40%以上廚余垃圾堆肥對(duì)雞冠花幼苗成活有一定抑制作用。但在本試驗(yàn)中并未出現(xiàn)廚余垃圾堆肥用量過(guò)多對(duì)植株生長(zhǎng)的負(fù)影響，而是呈隨廚余垃圾堆肥施用比例增大普通白菜生長(zhǎng)勢(shì)和單株質(zhì)量升高的趨勢(shì)。綜上，施用60%廚余垃圾堆肥可以替代商品有機(jī)肥，滿(mǎn)足葉菜類(lèi)蔬菜生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)養(yǎng)分的需求。

堆肥中重金屬含量是否超標(biāo)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上一直關(guān)注的問(wèn)題，一方面是要避免堆肥造成土壤重金屬污染；另一方面是要防止栽培作物重金屬積累過(guò)量。在本試驗(yàn)中，施用不同比例廚余垃圾堆肥的基質(zhì)鉛、鎘、鉻含量均低于DB32/T 589—2003《無(wú)公害農(nóng)產(chǎn)品無(wú)土栽培基質(zhì)要求》規(guī)定的限值，符合用于生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的基質(zhì)要求。此外，隨著廚余垃圾堆肥施用比例的增大，基質(zhì)中3 種重金屬含量均呈降低的趨勢(shì)，說(shuō)明其可能具有土壤調(diào)理劑的作用，這需要在以后的研究中進(jìn)一步證實(shí)。

上述結(jié)果表明，廚余垃圾堆肥含有豐富的礦質(zhì)元素，對(duì)栽培基質(zhì)具有良好的改良作用，安全無(wú)毒害，可作為優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥投入使用。施用45%廚余垃圾堆肥的普通白菜品質(zhì)最優(yōu)，顯著高于施用商品有機(jī)肥對(duì)照；施用60%廚余垃圾堆肥的普通白菜單株質(zhì)量稍高于施用商品有機(jī)肥對(duì)照，兩者差異不顯著。因此，在倡導(dǎo)綠色、健康、可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)今，將廚余垃圾堆肥用于蔬菜生產(chǎn)有利于緩解化肥對(duì)土壤、地下水造成的危害，對(duì)倡導(dǎo)循環(huán)農(nóng)業(yè)、助力實(shí)現(xiàn)碳中和將起到巨大的推動(dòng)作用。