蔬菜秸稈廢棄物資源化利用現(xiàn)狀

馮磊 李妍 梁學(xué)強(qiáng) 李琳 李航 李錦

摘 要： 聚焦蔬菜秸稈廢棄物無(wú)序排放、環(huán)境二次污染、資源化率低等問(wèn)題，從宏觀層面多維度提出針對(duì)蔬菜秸稈廢棄物資源化利用過(guò)程中的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)?農(nóng)民?政策的評(píng)價(jià)及對(duì)策，對(duì)提高農(nóng)村人居環(huán)境整治、培養(yǎng)新型農(nóng)民、抑制秸稈焚燒、促進(jìn)節(jié)能固碳減排、改善農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境面貌、提高本地及全國(guó)蔬菜秸稈廢棄物處理水平和美麗鄉(xiāng)村的可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要意義。

關(guān)鍵詞：蔬菜；秸稈；資源化利用；有機(jī)肥

中圖分類號(hào)：X712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1795（2023）11-0058-05

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.11.010

0 引言

農(nóng)作物秸稈中含有豐富的有機(jī)質(zhì)，以及氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素，是可利用的有機(jī)肥料來(lái)源。秸稈肥料化作為秸稈重要利用方式之一，不僅可以產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，還可以獲得較好的環(huán)境效益和社會(huì)效益。但在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于受消費(fèi)觀念、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民生活方式的影響，大田和蔬菜秸稈資源完全處于高消耗、高污染、低產(chǎn)出的狀況。此外，秸稈焚燒問(wèn)題仍屢禁不止。農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的重要領(lǐng)域，推進(jìn)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域碳達(dá)峰、碳中和，是加快農(nóng)業(yè)生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，也是全面應(yīng)對(duì)氣候變化的重要途徑。本研究針對(duì)蔬菜秸稈廢棄物無(wú)序排放、環(huán)境二次污染、資源化率低等問(wèn)題，闡述了蔬菜秸稈廢棄物來(lái)源、資源化利用現(xiàn)狀及肥料化技術(shù)及應(yīng)用；為了解農(nóng)戶和農(nóng)技人員的認(rèn)知情況，分別對(duì)化肥與食品安全關(guān)系、化肥對(duì)土壤的危害、有機(jī)肥相關(guān)政策，以及對(duì)生產(chǎn)有機(jī)肥原料和有機(jī)肥在減排固碳了解情況等進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查；通過(guò)對(duì)蔬菜秸稈廢棄物肥料化利用影響因素分析，提出發(fā)展對(duì)策與建議。

1 來(lái)源

蔬菜秸稈廢棄物主要來(lái)源于蔬菜種植地、集散地、加工地、菜市場(chǎng)、餐飲行業(yè)及家庭等。其中收獲環(huán)節(jié)中沒(méi)有商品價(jià)值的葉片及根莖等占廢棄物總體的42%～60%[1]。從全國(guó)地域分布來(lái)看，蔬菜秸稈廢棄物主要來(lái)源于環(huán)渤海、黃淮海地區(qū)，長(zhǎng)江中下游及西北地區(qū)[2]。以環(huán)渤海地區(qū)為例，蔬菜秸稈廢棄物主要來(lái)源于河北省、天津市和北京市，自2011 年以來(lái)，河北省蔬菜秸稈廢棄物資源量平均以每年4.26 萬(wàn)t 的速度增加，2016 年蔬菜秸稈廢棄物資源量達(dá)到230.37 萬(wàn)t，比2011 年增加10.96%[3]。2020 年北京市設(shè)施蔬菜播種面積29 010 hm2，按產(chǎn)生尾菜45 t/hm2 計(jì)算，全市年均可產(chǎn)生尾菜類廢棄物130.55 萬(wàn)t[4]。天津市蔬菜秸稈廢棄物平均41.63 t/hm2，“十二五”期末，設(shè)施種植業(yè)達(dá)5 萬(wàn)hm2，按1 年種2 茬蔬菜計(jì)算，則年產(chǎn)蔬菜秸稈廢棄物416.3 萬(wàn)t[5]。

2 資源化利用現(xiàn)狀

蔬菜秸稈廢棄物處理與利用模式主要有6 種[6]。

（1）秸稈碳化模式。將現(xiàn)有的蔬菜秸稈資源，特別是木質(zhì)化程度較高的蔬菜秸稈進(jìn)行高溫碳化處理，使其轉(zhuǎn)化為另一種資源。

（2）秸稈有機(jī)肥模式。將各類蔬菜秸稈，通過(guò)生物發(fā)酵技術(shù)制成有機(jī)肥，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

（3）秸稈沼氣?有機(jī)肥模式。利用蔬菜秸稈、畜禽糞污等廢棄物生產(chǎn)沼氣用于生產(chǎn)與生活，沼渣、沼液可作為肥料用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

（4）秸稈固化模式。將大批量蔬菜秸稈進(jìn)行固化處理并送往生物發(fā)電廠燃燒發(fā)電，適用性廣泛，對(duì)秸稈無(wú)特殊要求。

（5）秸稈生物質(zhì)油模式。將秸稈粉碎成3～5 mm的顆粒，在厭氧條件下發(fā)生熱解反應(yīng)生成可冷凝氣體、不可冷凝氣體和碳粉，可冷凝氣體經(jīng)快速冷凝液化成生物質(zhì)油。

（6）秸稈就地漚堆還田模式。將大棚內(nèi)的蔬菜秸稈廢棄物添加畜禽糞便和生物菌進(jìn)行高溫悶棚發(fā)酵，形成有機(jī)肥還田。

從目前行業(yè)發(fā)展及應(yīng)用范圍來(lái)看，好氧發(fā)酵肥料化是處理蔬菜秸稈廢棄物的主要模式。以蔬菜秸稈廢棄物為原料在發(fā)酵工藝優(yōu)化過(guò)程中通過(guò)不同配比和調(diào)控措施可降低溫室氣體排放[7]。蔬菜秸稈廢棄物有機(jī)肥可有效提升作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，對(duì)改善土壤理化指標(biāo)及微生物性狀具有良好的效果，并優(yōu)于商品有機(jī)肥。另外，蔬菜秸稈廢棄物有機(jī)肥的施用可通過(guò)直接或間接增加外源有機(jī)碳的投入或影響土壤穩(wěn)定性進(jìn)而影響土壤固碳速率?；逝涫┯袡C(jī)肥對(duì)土壤的固碳作用最大，同時(shí)還可降低土壤N2O 的排放[8]。

3 肥料化技術(shù)及應(yīng)用分析

3.1 肥料化技術(shù)

現(xiàn)階段蔬菜秸稈的處理方法主要有填埋、直接還田、厭氧沼氣發(fā)酵、飼料生產(chǎn)和堆肥化處理。堆肥好氧發(fā)酵是一種古老而新穎的處理方式，發(fā)達(dá)國(guó)家堆肥好氧發(fā)酵技術(shù)已逐漸成熟，形成以好氧堆肥技術(shù)為核心的高效處理技術(shù)系統(tǒng)及解決方案，涵蓋技術(shù)、運(yùn)營(yíng)、管理和規(guī)范等各個(gè)方面，成為歐美國(guó)家處理有機(jī)廢棄物的基本選擇之一。國(guó)內(nèi)外主要堆肥系統(tǒng)可分為條垛式、靜態(tài)垛式和反應(yīng)器系統(tǒng)，具體對(duì)比如表1 所示。國(guó)外在現(xiàn)代化好氧堆肥的發(fā)展中始終緊密結(jié)合高品質(zhì)產(chǎn)品研發(fā)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的需要，已經(jīng)在有機(jī)廢棄物的好氧生物降解預(yù)測(cè)模型研究、可控工程參數(shù)（溫度、水分、pH 值、氧濃度等）評(píng)估和控制、堆肥產(chǎn)品品質(zhì)提升、行業(yè)專用有機(jī)肥產(chǎn)品及專用生物菌劑研制等方面獲得了較大的發(fā)展。

3.2 有機(jī)肥用途

蔬菜秸稈廢棄物有機(jī)肥用途主要體現(xiàn)在3 方面[9]。

（1）提高農(nóng)作物品質(zhì)。蔬菜秸稈廢棄物的含水率90% 左右，養(yǎng)分含量較高，以干基計(jì)算，全氮含量2.02%～ 5.69%、全磷含量0.29%～ 3.25%、全鉀含量0.49%～ 5.37% 及碳氮比值8.27～ 22.35[10]。季云美等[11] 研究了蔬菜秸稈肥料對(duì)小白菜的品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，相比不施肥對(duì)照組，施用有機(jī)肥可提高作物中可溶性糖含量42.1%，同時(shí)增產(chǎn)168%。劉杰等[12] 研究了秸稈肥料對(duì)大豆品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，相比常規(guī)施肥，施用秸稈肥料后作物中粗蛋白增加1.04%，同時(shí)粗脂肪減少0.2%，產(chǎn)量增加11.1%。谷潔等[13] 以秸稈和畜禽糞便為有機(jī)原料生產(chǎn)有機(jī)肥，在冬小麥生產(chǎn)上的應(yīng)用試驗(yàn)表明，具有良好的增產(chǎn)效果。另外，施用一定量的尾菜有機(jī)肥能夠提升作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，如可實(shí)現(xiàn)甜瓜增產(chǎn)3.80%～14.98%、番茄增產(chǎn)4.38%～6.47%，提升甜瓜和番茄的可溶性固形物和維生素C 含量，降低硝酸鹽含量[14]。綜上所述，利用蔬菜秸稈廢棄物生產(chǎn)的有機(jī)肥施用后，可以有效提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

（2）改善土壤理化性狀。李國(guó)學(xué)等[15] 利用秸稈堆肥生產(chǎn)的有機(jī)肥對(duì)白菜進(jìn)行了栽培試驗(yàn)，結(jié)果顯示，在一定程度上可提高土壤的有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀等含量。張新建等[16] 研究結(jié)果表明，施用尾菜有機(jī)肥能明顯提升土壤中的有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量。任宏飛等[17] 研究了有機(jī)肥/秸稈替代化肥模式對(duì)設(shè)施蔬菜土壤線蟲(chóng)、群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)指數(shù)的影響，結(jié)果表明，在N、P2O5 和K2O 投入量不變的情況下，有機(jī)肥/秸稈替代化肥模式可促進(jìn)土壤有益線蟲(chóng)（食細(xì)菌/真菌線蟲(chóng)、捕食/雜食性線蟲(chóng)）生長(zhǎng)繁殖，并可降低土壤有害植食性線蟲(chóng)相對(duì)豐度，對(duì)土壤有害植食性線蟲(chóng)起到一定的抑制作用。綜上所述，有機(jī)肥/秸稈替代化肥模式，尤其是配施高量有機(jī)肥模式和配施秸稈模式，可優(yōu)化土壤線蟲(chóng)群落結(jié)構(gòu)，降低土壤環(huán)境的受干擾程度，改善土壤的質(zhì)量，使設(shè)施蔬菜土壤生態(tài)系統(tǒng)向穩(wěn)定健康的方向發(fā)展。

（3）促進(jìn)土壤固碳和溫室氣體減排。通過(guò)施用蔬菜秸稈廢棄物有機(jī)肥可直接或間接增加外源有機(jī)碳的投入進(jìn)而影響土壤固碳速率?；逝涫└吡坑袡C(jī)肥一方面向土壤中投入了大量的有機(jī)質(zhì)，另一方面有機(jī)質(zhì)與化學(xué)肥料的共同作用使得有機(jī)質(zhì)更易固定在土壤中，從而顯著增加土壤活性有機(jī)碳含量，提高土壤碳庫(kù)管理指數(shù)。趙金瑋[10] 研究了不同比例化肥與有機(jī)肥配施條件下土壤活性有機(jī)碳含量的變化，相較于施用有機(jī)肥、秸稈還田及免耕等技術(shù)，單施化肥處理的土壤固碳速率最低（年均129 kg/hm2），化肥配施有機(jī)肥對(duì)土壤的固碳作用最大，同時(shí)還可降低土壤N2O 的排放。

4 農(nóng)戶對(duì)蔬菜秸稈有機(jī)肥認(rèn)知程度

農(nóng)戶對(duì)肥料的認(rèn)知程度決定肥料的施用情況，農(nóng)戶對(duì)化肥問(wèn)題了解的越深刻，對(duì)有機(jī)肥優(yōu)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)越充分，有機(jī)肥認(rèn)可度就會(huì)越高，施用有機(jī)肥幾率也就越大，越有利于有機(jī)肥的推廣。為了解涉農(nóng)群體的認(rèn)知情況，分別對(duì)化肥與食品安全關(guān)系、化肥對(duì)土壤的危害、有機(jī)肥相關(guān)政策了解情況等進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查（在天津市發(fā)放超過(guò)200 份調(diào)查問(wèn)卷， 收到有效問(wèn)卷200 份）[14]。由表2 可知，大多數(shù)農(nóng)戶知道化肥會(huì)在一定程度上危害食品安全，但了解不深入，深入了解化肥危害食品安全原因的農(nóng)戶占極少數(shù)（了解比較多的都是大型設(shè)施園區(qū)種植戶），還有一部分農(nóng)戶對(duì)此不了解，說(shuō)明農(nóng)戶對(duì)化肥會(huì)產(chǎn)生食品安全問(wèn)題認(rèn)識(shí)不夠充分。而在化肥對(duì)土壤的危害上，大部分農(nóng)戶認(rèn)識(shí)到化肥會(huì)對(duì)土壤造成傷害，是由于在利用化肥種植過(guò)程中農(nóng)戶能更直觀地發(fā)現(xiàn)土壤肥力下降、土壤板結(jié)等問(wèn)題。

針對(duì)農(nóng)技人員是否了解有機(jī)肥對(duì)食品安全、固碳減排等方面之間的關(guān)聯(lián)，發(fā)放了150 份調(diào)查問(wèn)卷。由表3 可知，天津市基層農(nóng)技人員顯示出較高的技術(shù)素養(yǎng)，對(duì)化肥和食品安全的認(rèn)知水平、了解程度都比較深入，比較清楚長(zhǎng)期施用化肥會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)土壤造成損害。

但是在施用有機(jī)肥的好處及相關(guān)政策方面也存在一定的短板。多數(shù)農(nóng)技人員都了解施用有機(jī)肥的優(yōu)勢(shì)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境十分有益，占比達(dá)60% 以上；但在施用有機(jī)肥政策方面了解的卻很少，這也側(cè)面說(shuō)明相關(guān)部門對(duì)施用有機(jī)肥的政策宣傳力度不夠、培訓(xùn)深度不足。

5 肥料化利用影響因素分析

由于蔬菜種植區(qū)的復(fù)種指數(shù)較高，直接還田可能出現(xiàn)重金屬富集等現(xiàn)象。此外，有機(jī)肥料施用量從1949 年的99.9% 下降至2003 年的25%，這直接導(dǎo)致土壤耕地質(zhì)量急劇下降，有機(jī)質(zhì)含量<3%[12]。如果有機(jī)肥施用量占化肥施用量的10%，市場(chǎng)需求量將達(dá)到1 400 萬(wàn)t/年[13]。因此，未來(lái)有機(jī)肥將呈現(xiàn)連年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，利用蔬菜秸稈廢棄物生產(chǎn)有機(jī)肥市場(chǎng)潛力巨大。但現(xiàn)階段發(fā)展蔬菜秸稈廢棄物生產(chǎn)有機(jī)肥仍存在很多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。

（1）蔬菜秸稈廢棄物產(chǎn)量季節(jié)性波動(dòng)明顯。在蔬菜生產(chǎn)旺季（一般6—8 月、10—11 月），蔬菜廢棄物產(chǎn)生量也較大，加重了蔬菜秸稈廢棄物設(shè)備的處理壓力，而在蔬菜生產(chǎn)淡季，處理設(shè)備得不到原材料的持續(xù)供應(yīng)，導(dǎo)致限產(chǎn)或停產(chǎn)。同時(shí)蔬菜秸稈廢棄物因本身具有易腐易爛的特點(diǎn)，也不能將生產(chǎn)旺季的蔬菜秸稈廢棄物保存至淡季。

（2）蔬菜秸稈廢棄物收集、貯運(yùn)、分揀困難。蔬菜種植有區(qū)域性的特點(diǎn)，農(nóng)戶為了節(jié)省人力和物力，經(jīng)常將蔬菜秸稈廢棄物隨意傾倒在產(chǎn)地附近，并且比較分散，這樣收集起來(lái)非常困難。同時(shí)，農(nóng)戶傾倒的蔬菜廢棄物還有可能跟其他垃圾混合在一起，在收集處理時(shí)需要先進(jìn)行分選，又增加了處理成本。

（3）企業(yè)處理蔬菜秸稈廢棄物缺乏積極性。由于蔬菜秸稈廢棄物收集、分揀等比較困難，增加了處理成本，同時(shí)企業(yè)處理蔬菜秸稈廢棄物后生產(chǎn)出的產(chǎn)品銷售渠道單一，群眾認(rèn)可度低，而政府在蔬菜秸稈廢棄物處理方面補(bǔ)貼有限，所以企業(yè)積極性較低。

（4）蔬菜秸稈廢棄物處理及資源化利用模式實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足。傳統(tǒng)的蔬菜秸稈廢棄物處理方式還比較普遍，政府推動(dòng)綠色安全處理模式比較困難。從目前處理技術(shù)和運(yùn)行成本看，好氧堆肥處理模式是蔬菜秸稈廢棄物較好的處理方式，但是堆肥工藝、產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)還需要進(jìn)一步完善。

（5）農(nóng)戶對(duì)有機(jī)肥認(rèn)可程度不高。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，30% 的農(nóng)戶認(rèn)為有機(jī)肥與化肥相比價(jià)格高，與化肥種植農(nóng)作物相比利潤(rùn)空間??；17% 的農(nóng)戶認(rèn)為有機(jī)肥來(lái)源不明確，對(duì)于有機(jī)肥較難辨別真假優(yōu)良；23% 的農(nóng)戶被有機(jī)商品銷售難困擾，無(wú)法提供有機(jī)作物合理證明。

6 對(duì)策建議

（1）加強(qiáng)監(jiān)管與治理力度。加強(qiáng)蔬菜秸稈廢棄物源頭分類減量治理，引導(dǎo)農(nóng)戶在蔬菜拉秧后清除塑料繩、石塊等雜物后再進(jìn)行后續(xù)處理利用，以降低設(shè)備處理故障率，提高肥料品質(zhì)，降低廢棄物的處理與利用成本。政府部門加強(qiáng)對(duì)有機(jī)肥生產(chǎn)企業(yè)和銷售點(diǎn)的監(jiān)管，對(duì)生產(chǎn)和銷售假冒偽劣產(chǎn)品的行為嚴(yán)肅處理，同時(shí)對(duì)農(nóng)戶進(jìn)行有機(jī)肥購(gòu)買培訓(xùn)，使其能夠買到質(zhì)量可靠的有機(jī)肥，切實(shí)保障農(nóng)戶的合法權(quán)益。

（2）引進(jìn)綠色生產(chǎn)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)蔬菜秸稈制肥的技術(shù)支持與支撐。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門應(yīng)擔(dān)任技術(shù)支撐方，擔(dān)起責(zé)任，建立農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展技術(shù)體系，引進(jìn)有機(jī)肥施用技術(shù)，保證綠色有機(jī)肥施用技術(shù)的推廣力度，助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)本增效，做好示范，從根本上影響、引領(lǐng)、帶動(dòng)農(nóng)戶改變施肥方式。

（3）加大政策激勵(lì)力度。鼓勵(lì)因地制宜制定蔬菜秸稈廢棄物處理的相關(guān)政策，將蔬菜秸稈廢棄物納入秸稈政策補(bǔ)貼范疇。加大蔬菜秸稈廢棄物處理的企業(yè)、合作社、農(nóng)戶及科技示范項(xiàng)目的財(cái)政支持和財(cái)政資金補(bǔ)貼力度，同時(shí)鼓勵(lì)和引導(dǎo)農(nóng)民施用有機(jī)肥替代部分化肥，推動(dòng)農(nóng)戶施用蔬菜秸稈廢棄物有機(jī)肥，促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向綠色農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。

（4）積極開(kāi)展宣傳培訓(xùn)。協(xié)同推進(jìn)各部門、各農(nóng)業(yè)主體開(kāi)展合作，促進(jìn)農(nóng)戶自愿選擇施用有機(jī)肥。農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門定期開(kāi)展農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展知識(shí)的宣傳和培訓(xùn)，構(gòu)建起信息平臺(tái)，使農(nóng)戶了解施用有機(jī)肥對(duì)環(huán)境的保護(hù)作用和對(duì)農(nóng)業(yè)的增效作用，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展。

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