我国蔬菜废弃物综合利用模式分析——以寿光为例

宋玉晶 柴立平

（中国蔬菜协会，北京 100081）

从经济效益出发，结合环境效益和社会效益，分析比较了山东寿光4种蔬菜废弃物处理利用模式的利与弊。结果表明，与3种离田处理模式（秸秆碳化模式、秸秆沼气-有机肥模式、生物质油模式）相比，秸秆就地沤堆还田循环利用模式是最为经济且可持续的模式；考虑我国农业生产方式和气候特点，3种离田处理模式在处理成本、处理量以及处理产物质量等方面还不能完全满足我国解决蔬菜废弃物污染的问题。本文针对蔬菜废弃物处理现阶段存在的问题和面临的挑战，提出相关政策建议。

近年来，我国蔬菜种植面积和产量逐年增加，2015年播种面积达2 200.0万hm2，总产量7.85亿t，我国已成为全球最大的蔬菜生产国和消费国（王娟娟，2017）。随着蔬菜生产量的增加，蔬菜废弃物的处理问题逐渐凸显出来。据报道，2013年我国蔬菜废弃物产量近2.69亿t，可资源化利用的蔬菜废弃物为2.15亿t（杜鹏祥 等，2015），数量巨大，实现蔬菜废弃物的无害化处理和综合利用是目前我国亟待解决的问题。

从20世纪80年代开始，国外陆续开始研究专门针对蔬菜废弃物的处理方法，主要包括好氧堆肥法、厌氧消化法、好氧-厌氧联合处理法等（孙宁等，2016）。目前发达国家对于蔬菜废弃物的处理及利用已趋成熟，处理方式总体上可分为两大类：一是秸秆还田循环利用；二是秸秆离田产业化利用（孙宁 等，2016）。秸杆离田产业化利用方式主要集中在新型能源化利用方面，如秸秆发电、致密成型燃料、纤维素乙醇等；秸秆环保板材和建材也在美国、加拿大和欧洲得到推广（Elhaggar et al.，1998）。近几年我国也报道了许多关于蔬菜废弃物处理与再利用的研究，主要集中在厌氧发酵和高温堆肥方面（杜鹏祥 等，2015；董晓莹，2016），对于蔬菜废弃物综合利用模式的实践与推广却鲜有报道。

为了推进蔬菜废弃物的合理利用和产业化开发进程，笔者于2017年6月对“中国蔬菜之乡”——寿光的蔬菜废弃物处理情况进行了调研，实地调查了4种蔬菜废弃物的处理模式，通过数据收集、提取数据信息，对各处理方法进行严谨的经济学成本-效益分析，比较不同处理方式的利与弊，并针对现阶段存在的问题和面临的挑战，提出相关政策建议，以期为政府部门、相关企业和组织提供决策参考。

1 寿光蔬菜废弃物主要处理方式

寿光市蔬菜常年种植面积5.3万hm2，2015年全市蔬菜废弃物产量达106万t。目前全市处理蔬菜废弃物的企业共13家，其中已建成的8家，在建5家，累计年设计处理能力50万t以上，剩余部分通过环卫一体化全部清运处理。处理方式主要有6种。

① 秸秆碳化模式。目前参与企业1家，年处理秸秆5.5万t，年产木炭3万t。该项技术是利用现有的蔬菜秸秆资源，特别是木质化程度比较高的蔬菜秸秆，主要是茄子、辣椒、番茄等，利用高温密闭碳化技术生产木炭，可以做到无污染排放。

② 秸秆有机肥模式。目前参与企业4家，年累计处理能力达33.5万t。该项技术主要是利用各类蔬菜秸秆，通过生物发酵技术制成有机肥，实现循环利用。

③ 秸秆沼气-有机肥模式。目前参与企业4家，年累计处理能力5.5万t。该项技术是利用秸秆、畜禽粪污等废弃物生产沼气，沼气可用于群众生产生活，沼渣、沼液可作为肥料用于农业生产。该项技术无污染，便于小型化在农户、大型化在基地园区建设利用，既消耗了蔬菜垃圾又消耗了畜禽粪便，产生能源肥料，是很好的循环利用方式。

④ 秸秆固化模式。参与企业2家，年累计处理能力3.5万t。该项技术对秸秆无特殊要求，通过固化，送往生物发电厂燃烧发电。

⑤ 秸秆生物质油模式。参与企业1家，年处理蔬菜废弃物2万t，年累计生产生物质油8 000 t、生物质碳粉5 000 t。该项技术是将秸秆粉碎成3～5 mm的颗粒，在厌氧反应条件下发生热解反应生成可冷凝气体、不可冷凝气体和碳粉，可冷凝气体经快速冷凝液化成生物质油。生物质油可以作为新型能源，生物质碳粉可有效应用于土壤改良修复，生物质提取液（即木醋液）用途更广。整个生产过程动态零排放，有效实现了对资源的综合循环利用。

⑥ 秸秆就地沤堆还田模式。参与地区主要为纪台镇曹官村等多个蔬菜种植密集村。秸秆就地沤堆还田模式是将大棚内的蔬菜废弃物添加畜禽粪便和生物菌，进行高温闷棚发酵。经此方式处理后的大棚土壤可以直接栽种新一茬蔬菜作物（杨淏然等，2016）。该模式可应用于各类蔬菜，其中绿叶类蔬菜废弃物相对干物质含量较低，而果菜类蔬菜秸秆生成量及干物质含量较高，沤堆产出率较高，更为适宜应用此模式（周文娟，2012；董晓莹，2016）。

这6种方式中，有机肥模式与沼气-有机肥模式相似，固化模式的成本与效益较为简明，本文未做具体讨论。下面对其他4种秸秆处理模式进行成本-效益分析与利弊比较。

2 4种秸秆处理模式的成本-效益分析

2.1 秸秆碳化模式

以华源秸秆利用有限公司（以下简称华源公司）为例。该公司位于纪台镇，年设计处理秸秆5.5万t，每3.5 t秸秆可生产1 t木炭。设备方面，华源公司耗资300万元自主设计研发了1台高温碳化炉（图1），应用于生产。

秸秆碳化模式的主要成本为收集成本与烘干成本。由于碳化模式对秸秆的纯度要求较高，华源公司一般会自己去田间地头收集秸秆，如果附近农户主动送来秸秆，则采取1车秸秆（约350 kg）换1车（三轮车）肥料（约30元）的方法进行交易。碳化模式不仅要求秸秆木质化程度高、杂质含量少，对秸秆湿度的要求也非常严格。理论上秸秆的湿度应小于15%，而一般刚收集来的蔬菜秸秆湿度都在50%～60%之间，因此高昂的烘干成本是该模式目前主要的瓶颈所在。烘干需要的热能主要通过燃煤的方式提供。因烘干成本太高（每吨秸秆1 000元左右），该公司除成立第一年实现盈利外，近几年一直处于亏损状态。目前，华源公司不得不采用晾干的方式来降低成本。但是晾干秸秆需要占用大面积的土地，而蔬菜生产季节性强，很难在秸秆高产的月份（每年10月至翌年5月）找到足够面积的闲置土地进行晾晒。

图1 华源秸秆利用有限公司自主研发的高温碳化炉

效益方面，据华源公司负责人介绍，木炭销路良好，价格在2 000元·t-1左右。木炭可以加工成蚊香，也可以销往云贵川地区作为火盆燃料。除木炭外，生产过程中的副产品木焦油可以用在防水卷材的生产中，并且能作为天然杀虫剂，销路也不错。

政策补贴方面，每处理利用1 t木质蔬菜秸秆，政府补贴30元。

华源公司负责人介绍，如果投入5台高温碳化炉进行生产，那么烘干成本高、晾干占地面积大的问题就能迎刃而解，因为生产过程中的余热就足够用来烘干秸秆，整个生产过程将形成密闭循环的状态，除电力外无需借助任何能源。

2.2 秸秆沼气-有机肥模式

以澳诺农科沼气有限公司为例。该公司在稻田镇、纪台镇建设两处沼气服务站，稻田服务站已投入运行（图2），纪台服务站正在建设，年设计处理蔬菜秸秆2万t。

该公司主要利用叶菜类蔬菜和攀援类蔬菜秸秆生产沼气、沼液和沼渣。其中，沼气每月可生产580 m3，除公司自用500 m3外，其余供给附近的小区，能够满足241户家庭照明、做饭、取暖等日常能源需求，售价为3.4元·m-3；沼气输气管道按天然气管道标准建设，户均施工成本为1 680元。以沼液为原料、添加微量元素生产的氨基酸液体肥为该公司核心产品，售价为800元·t-1，产品主要使用群体为大棚蔬菜种植户，特别是韭菜、茄子种植户。近期该公司与济南的科研机构合作，通过对沼液进行净化除味，生产出一种新型植物营养液，主要销往城市中高端消费群体，售价为6 800元·t-1，附加值较高。该产品中按照一定比例添加了各种微量元素，可以根据不同需求采用不同的配方，主要用于城市。此外，该公司还以沼渣、蔬菜秸秆等农业固体废弃物为原料发酵生产无土栽培基质或生物有机肥，售价1 300元·t-1。

图2 澳诺农科沼气有限公司位于稻田镇玉皇村的沼肥站

成本方面，厌氧发酵原料中秸秆与畜禽粪便比例为0.35∶1，好氧发酵原料中秸秆与畜禽粪便比例为4∶1，其中禽畜粪便的采购集运成本为120元·t-1。据该公司负责人介绍，公司收集蔬菜废弃物的方法也是自主收取和农户自送两种，农户自送时每车（三轮车）10元，自主收取无需额外花费。此外，公司对设备的投入约100万元；当地政府在公司建设初期给予了一次性10万元的设备补贴，目前每处理1 t攀援类蔬菜秸秆政府给予50元补贴。

2.3 生物质油模式

以禾能生物科技有限公司为例。该公司位于寿光市纪台镇，年处理蔬菜废弃物2万t，年生产生物质油8 000 t、生物质碳粉5 000 t。该模式中所使用的秸秆需要干燥、无杂物（如薄膜、绳子等），不进行分类则无法使用，所以收集较为复杂、难度较高。另外，运输成本需要考虑运输距离和车辆的运载能力。按照30 km的平均距离计算，每吨秸秆的运费约50元。此外，寿光地区的秸秆来源主要是茄子，收获季节正值雨季，自然晾晒很困难，且需要场地和大量人工，所以需要使用烘干设备。生产过程中采用电力供能，且不需要添加其他生产原料。

每吨秸秆可以产出0.4 t生物质液体燃油、0.3 t炭粉、0.05 t木醋液。其中，生物炭粉每吨售价约1 300元、木醋液每吨售价约8 000元。生物质油的经济效益较为复杂，若以寿光市天然气每立方米3.2元计价，生物质油按每吨1 000元计价，以常用2 t锅炉举例计算，燃烧天然气160（立方米）×24（小时）×300（天）×3.2（元）=368.64万元，燃烧生物质油0.35 t（每小时）×24（小时）×300（天）×1 000（元）=252万元。可见，1台2 t的锅炉燃烧生物质油比燃烧天然气每年可节省116.64万元。

目前寿光市市政府每吨秸秆补贴30～50元；该公司建设初期设备投入800万元，没有得到政府补贴。

2.4 秸秆就地沤堆还田模式

以纪台镇曹官村为例。截至2017年，曹官村90%以上的蔬菜大棚已经采取了秸秆就地沤堆还田的模式处理蔬菜废弃物。据当地农业局工作人员估计，2018年整个纪台镇会有80%的蔬菜大棚采用这种模式处理蔬菜废弃物。

秸秆就地沤堆还田模式在玉米、小麦等主粮农作物的废弃物处理中较为普遍，但这一经济便利的处理方式一直未能在蔬菜中得到推广。事实上，蔬菜秸秆的氮、磷、钾等养分含量普遍比小麦、玉米秸秆高，且多数蔬菜秸秆纤维含量低、水分含量高，易于分解，是很好的堆肥原料。但是，秸秆中往往含有害虫、杂草和病毒等，如果处理不到位，还田方式不当，会使下茬作物染病，因此在还田过程中必须配合使用生物菌。蔬菜产品收获后，采用适宜的配套切碎机械将棚内的秸秆打碎，然后掺入畜禽粪便和生物菌，进行15～20天的高温闷棚发酵。适宜的土壤湿度能够缩短发酵时间。茄科蔬菜（茄子、辣椒等）木质化程度比较高，秸秆粉碎时间较长；而攀援类蔬菜则较为容易。

2010年，曹官村支部党委书记李延平自主设计了一台秸秆粉碎还田机，创新性地加入了旋转轮轴，秸秆打碎过程中塑料薄膜、吊绳等杂质会缠绕在轮轴上，最后集中用喷枪处理，大大降低了处理杂质的难度（图3）。目前这样的农机已经出现了很多变种，一些农机公司看到市场前景后纷纷模仿、设计生产。每台机器33 600元，其中小型拖拉机部分30 000元，秸秆处理器3 600元。

成本方面，每处理1个标准大棚李延平会收取菜农100元左右的费用，配合使用的生物菌约为60 kg，520元左右。与人工拔除秸秆（每个棚350元左右）相比，农户需要多花费近300元。然而，由于秸秆与畜禽粪便在地里高温发酵之后，实质上等同于施用了高效有机肥，大大减少了下茬作物种植过程中农药和化肥的施用量。据李延平估计，采用秸秆就地沤堆还田模式的大棚每年只需施用农药5次，节省1 000元左右，肥料节省3 000～4 000元。另外，下茬蔬菜产量和品质都有明显提高，每户增收10 000～20 000元不等。因为效果显著，原本持怀疑态度的农户逐渐接受了这一模式，口耳相传，并推广到了周围的村镇。

3 4种秸秆处理模式的利弊比较

4种秸秆处理模式中，3种为离田处理模式，其成本与效益分析详见表1。

3.1 秸秆碳化模式

该模式中的终端产品（木炭）价格较高，销路良好，如果能将烘干成本控制在562元以下，就能够实现盈利。

在现阶段的处理模式中，烘干所需的燃煤量较大，易造成污染。如果后期能建造5台以上高温碳化炉设备，形成密闭循环的生产模式，那么烘干成本高的问题就能迎刃而解，同时也解决了燃煤污染问题，一举两得。当然，这就需要前期大量的资金投入，或者政府大额补贴才能实现。

3.2 秸秆沼气-有机肥模式

随着农村产业结构的调整和户用沼气技术的普遍推广，传统的发酵原料供应已经出现问题（闵瑞治，2012），利用蔬菜秸秆开发新型沼气发酵原料已经成为广大农村沼气用户的迫切需要。截至2015年底，全国农村户用沼气达到3 050万户，使用沼气量相当于替代1 850万t标准煤，减少排放二氧化碳逾4 500万t。但是，这仅仅占全国适宜农户的30%左右，沼气推广的潜力还很大（董晓莹，2016）。利用蔬菜废弃物生产沼气既减少了污染，又解决了沼气发酵原料不足的问题，一举两得。

在黄瓜追肥试验中，以沼液作为追肥的处理比对照明显提高黄瓜产量，显著增加可溶性糖含量和VC含量，降低硝酸盐含量（闵瑞治，2012）。说明通过科学比例的沼液追肥，可以有效提高蔬菜产量，改善蔬菜品质。

表1 3种秸秆离田处理模式的成本与效益分析

3.3 秸秆生物质油模式

该模式的发展能有效推进国家新能源建设，战略意义重大。碳粉与木醋液销路良好，并且能够对农村污染土地的修复、土壤改良和土地增效起到积极作用。

然而，生产过程中的成本瓶颈受技术条件限制，短期内难以突破。同时，生物质油的价格受汽油价格影响较大，收益难以控制和量化，仍需进一步研究与探索。

3.4 秸秆就地沤堆还田模式

在田间对秸秆进行就地加工，避免秸秆运输、转场，缩减作业环节，可以有效降低秸秆的处理成本，并有利于环境友好。秸秆还田还能增加土壤有机质和氮、磷、钾等土壤养分含量，对改善土壤结构、培肥地力有显著作用。

与3种离田处理模式相比，秸秆就地沤堆还田循环利用是最为经济且可持续的方式。考虑我国农业生产方式和气候特点，3种离田处理方法在处理成本、处理量以及处理产物质量等方面还不能完全解决我国蔬菜废弃物污染的问题（黄鼎曦 等，2002）。接种生物菌自然沤堆处理法提出了蔬菜废弃物还田回用的新思路，是符合我国国情的低成本、高效处理蔬菜废弃物的方法。

4 现阶段的问题与挑战

4.1 蔬菜废弃物收集、贮运、分拣比较困难

寿光市的蔬菜秸秆一般在6～8月和12月至翌年1月两个时期集中产生，菜农为了方便，将蔬菜秸秆随意倾倒在主干道路及生产路上，造成蔬菜废弃物的收集贮运难度大、成本高。同时，生产有机肥的企业要求蔬菜秸秆中不能掺杂杂物，但菜农倾倒的蔬菜秸秆中基本上都掺杂着塑料吊绳、地膜等杂物，有的还掺杂着砖块、铁丝、农药包装袋等垃圾，这又增加了企业的分拣成本。因此，蔬菜废弃物收集、贮运、分拣问题是制约蔬菜秸秆产业化发展的难题。

4.2 企业处理蔬菜废弃物成本高，缺乏积极性

由于蔬菜废弃物综合利用本大利小，再加上政府补贴较低，企业处理蔬菜秸秆的数量很少。同时，受项目规模、销售能力等因素限制，处理蔬菜秸秆后的产品销售渠道少，群众接受程度低，也影响了企业生产的积极性。

5 政策建议

5.1 大力推广蔬菜秸秆就地沤堆还田模式

与3种离田处理模式相比，秸秆就地沤堆还田循环利用是最为经济且可持续的方式，应在北方各省市大棚蔬菜种植户间进行大力推广。同时，政府可以考虑给予一定的人工补贴或者生物菌成本补贴，进一步降低菜农的成本，提高菜农的经济收益。

5.2 积极推行秸秆离田产业化利用，特别是沼气-有机肥这种附加值高、适用范围广的方式

虽然推广秸秆就地沤堆还田模式势在必行，但是秸秆离田产业化利用的优势也不容小觑，两者相辅相成，互为补充。在秸秆离田产业化利用的几种模式中，沼气-有机肥模式具有适用性广、成本可控、经济效益良好等优势，且沼气与有机肥的推广都能够惠及农民。因此，政府应着力倡导这一模式，给予相关企业一定的福利政策或倾斜性补贴。

5.3 建立完善的秸秆收、储、运体系

秸秆收、储、运体系是秸秆离田产业化利用的基本保障。政府应在各蔬菜种植密集村设置蔬菜秸秆收储点，解决收集难的问题。各企业都需要通过土地流转的方式，设置多处小型暂存点（667～1 334 m2）；同时，在各自区域内设置2～4个大型收储场所（6 667～10 005 m2），便于企业进行集中收储、转运、初加工，解决菜农随意倾倒蔬菜废弃物的问题（王秀珍和冯喜玲，2015）。

5.4 推广使用新型农用物资，降低分拣难度

应加大宣传力度，引导菜农使用标准地膜（厚度达到0.008 mm）或生物氧化双降解地膜、吊绳，即使混入秸秆，也可有效利用，对土壤和环境没有危害。

5.5 落实属地管理责任

各镇、街、区对辖区内的蔬菜废弃物清运工作应加强组织协调与督查，引导菜农自觉做好蔬菜废弃物的分拣工作，教育菜农到指定地点倾倒蔬菜废弃物；引导蔬菜废弃物处理企业组织人员与机械自行搞好清运，并协调环卫部门加大清运力度，将蔬菜废弃物及时清运至就近的处理企业；提高蔬菜废弃物的综合循环利用率，降低处理成本。

6 小结

我国每年的蔬菜秸秆产量相当可观。探索蔬菜秸秆利用的有效途径，更好地合理利用秸秆资源，不仅能产生巨大的环境效益和社会效益，同时也蕴藏着巨大的商机。相关产业的建设和发展不仅可以让菜农增收，增强他们的社会责任感和使命感，同时为解决农村剩余劳动力就业，促进农业增效提出了思路。

综上所述，蔬菜秸秆综合处理利用将为改善我国污染土地的修复，土壤改良和土地增效，新能源建设，农业循环经济，乡村生态环境建设作出持续贡献，是一项利国利民的长期工作。有政府的支持引导，有热心环保的人士关注，有更多企业个人的参与，一定能实现秸秆的合理利用，推动新农业发展和新农村建设，保护好我们共同的生态家园。

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