园林废弃物堆肥应用及技术的研究进展

韩华国，杜 康，丁佳云，蔡龙飞

（常州新园市政绿化有限公司，江苏常州213000）

1 园林废弃物的概念及特征

园林废弃物是指在绿化美化过程中产生的枯枝、落叶、草屑、花卉枯枝及其他绿化修剪物等[1]，成分主要以有机质为主，富含纤维素、木质素。随经济快速发展，城市化进程不断加快，人民美好生活的需要日益增长导致园林事业发展迅速，园林废弃物的产生量也在迅速增加。过去在园林绿地的养护管理中，通过焚烧、填埋等方法将其清除干净，这个过程造成植物叶片和枝干中的营养元素不能归还绿地，进而影响了园林绿地生态系统循环，使其养分收支不平衡，土壤有机质含量降低，土壤板结，土壤质量变差[2]。

园林废弃物来源于植物，根据产生来源不同分成两大类，一是植物因其自身的新陈代谢而自然产生的枯枝、落叶、草屑、残花等，二是因城市绿化需要，修剪过程中产生的大量修剪物等，它们均是属于光合作用后的产物，是可再生能源，因此，具有可再生的能力。目前，我国对于生态文明建设的重视日益增强，城市绿化面积日益扩大，园林废弃物的量也迅猛增加。若对园林废弃物，加以科学有效的方法措施可以充分发挥其可再生性[3]，从而将园林废弃物“变废为宝”。合理地处理日益增加的园林废弃物已成为当今社会亟待解决的问题，也是目前研究的热点和发展趋势[4]。园林废弃物的利用方式多样，主要作为地表覆盖物、生物质能源、培育食用菌、制成各种木塑工艺等[5]，目前将园林废弃物堆腐形成有机肥是资源化利用园林废弃物的一个重要途径[1]。

2 园林废弃物的处理和应用

堆肥化就是在人工控制下，在一定的水分、C/N和通风条件下通过微生物的发酵作用，将有机废物转变为肥料的过程。在这种堆肥化过程中，有机物由不稳定转化为稳定的腐殖质物质，是有机废物在好氧或厌氧的条件下依靠细菌、放线菌、真菌等的作用下使有机物得以降解的生化过程。在发酵的过程中，微生物对C，N的需求比较高，添加生物菌剂使堆肥腐熟速度加快，堆料的理化性质得以改善。一个完整的堆肥过程中，各种微生物利用废物和阶段产物作为食物和能量的来源，它们的群落结构更替十分快速，这种过程一直进行到稳定的腐殖物质形成为止。所以，堆肥腐熟就是各种微生物共同作用，将物质转化成为腐殖物质的动态过程[6-8]。

好氧堆肥是园林废弃物资源化利用的一种重要途径。它是在有氧气的条件下，借助好氧微生物（主要是好氧菌）的作用来进行的。微生物通过自身的生命活动——氧化、还原、合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，并放出生物生长活动所需要的能量，产生的高温一般在50～65℃，称为高温堆肥[9]。一方面堆肥化处理能够节约园林废弃物的填埋体积，另一方面堆肥产品可以作为无土栽培基质或有机肥料[10]。同时，堆肥化处理的技术相较于其他处理方式更安全也更经济，具有非常巨大的发展潜力[4]。DAWSON等[11]研究也表明，园林废弃物经过微生物降解方式对其进行堆肥化处理，其堆肥产品能够用于植物栽培。

园林废弃物堆肥化是将植物自身生长代谢或养护管理过程中产生的枯枝、落叶、草屑、花卉枯枝及其他绿化修剪物等，作为园林废弃物堆肥原料，控制一定的水分、C/N等，在适宜条件下通过微生物的发酵作用，将有机物由不稳定转化为稳定的腐殖质物质，即最终腐熟的堆肥产品[12]。在生产实践中，堆肥的产品通常被用作有机肥料、土壤改良剂和栽培基质等。但不像泥炭土栽培基质被广泛利用。

2.1 有机肥料

有机肥料通常是指由动植物的残体或排泄物构成[13]。将有机肥料施用于农田，不仅可以给植物带来各种有效的营养元素，还能够作为土壤有机质的来源，提高土壤微生物的代谢繁殖能力，同时，有机肥料可改善土壤理化性质，提高土壤的缓冲能力。

沈洪艳等[14]将园林废弃物堆肥产品作为有机肥料施于土壤中，草炭组为对照，研究发现，植物群落的各项生物量均高于对照组，同时堆肥产品还明显地提高了土壤的肥力，起到了明显的改良作用。有研究者施用园林废弃物堆制的有机肥到土壤中，认为有毒性物质产生，从而威胁到植物本身，因此，研究者对敏感性进行研究分析，建立了关于有机肥稳定性和危害植物毒性的反曲线模型[15]。

也有研究者在堆肥的过程中，利用蚯蚓生物反应器，再加入高温降解菌剂，提高对难降解物质的降解速度，得到了质量优良的有机肥料[16]。

2.2 土壤改良剂

园林废弃物堆肥产品可作为土壤改良剂施入土壤中，可改善土壤的理化性质，增强土壤肥力。由于堆肥形成的腐殖质带有负电荷，而园林废弃物成分中氮、钾等物质是以阳离子作为存在形式，腐殖质能吸附这些物质，所以，堆肥能大大减少营养元素的流失，从而增强土壤肥力[17]。大量研究发现，堆肥产品施加到土壤中可大大增强土壤的理化性质，增加土壤中各种营养元素的含量，包括N，P，K和多种必要的中微量元素，调节土壤中的酸碱性，还能够改善土壤的结构和持水能力等[18-19]。堆肥制成的有机质具有优良的腐殖化程度，对土壤的改良效果显著[20]。有研究者认为，由于通过堆肥产生的腐殖质中有部分物质拥有螯合的功能，结合土壤中对植物有危害的活性物质铜、铝、镉等，让它们成为非活性物质，减少其与磷酸作用而产生的不良后果，从而减少了重金属对植物的危害性。也有研究认为，堆肥产品施加于污染的土壤中具有一定的修复作用[21-22]，他们将黑麦草作为试验材料，对污染土壤的理化性质、无机成分、不同重金属含量和植物生长量等各种指标进行测量，得到园林废弃物堆肥制成的堆肥产品能提高污染土壤中的有机质含量，降低重金属危害，同时还具有促进生物量增加的能力[23]。

2.3 栽培基质

有机基质是由各种有机生物残体及其衍生物构成的生态型基质物质，是一种可再生的节约型清洁资源，内含多种营养元素，具有良好的缓冲能力[4]。园林废弃物堆腐形成的基质能用作栽培材料，将其与泥炭、草炭等物质通过合理的配比可用于植物的栽培。美国研究者于1989年研究发现，将腐烂的树皮和泥炭作为基质，有很好的持水能力和透水性，适合作为花卉的无土栽培材料[24-25]。美国的爱荷华州佩拉镇及伊利诺伊州芝加哥市的绿化区常能见到以园林废弃物堆肥产品作为栽培基质用于花卉栽培；而在英国、法国、德国等国家，木屑常被堆肥腐熟当做栽培基质，近年来木屑机制相关的研究日益增多[26]。安大略湖园艺研究中心研究者一直探索环境友好与苗圃容器生产的可持续发展，其试验了上百种废弃物所制成的栽培基质，各种栽培试验都表明，用园林废弃物作为堆肥原料制得的基质能够栽培植物[27]。上海市政府部门大力支持园林废弃物再利用，相关研究人员根据自主研发的发酵技术对园林废弃物堆肥腐熟，并用堆肥腐熟原料作为栽培基质开发出适用于园林植物栽培的系列产品[28-30]。

3 园林废弃物堆肥化处理关键技术

在堆肥的过程中，需要控制影响堆肥的各种因素，它们决定微生物作用的程度、影响堆肥过程的快慢和堆肥产品的质量[31-32]。

3.1 粒径调节

粒径调节主要是通过粉碎机粉碎处理，在考虑经济成本与发酵的前提下，将园林废弃物原料的粒径控制在一定范围内，促进堆肥化进程、增强发酵效果并提高产品质量。一般控制园林废弃物原料的粒径为50 mm以下，从理论上讲，粒径越小，越容易分解。但有研究表明，园林废弃物的粒径适宜范围为12～60 mm，考虑到增加物料的表面积的同时，还必须保证物料有一定的孔隙度，便于通风，使物料能够获得足够氧气。最佳粒径应随园林废弃物的物理特性而变化[17]。

3.2 温度

温度是堆肥过程中微生物活动的反映，是影响微生物活动和堆肥工艺过程的重要因素。堆肥过程中温度控制十分必要。微生物在适宜温度条件下迅速大量繁殖，它们在利用有机物的过程中，有一部分转化成热量，堆体温度不断上升，适宜的堆体温度可使堆肥进程加速，温度过高或过低都会减缓反应速度。因此，适宜的堆体温度应控制在45～65℃[33]。

3.3 通气供氧

通气供氧是堆肥成功的重要因素之一。通常堆体中氧气量控制在5%～15%。若堆体中氧气含量不足，微生物处于厌氧状态，使降解速度减缓，同时使堆体温度下降。若堆体中氧气含量过高，也会影响堆体温度的上升，导致部分病原菌和虫卵等未被完全杀死。通风供氧主要有为堆体内的微生物提供氧气、调节温度、散除水分等作用[34]。通气常采用自然通风、翻堆通风、鼓风等方式。

3.4 C/N调节

碳氮比（C/N）是指碳元素和氮元素的物质的量比值。堆肥过程中，碳源是微生物合成自身细胞结构的物质和能源物质，也是微生物细胞构成的基本材料[35]。堆体中碳源能被微生物利用并转化成为腐殖质和CO2，氮源则以氨气的形式散失，或变成硝酸盐、亚硝酸盐，或是由生物体同化吸收，主要消耗在原生质合成而留于系统内。堆肥初期的C/N一般在20/1～40/1比较适宜，而比值为25/1时最优[17]。C/N过高和过低均不利于微生物活动，当C/N过高时，微生物通过自身繁殖代谢产生过多的碳源，次级代谢减弱，导致有机物降解速度减缓；当C/N过低时，微生物自身繁殖代谢会受到阻碍，次级代谢过强，造成氮源过多转化为氨气，挥发氮源，导致堆肥产品的质量下降。因此，适宜的C/N能使微生物生长良好，促进有机物质分解，加速堆肥进程。部分研究者认为，通过添加外源磷素调节碳磷比（C/P）在75/1～150/1，也可以供给堆肥微生物能量，从而促进其生物活性，加快堆体的腐熟速度[6]。

3.5 水分含量

在堆肥过程中，水分是非常重要的物理因素[1]。水分含量是指整个堆体的含水量。其主要作用有2点：（1）溶解有机物，参与微生物的新陈代谢；（2）水分挥发时带走热量，起调节堆肥温度的作用。有机物堆肥原料的最佳含水量通常是在50%～60%。堆肥原料水分的多少直接影响好氧堆肥反应速率的快慢、影响堆肥产品的质量，甚至还关系到好氧堆肥工艺的成败。所以，堆肥过程中对于水分的控制非常重要。在腐熟的阶段，堆体中的水分含量仍要保持在20%～30%，一方面增强部分微生物的活性，加快堆肥的后熟和提高堆肥产品质量的稳定性，另一方面还能有效减少翻堆时造成的粉尘污染[17]。

3.6 pH值

在堆肥过程中，堆体pH值也是影响微生物生长的重要因素之一，是反映有机物降解的一项重要指标[36]。研究表明，多数堆肥微生物适合在中性或偏碱性的环境中繁殖与活动，因此，当堆体的pH值在6～8时，是适宜堆肥微生物生长的。堆肥初始阶段，由于微生物代谢生成有机酸导致pH值下降呈酸性（可降至5.0），有利于真菌的生长和木质素、纤维素的分解；后来有机酸积累被微生物利用并产生碱性物质，部分有机酸随堆体温度升高而挥发，pH值又升高，最终堆肥产品pH值一般在8～9[37]。

3.7 添加微生物菌剂

添加微生物菌剂可以加快堆肥的进程，提高堆肥产品的质量[38]。当前，园林废弃物堆肥过程中加入的菌剂多为秸秆等农作物堆肥所用的微生物菌剂。李芳等[39]在对落叶堆肥处理中添加农业废弃物堆肥用的微生物菌剂，分析对堆肥养分的变化和堆肥腐熟度的影响，结果表明，加入了有机废物发酵菌曲的堆肥效果好，可提高园林废弃物腐熟堆肥中的总养分含量。而陈祥等[40]研究表明，菌剂添加对堆肥的影响小于含水率、C/N和翻堆时间等因素。

4 展望

近年来，随着我国城市化进程的加快，园林绿化水平及规模显著提高，园林废弃物大量增加，园林废弃物堆肥处理作为一个新兴的行业，具有非常广阔的发展前景。国内经济比较发达的城市已经开始对园林植物废弃物进行集中收集，并进行堆肥化处理，如北京、上海、深圳等已颁布了相关政策，鼓励对园林废弃物进行简易堆肥处理，同时免费为其提供堆肥技术，鼓励建设堆肥厂等。但遗憾的是，对于园林废弃物处理的资源化利用和处理技术方法等还有许多方面需要进一步改进和完善，例如，添加微生物菌剂可以促进堆肥过程，但目前园林废弃物堆肥用的菌剂多是针对农作物废弃物的，针对园林废弃物的性质，研究适宜的专用菌剂，仍需要进一步探索。所以，需要大力研究其处置处理的方法，从而提高园林废弃物资源化利用的效率，促进社会效益和经济效益的共同提高。