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我国正经历世界历史上规模最大、速度最快的城镇化进程。快速城市化进程中，大量食物和物质源源不断地输入城市，消费后产生大量的废弃物滞留在城市及其周边地区[1-3]。城市化阻断了氮磷投入到土壤→食物→废弃物→土壤的传统农业养分循环过程[3-4]。有研究表明，2012 年我国城市居民食物氮消费量占全国的 52.4%，但消费后的氮素循环利用率仅有 7.6%，远低于农村地区的 47.5%[5]。我国每年厨余垃圾产生量已超过 1.2 亿 t，且仍呈快速上升的趋势[6]。重建传统的养分循环体系，促进城市生物质废物养分资源循环利用，将是解决这一难题、促进全球城市化可持续发展的有效方案[2，7]。从循环经济和可持续废物管理来看，食物垃圾需以制作饲料、好氧堆肥和厌氧发酵沼渣制肥等资源化为导向才能真正实现养分资源循环再利用[8]。2021 年 6 月 1 日起，农业农村部发布实施了《中华人民共和国农业行业标准—有机肥料》 （NY/T525—2021）[9]，许可经过分类和陈化处理后的厨余废弃物达到安全性评价指标要求后可作为有机肥生产原料，该标准的实施将对厨余废弃物堆肥资源化利用起到积极地促进作用。
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大量研究表明，有机无机配施能够显著提高作物产量、品质、土壤养分含量与养分资源利用效率[10-11]。近年来有少量试验开始针对餐厨垃圾堆肥产品的肥效和安全性进行研究，发现与商品有机肥相比，等量施入餐厨好氧堆肥可以维持水稻产量，并可提升土壤速效养分含量，高量施入餐厨好氧堆肥可显著增加水稻产量[12]。也有研究发现，等氮量条件下，餐厨好氧堆肥可确保水稻的生长和产量，且在土壤有机质和速效氮的提升上优于猪粪有机肥，具备推广和应用的潜力[13]。然而，目前对城市餐厨垃圾不同堆肥产品与化肥配施对作物产量、氮肥利用效率及其环境损失方面的影响研究较少。本研究以南方城郊一年多熟菜田为研究对象，通过开展餐厨垃圾好氧堆肥、餐厨厌氧沼渣直接晾晒堆肥替代部分化肥还田试验，研究餐厨垃圾不同堆肥对南方城郊菜田蔬菜产量、土壤氮素供应、氮肥资源利用效率和表观氮损失方面的影响，评估餐厨垃圾不同堆肥处理方式的肥料潜力及潜在环境影响，旨为促进城市餐厨垃圾堆肥资源安全高效利用提供科学依据。
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1 材料与方法
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1.1 试验地概况
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田间试验始于 2021 年 4 月，试验点位于福建省厦门市集美区后溪镇霞店社菜田（24°38′16.93″N， 118°02′01.31″E）。该区域为亚热带海洋性气候，海拔 4 m，年平均气温 21℃左右，年平均降水量 1100 mm。供试土壤为砂壤土，试验开始前 0～20 cm 土层土壤基本理化性质为：容重 1.4 g/cm3，田间最大持水量 28.4%，可溶性盐含量 0.08%，pH 4.6，铵态氮（NH4 +-N）含量 11.1 mg/kg，硝态氮（NO3--N） 含量 45.5 mg/kg，有机质含量 13.6 g/kg，总氮含量 1.0 g/kg，全磷含量 1.5 g/kg，全钾含量 1.8 g/kg，有效磷含量 110.2 mg/kg，速效钾含量 287.5 mg/kg，土壤颗粒组成为黏粒 0.04%，粉粒 21.95%，砂粒 78.01%。本文涉及的试验数据为 2021 年 4—11 月的试验结果。试验期内降水量 830.3 mm，降水分布见图1。
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图1 试验期间灌溉和降水量
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1.2 试验设计与实施
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为体现田间试验代表性，于 2020 年 11 月— 2021 年 1 月开展厦门市岛外集美、海沧、同安和翔安 4 个蔬菜种植区的农户传统作物种植与管理情况（包括周年作物种植茬口、每茬作物肥料施用量、NPK 肥料种类、底肥追肥比例、有机肥种类与用量等）田间问卷调查，共获取问卷 606 份，其中叶菜类问卷 160 份。整理得出厦门市城郊菜田不同作物农户每季平均氮磷钾肥施用量。其中，农民传统叶菜类种植每茬 N、P2O5 和 K2O 肥的施用量分别为 375、225 和 263 kg/hm2，氮肥的底肥和追肥的比例是 6∶4。所有调研叶菜类种植户中，施用有机肥农户数量占 56.9%，氮肥平均有机无机配施比例约为 3∶7，有机肥种类以鸡粪为主，占所有叶菜类调研使用有机肥用户数量的 59.3%。
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基于以上调研分析，田间试验设置 5 个处理：无氮对照（CK）：不施用任何氮肥，磷钾肥用量同调研所得每茬蔬菜平均磷钾肥施用量，P2O5 225 kg/hm2 和 K2O 263 kg /hm2；传统化肥（NPK）：只施用化肥处理，每茬施 N 量 375 kg/hm2，磷钾肥用量同 CK 处理；传统化肥 + 鸡粪处理（NPK+M）：根据调研的氮肥平均有机无机配施比例约为 3∶7，在 NPK 处理基础上，30% 施氮量来自商品鸡粪； 餐厨好氧堆肥 + 化肥（NPK+FWA）：在 NPK 处理基础上，30% 施氮量来自餐厨垃圾好氧堆肥；餐厨厌氧沼渣堆肥 + 化肥（NPK+FWD）：在 NPK 处理基础上，30% 施氮量来自餐厨垃圾厌氧沼渣堆肥。3 次重复，共 15 个小区，小区面积 20 m2，随机区组排列。试验开始前相邻小区与重复间预埋宽 50 cm、厚 0.8 mm 的塑料桌布，以防止小区间水肥交互影响。
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各处理氮肥底肥和追肥的比例是 6∶4。不同有机物料施用量根据总施氮量的 30% 及对应氮含量 （表1）计算。再根据不同有机物料磷钾含量（表1） 计算有机物料中磷钾投入量，不足部分由单一成分化学磷钾肥补充。试验所用餐厨垃圾好氧堆肥由福建美天环保科技有限公司生产的微生物气化分解发酵堆肥设备制备，具体制备过程是每日将一定量的油污分离后的餐厨垃圾倒入设备处理舱，在 60℃ 条件下，70%～80% 的物料通过微生物发酵分解，设备运行 3 个月后剩余物料出舱，经筛选去除杂质后作为有机肥。餐厨厌氧沼渣堆肥采用厦门市瑞科际公司餐厨厌氧沼渣直接晾晒而来，化学肥料品种分别为尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O5 12%）和硫酸钾（K2O 50%），所有处理有机肥和磷钾肥作底肥一次性施入土壤。追施氮肥地表均匀撒施后灌水，灌水方式采用立式旋转喷灌设备。
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试验期间，共种植 4 茬蔬菜，小白菜（4 月 9 日—5 月 8 日，生长天数 30 d）—空心菜（6 月 15 日—8 月 30 日，分别于 7 月 18 日、8 月 2 日、8 月 30 日收割三茬，生长天数 78 d）—小白菜（9 月 2 日—9 月 28 日，生长天数 27 d）—小白菜（10 月 13 日—11 月 10 日，生长天数 29 d），品种分别为夏秀、福建空心菜、上海青、夏秀。小白菜播种量分别为 42、33 和 30 g/ 小区，空心菜采用周边农户秧苗插植，密度为 12 株 /m2。小白菜生育期较短，剩余氮肥收获前 10 d 一次性追肥，空心菜生育期较长，剩余氮肥于 7 月 20 日和 8 月 4 日各追施 20%。试验期间栽培管理措施按照当地的传统方式进行。试验采用喷灌，灌溉用水量以水表计量。四季蔬菜的灌溉量分别为 140.2、182.9、217.5 和 162.6 mm。
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1.3 样品采集与测定方法
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土壤含水量及无机氮含量：每季作物生育期分别在种植前、苗期、中期、中后期及收获期，采集表层 0～20 cm 土样，因试验区较小，采样频率较大，为减少取样对田间试验区的影响，每个小区采集 1 钻，装入封口袋内密封，将土样尽快带回室内，-18℃冰柜冷冻贮存；处理前过 5 mm 筛，混匀后，称取 20.000 g 左右新鲜土样于铝盒中，在 105℃下烘干 12 h，测定土壤含水量；同时称取 12.000 g 新鲜土样于 200 mL 塑料瓶中，加入 1 mol/L KCL 溶液 100 mL，180 r/min 振荡 1 h 后过滤。试验期间，分别于 6 月 19 日、7 月 19 日和 27 日收集灌溉水样，用于测定其无机氮含量。测定滤液和灌溉水样冷冻保存待用，连续流动分析仪（AA3）测定无机氮含量。
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产量：试验小区一侧为土样样品及植株样品采集区，一侧为测产区。每次收获时代表性收取 1 m2 植株，计算产量。
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植株吸氮量：每个小区选取 5～6 棵代表性植株，约 200 g，带回实验室将植株清洗后，于 105℃下杀青 30 min，在 70℃下烘干称重。干样粉碎后，过 0.5 mm 筛，在阴凉干燥处密封保存，用浓 H2SO4-H2O2 联合消煮后，凯氏定氮法测定植株全氮含量。
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土壤基础理化性状：pH 采用电位法，0.01 mol/L CaCL2 溶液浸提，液土比 5∶1 测定，有机质采用重铬酸钾—外加热法测定，Olsen-P 采用 0.05 mol/L NaHCO3 浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾采用 1 mol/L 中性 NH4OAc 浸提—火焰光度法测定，全氮采用硫酸 + 催化消解凯氏定氮法测定[14]。
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降水量数据来自试验观测点安装的自动农业气象观测站。
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1.4 计算方法
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数据处理采用 SPSS 25.0 进行统计分析，作图采用 sigmaplot 14.0。
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2 结果与分析
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2.1 不同处理蔬菜产量
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从前四季蔬菜产量（表2）来看，第一季小白菜 NPK+FWA 处理产量略高于 NPK 和 NPK+M 处理，但无显著性差异。与 NPK 和 NPK+M 处理相比， NPK+FWD 处理小白菜产量分别降低约 7.7%；第二季空心菜 NPK 和 NPK+M 处理产量相当，与二者相比，两个餐厨垃圾不同堆肥处理产量分别降低 4.9%～7.8% 和 16.8%～19.3%，但除 NPK+FWD 处理外，未达显著性差异水平。除 NPK+FWD 处理外，第三季和第四季小白菜产量与第一季产量趋势一致，NPK+FWA 处理相比 NPK 和 NPK+M 处理增产幅度变大，为 27.2%～35.4% 和 20.7%～26.4%； NPK+FWD 处理相比 NPK 和 NPK+M 处理分别增产 20.1%～36.7% 和 17.8%～20.3%。四季蔬菜总产量来看，两个传统处理总产量平均约 145.0 t/hm2，与 NPK 和 NPK+M 处理相比，NPK+FWD 处理产量相当，而 NPK+FWA 产量增加约 7.3%，未达显著差异水平。
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注：同一列字母相同表示 0.05 水平下处理间无显著性差异。下同。
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2.2 0～20 cm 土层土壤无机氮动态变化
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从 0～20 cm 土层土壤硝态氮动态变化（图 2）可以看出，供试土壤具有较高的矿化能力，未施任何氮肥 CK 处理在土壤翻耕后 10 d 左右土壤无机氮含量快速增加约 200 kg/hm2，随着作物生长对氮的吸收利用及降水量增加对硝态氮淋洗和径流损失的共同作用，CK 处理无机氮含量逐渐降低，第一茬小白菜收获至试验结束土壤无机氮含量维持在 50 kg/hm2 左右。不同作物季各施氮肥处理底肥施用后，土壤无机氮含量基本在施肥后一周左右达到最大值。其中 NPK 处理四茬作物底肥施用一周内的最高供氮水平分别达到 504.8、444.0、377.0 和 574.8 kg/hm2。与 NPK 处理相比，施用有机肥的 NPK+M、NPK+FWA 和 NPK+FWD 处理底肥施用后的土壤无机氮供应水平相对较低。但每次追肥后，NPK+FWA 与 NPK 和 NPK+M 处理土壤无机氮供应水平大致相同。结合表2 中四茬蔬菜总产量变化可以看出，NPK+FWA 处理“前低后高”的土壤无机氮供应能够更好地与作物生长氮素吸收规律相匹配，因此表现出增产优势。NPK+FWD 处理产量与 NPK 和 NPK+M 处理间无差异，表明后面两个处理较高的氮素供应水平并不能转化为产量优势，相反会造成较高的土壤无机氮损失风险。
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图2 不同处理 0～20 cm 土壤无机氮动态变化
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注：箭头表示施肥。
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2.3 试验期间 0～100 cm 土层土壤无机氮动态变化
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从试验期间 0～100 cm 土层土壤剖面无机氮动态变化（图3）来看，试验开始前表层 0～20 cm 土壤无机氮含量为 140.4 kg/hm2，20 cm 土层以下土壤剖面无机氮含量明显降低，为 14.4～33.1 kg/hm2，无深层土壤无机氮明显累积现象。第一茬白菜收获后（5 月 8 日），各施氮处理表层无机氮含量均有不同程度地增加，其中 NPK 和 NPK+M 处理残留量最高，分别为 477.0 和 510.8 kg/hm2。与 NPK 和 NPK+M 处理相比，NPK+FWA 和 NPK+FWD 处理分别降低 23.9%～39.3% 和 28.9%～43.5%。 20 cm 土层以下土壤无机氮含量随着土壤深度的增加呈逐渐降低趋势，40 cm 以下各施氮处理无机氮含量与 CK 处理间无明显差异。第二茬空心菜（8 月 17 日），由于其生育期较长、作物吸收及南方夏季多雨等原因，各处理整个剖面无机氮含量均低于 100 kg/hm2，处理间无明显差异。第三茬小白菜收获后（9 月 29 日），NPK 处理表层土壤无机氮含量最高，为 266.8 kg/hm2，与之相比，施用有机肥的 NPK+M、NPK+FWA 和 NPK+FWD 处理分别减少 30.0%、51.3% 和 41.6%。而 20 cm 土层以下各处理土壤无机氮含量维持在 100 kg/hm2 左右，与 CK 间无明显差异。第四茬小白菜收获后（11 月 14 日），各处理表层土壤无机氮含量与第一和第三茬小白菜呈相同趋势，NPK 和 NPK+M 处理最高，为 316.0 kg/hm2，与两个处理相比，NPK+ FWA 和 NPK+FWD 处理减少 22.0%～27.1%；随着土层深度的增加，各处理无机氮含量明显降低， 40 cm 土层以下各处理无机氮含量降低到 50 kg/hm2 以下，与 CK 间无明显差异。可以看出，相比传统的单施化肥氮和化肥氮配施鸡粪处理，餐厨垃圾好氧堆肥和餐厨沼渣直接堆肥替代 30% 化肥氮可较大程度地降低蔬菜收获后表层土壤无机氮含量，降低土壤无机氮的淋洗、径流和氨挥发损失风险，且未增加深层土壤剖面的无机氮残留。
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图3 不同处理 0～100 cm 土层土壤无机氮动态变化
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2.4 不同处理氮肥利用效率
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从不同蔬菜季各处理氮肥利用效率（图4）来看，小白菜的氮肥利用率明显低于空心菜。空心菜各处理的氮肥利用率变化范围为 27.6%～37.6%，但各处理间无显著性差异（P>0.05）。第一茬小白菜氮肥利用率为 11.0%～14.6%，NPK+FWA 处理虽产量略高于 NPK 和 NPK+M 处理，氮肥利用率却低于二者，各处理间无显著性差异（P>0.05）。第三茬和第四茬小白菜的氮肥利用率分别为 9.9%～16.7% 和 11.8%～16.5%，NPK+M、NPK+FWA 和 NPK+FWD 处理相比 NPK 处理，分别提高了 28.8%～29.7%、 24.8%～70.2% 和 39.8%～57.8%，但处理间仍无显著性差异。
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图4 不同蔬菜季各处理氮肥利用率
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注：小写字母不同表示各处理间差异显著（P<0.05）。
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2.5 不同处理土壤全氮含量
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试验开始时基础土样全氮含量约 1.0 g/kg （图5）。结合土壤无机氮动态可以看出，试验开始时表层土壤具有较大的矿化能力，未施氮肥 CK 也呈现明显的土壤硝态氮累积（图2），因此第一季小白菜和第二季空心菜无有机肥投入的 CK 和 NPK 处理土壤全氮含量相比基础土样明显降低（图5）。而施用传统鸡粪的 NPK+M 和餐厨垃圾好氧堆肥的 NPK+FWA 处理，有机肥施用对土壤有机氮起到一定的补充作用，土壤全氮含量相比基础土样降低幅度远小于无有机肥投入的 NPK 处理。施用沼渣直接堆肥的 NPK+FWD 处理，土壤全氮含量及其变化趋势与 NPK 处理大致相同。
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图5 不同处理 0～20 cm 土层土壤全氮含量
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2.6 不同处理氮素表观损失量
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从四茬蔬菜土壤表观氮素总损失（表3）来看，四茬蔬菜总氮（初始 0～40 cm 土层土壤 Nmin+ 化肥氮 + 有机肥氮 + 灌溉水氮 + 氮沉降）投入量高达 1710.5 kg/hm2，为作物携出氮量的 4.2～4.6 倍。较高的氮肥投入导致收获后 NPK 和 NPK+M 处理 0～40 cm 土层土壤 Nmin 含量超过 N 400 kg /hm2 。与 NPK 和 NPK+M 处理相比，NPK+FWA 处理第四茬小白菜收获后的 0～40 cm 土层土壤 Nmin 含量分别降低约 30.8% 和 29.3%。过量氮肥投入也带来了 895.8～1041.2 kg/hm2 的表观氮素损失量，各处理间无显著性差异。以上结果表明，在不考虑土壤有机氮库变化的情况下，餐厨垃圾好氧堆肥和餐厨厌氧沼渣制肥替代 30% 化肥氮还田与传统化肥氮和化肥配施鸡粪处理均具有较高的氮素损失风险。
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注：有机肥带入氮以全氮计算；氮沉降量借鉴文献报道的中国南方地区平均氮沉降量[15]，假设氮沉降量按月均分。
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3 讨论
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3.1 餐厨垃圾堆肥替代化肥的应用效果及其意义
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文献汇总分析结果表明，有机肥替代化肥的比例控制在 30%～40% 水平具有较好的土壤培肥、作物增产和固碳减排的作用[16]。本研究采用不同餐厨垃圾堆肥氮替代 30% 化肥氮进行多茬叶菜类的田间试验表明，随着种植茬数的增加，餐厨垃圾好氧堆肥和厌氧沼渣均表现出一定的产量优势，相比传统单施化肥和化肥配施鸡粪（30% 鸡粪氮替代化肥氮）增产 20.1%～36.7% 和 17.8%～26.4%。周营[17]通过盆栽试验研究发现，餐厨垃圾好氧堆肥（有机肥处理）及其有机无机复混肥（尿素、硫酸钾、过磷酸钙）与不同餐厨垃圾堆肥配方对小白菜产量、氮肥利用和品质均有一定的影响，较无机肥处理，只施用餐厨垃圾好氧堆肥的有机肥处理产量略有降低（5.6%），配方处理小白菜产量分别增加了 4.8%～23.4%。本试验初期同样发现餐厨厌氧发酵沼渣相比传统化肥和化肥配施传统鸡粪有机肥产量略有降低，随着餐厨垃圾堆肥对土壤培肥的作用，餐厨垃圾堆肥部分替代化肥处理产量有增加的趋势。而周营[17]的研究周期仅为 30 d 的小白菜，因此有关餐厨垃圾堆肥施用对蔬菜作物产量的影响需要更长的研究周期来验证。此外，也有研究结果表明，在等氮磷钾量下，与商品有机肥相比，增施餐厨垃圾堆肥产品（22.5 t/hm2）能通过增加水稻的有效穗数、实粒数、千粒重来提高水稻产量（5.1%）[11]。综上所述，餐厨垃圾堆肥部分替代化肥可以满足作物生长对氮肥的需求且有一定产量优势，具备推广和应用的潜力。餐厨垃圾堆肥还田再利用可修复被城市化阻断的氮磷投入到土壤→ 食物→废弃物→土壤的传统农业养分循环过程，有助于城市食物垃圾的可持续管理和城市化可持续发展[2，7，18]。
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3.2 餐厨垃圾堆肥对土壤氮素转化供应与作物利用的影响
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有机物料施用对增加土壤氮素固持，调节氮素供应有显著效果[19]。本研究发现两种餐厨垃圾堆肥（30%N）分别配施 70% 化学氮肥处理，在底肥施用后蔬菜生育前期表层土壤无机氮含量低于传统 100% 化肥氮肥处理，追肥后餐厨好氧堆肥配施化肥处理的表层土壤无机氮含量与蔬菜种植户当前普遍采用的单施化肥和化肥配施鸡粪有机肥的土壤无机氮供应水平相当，而餐厨厌氧沼渣堆肥配施化肥处理表层土壤无机氮供应水平略低于单施化肥处理。从餐厨垃圾好氧堆肥配施化肥处理“前低后高”的土壤无机氮供应动态（图2）来看，更加符合蔬菜作物生长对氮素吸收的需求。因此，随着试验进行，餐厨垃圾好氧堆肥处理相比传统单施化肥和化肥配施鸡粪处理具有一定的增长趋势。从总产量来看，餐厨厌氧沼渣堆肥配施化肥处理与传统单施化肥和化肥配施鸡粪处理间无显著差异，表明餐厨厌氧沼渣堆肥配施化肥也能够满足叶菜类蔬菜生长对氮素的需求。同时，传统单施化肥、化肥配施鸡粪和餐厨好氧堆肥配施化肥可能存在土壤无机氮供应水平超出蔬菜作物生长实际氮需求量的现象，存在较大的氮素损失风险。此外发现，餐厨好氧堆肥对氮素的固定作用可能与植物氮素吸收存在一定的竞争关系，导致试验初期餐厨垃圾堆肥配施化肥处理相比传统单施化肥和化肥配施传统鸡粪处理氮肥利用率有所降低。周营[17]短期的试验也发现餐厨好氧堆肥相比单施化肥处理氮肥利用率略有降低。随着种植茬数和累积用量的增加，餐厨好氧堆肥处理相比单施化肥和化肥配施传统鸡粪处理蔬菜产量和氮肥利用率有所提升。因此，有关餐厨垃圾不同堆肥对于土壤氮素养分供应与作物吸收利用的影响需要长期的试验评估。
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3.3 餐厨垃圾堆肥替代化肥的安全高效配套施用技术需求
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大量研究报道土壤 N2O 排放量与施氮量[20-21]，尤其盈余氮量（总施氮量减去作物吸氮量）呈显著正相关关系[22]。本研究中，多茬小白菜氮肥利用率仅有不到 20.0%。过量的氮肥投入，加之南方地区高温及频繁的喷灌方式，可能会促进大量土壤 N2O 的排放。本试验临近地块 149 d 的空心菜田间试验结果表明，施用尿素和商品复合肥处理的 N2O 排放因子高达 9%～13%[23]。也有文献汇总分析结果表明，我国半湿润-半干旱地区的露地菜田 0～1 m 土壤 NO3--N 累积量达 297 kg/hm2[24]。本研究发现在夏季多雨季来临前，单施化肥和化肥配施传统鸡粪处理表层土壤无机氮残留量高达近 500 kg/hm2，与两者相比，两种餐厨垃圾堆肥部分替代化肥处理表层土壤无机氮含量分别降低了 23.9%～39.3% 和 28.9%～43.5%，但表层土壤硝态氮残留量仍处于较高水平。过高的土壤无机氮残留在频繁灌溉和较大降水条件下，易发生淋洗损失，降低氮肥利用率[24]。试验期间，5 月下旬的一次较大降水（约 60 mm）（图1）导致土壤表层土壤无机氮含量急剧下降（图2）。夏季降水较多，甚至出现了一天高达 120 mm 的强降雨，试验期间出现多次降雨后的地表径流，可能导致大量土壤无机氮的淋洗和径流损失，故第二季蔬菜收获后 0～100 cm 土层土壤无机氮含量处于相对较低水平，各施肥处理与无氮对照处理无明显差异。此外，我国东南沿海地区属于海洋性季风气候，年平均气温高，有风天气较多且风力较大，地表撒施后喷灌的氮肥追施方式可能会在很大程度上促进该地区施肥后的 NH3 挥发损失[25]。大量土壤无机氮的残留、淋洗、径流和潜在的 NH3 挥发损失，导致试验所在地区小白菜季和空心菜季氮肥施用量居高不下，当季氮肥利用效率分别仅有 9.9%～16.7% 和 27.6%～37.6%。显著低于我国普遍的高氮肥投入下 40% 的作物吸收利用比例[26]。综上所述，餐厨垃圾堆肥还田利用仍具有较大的土壤硝态氮淋洗和氨挥发等损失风险，应采取优化减量施肥、添加脲酶抑制剂、缓控施肥等配套措施来实现餐厨垃圾堆肥的安全高效利用。
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3.4 餐厨垃圾堆肥替代化肥的未来研究需求
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如前所述，不同有机肥料投入会对土壤氮素固持和调节供应起到一定的作用[27]。土壤氮转化也与 N2O 产生和排放密切相关[27]。因此有机无机肥配施也会影响土壤 N2O 产生过程及排放通量[28]。餐厨堆肥中有机质含量较高，土壤活性有机碳的增加可以为微生物提供充足的碳源[29]，再耦合大量化肥施用土壤无机氮含量处于较高水平，会促进土壤 N2O 和 CH4 等温室气体的排放，这对农田土壤固碳减排起到一定的抵消作用[30-31]。而具有较高碳氮比水平的不同餐厨垃圾堆肥还田是如何影响土壤氮素转化过程与 N2O 产生和排放还缺少系统的科学认识。此外，未来气候变化背景下，南方多雨地区极端降水事件发生概率大增。新的研究表明，较高土壤含水量、土壤总碳 / 氮量会促进土壤硝态氮异化还原为铵过程的发生，进而减少反硝化过程 N2O 排放[32]，但土壤铵增加也可能促进 NH3 挥发。有关餐厨垃圾堆肥还田对土壤 N2O 产生过程及其对 N2O 总产生量的贡献率和 NH3 协同减排是值得深入研究和解决的问题。此外，餐厨垃圾堆肥原料中较高的含盐量可能会造成土壤盐分累积，引起土壤盐碱化发生，进而对作物生长产生抑制作用[33]。而充足的降水也可能会有效稀释餐厨堆肥中的油盐，减少对作物生长的不利影响[13]。油盐随着雨水的冲洗会进入地表或地下水中带来次生污染的风险[34]。因此，未来的研究中需进一步加强餐厨垃圾堆肥还田应用对土壤盐分累积及其作物生长和地下水的综合影响。在国家双碳战略和农业绿色低碳循环发展多重背景下，理解餐厨垃圾堆肥还田对土壤固碳与温室气体排放、硝酸盐淋洗和地表径流损失对水体的活性氮污染风险、餐厨垃圾带入盐分对地下水和地表水的次生污染风险，及探索餐厨垃圾堆肥还田对 N2O 和 NH3 挥发的综合影响与协同减排措施，可为餐厨垃圾堆肥安全高效利用和针对性减排措施的制定提供科学依据。
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4 结论
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快速城市化中食物消费后的食物垃圾产生量快速增长，国家垃圾分类政策和餐厨垃圾资源化利用及无害化处理项目的大力推进，为餐厨垃圾堆肥资源化还田利用修复氮磷等投入到土壤→食物→ 废弃物→土壤的传统农业养分循环过程提供了良好机遇。本研究初步证实了在等氮量前提下，餐厨垃圾好氧堆肥氮和餐厨厌氧沼渣氮替代 30% 化肥氮具有比传统的单施化肥和化肥配施鸡粪（30% 化肥氮 +70% 鸡粪氮）更加协调的表层土壤无机氮供应与作物吸收利用，且随着种植茬数与餐厨垃圾堆肥施用量的叠加效应，第三茬和第四茬蔬菜，与两个传统的单施化肥和化肥配施鸡粪处理相比， 30% 餐厨好氧堆肥氮配施 70% 化肥氮处理分别增产 27.2%～35.4% 和 20.7%～26.4%；30% 餐厨厌氧沼渣氮配施 70% 化肥氮处理分别增产 20.1%～36.7% 和 17.8%～20.3%。且餐厨垃圾堆肥部分替代化肥能够明显降低收获后表层土壤无机氮残留，降低了氮素损失风险，且深层土壤未见明显的无机氮累积。然而，在不考虑土壤有机氮库变化的情况下，传统单施化肥、化肥配施鸡粪、餐厨好氧堆肥配施化肥和餐厨厌氧沼渣制肥配施化肥处理四茬蔬菜总表观氮素损失量高达 895.8～1041.2 kg/hm2，其主要原因是氮肥投入量是蔬菜作物氮素吸收量的 4.2～4.6 倍。过量的氮肥投入及较高的表观氮损失导致试验期间小白菜和空心菜的当季氮肥利用率仅有 9.9%～16.7% 和 27.6%～37.6%。综上分析，2 种餐厨垃圾堆肥具有部分替代化肥和替代以鸡粪为代表的传统有机肥的潜力，能够通过协调土壤氮素供应与作物吸收来促进南方地区蔬菜作物增产，但今后需加强餐厨垃圾堆肥还田利用配套措施的研究与探讨，以降低土壤表观氮素损失及提高氮肥利用率。
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摘要
为探讨餐厨垃圾堆肥对南方城郊菜田土壤氮素供应水平、叶菜类蔬菜产量及土壤残留和氮肥利用率的影响。以不施氮肥为对照（CK），在等氮量条件下，设置了传统化肥（NPK）、传统化肥 + 鸡粪（NPK+M）、餐厨好氧堆肥 + 化肥（NPK+FWA）、餐厨厌氧沼渣 + 化肥（NPK+FWD）4 个处理，测定叶菜类蔬菜整个生育周期的土壤无机氮动态、产量、收获后剖面土壤氮素残留及表观氮素损失的变化。多茬试验结果表明：底肥施用后一周左右，NPK 处理整体土壤无机氮供应水平高于 NPK+M、NPK+FWA 和 NPK+FWD 处理；追施氮肥后 NPK+FWA 处理土壤无机氮供应水平处于 NPK 和 NPK+M 两个处理之间，而 NPK+FWD 处理土壤无机氮略低于 NPK 和 NPK+M 处理；从总产量来看，NPK、NPK+M、NPK+FWA 和 NPK+FWD 处理间无显著差异；而随着试验进行，与 NPK+ FWA 和 NPK+FWD 处理相比，NPK 和 NPK+M 处理产量明显增产 20.1% ～ 36.7% 和 17.8% ～ 26.4%。从剖面土壤无机氮含量来看，餐厨垃圾堆肥部分替代化肥处理相比传统单施化肥和化肥配施鸡粪处理能够明显降低收获后表层土壤无机氮残留；从前四茬蔬菜总表观氮素损失来看，较高的氮肥投入带来了 895.8 ～ 1041.2 kg/hm2 的表观氮素损失量，各处理间无显著性差异；较高的氮肥投入及表观氮素损失导致小白菜季和空心菜季各处理当季氮肥利用效率分别仅有 9.9% ～ 16.7% 和 27.6% ～ 37.6%。综上分析，在等氮量条件下，相比传统单施化肥和传统化肥配施鸡粪，餐厨垃圾堆肥氮替代 30% 化肥氮具有更好地协调土壤氮素供应和蔬菜作物吸收的作用，随着试验进行，餐厨垃圾堆肥部分替代化肥处理表现出增产趋势。但南方多雨地区餐厨垃圾堆肥还田具有较大的氮素损失风险，当季氮肥利用率偏低，今后需加强餐厨垃圾堆肥还田对土壤氮素综合损失的影响机制研究，并探索针对性的减排措施，为餐厨垃圾堆肥安全高效利用提供科学指导。
Abstract
The aims were to investigate the effects of kitchen waste compost on soil nitrogen（N）supply level，the yield of leaf vegetable，residual N in soil profile and N use efficiency（NUE）in peri-urban vegetable field．Treatment without N-fertilizer was used as control（CK）．Under the condition of equal N，four treatments including the conventional chemical fertilizer（NPK），the conventional chemical fertilizer with Chicken manure（NPK+M），aerobic kitchen waste compost with chemical fertilizer（NPK+FWA），and kitchen waste biogas residue with chemical fertilizer（NPK+FWD）were set up．The soil inorganic N dynamics in the whole leaf-vegetable season，the yield of vegetable，soil N residual in the profile and the apparent N losses were determined．The results of several vegetable seasons showed that：the overall soil inorganic N supply level of treatment NPK was higher than that of treatments NPK+M，NPK+FWA and NPK+FWD about a week after application of basal N fertilizer；After N topdressing，the soil inorganic nitrogen supply level of NPK+FWA was between NPK and NPK+M，while the soil inorganic nitrogen supply level of NPK+FWD was slightly lower than that of NPK and NPK+M．The four seasons total vegetable yields showed no significant difference among the NPK，NPK+M，NPK+FWA and NPK+FWD treatments．Nevertheless，with the experiment going on，NPK+FWA and NPK+FWD treatments obviously increased yield by 20.1% ～ 36.7% and 17.8% ～ 26.4%，respectively，in comparison to NPK and NPK+M treatments． In terms of the soil profile inorganic N，the partial replacement of chemical fertilizer by food waste composts significantly reduced the residual inorganic N in the surface soil after harvest compared with the traditional single application of chemical fertilizer and chemical fertilizer combined with chicken manure．The higher N input result in 895.8 ～ 1041.2 kg/hm2 apparent N loss in four vegetable seasons，and there was no significant difference among different treatments． The NUE of Pakchoi and Swamp cabbages in different treatments were only 9.9% ～ 16.7% and 27.6% ～ 37.6%， respectively，under the integrated effect of high N input and large apparent N loss．Based on the above analysis，under the equal amount of N，food waste compost N replacing 30% chemical N fertilizer has better role on coordinating soil inorganic N supply and vegetable N absorb，compared with the traditional single chemical fertilizer and chemical fertilizer with chicken manure，hence，food waste composts partly replace chemical fertilizer treatment showed an increasing trend with the experiment going on．Nevertheless，returning food waste composts to the field in rainy areas of southern China has a great risk of N loss and low NUE．Therefore，it is necessary to strengthen the study on the impact mechanism of returning food waste compost to the field on the integrated soil N loss and explore targeted emission reduction measures in future studies，so as to provide scientific guidance for safe and efficient utilization of food waste composts.
Keywords
food waste ； compost ； peri-urban vegetable field ； nitrogen utilization ； apparent N loss