廚余垃圾堆肥在普通白菜基質栽培中的應用

李強 余宏軍 艾爽 蔣衛杰

（中國農業科學院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

我國正處于城鎮化率持續升高階段，這不僅帶來了巨大發展潛力和市場空間，同時面臨著城市生活垃圾數量持續大幅增長的挑戰（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40%～50%（牟雪嬌，2017）。廚余垃圾是指居民家庭、餐飲行業及單位供餐等活動中產生的剩菜剩飯、果皮菜葉、蛋殼、茶渣等固體廢棄物，含有較高的水分和有機物，容易腐壞發臭、產生毒素，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質、氮、磷等營養成分，具有較高的資源化利用價值。廚余垃圾通過妥善加工處理，可轉化為營養豐富的有機肥料，從而實現廚余垃圾的減量化、資源化、無害化處理（胡新軍，2012；楊柏松 等，2016；彭立宇，2018）。

堆肥是國內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（時朝輝，2017）。以廚余垃圾為基質，利用微生物、蚯蚓生長繁殖和新陳代謝過程產生的酶等多種生物活性物質，將廚余垃圾在較短時間內分解成氮、磷、鉀含量豐富的有機肥料，不僅緩解了垃圾處置壓力，還能有效改善土壤結構，促進農作物生長和品質提升。

目前對廚余垃圾肥料化處理的相關技術已開展了廣泛研究，在堆肥菌種的選擇和用量、發酵時長和溫度、通風方式和時間等方面進行了篩選與優化（柴曉利 等，2005；Bernstad &Jansen，2011；李小建 等，2013）。經過多年的探索，許多發達國家已形成完善的廚余垃圾堆肥處理體系，例如德國每年通過廚余垃圾堆肥可生產500 萬t 肥料（Pazera et al.，2015）。過去，我國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了很大的困難。近年來，隨著垃圾分類政策在我國的全面推廣與實施，廚余垃圾資源化處理逐漸得以實現。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，按堆肥產品轉化率30%計算，則有機肥料年產量逾40 萬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和產能的提升，在未來幾年將帶動更多的城市乃至全國實現廚余垃圾資源化處理。

盡管廚余垃圾肥料市場空間巨大，但是應用并不廣泛，目前只用于城市的公共園林綠化或少部分復合肥的配制，尚未見在農作物生產上的大規模應用。究其原因，可能是缺乏對廚余垃圾肥料安全性和肥效的科學評價，相關科研數據鮮有報道。鑒于此，本試驗以廚余垃圾堆制的肥料為對象，分析其不同施用比例對椰糠栽培基質性質、養分含量、重金屬等有害物質含量的改良作用，并評價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中的廣泛應用提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020 年8—11 月在中國農業科學院蔬菜花卉研究所無土栽培課題組玻璃溫室進行，溫室內晝/夜溫度為25 ℃/18 ℃，光照強度為100 μmol ·m·s，空氣相對濕度保持在50%～60%。

堆肥原料果皮、菜葉等廚余垃圾由北京日日新學堂提供，堆肥輔料為EM 堆肥菌（杭州果攸生態環境科技有限公司），廚余垃圾和菌劑混合比例為20∶1（/）；混勻后置于專業堆肥箱中，封閉堆制30 d；堆肥充分腐熟后過0.5 mm 篩，獲得質地均勻、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，購于京研益農（北京）種業科技有限公司。

1.2 試驗方法

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。設置4 個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）和添加商品有機肥（北京平安福生物工程技術有限公司，采用推薦用量：55 kg·m）的椰糠（CK2）作為對照，所有處理均不再施額外的肥料。采用隨機區組排列，3 次重復，每重復5 株，定植于7 L 盆缽中（內裝5 L 充分混合的基質），每隔2～3 d 澆灌清水500 mL，保持基質濕度在60%左右，定植30 d 后采收。

1.3 項目測定

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

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

1.4 數據處理

試驗數據采用SPSS 23.0 軟件進行統計分析，運用DUNCAN 檢驗法進行多重比較及差異顯著性分析（＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 廚余垃圾堆肥對栽培基質理化性質的影響

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。容重反映了基質的疏松、緊實程度，CK1 的容重為0.16 g·cm，施用廚余垃圾堆肥或商品有機肥均可提高基質容重，其中T3、T4 處理的容重分別達0.21、0.23 g·cm，顯著高于CK1 和CK2。pH 值是基質化學性質最具代表性的指標之一，直接影響植物根系對養分的吸收；EC 值反映了基質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 無顯著差異。

表1 施用不同比例廚余垃圾堆肥對栽培基質理化性質的影響

2.2 廚余垃圾堆肥對栽培基質養分含量的影響

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養分含量依然高于CK1，而低于CK2。

表2 施用不同比例廚余垃圾堆肥對栽培基質養分含量的影響

2.3 廚余垃圾堆肥對栽培基質重金屬含量的影響

重金屬含量是評價栽培基質安全性的重要指標，對農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鉛、鎘、鉻含量均低于DB32/T 589—2003《無公害農產品無土栽培基質要求》中規定的限值（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栽培基質重金屬含量的影響

2.4 廚余垃圾堆肥對普通白菜生長、單株質量及品質的影響

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 的植株生長勢無顯著差異。

從表4 還可以看出，普通白菜單株鮮質量和干質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 處理的單株鮮質量和干質量均顯著高于CK1，但T2、T3 處理的單株鮮質量和干質量顯著低于CK2，T4 處理與CK2 無顯著差異。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普通白菜生長、單株質量及品質的影響

3 討論與結論

廚余垃圾有機質含量高，作為堆肥原料比傳統堆肥物料更具備能源優勢，且堆肥化處理技術操作簡單，已成為廚余垃圾資源化利用的首選途徑。本試驗結果表明，廚余垃圾堆肥作為有機肥混入栽培基質中能夠提高基質的容重和總孔隙度。前人研究認為，混配基質的容重在0.2～0.8 g·cm之間適宜作物栽培，過高則基質過于緊密，通氣性較差，影響植物根系正常生長；過低則基質疏松不利于固定根系，保水能力差，也不利于植物生長（蔣衛杰等，2007）。一般來說，無土栽培基質適宜的總孔隙度為54%～96%（張碩 等，2015）。本試驗中，施用45%～60%廚余垃圾堆肥的基質容重和總孔隙度均在適宜范圍內，能夠滿足蔬菜作物生長需要。

廚余垃圾堆肥富含植物生長所需的氮、磷、鉀等營養元素。本試驗中，隨著廚余垃圾堆肥施用比例的增大，栽培基質中總氮、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。在廚余垃圾堆肥施用比例為60%的基質中種植普通白菜，其株高、根冠比、單株質量與施用商品有機肥種植的普通白菜無顯著差異；施用比例為30%～60%時普通白菜的品質顯著優于施用商品有機肥對照，其中施用比例為45%時品質最佳。張春英等（2015）研究發現，混入40%以上廚余垃圾堆肥對雞冠花幼苗成活有一定抑制作用。但在本試驗中并未出現廚余垃圾堆肥用量過多對植株生長的負影響，而是呈隨廚余垃圾堆肥施用比例增大普通白菜生長勢和單株質量升高的趨勢。綜上，施用60%廚余垃圾堆肥可以替代商品有機肥，滿足葉菜類蔬菜生長過程中對養分的需求。

堆肥中重金屬含量是否超標是農業生產上一直關注的問題，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量。在本試驗中，施用不同比例廚余垃圾堆肥的基質鉛、鎘、鉻含量均低于DB32/T 589—2003《無公害農產品無土栽培基質要求》規定的限值，符合用于生產農產品的基質要求。此外，隨著廚余垃圾堆肥施用比例的增大，基質中3 種重金屬含量均呈降低的趨勢，說明其可能具有土壤調理劑的作用，這需要在以后的研究中進一步證實。

上述結果表明，廚余垃圾堆肥含有豐富的礦質元素，對栽培基質具有良好的改良作用，安全無毒害，可作為優質有機肥投入使用。施用45%廚余垃圾堆肥的普通白菜品質最優，顯著高于施用商品有機肥對照；施用60%廚余垃圾堆肥的普通白菜單株質量稍高于施用商品有機肥對照，兩者差異不顯著。因此，在倡導綠色、健康、可持續發展的當今，將廚余垃圾堆肥用于蔬菜生產有利于緩解化肥對土壤、地下水造成的危害，對倡導循環農業、助力實現碳中和將起到巨大的推動作用。