武汉设施蔬菜尾菜资源化利用现状及对策

葛米红 ，施先锋 ，王德欢 ，祝菊红 ，梁欢 ，程维舜 ，徐大兵

（1.武汉市农业科学院，430345；2.湖北省农业科学院植保土肥研究所）

随着蔬菜生产设施化、规模化的不断发展，武汉设施蔬菜产业发展迅速。 据统计，2015 年武汉市设施蔬菜面积 2.8 万 hm2，年蔬菜产量129.6 万t，分别占湖北省设施蔬菜面积的24.5%、产量的28.1%，极大保障了人们对丰富物质的需求。在设施蔬菜产量、供应量不断增加的同时，田间蔬菜废弃物日益增加，尤其是随着人们生活水平的日益提高，净菜上市增多，大量残次蔬菜和净菜加工处理过程中产生的尾菜进入农村、城市生态环境，因长期堆积、腐烂、变质后孳生蚊蝇，污染土壤、空气和水体[1]。蔬菜尾菜已成为阻碍蔬菜产业健康发展、乡村振兴和城市生态环境的一大“公害”[2]。本文以《湖北农村统计年鉴》（2016）和湖北省农业农村厅蔬菜办提供的统计数据，分析武汉设施蔬菜生产现状及其尾菜资源化利用潜力，实现尾菜变废为宝，减少环境污染，促进蔬菜产业健康发展。

1 武汉设施蔬菜生产现状

近几年，武汉设施蔬菜的生产种类、种植面积、年产量维持在较稳水平。全市设施蔬菜品种以叶菜类（芹菜、油菜、菠菜）、茄果类（黄瓜、番茄、辣椒）、瓜果类（西瓜、甜瓜）、根茎类（生姜）为主。蔬菜种类以茄果类产量最高， 占全市设施蔬菜产量的18.4%，主要分布在武汉市辖区（按《湖北省农村统计年鉴》将武汉市分为武汉市辖区、汉南区、蔡甸区、江夏区、黄陂区和新洲区，下同）和黄陂区；其次为叶菜类，占13.2%，以江夏区、新洲区和黄陂区种植为主。 不同地区设施蔬菜种植面积、种类和产量存在一定差异。 黄陂区设施面积最大，占全市设施面积的44.0%，其次为武汉市辖区和新洲区。 黄陂区设施蔬菜种类丰富且产量高，叶菜类、茄果类、瓜果类年产量均在3.8万t 以上，以茄果类产量最高，占全市茄果类总产量的15.8%，生姜产量居全市首位。 蔡甸区、汉南区瓜果类种植面积较广，产量高，分别占全市瓜果类产量的24.3%和14.2%。 江夏区、新洲区以叶菜类蔬菜产量高，分别占全市总产量的25.8%和22.7%。综合设施蔬菜种植面积和产量，各区平均单位面积蔬菜年产量由高到低为：江夏区>黄陂区>新洲区>武汉市辖区>蔡甸区>汉南区，江夏区、黄陂区和新洲区每667 m2年设施蔬菜产量分别为 3.86、3.58、3.16 t。

2 设施蔬菜尾菜资源化利用潜力

与其他作物废弃物相比，蔬菜尾菜表现为收获集中、含水率高、生物降解率高、基本无毒性，且富含有机质。 一般利用草谷比法统计蔬菜尾菜秸秆量，本文产废系数指产地蔬菜的产废系数，主要包括了蔬菜单株秸秆干质量、种植密度、蔬菜产量[4]，以《湖北农村统计年鉴》（2016）、国家统计局（2015 年湖北省设施农业生产情况）的设施蔬菜面积和产量统计数据，参照杜鹏祥等[3]和韩雪等[4]的数据汇集产废系数和尾菜含量（表1），参考徐大兵等[5]的蔬菜产地尾菜资源量、蔬菜尾菜资源量和蔬菜尾菜氮、磷、钾含量计算公式，获得设施蔬菜尾菜资源量和养分量。

表1 武汉不同种类蔬菜产废系数和尾菜养分含量

武汉设施蔬菜尾菜量达 77.2 万t，年产尾菜10万t以上的有黄陂区、市辖区和新洲区。 由表2 可知，全市设施蔬菜尾菜资源量55 677.6 t，其中氮、磷、钾总储量为3 508.3 t，分别占全市当年氮肥施用量的2.86%、磷肥施用量的2.77%、钾肥施用量的10.97%（《湖北农村统计年鉴》，2016）。 各区蔬菜废弃物中氮、磷、钾总养分量占全年化肥用量的比例集中在1.26%～9.88%，平均占比达到4.66%。 设施蔬菜尾菜含有7 702.1 t 有机质， 相当于2.6 万t 的标准有机肥。 按照武汉市2015 年设施蔬菜种植面积2.8 万hm2计算，如果将设施蔬菜尾菜全部还田，则相当于每 1 hm2分别施用 47.0 kg 纯氮、19.7 kg 纯磷、58.6 kg 纯钾和1 131.4 kg 有机质。有研究表明，蔬菜尾菜富含各种生物质，固体含量8%～19%，挥发性固体含量占总固体含量的80%以上，其中包括75%的糖类和半纤维素，9%的纤维素及5%的木质素[6]。 可见，蔬菜废弃物具有较高的资源化再利用潜力。

表2 武汉各区不同设施蔬菜尾菜资源量和养分量

3 武汉设施蔬菜尾菜资源化利用现状

蔬菜废弃物不宜长途运输，经济价值低且易腐烂，田间地头堆积或地下填埋是其目前最主要的处理方式，不仅造成巨大的资源浪费，而且对环境安全构成极大威胁。 由湖北省农业科学院植保土肥研究所牵头、武汉市农业科学院作物研究所参与的设施蔬菜尾菜资源化利用已取得阶段性成果，构建了设施蔬菜尾菜资源化利用模式（图1）。 目前设施蔬菜尾菜处理主要有直接还田、堆沤还田、闷棚还田和生产堆肥4 种方式。 下面以实际案例介绍相关技术的内容、做法及成效。

图1 设施蔬菜尾菜肥料化循环利用模式

3.1 堆沤还田技术

以根茎类萝卜为例：萝卜每667 m2产 1～3 t 尾菜，按照田间简易堆沤方式，在田间地头挖一长、宽各1 m，深20 cm 的坑，均匀铺设混合物，采用刀具适当破碎，当厚度达到40～50 cm 时，覆盖一层杂草和玉米秸秆等辅料， 再均匀撒上碳酸氢铵 5 kg/m3、过磷酸钙 6～10 kg/m3和微生物菌剂1～2 kg/m3，重复以上过程直至堆体高度达到2 m 左右为止，整个堆体均匀覆盖并压实。在表面覆盖厚2～5 cm 干土，踏实后用塑料膜密封发酵，直至堆沤腐熟结束。经7～10 d 基本腐解完全，尾菜处理率在95%以上， 避免了环境污染和臭味挥发，为根茎类、叶菜类尾菜堆沤提供了示范，促进根茎类、叶菜类尾菜资源化循环利用。

3.2 简易高温好氧堆肥技术

区别于堆沤还田技术，简易高温好氧堆肥技术增加了翻堆或简易通风装置要求， 控制堆体水分，创造利于微生物发酵的环境，利于堆体短时间内升温，并保持堆体高温，从而实现无害化目标。以茄果类尾菜为原料， 按堆体与饼肥体积比为0.9∶0.1，腐熟剂按W∶V为（0.2～1.0）∶1 000 制作堆体，调节碳氮比为（25～35）∶1、水分含量保持 60%～70%，进行条垛式堆肥，堆体宽 1.5～2.0 m、高 1.5～2.0 m，长度不限；当温度超过60℃时， 保持3～5 d 以杀灭病原菌，再进行翻堆，同时保持堆体水分含量55%～65%；整个发酵过程需20～30 d；高温堆肥后，静置腐熟10～20 d即成为有机肥，尾菜利用率100%，为茄果类尾菜资源化利用提供了示范。

3.3 直接还田技术

直接还田即蔬菜废弃物直接或粉碎后还田，在土壤微生物的作用下缓慢分解， 释放出矿物质养分，供作物吸收利用的过程，是肥料化利用的传统方法[7]。 以大白菜—大白菜种植模式尾菜直接还田技术为例（图2），即茬口安排为大白菜—大白菜，将第一季大白菜尾菜沟间填埋， 第二季直接翻耕还田，每 667 m2处理尾菜 1 200～1 500 kg，尾菜处理率在95%以上，20 d 基本腐解完全， 成为较好的有机肥。 相较简易堆沤技术，省工省时优点突出，其他成效相似，为叶菜类尾菜直接还田提供了示范。

图2 大白菜尾菜直接还田

3.4 高温闷棚还田技术

高温闷棚还田技术即利用夏季棚内高温杀灭尾菜中的病原微生物，达到蔬菜尾菜无害化利用目的，同时增加设施大棚土壤肥力，实现设施蔬菜尾菜资源化循环利用。以茄果类尾菜还田高温闷棚技术为例（图3），6 月底收集番茄、 辣椒和茄子等茄果类秸秆，利用粉碎机切成3～5 cm的小段，以不超过500 kg/667 m2（干质量）的用料量均匀铺撒在棚室内的土壤上，使用旋耕机旋耕 2～3 次，深度25～35 cm，平整地面。 采取少量多次浇灌地下20 cm 土层，湿透为宜。 交叉覆膜，封闭棚室30 d 以上，也可以持续到下茬作物定植前10 d 左右，打开通风口，揭去地膜，进行晾棚。 据2018 年监测，闷棚期间棚内温度达70℃，土层10 cm 处温度高达54.5℃，秸秆腐解率在80%以上。

图3 蔬菜尾菜还田高温闷棚操作流程

3.5 工厂化高温好氧堆肥技术

工厂化高温好氧堆肥即将蔬菜废弃物与填充料按一定的比例混合，在合适的水分、通气条件下，使微生物繁殖并降解有机质， 产生的生物热杀死堆体中的病原菌、虫卵及草籽，使有机物达到稳定化，实现蔬菜尾菜无害化、高值化、产业化利用。以初加工萝卜废弃物为例， 收集和初加工产生的萝卜废弃物进行破碎压榨脱水，进行固液分离，固体部分进行好氧高温堆肥，温度达50～65℃，有效杀灭病原菌，同时液体部分进行好氧发酵，尾菜处理率100%，最大限度实现有机废弃物无害化、肥料化利用， 为当地萝卜加工尾菜集中化处理提供了参考（图 4）。

图4 萝卜加工尾菜生产有机肥

3.6 厌氧消化利用技术

厌氧消化利用即将蔬菜废弃物作为厌氧消化的基本原料，使其产生供人们使用的沼气、沼液和沼渣，是其能源化（沼气）和肥料化（沼渣、沼液）利用有机结合的资源高效利用模式。武汉市农业科学院设计发明一种“移动式沼气池”，以沼气池为纽带构建了“蔬菜温室尾菜资源化循环利用模式”（图5），将设施蔬菜尾菜放入移动式沼气池中，利用太阳能，将蔬菜废弃物进行厌氧发酵，产生的沼气用于温室供暖和温室增施CO2气肥，沼液、沼渣作为蔬菜生产的有机肥料改良土壤，形成温室—沼气池尾菜—水肥气综合利用这种循环的生产模式。 经运行测定，温室内每座沼气池的沼液、沼渣可供5 亩（3 335 m2） 温室蔬菜生产用肥， 667 m2产值增加 1 850 元，减少和节约化肥农药投入532 元，商品率提高 10.6%～18.5%[8]，有效实现了蔬菜尾菜资源化循环利用。

图5 蔬菜温室尾菜资源化循环利用模式

4 武汉设施蔬菜尾菜资源化利用存在问题

综上可知，虽然我们开展了蔬菜废弃物以直接还田、 堆沤还田、闷棚还田、好氧堆肥、厌氧消化等肥料化利用的技术研究与创新，并取得了一定的成果，但当前蔬菜废弃物资源化利用率仍偏低，较国内外其他技术和成果，应用技术、应用设备和应用方式、技术集成等仍存在局限性。 一是资源化利用模式少。 如肥料化应用为主，缺乏饲料化、能源化等其他应用技术和方式的摸索与创新； 二是肥料化利用模式有待优化，对提高堆肥产品品质的氮含量、 减少病原菌积累、降低农药残留等问题， 进行技术创新和工艺优化；三是蔬菜废弃物饲料化、能源化技术开发和应用中应用设施装备匹配不够、 配套选型创新力不足，限制了其他模式的探索。除了技术、工艺层面外，政府政策、配套资金支持力度不够，尚未培育蔬菜废弃物处理利用相关产业；蔬菜废弃物收储运难，资源化利用存在“三低化”（低速、低效和低值）现象，农户、种植户、农业经营主体对蔬菜尾菜处理利用积极性低。

5 武汉设施蔬菜尾菜资源化利用发展对策

5.1 加强宣传

政府推动和企业带动，加强尾菜资源化循环利用宣传。一是宣传尾菜污染的危害和资源化利用的经济、社会效益，引导蔬菜种植户关注治理尾菜污染的良好氛围。二是因地制宜推广适宜的尾菜处理技术，以技术指导农民，以示范带动农民，以效益带动农民积极性。 三是加快建立尾菜资源化利用模式示范点，结合湖北省农业科技创新行动方案，推广湖北省生态循环农业创新体系武汉试验站示范的设施蔬菜尾菜高温闷棚还田技术、基于移动式沼气池的蔬菜温室尾菜资源化利用技术，有组织地进行技术宣传和培训，以点带面，发挥典型引路和示范带动作用，充分调动和激发蔬菜经营主体及加工企业参与的积极性。

5.2 建立尾菜资源化利用技术体系

首先关键技术有待进一步研发推广，利用模式需进一步优化。 一是虽已建立了直接还田、堆沤还田、闷棚还田和工厂化生产有机肥的肥料化利用技术体系，但尾菜堆肥过程中堆体温度低、碳氮比不适宜、生物毒性等技术要点，尾菜饲料化、能源化等技术要点仍需加大攻关。二是引进和消化吸收其他省市尾菜处理的先进理念、方法、技术，如甘肃省农业生态环境保护管理站总结尾菜堆肥、沤肥、直接还田等10 项处理技术，构成了“以田间堆肥、半堆半沤、直接还田、工厂化生产有机肥等肥料化利用及青贮饲料化利用为主，以条垛式堆肥、沼气化、炭化、黄粉虫/蚯蚓过腹利用为辅”的尾菜资源化利用技术支撑体系。 三是政府统筹协调各级资源，建立健全技术服务体系，加大尾菜高温闷棚还田、直接还田、堆沤还田等技术培训力度，培养乡、村、经营主体等技术人员，提高尾菜资源化利用技术水平。

5.3 制定扶持政策，建立长效机制

为推进武汉市设施蔬菜尾菜资源化利用工作，政府需重视蔬菜尾菜对城市发展的影响，注重“顶层设计”，加大尾菜利用补贴范围和扶持力度。 首先制订尾菜利用优惠政策，设立3～5 a 的专项资金持续性奖励和扶持。 二是将翻堆机、发酵装备等专用设备纳入农业机械购置补贴范围。三是通过政府购买服务等方式，对尾菜收储运的个人或社会组织给予补助。 四是对从事尾菜处理利用的个人或企业给予补贴， 如对尾菜利用设施建设给予奖补支持，采取定额补助的方式集中采购、免费发放堆肥、沤肥、还田所需的腐熟剂等物资。