我國蔬菜廢棄物利用研究進展

羅娟　趙立欣　于佳動　姚宗路　霍麗麗　張沛禎

摘? ? 要：蔬菜產業是我國種植業中僅次于糧食的第二大產業，是鄉村振興的重要支柱產業，在保障人們生活必需品的同時產生了大量廢棄物。概述了當前我國蔬菜生產及分布情況、蔬菜廢棄物資源量及理化特性，從原位還田、好氧發酵、飼料利用、厭氧發酵4個方面闡述蔬菜廢棄物的利用技術研究進展，分析當前限制蔬菜廢棄物處理利用產業發展的關鍵問題，提出構建全國蔬菜廢棄物資源臺賬、提高技術裝備經濟性、開展綠色低碳循環試點示范、構建處理利用長效機制等對策建議，以期為提高蔬菜廢棄物的轉化利用率、減少環境污染提供參考。

關鍵詞：蔬菜；廢棄物；處理利用

中圖分類號：S63 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2024）03-001-08

Advances on utilization of vegetable waste in China

LUO Juan， ZHAO Lixin， YU Jiadong， YAO Zonglu， HUO Lili， ZHANG Peizhen

（Key Laboratory of Low-carbon Green Agriculture in North China， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China）

Abstract： Vegetable industry was an important pillar industry for rural revitalization， and it now has become the second largest industry of plantation in China， only behind crop. It generated a large amount of vegetable waste while ensuring people's daily necessities. A brief analysis was conducted on the current production and distribution of vegetable in China， as well as the amount and physicochemical characteristics of vegetable waste. The research progress of four main resource utilization technologies of vegetable waste were reviewed， which including returning to the field， composting， feed utilization and anaerobic digestion. The key problems restricting the resource utilization of vegetable waste were summarized. Development suggestions were proposed， including construction of a national vegetable waste resource ledger， improvement of the utilization technology and equipment， carrying out green and low carbon cycle pilot projects and demonstrations， and building a long-term mechanism for resource utilization. The article aims to provide reference for reducing environmental pollution and resource waste， improving the conversion and utilization efficiency， and reducing environmental pollution.

Key words： Vegetable; Waste; Treatment and utilization

我國是世界上最大的蔬菜生產國，蔬菜是我國僅次于糧食的第二大作物。近年來蔬菜產業快速發展，播種面積和總產量持續增加，占世界總產量的50%以上[1]。蔬菜生產在為人們提供重要“菜籃子”農產品的同時，也產生了大量廢棄物，且隨著蔬菜產量持續增加和居民對蔬菜品質要求的不斷提高，廢棄物數量也在急劇增加。當前我國蔬菜廢棄物的年產生量已超過3.6億t[2]，由于受經濟、技術水平以及蔬菜廢棄物高含水率特性等條件限制，大量蔬菜廢棄物處理不當、隨意堆放導致腐爛發臭、蚊蠅滋生和病菌傳播，在產生大量臭氣的同時，伴隨含有氮、磷、鉀等礦質元素的污水橫流，使農村的人文居住環境變差。以黃淮海地區為例，蔬菜廢棄物產生量為1 618.08萬t，其中總氮量、總磷量分別為41.80萬、11.18萬t，如果全部進入水體，其排放量分別相當于整個流域農業污染物總氮、總磷排放的20.3%和46.2%[3]。

農業廢棄物是放錯了地方的資源，如果處理得當能夠產生可觀的價值。蔬菜廢棄物含有豐富的有機質和氮、磷、鉀等營養元素，可采用直接還田、堆肥、生產沼氣、制作飼料等加以處理利用[4]，其中，直接還田或堆肥后還田可代替部分化肥[5-6]，有效提高土壤有機質含量，改良土壤結構，促進土壤有益微生物繁殖，在綜合改善土壤水、肥、氣、熱等方面具有良好的生態效益；通過厭氧發酵可轉化為揮發性脂肪酸、甲烷等高價值產品和有機肥料[7-8]，還可以直接飼喂動物或加工為飼料。近年來，隨著國家大力推進農業綠色低碳發展和全面鄉村振興，對蔬菜廢棄物的利用也更加重視。因此，筆者在分析近年來我國蔬菜生產現狀的基礎上，初步測算了蔬菜廢棄物資源量，總結探討了現階段不同蔬菜廢棄物資源利用技術的研究進展情況，分析了存在的主要問題并提出了相關對策建議，以期為推進蔬菜尾菜處理與高效利用、減少農業面源污染和助力我國農業高質量發展提供參考和支撐。

1 我國蔬菜廢棄物資源現狀

1.1 我國蔬菜生產及分布情況

根據國家統計數據[9]，近10年我國蔬菜播種面積和產量穩步增加（圖1），其中自2016年以來全國蔬菜播種面積保持在2000萬 hm2以上，蔬菜產量穩定在7億t以上。2021年蔬菜播種面積達到2198萬 hm2，較2012年增加了18.92%；蔬菜總產量達到7.75億t，較2012年增加了25.84%。從地域來看，我國蔬菜種植主要分布在華東、華中、華南和西南等地區，并已形成蔬菜集中產地。2021年，河南、廣西、貴州、山東、四川、江蘇、廣東、湖南等8個省份的播種面積最大，均在139萬hm2以上；其次是湖北和云南，面積均約130萬hm2。從各省份產量來看，山東省蔬菜產量多年來一直穩居全國第一，2021年產量達到8 801.08萬t，占全國總產量的11.35%，每年生產十幾大類150多種蔬菜，在保障“菜籃子”穩定供應中起著舉足輕重的作用；其次是河南、江蘇、河北與四川，年蔬菜產量均在5000萬t以上；蔬菜產量排名前10的省份合計產量占全國蔬菜總產量的67.49%。

1.2 蔬菜廢棄物資源量及理化特性

蔬菜廢棄物是指蔬菜采收過程中產生的無商品價值的植株殘體和廢棄果實，其中植株殘體主要包括根、莖、葉等，廢棄果實主要包括因蟲咬、腐爛等而無法銷售或利用的果實。利用廢棄物產生系數對污染源進行普查，不僅能夠科學判斷廢棄物的產生量，還可以對不同條件下的環境污染能力進行評估，已經被各國廣泛使用[10]。參考我國農作物秸稈資源量測算采用的草谷比法，筆者使用產生系數來測算蔬菜廢棄物資源量，通過文獻研究和實地取樣測定[11]，得出不同種類蔬菜廢棄物的產生系數、可收集系數、含水率等關鍵參數。

由表1可以看出，不同蔬菜廢棄物收獲時的含水率均較高，一般都在80%以上，但其產生和收集情況有明顯差異，產生系數在0.9%～10.7%之間，可收集系數在0.22～0.93之間，且由于品種、種植方式等不同，同一類蔬菜廢棄物的產生量數據也不穩定，波動范圍較大。總的來看，葉菜類蔬菜（含白菜類、甘藍類、綠葉菜類）廢棄物產生系數相對較高、可收集系數更低，表明其廢棄物的產生量更大、收集難度更高，尤其是綠葉菜類；蔥蒜類、瓜果類蔬菜廢棄物的產生系數相對較低。基于我國不同種類蔬菜的產量進行初步測算，得出2021年全國蔬菜廢棄物產生量（鮮質量）約為4.39億t，可收集量約為3.27億t。其中，葉菜類廢棄物產生量和可收集量最大，分別約為2.49億和1.67億t，占全國總量的50%以上；茄果類廢棄物產生量約0.73億t，占比16.68%；根莖類、瓜果類蔬菜廢棄物的產生量分別約為0.39億、0.35億t，占比分別為8.80%和8.07%；蔥蒜類、菜豆類、其他蔬菜廢棄物的產生量和可收集量均較少。

通過查閱文獻[12-17]及實地采樣測定，總結出葉菜類、根莖類、茄果類、瓜果類等常見蔬菜廢棄物的理化特性，如表2所示。蔬菜廢棄物的揮發性固體（VS）含量占總固體的75%以上，說明具有良好的可生化降解性。總氮（TN）含量為1.96%～5.39%，總磷（TP）含量為0.35%～1.82%，總鉀（TK）含量為0.80%～5.42%，說明蔬菜廢棄物中的N、P、K等營養元素含量較為豐富，具有較高的肥料化利用價值。碳氮比（C/N）總體偏低，在6.70～20.35之間，表明大多蔬菜廢棄物不適宜直接進行厭氧發酵或好氧堆肥[18-19]。木質纖維素含量較高，其中纖維素、半纖維素含量占比相對更高，分別為9.03%～35.60%和5.38%～18.35%，木質素含量較低，占比為1.38%～7.30%，因此，與木質素含量更高的農作物秸稈相比，蔬菜廢棄物的可降解性更強。此外，葉菜類蔬菜廢棄物的木質纖維素含量要明顯低于茄果類等其他3類蔬菜廢棄物。

2 蔬菜廢棄物利用技術研究進展

我國蔬菜廢棄物產量巨大，雖然其中含有較多營養物質，但由于含水率高、碳氮比低、結構性差、易腐爛變質等，無害化處理與資源利用的難度較大，未及時有效處理導致的環境污染問題十分突出，近年來成為社會各界關注的熱點。針對秸稈、畜禽糞污等農業廢棄物，我國已研發形成一批相對成熟的利用技術并實現了規模化應用，但針對蔬菜廢棄物處理的研究起步較晚，經過近年的研究探索，初步形成了原位還田、好氧堆肥、飼料利用、厭氧發酵等多種蔬菜廢棄物處理利用技術，不同技術比較如表3所示。其中，原位還田技術適用于所有蔬菜廢棄物，尤其是葉菜類、根莖類；操作簡單，可提升土壤有機質含量和肥力，但操作不當易發生連作障礙，增加病蟲害風險，且木質纖維素含量高的蔬菜廢棄物還田后腐解較為困難。好氧堆肥技術適用于大多數蔬菜廢棄物，可殺滅病蟲害，產品穩定、養分均衡，但由于原料含水率高，需要添加輔料，進而增加成本，目前工藝還不完善，控制較為復雜，處理不當易產生臭氣。飼料化利用技術適用于瓜類秸稈、白菜莖稈、油菜稈等蔬菜廢棄物，具有營養損失少、轉化率高、便于長期保存等優點，但尾菜殘留的病蟲害、農藥等可能對動物產生不良影響，處理不當可能出現亞硝酸鹽中毒、霉菌毒素污染等問題。厭氧發酵技術適用于大多數蔬菜廢棄物，尤其是含水率相對較低的瓜果類、茄果類等，可產生清潔能源與有機肥料，但工藝復雜、操作要求高；受原料特性影響，易發生酸抑制；沼渣沼液消納難度大。總體而言，這些技術在處理方式、適用場景、經濟性等方面差異較大，盡管各種技術工藝和配套裝備水平都在不斷提升，但由于蔬菜廢棄物含水率高、易腐爛、經濟價值低、離田利用成本高，以及農民認知水平低和意愿不強烈等影響，大多技術在國內尚未實現大規模推廣應用[20]。

2.1 原位還田技術

蔬菜廢棄物原位還田技術是將蔬菜廢棄物就地粉碎，通過旋耕、深耕等方式回到農田土壤中，經過微生物分解向土壤供應有機質和氮、磷、鉀等養分。原位還田可以減少離田利用所需的收集、運輸及貯存等相關成本[21]，通過改善土壤理化性狀能夠有效促進作物產量和品質提高。蔬菜廢棄物C/N低，與農作物秸稈相比更適宜于直接還田[17]，其中葉菜類、根莖類蔬菜廢棄物在7～20 d可實現完全降解。吳鳳芝等[22]研究表明，黃瓜秸稈原位還田可顯著促進番茄生長和土壤環境改善，番茄產量提高20.7%，土壤有機碳、全氮含量和土壤酶活性得到明顯提升。劉本生等[23]在西藍花連作區開展蔬菜廢棄物原位還田，發現還田量70%并噴施消毒劑的效果最優，可使西藍花增產13.42%。孫小妹等[24]探究了番茄秸稈原位還田對下茬番茄長勢和產量的影響，結果表明番茄秸稈原位還田提高了單株坐果數并優化了土壤特性，且原位還田配施腐解菌劑的效果更好，土壤有機質含量提高26.9%，單株果數提高25.1%。總的來看，我國蔬菜廢棄物直接還田占處理利用總量的70%以上[25]，國外蔬菜廢棄物原位還田也較為常見，在家庭農場或庭院種植的蔬菜，大多在收獲后將蔬菜廢棄物直接翻埋入土并噴灑一定量的生物農藥，以減少土傳病害；規模化農場的蔬菜廢棄物還田則更為科學，如丹麥等國家的農場采用精準還田和農田綜合養分管理技術[26]，根據土地承載力來科學測算蔬菜廢棄物的合理還田量。

2.2 好氧堆肥技術

好氧堆肥技術指利用專性和兼性好氧細菌降解蔬菜廢棄物及其他有機物料，并生產有機肥料的技術，是當前蔬菜廢棄物離田利用最主要的方式[27]。但蔬菜廢棄物單獨堆肥受限于C/N低、含水率高等問題，難以進行高質量的好氧堆肥，通過添加畜禽糞便、秸稈等輔料及EM菌劑等添加劑，可以有效加快堆肥進程[28]，降低有害物排放并提高堆肥產品質量。許淑妮等[29]研究表明，在胡蘿卜尾菜中添加15%玉米秸稈可提高C/N和孔隙度，減少滲濾液產出，過氧化氫酶、脲酶、纖維素酶活性相對提高7.5%、53.7%和32.5%，同時CO2 排放總量降低 6.63%。陸曉林等[30]以茄果類蔬菜廢棄物為主要原料進行好氧堆肥，發現添加豬糞可提高堆體早期有益細菌的相對豐度，進而促進堆肥升溫、延長嗜熱期，顯著提升蛋白酶等活性和有機質降解率，堆肥產品的發芽指數達到82.11%。張陸等[31]研究表明，添加25%雞糞可以使甜瓜秧堆肥的腐殖酸含量提高56.7%，腐殖化指數、聚合度、發芽指數分別達14%、3.5和83%，但過量雞糞不利于腐殖酸的形成。Awasthi等[32]、Shi等[33]研究表明，接種菌劑可以調整堆體內微生物的數量和結構，進而優化堆肥工藝技術。

近年來，國內外好氧堆肥工藝技術研究取得顯著進展。在集約化處理上，國外逐漸由條垛式、槽式等工藝向反應器堆肥轉變，美國、日本研發了滾筒式、筒倉式好氧堆肥技術裝備[34]，開發了多原料復配、強制通風升溫、臭氣原位消減等關鍵技術[35]，研制了微流控均質曝氣芯片、溫氧壓監測反饋調控等智能控制系統，發酵時間平均縮短5 d，臭氣等有害物排放得到有效控制[36]。國內研發了條垛式、槽式、筒倉式、滾筒式等多種技術裝備，優化了蔬菜廢棄物與秸稈[28]及畜禽糞便[13]混配、菌劑強化、氮素追加、精準曝氣、污染物減控等工藝技術，原料降解率可達到60%，揮發性有機物和臭氣排放量有效降低。在分散式處理方面，歐盟國家研制了小型堆體快速升溫好氧堆肥技術，開發了耐酸功能菌劑，蔬菜廢棄物降解率在3 d內可達到70%[37-38]。英國開發出小型一體化無動力堆肥裝備，單個反應器可滿足約667 m2（1畝）土地蔬菜廢棄物的處理，采用智能調控設計，發酵周期7～10 d，臭氣排放質量濃度在300 mg·m-3以下[39]。國內研究單位開發出功能菌劑和營養促進劑，可使原料有機質降解率提高20%以上[40]，臭氣排放濃度降低30%左右[41]；還研制了覆膜式反應器、一體化曝氣箱等小型好氧堆肥裝置，可滿足1～5 hm2地蔬菜廢棄物的處理需求[42]。

2.3 飼料化利用技術

蔬菜廢棄物含有較為豐富的營養物質，經過生物或物理技術處理可加工為動物飼料，降低飼養成本，如Pieszka等[43]研究表明，育肥豬飼糧中直接添加蔬菜渣對其生產性能和肉品質無顯著影響。但蔬菜廢棄物蛋白質含量略低，缺乏一些必要的營養元素，直接飼喂難以高效利用[18]，由此研發了青貯、氨化以及生物發酵等技術[25]。目前，國外蔬菜廢棄物飼料化技術已較為成熟，以青貯技術為主，開發了專用菌劑，蔬菜廢棄物青貯3 d內乳酸含量可達到10 g·L-1，例如飼喂肉牛可改善肉類品質和血清生化指標[44]。荷蘭瓦赫寧根大學研發了物理脫水后青貯的飼料化技術，將蔬菜廢棄物壓濾，添加乳酸菌劑和營養劑進行青貯，制作成餅狀飼料用于牛羊等牲畜[45]。在國內，蔬菜廢棄物飼料化利用早期以直接飼喂為主，近年來青貯等技術不斷發展，開展了混配比例、菌劑添加等工藝優化，以提高飼料蛋白含量、牲畜的適口性和消化率。李海玲等[46]在白菜尾菜中添加小麥秸稈、酵母粉、玉米粉進行混合青貯，提高了發酵產物的粗蛋白質和脂肪含量，增強了白菜尾菜作為飼料的可利用性。馬冉冉等[47]研究了自然堆放不同時間后西藍花尾菜的青貯品質變化，發現堆放0～2 d的西藍花尾菜青貯30～60 d可獲得發酵品質較優良的青貯飼料。褚曉紅等[48]利用青貯西藍花尾菜替代10%～30%的全價飼料，可以提高土豬的日增重量、肌間脂肪含量、背膘厚度及瘦肉率。

2.4 厭氧發酵技術

蔬菜廢棄物是一種良好的厭氧發酵原料[16]，經過微生物厭氧消化可生產沼氣等清潔能源，副產物沼渣、沼液可用于制備有機肥。近年來，蔬菜廢棄物厭氧發酵的相關研究逐漸增多，國內外學者針對溫度、接種比、進料負荷、物料配比等關鍵參數優化，以及預處理、預警調控、微量元素添加、菌群強化等技術進行了深入研究[49-52]，并取得明顯進展。國外將蔬菜廢棄物與畜禽糞便、能源作物、生活垃圾等原料混合進行厭氧發酵，沼氣和甲烷產量可提高30%以上[53]，通過優化物料配比、進料負荷、攪拌頻率等工藝參數，容積產氣率可達到6 m3· （m-3·d-1），目前該技術已較為成熟，產業化運行效果良好。國內僅有少量沼氣工程將蔬菜廢棄物作為補充原料，且在原料中的占比很低，蔬菜廢棄物厭氧發酵技術仍以實驗室研究為主。馮晶等[54]以蔬菜廢棄物、蘋果廢棄物為原料進行發酵，批次試驗的產沼氣潛力可達到914.6 L·kg-1，在開發的一體化兩相反應器中進行連續試驗，日產氣量可達到12.9 L。任海偉等[55]研究了溫度對甘藍菜與豬糞混合厭氧發酵的影響，結果表明，中溫32 ℃產沼氣性能最佳，干物質（TS）產氣率達到300.61 L·kg-1，并在3 m3戶用沼氣池上進行了應用試驗，池容產氣率達到0.56 m3· （m-3·d-1），日平均產氣量達到1.68 m3。

3 問題與建議

3.1 存在的主要問題

當前，我國蔬菜廢棄物處理利用取得較大進展，形成了一些技術模式并應用于生產實踐，但在資源臺賬、技術裝備、長效機制等方面仍然面臨一些亟待解決的問題。

（1）資源底數不清。目前針對蔬菜廢棄物資源量測算、利用方式與利用量等方面的專門調查研究較少，對產生系數等參數的測定大多局限于部分區域或文獻調研，全國層面的蔬菜廢棄物資源量底數、資源分布特征、利用現狀等尚不明晰。

（2）技術裝備供給不足。茄果類、瓜果類等蔬菜廢棄物通常攜帶不易降解的塑料捆繩、農膜等，收集和除雜困難、效率低，缺乏專門的技術裝備；現有離田利用技術在處理成本、轉化效率、新型污染物消減、高價值產品開發等方面還存在瓶頸。

（3）政策措施尚不完善。國家法律法規中涉及蔬菜廢棄物處理的主要有《中華人民共和國農業法》、《中華人民共和國清潔生產促進法》等，但原則性內容多、立法細則少，地方層面很難操作落地；山東青島[56]、甘肅蘭州[57]等地出臺了蔬菜廢棄物處理利用的管理辦法，提出稅收優惠、財政資金扶持等，但政策激勵制度尚不完善，政策引導作用不明顯。

3.2 促進蔬菜廢棄物利用的對策建議

針對蔬菜廢棄物處理利用存在的上述問題，為提高環境質量、治理農業面源污染、促進農業廢棄物循環利用、實現農業綠色可持續發展，提出以下對策建議。

（1）建立全國蔬菜廢棄物資源臺賬。科學確定并細化不同區域、不同類型蔬菜廢棄物產生系數，研究建立科學規范的蔬菜廢棄物產生與利用情況調查監測標準和方法，摸清資源及利用情況底數，建立全國性資源臺賬及利用情況大數據平臺。

（2）提高技術裝備經濟性。研發和優化清潔收集、高效處理、高值產品轉化等技術裝備，加快人工智能、數字信息等現代技術應用，提高處理轉化效率，降低蔬菜廢棄物回收儲運及加工利用成本，減少臭氣等污染物和溫室氣體排放，增強市場競爭力。

（3）開展綠色低碳循環試點示范。在山東、河南、江蘇、四川、甘肅等蔬菜產量大且集中的全國大宗蔬菜產地，開展蔬菜廢棄物處理技術集成與應用示范，推廣先進、適用的技術裝備，建設一批綠色低碳循環試點縣，探索可復制、可推廣的低碳循環發展模式。

（4）構建處理利用長效機制。開展蔬菜廢棄物污染治理專項行動，堅持“誰產出、誰處理”，明確處理責任主體和責任清單，編制蔬菜廢棄物利用技術指南，強化政策約束和指導監督；加大財政資金補貼力度，支持蔬菜廢棄物處理基礎設施建設，扶持壯大一批市場主體。

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[57] 蘭州市人民政府辦公室．關于印發《蘭州市尾菜處理利用管理辦法（試行）》的通知：蘭政辦發〔2020〕99號[A/OL]．（2020-07-09）[2023-07-26]．https：//www.lanzhou.gov.cn/art/2020/7/13/art_15334_904446.html．

收稿日期：2023-07-27；修回日期：2023-12-31

基金項目：現代農業產業技術體系北京市創新團隊（BAIC08-2024）；國家重點研發計劃（2022YFD2002100）；中國農業科學院科技創新工程

作者簡介：羅? ? 娟，女，高級工程師，主要從事廢棄物資源化利用技術裝備與政策研究。E-mail：luojuan@caas.cn

通信作者：姚宗路，男，研究員，主要從事農業廢棄物資源化利用研究。E-mail：yaozonglu@caas.cn