園林廢棄物堆肥利用研究進(jìn)展

余映云，賈叢榕，吳春來，陳喬宇*，朱本國(guó)*

（1重慶市壁山區(qū)園林綠化管理所 402760；2重慶市風(fēng)景園林科學(xué)研究院，重慶九龍坡 401329）

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市園林綠化水平的不斷提高，隨之產(chǎn)生的園林綠化廢棄物也逐年增加。園林廢棄物主要是園林綠化過程中修剪的枝葉和枯枝落葉，在我國(guó)，這些廢棄物往往與普通的生活垃圾一起進(jìn)行集中處理，過去主要的處理方法是焚燒和填埋[1]。在自然界中，枯枝、落葉會(huì)在地面上自然分解腐熟后進(jìn)入土壤界面，為土壤提供必要的有機(jī)質(zhì)和其他營(yíng)養(yǎng)元素，而在城市綠地中卻缺少了這一環(huán)節(jié)，容易導(dǎo)致城市綠地營(yíng)養(yǎng)流失、土壤板結(jié)；將園林綠化廢棄物進(jìn)行堆肥處理，處理后的產(chǎn)物可以重新施用到綠地土壤中，這是解決城市綠地資源浪費(fèi)和土壤問題的關(guān)鍵技術(shù)[2]。

1 園林綠化廢棄物的組成

園林廢棄物的主要來源是城市和鄉(xiāng)村園林綠化場(chǎng)地產(chǎn)生的植物廢棄物，包括樹枝、葉片、雜草、秸稈和少量的泥土，其具體的組成與當(dāng)?shù)鼐G化栽種植物相關(guān)，可以由綠地植株種類進(jìn)行預(yù)測(cè)[3]。當(dāng)前，我國(guó)產(chǎn)生的園林廢棄物占到了生活垃圾總量的兩成以上，但是進(jìn)行相應(yīng)的園林綠化廢棄物資源化處理的企業(yè)卻少之又少[4]。

一般來說，不同的季節(jié)產(chǎn)生的廢棄物的主要組分也不同，春秋以修剪廢物為主，夏季以草為主，冬季以枯枝落葉為主。園林廢棄物與其他有機(jī)廢棄物相比，最大的特點(diǎn)是含有大量的木質(zhì)素，從而造成了園林廢棄物較高的碳氮比和較低的含水率[5]。木質(zhì)素在自然界中較難被微生物所分解，并且其分解過程較為緩慢；除了木質(zhì)素之外，園林廢棄物中還含有大量的纖維素和半纖維素，相對(duì)木質(zhì)素來說，纖維素和半纖維素在微生物的作用下分解較快，但是半纖維素和木質(zhì)素可以通過化學(xué)鍵相連并將纖維素包裹于其中，形成難以降解的木質(zhì)纖維素；這些原因?qū)е铝藞@林廢棄物的堆肥過程較為漫長(zhǎng)，一般來說，堆肥時(shí)間為90～160d[6]。

由于木質(zhì)纖維素的大量存在，園林綠化廢棄物相對(duì)于普通生活垃圾來說，具有高碳、低氮的特點(diǎn)。園林綠化廢棄物中的總氮、總磷、總鉀都有一個(gè)大概的區(qū)間，這個(gè)含量不隨廢棄物組分變化而變化，但是用粒徑對(duì)廢棄物進(jìn)行區(qū)分，卻可以發(fā)現(xiàn)不同粒徑的廢棄物的元素組成不盡相同[7]。

2 堆肥過程中的控制因素

2.1 碳氮比

碳氮比（C/N）指的是堆肥底物中碳元素和氮元素的比值。碳是堆肥過程中微生物的能源物質(zhì)，同時(shí)也是微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)基本組成元素。在堆肥過程中，有機(jī)質(zhì)中的碳元素被分解轉(zhuǎn)化為小分子有機(jī)物（腐殖質(zhì)）和二氧化碳。

氮元素是微生物生長(zhǎng)必需元素，也是蛋白質(zhì)等微生物結(jié)構(gòu)材料的必須元素，氮元素除了被微生物自身吸收利用之外，多余的氮元素被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽、亞硝酸鹽等物質(zhì)，同時(shí)也有部分氮元素形成氨氣被排出。一般來說，堆肥過程中的碳氮比在20︰1～40︰1之間，最佳碳氮比大約是25︰1，過低的碳氮比因碳源不足會(huì)阻礙微生物的正常生長(zhǎng)，但氮元素過多會(huì)導(dǎo)致大量的氨氣溢出，堆肥品質(zhì)下降，臭味難當(dāng)。由于園林綠化廢棄物含有大量的木質(zhì)纖維素等有機(jī)物，單純的園林綠化廢棄物堆肥底物的碳氮比往往大于40︰1，一般會(huì)將園林綠化廢棄物和其他高氮含量的廢棄物進(jìn)行混合，將碳氮比降低后再進(jìn)行后續(xù)的堆肥處理[8-9]。

2.2 含水率

含水率是園林綠化廢棄物堆肥過程中的一個(gè)重要指標(biāo)，含水率會(huì)影響堆肥過程中微生物的生存狀態(tài)和菌群種類，同時(shí)水分蒸發(fā)能夠調(diào)節(jié)堆肥過程的溫度。普通堆肥的含水率一般保持在60%～80%，而園林綠化廢棄物堆肥由于木質(zhì)纖維素的存在一般保持在50%～60%。隨著堆肥的進(jìn)行，堆肥底物的含水率會(huì)隨之下降，腐熟階段含水率一般會(huì)降到20%～30%。當(dāng)堆肥底物含水率低于40%時(shí)，會(huì)抑制底物中微生物的正常新陳代謝，從而降低堆肥效率；而當(dāng)含水率過高，會(huì)導(dǎo)致堆肥底物孔隙堵塞，從而影響堆肥底物中的含氧量，好氧發(fā)酵效率下降[10]。腐熟階段的低含水率有利于堆肥產(chǎn)物中真菌的生長(zhǎng)，從而穩(wěn)定堆肥產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)。

2.3 孔隙率和供氧

好氧堆肥底物的孔隙率直接影響堆肥過程中底物的含氧量，而含氧量則會(huì)影響堆肥過程中微生物的代謝能力。一般來說，堆肥底物中適合的氧濃度一般在8%～18%，當(dāng)含氧量低于8%時(shí)，堆肥過程中的厭氧發(fā)酵將會(huì)增加，從而產(chǎn)生惡臭并影響堆肥產(chǎn)物的質(zhì)量；如果堆肥底物中含氧量過高，則會(huì)導(dǎo)致堆肥升溫較慢，無法有效殺滅底物中的蟲卵和病原菌[11]。由此可知，堆肥過程中的通風(fēng)尤為重要。

2.4 堆肥溫度

堆肥溫度會(huì)影響堆肥過程中微生物的活性，適宜的溫度能夠促進(jìn)微生物在堆肥底物中大量繁殖，從而提高堆肥的效率[4]。微生物分解有機(jī)物的過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，隨著堆肥過程的持續(xù)進(jìn)行，堆肥溫度會(huì)先升高后降低；在初始狀態(tài)下，堆肥底物的溫度與環(huán)境溫度一致，隨著堆肥的進(jìn)行，堆體的溫度會(huì)逐漸升高到中溫菌的適宜溫度40～50℃，在中溫菌作用1～2d后，堆體的溫度會(huì)繼續(xù)上升到高溫菌適宜溫度50～65℃；一般來說，高溫菌的分解效率要優(yōu)于中溫菌的，在高溫菌適宜溫度下，不僅對(duì)堆肥進(jìn)程有著極大的幫助，同時(shí)堆肥底物中的蟲卵和病原微生物也會(huì)被有效殺滅[12]。

2.5 酸堿性

堆肥過程中堆肥底物的酸堿性也就是pH值，是微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解的一個(gè)重要指標(biāo)。在之前的研究中發(fā)現(xiàn)，堆肥過程中微生物適宜的pH值在5.5～8之間，而園林綠化廢棄物由于其特殊的底物組成，較為適宜的堆肥酸堿度為7～8，基本是一個(gè)偏堿性的環(huán)境。有研究報(bào)道，在偏堿性環(huán)境中，園林綠化廢棄物堆肥過程中木質(zhì)素的分解效率要高于普通堆肥環(huán)境中。一般而言，堆肥過程的初始階段由于微生物代謝產(chǎn)生有機(jī)酸導(dǎo)致堆體酸度下降，隨著堆肥的進(jìn)行，堆體溫度不斷升高，部分有機(jī)酸被揮發(fā)，部分有機(jī)酸被微生物分解利用，堆體的pH值也會(huì)隨之逐漸升高[3]。

3 堆肥技術(shù)與利用

園林廢棄物由于具有較高含量的木質(zhì)纖維素，所以其具有高碳含量、低含水率的特點(diǎn)；由于園林廢棄物自身在理化性質(zhì)方面的特點(diǎn)，導(dǎo)致了園林綠化廢棄物并不適用于直接進(jìn)行堆肥，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，園林綠化廢棄物往往與其他廢棄物進(jìn)行混合后再進(jìn)行后續(xù)的堆肥工作。

污水廠處理剩余的污泥可以作為土壤改良基質(zhì)運(yùn)用在實(shí)際農(nóng)業(yè)林業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，但是污泥中含有一定的病原微生物，且污泥中含有大量的氮元素，將污水廠污泥作為添加劑與園林綠化廢棄物進(jìn)行混合堆肥，能夠有效彌補(bǔ)園林綠化廢棄物堆肥中缺少氮元素和低含水率的缺點(diǎn)。梁文濤[13]將園林綠化廢棄物與污水廠污泥進(jìn)行混合堆肥后發(fā)現(xiàn)，整個(gè)堆肥時(shí)間為120d，其中監(jiān)測(cè)到有20d堆體處于55℃以上的高溫堆肥中，污泥中的寄生蟲卵和病原菌均被殺滅。污泥與園林廢棄物混合堆肥的堆肥產(chǎn)物在農(nóng)林業(yè)中已經(jīng)有了一定的應(yīng)用。趙霞等[14]將混合堆肥產(chǎn)物施用在波斯菊種植土壤上后發(fā)現(xiàn)，土壤中的全氮和有機(jī)質(zhì)含量并無明顯變化，但是波斯菊的株高、鮮重和根長(zhǎng)都隨著施用量的增加而增加；同時(shí)土壤中的銅、鋅和鎘元素的含量也有了一定程度的增加，但是總含量并未超過限定值；在施用堆肥產(chǎn)物后，波斯菊對(duì)土壤中銅元素的富集能力增強(qiáng)了；表明園林廢棄物和污泥混合堆肥產(chǎn)物對(duì)改善土壤營(yíng)養(yǎng)含量和增強(qiáng)植株生長(zhǎng)水平有積極的作用。司莉青等[15]將不同配比的污泥-園林綠化廢棄物混合堆肥產(chǎn)物施用于高羊茅后發(fā)現(xiàn)，在污泥︰園林廢棄物為1︰1的混合物時(shí)，高羊茅的發(fā)芽率達(dá)到最高，并且無論何種配比的堆肥產(chǎn)物，在使用之后高羊茅的株高和生物量都有顯著的增長(zhǎng)，并且其最大株高和最大生物量都是在1︰1比例混合堆肥產(chǎn)物使用后達(dá)到的。以上研究均表明，園林綠化廢棄物和污泥進(jìn)行混合堆肥的堆肥產(chǎn)物可以有效地促進(jìn)植株的生長(zhǎng)，但是同時(shí)也需要關(guān)注在使用之后土壤中各種金屬元素的含量是否超標(biāo)。

除了污泥之外，園林綠化廢棄物也經(jīng)常與其他物質(zhì)混合堆肥用以調(diào)節(jié)堆肥底物的碳氮比和含水率等指標(biāo)達(dá)到堆肥最適宜的條件。生活垃圾具有高含水率高含氮量的特點(diǎn)，特別是餐廚垃圾經(jīng)常作為堆肥添加物與園林廢棄物混合堆肥。方偉成等[16]將園林廢棄物和餐廚垃圾以9︰1的比例混合，可以得到碳氮比為33︰1的混合物，將該混合物進(jìn)行堆肥，在高溫堆肥持續(xù)12d以上時(shí)，就可以得到品質(zhì)良好的堆肥產(chǎn)物，在施用了該堆肥產(chǎn)物后種子發(fā)芽指數(shù)為115.6%，可以將該堆肥產(chǎn)物應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)園林生產(chǎn)之中。除了生活垃圾，牧畜廢棄物也是一種良好的添加劑，牧畜廢棄物的主要組成是動(dòng)物糞便，動(dòng)物糞便中含有較高的氮元素，同時(shí)也含有大量的水分，與園林廢棄物混合后能夠有效彌補(bǔ)園林廢棄物中氮含量較少、含水率較低的缺點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行混合堆肥后，較高的堆肥溫度可以有效殺滅糞便中大量的寄生蟲蟲卵和病原微生物，可以起到牧畜廢棄物無害化處理的作用。郝丹等[17]用一定比例的園林廢棄物和牛糞混合堆肥產(chǎn)物作為金盞菊的育苗基質(zhì)，期望能夠得到足夠替代泥炭的生長(zhǎng)基質(zhì)；結(jié)果表明，1︰1的混合物作為生長(zhǎng)機(jī)質(zhì)栽培金盞菊，其出苗率可以達(dá)到73.3%，能夠顯著促進(jìn)金盞菊的生長(zhǎng)。馮紅梅等[18]將園林廢棄物破碎之后混入不同比例的雞糞進(jìn)行堆肥，從而研究這種混合堆肥對(duì)堆肥過程產(chǎn)生的影響；結(jié)果顯示，不同比例的堆肥均在一定時(shí)間后堆肥溫度達(dá)到了50℃以上并持續(xù)了至少2周，其中綠化廢棄物與雞糞按照1︰1的比例混合堆肥效果最好，其進(jìn)入高溫堆肥的時(shí)間比其他比例的堆肥要提前2～5d，堆肥40d后，堆肥產(chǎn)物的理化性質(zhì)就達(dá)到了較為理想效果；在堆肥結(jié)束后，堆肥產(chǎn)物施在植株上，其種子發(fā)芽勢(shì)為86.69%，碳氮比為12.41，總養(yǎng)分含量達(dá)到了4.89%，顯著高于其他混合比例。

園林廢棄物的堆肥產(chǎn)物在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，除了為農(nóng)林用土壤提供營(yíng)養(yǎng)元素外，園林廢棄物堆肥產(chǎn)物還可以起到調(diào)節(jié)土壤酸堿性、控制土壤重金屬污染等作用。賀坤等[19]將園林綠化廢棄物堆肥產(chǎn)物和煙氣脫硫石膏按不同比例混合施用在濱海鹽漬土壤中，發(fā)現(xiàn)這種混合施用劑能夠顯著降低濱海鹽漬土的pH值和全鹽含量，增加土壤營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)含量，并提高土壤上生長(zhǎng)的植物的生物量；當(dāng)脫硫石膏施用量達(dá)到25g/kg時(shí)效果達(dá)到最佳，其中pH值下降了10%，元素含量下降了30%～40%。在土壤中施用園林綠化廢棄物堆肥產(chǎn)物可以調(diào)節(jié)土壤中的微生物群落，改善土壤微生物活性。連鵬等[20]在林地土壤施用了不同含量的園林廢棄物堆肥產(chǎn)物后，土壤中的總酶活性隨著施用量的增加而增加，在施用50kg時(shí)總酶活性提高了119.05%～204.76%，而土壤中的總生物碳也隨之提升，說明施用園林綠化廢棄物堆肥產(chǎn)物能夠提高土壤微生物數(shù)量，改善土壤生物環(huán)境。

園林綠化廢棄物堆肥產(chǎn)物主要用作土壤改良基質(zhì)，為土壤提供必要的營(yíng)養(yǎng)元素和有機(jī)質(zhì)。研究表明，園林廢棄物堆肥產(chǎn)物具有容重低、孔隙度高、有機(jī)質(zhì)高、氮磷鉀元素含量高等優(yōu)點(diǎn)，是較為理想的花卉植物栽培基質(zhì)。在施用堆肥產(chǎn)物后，非洲鳳仙和矮牽牛的根系生長(zhǎng)加快，葉片葉綠素含量增加，葉片生長(zhǎng)加快，最終結(jié)果非洲鳳仙和矮牽牛的開花質(zhì)量也隨之提高[21]。園林綠化廢棄物堆肥產(chǎn)物對(duì)喬木植物也有著相同的促進(jìn)效果。余韻等[22]將不同濃度的園林綠化廢棄物堆肥產(chǎn)物施用在楸樹苗上，綜合看來，在施用濃度為10%時(shí)效果最好，楸樹苗株高增長(zhǎng)量、地徑、總生物量和總?cè)~綠素含量分別增加了8%、5%、19%和40%。

4 結(jié)語

當(dāng)前的研究和實(shí)踐表明，園林廢棄物可以作為一種非常適用的堆肥添加物進(jìn)行應(yīng)用。傳統(tǒng)的好氧堆肥底物一般是廚余垃圾、畜牧糞便、市政污泥等廢棄物，而這些廢棄物往往都具有高含水量、高氮磷、低有機(jī)質(zhì)含量、低孔隙度等特點(diǎn)，而園林廢棄物的理化特性剛好與之互補(bǔ)；研究證明，園林廢棄物和其他堆肥底物按照一定比例進(jìn)行混合堆肥后，能夠顯著縮短堆肥的時(shí)間，提升堆肥產(chǎn)物的產(chǎn)出品質(zhì)；特別是在當(dāng)前市政污泥需要減量化無害化的前提下，混合堆肥能夠同時(shí)對(duì)園林廢棄物和城市污泥進(jìn)行資源化處理，同時(shí)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，是當(dāng)下較為熱門的市政污泥處理處置路徑。