李強 余宏軍 艾爽 蔣衛(wèi)杰

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

我國正處于城鎮(zhèn)化率持續(xù)升高階段，這不僅帶來了巨大發(fā)展?jié)摿褪袌隹臻g，同時面臨著城市生活垃圾數(shù)量持續(xù)大幅增長的挑戰(zhàn)（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(yè)及單位供餐等活動中產(chǎn)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(fā)臭、產(chǎn)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(zhì)、氮、磷等營養(yǎng)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(zhuǎn)化為營養(yǎng)豐富的有機肥料，從而實現(xiàn)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(nèi)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(zhì)，利用微生物、蚯蚓生長繁殖和新陳代謝過程產(chǎn)生的酶等多種生物活性物質(zhì)，將廚余垃圾在較短時間內(nèi)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(jié)構(gòu)，促進農(nóng)作物生長和品質(zhì)提升。

目前對廚余垃圾肥料化處理的相關(guān)技術(shù)已開展了廣泛研究，在堆肥菌種的選擇和用量、發(fā)酵時長和溫度、通風(fēng)方式和時間等方面進行了篩選與優(yōu)化（柴曉利 等，2005；Bernstad &Jansen，2011；李小建 等，2013）。經(jīng)過多年的探索，許多發(fā)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(chǎn)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(xiàn)。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(chǎn)品轉(zhuǎn)化率30%計算，則有機肥料年產(chǎn)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(shù)和產(chǎn)能的提升，在未來幾年將帶動更多的城市乃至全國實現(xiàn)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(yīng)用并不廣泛，目前只用于城市的公共園林綠化或少部分復(fù)合肥的配制，尚未見在農(nóng)作物生產(chǎn)上的大規(guī)模應(yīng)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(xué)評價，相關(guān)科研數(shù)據(jù)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(zhì)性質(zhì)、養(yǎng)分含量、重金屬等有害物質(zhì)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(chǎn)中的廣泛應(yīng)用提供數(shù)據(jù)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(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所無土栽培課題組玻璃溫室進行，溫室內(nèi)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(xué)堂提供，堆肥輔料為EM 堆肥菌（杭州果攸生態(tài)環(huán)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(yè)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(zhì)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(nóng)（北京）種業(yè)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(zhì)。設(shè)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(shù)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(qū)組排列，3 次重復(fù)，每重復(fù)5 株，定植于7 L 盆缽中（內(nèi)裝5 L 充分混合的基質(zhì)），每隔2～3 d 澆灌清水500 mL，保持基質(zhì)濕度在60%左右，定植30 d 后采收。

1.3 項目測定

基質(zhì)理化性質(zhì)及礦質(zhì)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(zhì)，采用飽和浸提法測定pH 和EC 值（江勝德，2006）；每盆取200 mL 基質(zhì)，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(zhì)，風(fēng)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(zhì)量及品質(zhì)：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(cè)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(zhì)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(zhì)量和根系干質(zhì)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(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 23.0 軟件進行統(tǒng)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(jié)果與分析

2.1 廚余垃圾堆肥對栽培基質(zhì)理化性質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)化學(xué)性質(zhì)最具代表性的指標之一，直接影響植物根系對養(yǎng)分的吸收；EC 值反映了基質(zhì)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(zhì)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(zhì)理化性質(zhì)的影響

2.2 廚余垃圾堆肥對栽培基質(zhì)養(yǎng)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(zhì)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(yǎng)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(zhì)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(zhì)養(yǎng)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(zhì)養(yǎng)分含量的影響

2.3 廚余垃圾堆肥對栽培基質(zhì)重金屬含量的影響

重金屬含量是評價栽培基質(zhì)安全性的重要指標，對農(nóng)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(zhì)鉛、鎘、鉻含量均低于DB32/T 589—2003《無公害農(nóng)產(chǎn)品無土栽培基質(zhì)要求》中規(guī)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量及品質(zhì)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(zhì)量和干質(zhì)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(zhì)量和干質(zhì)量均顯著高于CK1，但T2、T3 處理的單株鮮質(zhì)量和干質(zhì)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(zhì)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(zhì)量及品質(zhì)的影響

3 討論與結(jié)論

廚余垃圾有機質(zhì)含量高，作為堆肥原料比傳統(tǒng)堆肥物料更具備能源優(yōu)勢，且堆肥化處理技術(shù)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(jié)果表明，廚余垃圾堆肥作為有機肥混入栽培基質(zhì)中能夠提高基質(zhì)的容重和總孔隙度。前人研究認為，混配基質(zhì)的容重在0.2～0.8 g·cm之間適宜作物栽培，過高則基質(zhì)過于緊密，通氣性較差，影響植物根系正常生長；過低則基質(zhì)疏松不利于固定根系，保水能力差，也不利于植物生長（蔣衛(wèi)杰等，2007）。一般來說，無土栽培基質(zhì)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(zhì)容重和總孔隙度均在適宜范圍內(nèi)，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(yǎng)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(zhì)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(zhì)中種植普通白菜，其株高、根冠比、單株質(zhì)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(zhì)顯著優(yōu)于施用商品有機肥對照，其中施用比例為45%時品質(zhì)最佳。張春英等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)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(zhì)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(yǎng)分的需求。

堆肥中重金屬含量是否超標是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上一直關(guān)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(zhì)鉛、鎘、鉻含量均低于DB32/T 589—2003《無公害農(nóng)產(chǎn)品無土栽培基質(zhì)要求》規(guī)定的限值，符合用于生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的基質(zhì)要求。此外，隨著廚余垃圾堆肥施用比例的增大，基質(zhì)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(diào)理劑的作用，這需要在以后的研究中進一步證實。

上述結(jié)果表明，廚余垃圾堆肥含有豐富的礦質(zhì)元素，對栽培基質(zhì)具有良好的改良作用，安全無毒害，可作為優(yōu)質(zhì)有機肥投入使用。施用45%廚余垃圾堆肥的普通白菜品質(zhì)最優(yōu)，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(zhì)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(dǎo)綠色、健康、可持續(xù)發(fā)展的當今，將廚余垃圾堆肥用于蔬菜生產(chǎn)有利于緩解化肥對土壤、地下水造成的危害，對倡導(dǎo)循環(huán)農(nóng)業(yè)、助力實現(xiàn)碳中和將起到巨大的推動作用。