园林废弃物堆肥用作草花种植基质的研究进展

王 玮

（广州市名卉景观科技发展有限公司，广州 510080）

随着国民经济的发展和文化水平的提高，人们对居住环境和绿色生活的追求也越来越热切。对人口集中的大城市来说，城市环境绿化显得尤为重要。草花通常指开花的草本植物，多为一年生或二年生植物。相较其他种类花卉来说，草花具有品种繁多、花色多样、株型低矮、对土壤和生长环境的要求不高、生育周期短等特性，近年来在城市园林和道路绿化中的应用越来越广泛［1］。随着草花产业的蓬勃发展，栽培基质的用量也随之迅速增长，其中，泥炭基质以质地均匀、不易分解、营养丰富、透气持水性能良好、无虫卵病菌等优势，已成为草花乃至整个花卉栽培产业广泛使用的栽培基质［2，3］。但是，泥炭作为一种珍贵的矿产资源，具有稀缺性和不可再生性，大规模的利用将造成泥炭资源的枯竭和当地生态系统的破坏［4］。因此，如何找寻一种便于管理、性质稳定、原材料来源广泛，可大规模生产又对环境无污染破坏的新型环保基质，已成为当前草花种植产业发展面临的主要问题。

园林废弃物是指园林绿色植物自然凋落或人工修剪时所产生的植物残体，包括枯枝落叶、灌木修剪物、乔木修剪物、草坪修剪物、废弃草花等，以及由于灾害性天气掉落的枝条和倒伏的树木［5］。传统的园林废弃物处理方式是简单的填埋或焚烧，但随着近年来循环经济、绿色发展等理念的发展，北京、上海、广州等城市已先后开展了园林废弃物资源化利用等相关研究［6，7］。当前，园林废弃物主要的处理及产品利用方式包括地表覆盖物、生物质能源、食用菌培育、木塑产品、堆肥化处理等［8］。其中，园林废弃物堆沤腐熟的产物具有理化性质稳定、有机质丰富、无重金属污染、无虫卵和病菌等优势，可作为有机肥料、土壤改良剂、种植基质等产品的原材料。因此，将园林废弃物堆肥产物作为替代泥炭的新型生态基质，已成为众多国内外研究人员的关注热点。

本研究主要总结了园林废弃物堆肥处理过程、堆肥化产物的理化性质、园林废弃物栽培基质对草花生长的影响，对园林废弃物基质化利用存在的问题及今后的发展方向等内容进行了综述和探讨，旨在为进一步明确未来的研究方向提供借鉴。

1 园林废弃物堆肥化处理过程

1.1 园林废弃物的特点

园林废弃物成分复杂多样，其原料来源因修剪季节、修剪树种、修剪部位等不同而性质各异。目前，中国对园林废弃物基本理化性质的系统研究较少，梅娟［9］根据前人的研究报道总结了常见园林废弃物的理化性质，如表1所示。由表1可知，不同来源的园林废弃物在水分、有机质、碳氮比等指标上差异巨大，这就要求在后续的园林废弃物堆肥处理中采取不同的工艺措施，这也为园林废弃物标准化利用带来了困难。但是，从资源利用的角度，园林废弃物仍然比城市污泥、生活垃圾等固体废弃物更具有作为草花栽培基质的潜力。城市污泥和生活垃圾虽然也含有较高的有机质，但是污泥中的Pb、Cd、Hg重金属含量容易超标，且城市污泥或生活垃圾经发酵处理后EC值较高，不利于草花幼苗的生长［10］。

表1 园林废弃物典型理化性质

1.2 园林废弃物的堆肥化处理过程

堆肥化处理过程是园林废弃物资源化利用的主要方式，也是当前最经济环保和安全的园林废弃物减量化资源化处理技术［11］。美国在1994年就由环境保护署发布了EPA530-R-94-003法则，对废弃物的收集以及堆肥处理的各环节给出了指导［12］。通常来说，园林废弃物的堆肥过程就是有机质的高温好氧降解过程，可以分为预处理、堆肥发酵和后期加工3个阶段。

预处理是指对收集来的园林废弃物进行前期调整的环节，包括原材料分类、破碎、pH调节、水分调节、碳氮比调节等，使之达到适宜好氧发酵的条件。一般来说，园林废弃物经预处理后，粒径在0.5～5.0 cm、含水量在50%～60%、碳氮比在25∶1～35∶1时，即达到最适宜的高温好氧发酵条件［9］。

堆肥发酵阶段是指微生物将园林废弃物中的有机质逐步降解为可被植物吸收利用的形态的过程，整个堆肥过程又可大致分为快速分解期、腐熟期和堆肥结束期3个阶段。发酵初期，堆体温度在24～72 h内迅速上升至45～65℃，并可连续持续几天或几周，这一阶段就是快速分解阶段，此时是微生物繁殖代谢的高峰期，物料降解速度最快，要多次翻堆来保证堆体的氧气供应。腐熟期是快速分解期之后温度下降至38℃以下的阶段，这一时期中温真菌开始增殖，纤维素、半纤维素得到降解，堆体中的有机物料开始逐渐转化为成熟的堆肥产物［8］。当堆体温度降至与环境温度一致时，即为堆肥结束期，此时堆体物料变为棕褐色至黑色类泥土样的质地，形成了大量的腐殖质，碳氮比降低，pH趋于中性。

后期加工主要是对堆肥产物进行基本性质检测，然后根据不同的用途需要与其他原材料混配，调至适宜的理化性质，最终形成符合使用的标准化成品。由于单一的园林废弃物堆肥产物不适宜直接用作栽培基质，所以通常需要与其他原材料混配。在基质的混配上，通常从通气性、持水性、EC等方面考虑，常与园林废弃物混配的原材料包括椰糠、蛭石、珍珠岩、黄泥、泥炭等［13，14］。

2 园林废弃物堆肥产物的理化性质

由于园林废弃物原料来源各异，不同研究者在堆肥时采取的堆肥时间和堆肥方式也不尽相同，因此，园林废弃物堆肥产物的基础理化性质也差异较大。为方便研究，笔者选取了前人研究中5种较为典型的堆肥产物的理化性质进行了比较（表2）。

由表2可知，不同原料来源的园林废弃物堆肥产物的pH差异较小，基本呈中性或弱碱性。但EC、容重和总孔隙度差异较大，除原材料性质有差异外，还可能与发酵环节中不同的粉碎粒径和翻堆次数有关。康红梅等［3］研究指出，一般情况下作物栽培基质的最适容重范围为0.1～0.8 g/cm3，孔隙度最适范围为54%～96%，EC以0.37～1.30 mS/cm为宜。2017年国家林业局提出了国家标准《绿化用有机基质》，提出盆花用有机基质的技术指标要求为pH 4.5～7.8、EC 0.30～1.50 mS/cm、容重0.1～1.0 g/cm3、通气孔隙度≥20%［20］。

由表2可知，单一的园林废弃物堆肥产物作为草花种植基质，存在pH、EC过高，通气孔隙与持水孔隙比例不合理等问题。但当前尚缺乏系统总结不同原材料的园林废弃物堆肥产物的理化性质差异的研究，实际生产中往往通过将园林废弃物与泥炭、椰糠、珍珠岩、畜禽粪便、种植土等原料混合的方式来获得更优的栽培基质。

表2 园林废弃物堆肥产物的基础理化性质

3 园林废弃物堆肥基质对草花生长的影响

3.1 草花的生长特点

草花的生命周期较短，常见品种如鸡冠花、百日草、孔雀草、波斯菊、牵牛花、金盏菊、凤仙花等，属一年生花卉，栽培期通常只有2～6个月；另外如长春花、天堂鸟、美女樱、三色堇、紫罗兰、一串红、金莲花、藿香蓟等品种虽然属多年生草花，但其地上部依然会随季节变化经历开花、结实、枯萎等过程，仅地下部保持活性［21］。经过现代育种技术培育的新型草花，具有花色艳丽、开花一致、花期长的特点，便于商业化生产和应用［22］。因此，现代栽培基质不仅要满足草花生长发育对肥水的需求，而且最好富含微量元素，可以延长草花的花期，提升其观赏性。

3.2 园林废弃物堆肥基质对草花幼苗生长的影响

殷小冬等［23］通过角堇和西洋滨菊的花卉育苗试验表明，园林废弃物和底泥的堆肥产物可以提高花卉种植的萌发率，却不利于植株幼苗的生长。究其原因，可能是该试验中堆肥产物的pH较高，均在8.0以上，而一般幼苗栽培基质的pH在6.0～7.5［24］。加之园林废弃物堆肥产物存在毛管孔隙不足的问题，表层结构持水性差，因此通常和吸水性好的材料如泥炭等组成混配基质进行育苗。王晔青等［25］将80%的园林废弃物与20%东北草炭进行混合，发现该处理的百日草幼苗的茎粗、冠幅、地上部重量均达到最佳，育苗效果可替代进口泥炭。除与泥炭混合外，胡亚利等［26］还采用木酢液和麦饭石来改良园林废弃物堆肥产物，二者均起到了降低基质的pH和EC的效果，经改良的堆肥产物培育的白菜发芽率、幼苗根长、幼苗鲜重均优于纯园林废弃物基质。Zhang等［27］则采用在园林废弃物发酵初期添加海草和膨润土的方法，结果表明，不仅园林废弃物的腐熟时间得以缩短，堆肥产物的持水性、毛管孔隙度和腐殖质含量均得到了提升。以上研究说明，单一的园林废弃物堆肥产物不一定适合常见草花幼苗的生长，需要和其他基质的混配或经过发酵改良剂和混配以使基质得到最佳的理化配比。

3.3 园林废弃物堆肥基质对草花生长和花卉品质的影响

园林废弃物堆肥基质对草花生理指标影响与其对草花幼苗的作用类似，一般混配基质的试验效果优于单一的园林废弃物堆肥基质。邹雨竹等［28］分析了一串红和矮牵牛生长60 d后的生理指标与花卉品质指标，结果表明，园林废弃物与泥炭、珍珠岩、蛭石混配种植基质，园林废弃物占种植基质的20%时可促进一串红的长势，占基质的40%时矮牵牛的长势与花朵数达到最优；但当园林废弃物占比超50%时，对2种草花反而出现抑制作用。索琳娜［29］通过配比试验得出，园林废弃物、腐熟玉米芯配比为3∶7时，红掌的冠幅、地上部生物量等指标与进口泥炭处理无明显差异。张强等［17］研究了园林废弃物与素土混合基质对大花马齿苋、矮牵牛、彩叶草3种草花生长发育的影响，结果表明，园林废弃物添加比例以30%～50%为宜，大于70%时对草花的生长和品质指标影响出现抑制趋势。田云丽等［30］对园林废弃物与普通田园土混合后种植蝴蝶花的试验研究表明，随着堆肥基质混合比例的增加，对蝴蝶花生长的促进效果越好，园林废弃物达到100%时，蝴蝶花的植株鲜重反而达到最高值。

诸多研究中，也有园林废弃物不适宜作为草花基质的报道。魏乐等［31］研究了园林废弃物堆肥与泥炭不同混合比例对天竺葵和金盏菊生长的影响，其结果表明，即使最低25%的园林废弃物混合比例也对天竺葵幼苗的生长产生了抑制作用。原因可能是园林废弃物导致基质中电导率和pH的升高，天竺葵幼苗对pH和EC敏感，植株前期长势不佳。因此，实际生产中在选用园林废弃物作为新品种草花的种植基质时，一定要先做小规模的预试验，避免盲目大规模应用造成不必要的损失。

4 问题与展望

4.1 草花种类繁多，基质混配方式多样，评价标准不一

首先，由于草花品种众多，不同品种对基质的pH、电导率、持水性、孔隙度等理化指标的需求并不一致，因此，实际研究或生产实践中一般采用多种原材料组成混配基质的做法。除园林废弃物外，常用作混配基质的原材料有泥炭、椰糠、珍珠岩、蛭石、污泥、田园土等。原材料种类众多，混配方式也各种各样，不同原料的混合比例基本是凭经验而得，缺乏科学系统的比较。导致不同研究报道的结果之间无法进行直接的参考和比较，这对后续草花种植基质理化性质的提升尤为不利。

其次，当前基质对草花生长发育与花卉品质的影响的评价缺乏统一的标准。研究中一般选取根长、根鲜重、地上部鲜重、株高、叶绿素含量、干物质积累量、花朵数、冠幅、花期等基础指标来进行比较，缺乏酶活性等深层次指标的挖掘。

最后，生产实践中不同指标对不同基质处理的反应不一，仅通过单一指标的方差分析与多重比较并不能直观地揭示各配比基质的优劣。因此，亟需确认一种公认的多元统计分析方法，计算出不同指标的权重评价值，进而得出不同基质对草花生长发育及花卉品质影响的兼具综合性和定量性的评价标准。

4.2 国内相关标准体系尚未建立，缺乏统一的生产指导与市场监管

园林废弃物的资源化利用是最近十几年在各大城市兴起的研究与应用热点。2015年上海市林业局主导出台了《绿化植物废弃物处置和应用技术规程》［32］，对绿化植物废弃物的收集、堆肥处理、产品质量及技术要求各方面均作出了规定，给城市园林废弃物的资源化利用提供了参考。但是目前国内尚缺乏针对草花种植基质的标准，现有国家标准《绿化用有机基质》和广州市地方标准《广州市园林种植土》中对pH、EC、容重、孔隙度等指标的限定范围过于宽泛［20，33］，导致很多达到标准的混合基质并不适合某个特定草花品种的生长。鉴于当前科研报道的多是不同材料混合的基质，未来有必要出台专门针对不同草花品种混合基质的理化性质的技术标准，以供相关基质厂家和草花种植者选取基质时进行参考。

4.3 相关研究缺乏经济成本核算，科研成果难以市场推广

当前相关的园林废弃物堆肥产物替代进口泥炭混配基质的科学试验中，大多数研究报道仅从基质的理化性质考虑，所用原材料除园林废弃物外，多是珍珠岩、椰糠、木酢液等市场价格较为昂贵的原料，试验得出的最优基质配比相对于纯泥炭来说，并没有价格优势，因此导致相关科学研究在成果转化和市场推广环节受阻。很多混配基质虽然做到了理化性质优良，但并不为基质生产厂家和草花种植者所采纳。所以后续的相关研究中除应考虑基质的理化性质及对草花的生长发育影响外，建议加入不同基质配比方案间生产成本的比较，争取早日研制出质优价廉、性质稳定、绿色环保的园林废弃物混配基质。