園林廢棄物堆肥利用研究進展

余映云，賈叢榕，吳春來，陳喬宇*，朱本國*

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

隨著中國城市化進程的加快，城市園林綠化水平的不斷提高，隨之產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，這些廢棄物往往與普通的生活垃圾一起進行集中處理，過去主要的處理方法是焚燒和填埋[1]。在自然界中，枯枝、落葉會在地面上自然分解腐熟后進入土壤界面，為土壤提供必要的有機質和其他營養元素，而在城市綠地中卻缺少了這一環節，容易導致城市綠地營養流失、土壤板結；將園林綠化廢棄物進行堆肥處理，處理后的產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和土壤問題的關鍵技術[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村園林綠化場地產生的植物廢棄物，包括樹枝、葉片、雜草、秸稈和少量的泥土，其具體的組成與當地綠化栽種植物相關，可以由綠地植株種類進行預測[3]。當前，我國產生的園林廢棄物占到了生活垃圾總量的兩成以上，但是進行相應的園林綠化廢棄物資源化處理的企業卻少之又少[4]。

一般來說，不同的季節產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廢棄物相比，最大的特點是含有大量的木質素，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，相對木質素來說，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素可以通過化學鍵相連并將纖維素包裹于其中，形成難以降解的木質纖維素；這些原因導致了園林廢棄物的堆肥過程較為漫長，一般來說，堆肥時間為90～160d[6]。

由于木質纖維素的大量存在，園林綠化廢棄物相對于普通生活垃圾來說，具有高碳、低氮的特點。園林綠化廢棄物中的總氮、總磷、總鉀都有一個大概的區間，這個含量不隨廢棄物組分變化而變化，但是用粒徑對廢棄物進行區分，卻可以發現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，同時也是微生物細胞結構基本組成元素。在堆肥過程中，有機質中的碳元素被分解轉化為小分子有機物（腐殖質）和二氧化碳。

氮元素是微生物生長必需元素，也是蛋白質等微生物結構材料的必須元素，氮元素除了被微生物自身吸收利用之外，多余的氮元素被轉化為硝酸鹽、亞硝酸鹽等物質，同時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阻礙微生物的正常生長，但氮元素過多會導致大量的氨氣溢出，堆肥品質下降，臭味難當。由于園林綠化廢棄物含有大量的木質纖維素等有機物，單純的園林綠化廢棄物堆肥底物的碳氮比往往大于40︰1，一般會將園林綠化廢棄物和其他高氮含量的廢棄物進行混合，將碳氮比降低后再進行后續的堆肥處理[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重要指標，含水率會影響堆肥過程中微生物的生存狀態和菌群種類，同時水分蒸發能夠調節堆肥過程的溫度。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纖維素的存在一般保持在50%～60%。隨著堆肥的進行，堆肥底物的含水率會隨之下降，腐熟階段含水率一般會降到20%～30%。當堆肥底物含水率低于40%時，會抑制底物中微生物的正常新陳代謝，從而降低堆肥效率；而當含水率過高，會導致堆肥底物孔隙堵塞，從而影響堆肥底物中的含氧量，好氧發酵效率下降[10]。腐熟階段的低含水率有利于堆肥產物中真菌的生長，從而穩定堆肥產物的營養結構。

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%，當含氧量低于8%時，堆肥過程中的厭氧發酵將會增加，從而產生惡臭并影響堆肥產物的質量；如果堆肥底物中含氧量過高，則會導致堆肥升溫較慢，無法有效殺滅底物中的蟲卵和病原菌[11]。由此可知，堆肥過程中的通風尤為重要。

2.4 堆肥溫度

堆肥溫度會影響堆肥過程中微生物的活性，適宜的溫度能夠促進微生物在堆肥底物中大量繁殖，從而提高堆肥的效率[4]。微生物分解有機物的過程中會產生熱量，隨著堆肥過程的持續進行，堆肥溫度會先升高后降低；在初始狀態下，堆肥底物的溫度與環境溫度一致，隨著堆肥的進行，堆體的溫度會逐漸升高到中溫菌的適宜溫度40～50℃，在中溫菌作用1～2d后，堆體的溫度會繼續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于中溫菌的，在高溫菌適宜溫度下，不僅對堆肥進程有著極大的幫助，同時堆肥底物中的蟲卵和病原微生物也會被有效殺滅[12]。

2.5 酸堿性

堆肥過程中堆肥底物的酸堿性也就是pH值，是微生物對有機物進行分解的一個重要指標。在之前的研究中發現，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，基本是一個偏堿性的環境。有研究報道，在偏堿性環境中，園林綠化廢棄物堆肥過程中木質素的分解效率要高于普通堆肥環境中。一般而言，堆肥過程的初始階段由于微生物代謝產生有機酸導致堆體酸度下降，隨著堆肥的進行，堆體溫度不斷升高，部分有機酸被揮發，部分有機酸被微生物分解利用，堆體的pH值也會隨之逐漸升高[3]。

3 堆肥技術與利用

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

污水廠處理剩余的污泥可以作為土壤改良基質運用在實際農業林業生產當中，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行混合堆肥，能夠有效彌補園林綠化廢棄物堆肥中缺少氮元素和低含水率的缺點。梁文濤[13]將園林綠化廢棄物與污水廠污泥進行混合堆肥后發現，整個堆肥時間為120d，其中監測到有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物在農林業中已經有了一定的應用。趙霞等[14]將混合堆肥產物施用在波斯菊種植土壤上后發現，土壤中的全氮和有機質含量并無明顯變化，但是波斯菊的株高、鮮重和根長都隨著施用量的增加而增加；同時土壤中的銅、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；在施用堆肥產物后，波斯菊對土壤中銅元素的富集能力增強了；表明園林廢棄物和污泥混合堆肥產物對改善土壤營養含量和增強植株生長水平有積極的作用。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物施用于高羊茅后發現，在污泥︰園林廢棄物為1︰1的混合物時，高羊茅的發芽率達到最高，并且無論何種配比的堆肥產物，在使用之后高羊茅的株高和生物量都有顯著的增長，并且其最大株高和最大生物量都是在1︰1比例混合堆肥產物使用后達到的。以上研究均表明，園林綠化廢棄物和污泥進行混合堆肥的堆肥產物可以有效地促進植株的生長，但是同時也需要關注在使用之后土壤中各種金屬元素的含量是否超標。

除了污泥之外，園林綠化廢棄物也經常與其他物質混合堆肥用以調節堆肥底物的碳氮比和含水率等指標達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，特別是餐廚垃圾經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，將該混合物進行堆肥，在高溫堆肥持續12d以上時，就可以得到品質良好的堆肥產物，在施用了該堆肥產物后種子發芽指數為115.6%，可以將該堆肥產物應用到現實園林生產之中。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物糞便，動物糞便中含有較高的氮元素，同時也含有大量的水分，與園林廢棄物混合后能夠有效彌補園林廢棄物中氮含量較少、含水率較低的缺點，同時進行混合堆肥后，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物作為金盞菊的育苗基質，期望能夠得到足夠替代泥炭的生長基質；結果表明，1︰1的混合物作為生長機質栽培金盞菊，其出苗率可以達到73.3%，能夠顯著促進金盞菊的生長。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行堆肥，從而研究這種混合堆肥對堆肥過程產生的影響；結果顯示，不同比例的堆肥均在一定時間后堆肥溫度達到了50℃以上并持續了至少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，其進入高溫堆肥的時間比其他比例的堆肥要提前2～5d，堆肥40d后，堆肥產物的理化性質就達到了較為理想效果；在堆肥結束后，堆肥產物施在植株上，其種子發芽勢為86.69%，碳氮比為12.41，總養分含量達到了4.89%，顯著高于其他混合比例。

園林廢棄物的堆肥產物在農林業生產中有著廣泛的應用，除了為農林用土壤提供營養元素外，園林廢棄物堆肥產物還可以起到調節土壤酸堿性、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，發現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，增加土壤營養元素和有機質含量，并提高土壤上生長的植物的生物量；當脫硫石膏施用量達到25g/kg時效果達到最佳，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物可以調節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物能夠提高土壤微生物數量，改善土壤生物環境。

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

4 結語

當前的研究和實踐表明，園林廢棄物可以作為一種非常適用的堆肥添加物進行應用。傳統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、低有機質含量、低孔隙度等特點，而園林廢棄物的理化特性剛好與之互補；研究證明，園林廢棄物和其他堆肥底物按照一定比例進行混合堆肥后，能夠顯著縮短堆肥的時間，提升堆肥產物的產出品質；特別是在當前市政污泥需要減量化無害化的前提下，混合堆肥能夠同時對園林廢棄物和城市污泥進行資源化處理，同時產生一定的經濟效益，是當下較為熱門的市政污泥處理處置路徑。