园林废弃物堆肥利用研究进展

余映云，贾丛榕，吴春来，陈乔宇*，朱本国*

（1重庆市壁山区园林绿化管理所 402760；2重庆市风景园林科学研究院，重庆九龙坡 401329）

随着中国城市化进程的加快，城市园林绿化水平的不断提高，随之产生的园林绿化废弃物也逐年增加。园林废弃物主要是园林绿化过程中修剪的枝叶和枯枝落叶，在我国，这些废弃物往往与普通的生活垃圾一起进行集中处理，过去主要的处理方法是焚烧和填埋[1]。在自然界中，枯枝、落叶会在地面上自然分解腐熟后进入土壤界面，为土壤提供必要的有机质和其他营养元素，而在城市绿地中却缺少了这一环节，容易导致城市绿地营养流失、土壤板结；将园林绿化废弃物进行堆肥处理，处理后的产物可以重新施用到绿地土壤中，这是解决城市绿地资源浪费和土壤问题的关键技术[2]。

1 园林绿化废弃物的组成

园林废弃物的主要来源是城市和乡村园林绿化场地产生的植物废弃物，包括树枝、叶片、杂草、秸秆和少量的泥土，其具体的组成与当地绿化栽种植物相关，可以由绿地植株种类进行预测[3]。当前，我国产生的园林废弃物占到了生活垃圾总量的两成以上，但是进行相应的园林绿化废弃物资源化处理的企业却少之又少[4]。

一般来说，不同的季节产生的废弃物的主要组分也不同，春秋以修剪废物为主，夏季以草为主，冬季以枯枝落叶为主。园林废弃物与其他有机废弃物相比，最大的特点是含有大量的木质素，从而造成了园林废弃物较高的碳氮比和较低的含水率[5]。木质素在自然界中较难被微生物所分解，并且其分解过程较为缓慢；除了木质素之外，园林废弃物中还含有大量的纤维素和半纤维素，相对木质素来说，纤维素和半纤维素在微生物的作用下分解较快，但是半纤维素和木质素可以通过化学键相连并将纤维素包裹于其中，形成难以降解的木质纤维素；这些原因导致了园林废弃物的堆肥过程较为漫长，一般来说，堆肥时间为90～160d[6]。

由于木质纤维素的大量存在，园林绿化废弃物相对于普通生活垃圾来说，具有高碳、低氮的特点。园林绿化废弃物中的总氮、总磷、总钾都有一个大概的区间，这个含量不随废弃物组分变化而变化，但是用粒径对废弃物进行区分，却可以发现不同粒径的废弃物的元素组成不尽相同[7]。

2 堆肥过程中的控制因素

2.1 碳氮比

碳氮比（C/N）指的是堆肥底物中碳元素和氮元素的比值。碳是堆肥过程中微生物的能源物质，同时也是微生物细胞结构基本组成元素。在堆肥过程中，有机质中的碳元素被分解转化为小分子有机物（腐殖质）和二氧化碳。

氮元素是微生物生长必需元素，也是蛋白质等微生物结构材料的必须元素，氮元素除了被微生物自身吸收利用之外，多余的氮元素被转化为硝酸盐、亚硝酸盐等物质，同时也有部分氮元素形成氨气被排出。一般来说，堆肥过程中的碳氮比在20︰1～40︰1之间，最佳碳氮比大约是25︰1，过低的碳氮比因碳源不足会阻碍微生物的正常生长，但氮元素过多会导致大量的氨气溢出，堆肥品质下降，臭味难当。由于园林绿化废弃物含有大量的木质纤维素等有机物，单纯的园林绿化废弃物堆肥底物的碳氮比往往大于40︰1，一般会将园林绿化废弃物和其他高氮含量的废弃物进行混合，将碳氮比降低后再进行后续的堆肥处理[8-9]。

2.2 含水率

含水率是园林绿化废弃物堆肥过程中的一个重要指标，含水率会影响堆肥过程中微生物的生存状态和菌群种类，同时水分蒸发能够调节堆肥过程的温度。普通堆肥的含水率一般保持在60%～80%，而园林绿化废弃物堆肥由于木质纤维素的存在一般保持在50%～60%。随着堆肥的进行，堆肥底物的含水率会随之下降，腐熟阶段含水率一般会降到20%～30%。当堆肥底物含水率低于40%时，会抑制底物中微生物的正常新陈代谢，从而降低堆肥效率；而当含水率过高，会导致堆肥底物孔隙堵塞，从而影响堆肥底物中的含氧量，好氧发酵效率下降[10]。腐熟阶段的低含水率有利于堆肥产物中真菌的生长，从而稳定堆肥产物的营养结构。

2.3 孔隙率和供氧

好氧堆肥底物的孔隙率直接影响堆肥过程中底物的含氧量，而含氧量则会影响堆肥过程中微生物的代谢能力。一般来说，堆肥底物中适合的氧浓度一般在8%～18%，当含氧量低于8%时，堆肥过程中的厌氧发酵将会增加，从而产生恶臭并影响堆肥产物的质量；如果堆肥底物中含氧量过高，则会导致堆肥升温较慢，无法有效杀灭底物中的虫卵和病原菌[11]。由此可知，堆肥过程中的通风尤为重要。

2.4 堆肥温度

堆肥温度会影响堆肥过程中微生物的活性，适宜的温度能够促进微生物在堆肥底物中大量繁殖，从而提高堆肥的效率[4]。微生物分解有机物的过程中会产生热量，随着堆肥过程的持续进行，堆肥温度会先升高后降低；在初始状态下，堆肥底物的温度与环境温度一致，随着堆肥的进行，堆体的温度会逐渐升高到中温菌的适宜温度40～50℃，在中温菌作用1～2d后，堆体的温度会继续上升到高温菌适宜温度50～65℃；一般来说，高温菌的分解效率要优于中温菌的，在高温菌适宜温度下，不仅对堆肥进程有着极大的帮助，同时堆肥底物中的虫卵和病原微生物也会被有效杀灭[12]。

2.5 酸碱性

堆肥过程中堆肥底物的酸碱性也就是pH值，是微生物对有机物进行分解的一个重要指标。在之前的研究中发现，堆肥过程中微生物适宜的pH值在5.5～8之间，而园林绿化废弃物由于其特殊的底物组成，较为适宜的堆肥酸碱度为7～8，基本是一个偏碱性的环境。有研究报道，在偏碱性环境中，园林绿化废弃物堆肥过程中木质素的分解效率要高于普通堆肥环境中。一般而言，堆肥过程的初始阶段由于微生物代谢产生有机酸导致堆体酸度下降，随着堆肥的进行，堆体温度不断升高，部分有机酸被挥发，部分有机酸被微生物分解利用，堆体的pH值也会随之逐渐升高[3]。

3 堆肥技术与利用

园林废弃物由于具有较高含量的木质纤维素，所以其具有高碳含量、低含水率的特点；由于园林废弃物自身在理化性质方面的特点，导致了园林绿化废弃物并不适用于直接进行堆肥，所以在实际生产中，园林绿化废弃物往往与其他废弃物进行混合后再进行后续的堆肥工作。

污水厂处理剩余的污泥可以作为土壤改良基质运用在实际农业林业生产当中，但是污泥中含有一定的病原微生物，且污泥中含有大量的氮元素，将污水厂污泥作为添加剂与园林绿化废弃物进行混合堆肥，能够有效弥补园林绿化废弃物堆肥中缺少氮元素和低含水率的缺点。梁文涛[13]将园林绿化废弃物与污水厂污泥进行混合堆肥后发现，整个堆肥时间为120d，其中监测到有20d堆体处于55℃以上的高温堆肥中，污泥中的寄生虫卵和病原菌均被杀灭。污泥与园林废弃物混合堆肥的堆肥产物在农林业中已经有了一定的应用。赵霞等[14]将混合堆肥产物施用在波斯菊种植土壤上后发现，土壤中的全氮和有机质含量并无明显变化，但是波斯菊的株高、鲜重和根长都随着施用量的增加而增加；同时土壤中的铜、锌和镉元素的含量也有了一定程度的增加，但是总含量并未超过限定值；在施用堆肥产物后，波斯菊对土壤中铜元素的富集能力增强了；表明园林废弃物和污泥混合堆肥产物对改善土壤营养含量和增强植株生长水平有积极的作用。司莉青等[15]将不同配比的污泥-园林绿化废弃物混合堆肥产物施用于高羊茅后发现，在污泥︰园林废弃物为1︰1的混合物时，高羊茅的发芽率达到最高，并且无论何种配比的堆肥产物，在使用之后高羊茅的株高和生物量都有显著的增长，并且其最大株高和最大生物量都是在1︰1比例混合堆肥产物使用后达到的。以上研究均表明，园林绿化废弃物和污泥进行混合堆肥的堆肥产物可以有效地促进植株的生长，但是同时也需要关注在使用之后土壤中各种金属元素的含量是否超标。

除了污泥之外，园林绿化废弃物也经常与其他物质混合堆肥用以调节堆肥底物的碳氮比和含水率等指标达到堆肥最适宜的条件。生活垃圾具有高含水率高含氮量的特点，特别是餐厨垃圾经常作为堆肥添加物与园林废弃物混合堆肥。方伟成等[16]将园林废弃物和餐厨垃圾以9︰1的比例混合，可以得到碳氮比为33︰1的混合物，将该混合物进行堆肥，在高温堆肥持续12d以上时，就可以得到品质良好的堆肥产物，在施用了该堆肥产物后种子发芽指数为115.6%，可以将该堆肥产物应用到现实园林生产之中。除了生活垃圾，牧畜废弃物也是一种良好的添加剂，牧畜废弃物的主要组成是动物粪便，动物粪便中含有较高的氮元素，同时也含有大量的水分，与园林废弃物混合后能够有效弥补园林废弃物中氮含量较少、含水率较低的缺点，同时进行混合堆肥后，较高的堆肥温度可以有效杀灭粪便中大量的寄生虫虫卵和病原微生物，可以起到牧畜废弃物无害化处理的作用。郝丹等[17]用一定比例的园林废弃物和牛粪混合堆肥产物作为金盏菊的育苗基质，期望能够得到足够替代泥炭的生长基质；结果表明，1︰1的混合物作为生长机质栽培金盏菊，其出苗率可以达到73.3%，能够显著促进金盏菊的生长。冯红梅等[18]将园林废弃物破碎之后混入不同比例的鸡粪进行堆肥，从而研究这种混合堆肥对堆肥过程产生的影响；结果显示，不同比例的堆肥均在一定时间后堆肥温度达到了50℃以上并持续了至少2周，其中绿化废弃物与鸡粪按照1︰1的比例混合堆肥效果最好，其进入高温堆肥的时间比其他比例的堆肥要提前2～5d，堆肥40d后，堆肥产物的理化性质就达到了较为理想效果；在堆肥结束后，堆肥产物施在植株上，其种子发芽势为86.69%，碳氮比为12.41，总养分含量达到了4.89%，显著高于其他混合比例。

园林废弃物的堆肥产物在农林业生产中有着广泛的应用，除了为农林用土壤提供营养元素外，园林废弃物堆肥产物还可以起到调节土壤酸碱性、控制土壤重金属污染等作用。贺坤等[19]将园林绿化废弃物堆肥产物和烟气脱硫石膏按不同比例混合施用在滨海盐渍土壤中，发现这种混合施用剂能够显著降低滨海盐渍土的pH值和全盐含量，增加土壤营养元素和有机质含量，并提高土壤上生长的植物的生物量；当脱硫石膏施用量达到25g/kg时效果达到最佳，其中pH值下降了10%，元素含量下降了30%～40%。在土壤中施用园林绿化废弃物堆肥产物可以调节土壤中的微生物群落，改善土壤微生物活性。连鹏等[20]在林地土壤施用了不同含量的园林废弃物堆肥产物后，土壤中的总酶活性随着施用量的增加而增加，在施用50kg时总酶活性提高了119.05%～204.76%，而土壤中的总生物碳也随之提升，说明施用园林绿化废弃物堆肥产物能够提高土壤微生物数量，改善土壤生物环境。

园林绿化废弃物堆肥产物主要用作土壤改良基质，为土壤提供必要的营养元素和有机质。研究表明，园林废弃物堆肥产物具有容重低、孔隙度高、有机质高、氮磷钾元素含量高等优点，是较为理想的花卉植物栽培基质。在施用堆肥产物后，非洲凤仙和矮牵牛的根系生长加快，叶片叶绿素含量增加，叶片生长加快，最终结果非洲凤仙和矮牵牛的开花质量也随之提高[21]。园林绿化废弃物堆肥产物对乔木植物也有着相同的促进效果。余韵等[22]将不同浓度的园林绿化废弃物堆肥产物施用在楸树苗上，综合看来，在施用浓度为10%时效果最好，楸树苗株高增长量、地径、总生物量和总叶绿素含量分别增加了8%、5%、19%和40%。

4 结语

当前的研究和实践表明，园林废弃物可以作为一种非常适用的堆肥添加物进行应用。传统的好氧堆肥底物一般是厨余垃圾、畜牧粪便、市政污泥等废弃物，而这些废弃物往往都具有高含水量、高氮磷、低有机质含量、低孔隙度等特点，而园林废弃物的理化特性刚好与之互补；研究证明，园林废弃物和其他堆肥底物按照一定比例进行混合堆肥后，能够显著缩短堆肥的时间，提升堆肥产物的产出品质；特别是在当前市政污泥需要减量化无害化的前提下，混合堆肥能够同时对园林废弃物和城市污泥进行资源化处理，同时产生一定的经济效益，是当下较为热门的市政污泥处理处置路径。