我国蔬菜产量多年来稳居世界第一，随之产生的蔬菜废弃物也高居世界第一^[1]。蔬菜废弃物为高含水量（84.8%～92.6%）、高有机质 （55.0%～65.0%）、高养分（全氮、全磷、全钾之和为 5.0%～9.0%）、低碳氮比（C/N 为 11.6～23.3）、弱酸性（4.8～6.2）的有机废弃物^[2-3]，其自然禀赋特征决定了蔬菜废弃物可以多元化利用。目前，蔬菜废弃物处理和利用的主要途径有肥料化（沤肥、堆肥、直接还田）、能源化（厌氧发酵）和饲料化（蛋白质饲料）等^[4-5]，但综合考虑生产成本、处理方法、效益及对环境的影响等，好氧堆肥是一种利用最广的途径。

好氧堆肥本质上是生物氧化的过程，分解者 （主要是微生物）通过自身的代谢活动，将作为底物的有机废弃物分解，形成稳定的腐殖质，释放出热量杀灭病原菌并干燥湿基质，最终形成无害的、稳定的肥料^[6]。蔬菜废弃物好氧堆肥时，为了满足微生物生存的条件，需要对原料进行调节，一般将高水分、低 C/N 的富氮物料（如蔬菜弃物）与低水分、高 C/N 的富碳物料（如秸秆）混合，使水分控制在 50%～60%，C/N 控制在 20～40^[7]。由于微生物对水分更敏感，一般先调节水分，再调节 C/N。对于高湿物料（含水量大于 90%）往往进行脱水处理，如自然晾干、烘干、挤压脱水等^[8-9]。但这些方法各有各的不足，自然晾干需要场地大且受天气影响大；烘干能耗大；挤压脱水不仅能耗高且养分损失大，而且挤压出来的汁液需要二次处理。直接加低含水量的辅料也可以降低含水量，但将含水量调至 50%～60% 时，辅料添加量必定较多。本研究的试验一以叶菜类蔬菜废弃物为例，探索将高湿物料含水量调节至多少时会出现辅料过量，从而出现辅料变成主料的现象。

尽管发酵物料最优水分为 50%～60%，但高湿物料仍能进行发酵。Chen 等^[10]发现紫云英（含水量大于 80%）单独堆肥或与秸秆进行堆肥均能在 24 d 内完成堆肥过程，其有机质、养分含量、种子发芽指数均高于国家有机肥标准。罗佳等^[11]利用水葫芦（含水量 85.2%）与猪粪堆肥也取得较好的效果。叶菜类废弃物含水量最高，但半纤维素含量也最高，木质素含量最低，属于易降解原料^[12]。因此，为建立适宜于叶类蔬菜废弃物的快速好氧堆肥工艺，本研究的试验二探索在不脱水的情况下，包菜废弃物能否直接堆肥或在添加少量辅料的情况下堆肥。此外，包菜类等叶菜废弃物叶子长度和宽度均较大，若粉碎将耗费大量人力、物力。因此，本试验也探索不同细碎程度对叶菜类废弃物堆肥效果的影响，以期减少前处理工作量，降低蔬菜废弃物堆肥成本。

1 材料与方法

1.1 供试材料

包菜废弃物来自武汉白沙洲农副产品大市场，水稻（<0.5 cm）秸秆粉来自孝感光美科技有限公司，供试材料基本理化性质见表1。

1.2 试验设计与数据收集

1.2.1 调节包菜废弃物含水量对堆肥物料初始状态的影响

试验一：设 6 个处理，分别为纯包菜废弃物 （含水量 91.8%）和含水量 70%、65%、60%、55%、 50% 的混合物料。根据包菜废弃物含水量和水稻秸秆粉含水量，计算出各处理包菜废弃物和水稻秸秆粉的重量比（干重）分别为 1∶0、1∶4.00、1∶5.29、 1∶6.94、1∶8.82、1∶11.17。试验前将包菜废弃物切成小于 5 cm 的碎块，为方便拍照，将水稻秸秆粉和包菜废弃物混合后放置在 20 cm×20 cm 的盘子中。根据混合物料颜色和状态判断随着混合物料含水量降低辅料是否变成主料，混合物料后的 C/N 根据原料基本性质来计算。考虑到试验中不存在碳氮损失情况，因此，试验不设重复。

1.2.2 添加秸秆和包菜废弃物细碎程度对堆肥效果的影响

试验二：试验 1 探究了水稻秸秆粉添加比例对混合物料初始状态及其 C/N 的影响，试验假设高湿物料添加辅料过多时将会出现辅料变成主料的现象。在此基础上进一步设置试验，探索包菜废弃物在添加少量辅料情况下能否堆肥，以及包菜废弃物的粉碎程度对堆肥发酵过程及产品品质的影响。试验设置 4 个处理，分别为（1）对照，包菜废弃物不粉碎（叶子长度 >15 cm）、不加水稻秸秆粉，含水量 91.8%，C/N 为 11.1；（2）不粉碎，包菜废弃物不粉碎；（3）粗粉碎，包菜废弃物叶子切成 5～10 cm；（4）细粉碎，包菜废弃物叶子长度 <5 cm。不粉碎、粗粉碎、细粉碎处理均添加 5%（w/w）水稻秸秆粉，物料含水量均为 87.4%，C/N 均为 13.9。每个处理设置 3 个重复。采用白色塑料桶进行试验，桶高 70 cm，口径 54 cm，在桶体中部及底部打孔，增加空气流通，同时让渗滤液从桶底部流出。试验从 2021 年 9 月 25 日开始，10 月 13 日结束，共 18 d。将 9 月 25 日定为第 0 d，在第 2、6、9 d 人工翻堆通气。

采样：试验之前取基础样，测定含水量、有机碳及全氮。试验结束时（第 18 d）在发酵核心区取样，测定堆肥 pH、有机质、全氮、全磷、全钾、种子发芽指数和电导率。采用 5 点混合取样，在堆肥核心区对角线 4 个点及中心点取样。混匀后按四分法将样品缩减至约 200 g，一部分风干后测定 pH、有机质、全氮、全磷、全钾和电导率；一部分保存在 4℃冰箱，测定含水量和种子发芽指数。

测定方法：堆体温度采用温度计手动测定，每天 9：00、16：00 测定堆体表层下约 30 cm 处的温度，取其平均数为当日温度，同时记录室温。pH、有机质、全氮、全磷、全钾及种子发芽指数测定方法参照《有机肥料》（NY 525—2021）标准，其中 pH 值采用 pH 计法；有机质采用重铬酸钾容量法测定；全氮、全磷、全钾均采用 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮提取，测定时全氮采用凯氏定氮仪测定、全磷采用钒钼黄比色法测定、全钾采用火焰光度计测定；种子发芽指数测定采用黄瓜种子，固液比为 1∶10；电导率采用电导率仪法（NY/T2118—2012）测定。

1.3 数据分析

采用单因素方差分析法分析各处理最高温度、到达高温期所需天数、高温期持续天数、pH、有机质、全氮、全磷、全钾及总养分（全氮、全磷、全钾之和）、种子发芽指数及电导率之间的差异；采用双因素方差分析法分析各处理堆肥堆体平均温度差异。作图采用 Origin 2021，统计分析采用 SPSS 26.0，显著水平采用 0.05。

2 结果与分析

2.1 不同含水量条件下高湿包菜废弃物物料状态及碳氮比

图1a 显示，当混合物料含水量逐渐降低时，物料颜色逐步从以包菜废弃物为主的绿色过渡到以水稻秸秆粉为主的黄褐色。当含水量为 70% 时，所呈现的状态就以水稻秸秆粉为主，当物料含水量达到较优的 60% 时，基本上就只看到水稻秸秆粉而较难看到包菜废弃物了。此外，随着含水量逐步降低，C/N 逐渐升高（图1b），当含水量在最优状态时（50%～60%），C/N 为 40.0～46.8，超过最优的 20～40。因此，添加辅料调节高湿物料状态时，很难同时将含水量和 C/N 调到最优。基于此，许多研究者在高湿物料堆肥时，往往提前将物料脱水。如水葫芦堆肥时，往往将水葫芦脱水或晾晒，使水分降至 65%～70%^[13]。

2.2 添加秸秆和包菜废弃物细碎程度对堆肥效果的影响

2.2.1 添加秸秆和包菜废弃物细碎程度对堆肥温度的影响

温度是堆肥发酵最直接、最敏感的指标^[7]。图2 显示，各处理中堆体温度呈现出典型的升温期（<45℃）、高温期（>45℃）和降温期 / 成熟期 （<45℃）^[14]。与对照相比，不粉碎处理能使堆体快速升温（图2，表2），且最高温度、平均温度和高温持续天数显著高于对照（表2），这表明添加秸秆加速了堆肥进程。原因在于添加秸秆优化了 C/ N，同时提高了堆肥孔隙度，增加了氧气，避免了包菜废弃物逐渐分解后物料过细遇水呈“面糊”状的现象（图3）。Chen 等^[10]利用紫云英做堆肥时得到了类似的结果。

注：同一列中不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。下同。

堆肥温度取决于有机物分解产生的热量和堆体散热之间的平衡^[7]。在保持较好的供氧情况下，物料比表面积越大，分解越快、产热越多，同时因物料孔隙度较小，散热也慢。不粉碎处理最高温度显著高于粗粉碎处理，粗粉碎处理又显著高于细粉碎处理 （表2），这是因为在堆肥早期，堆体孔隙度较大，氧气供应充足。但在堆肥中期和后期，由于细粉碎处理比表面积较大，堆体高温期持续时间长，反而导致整个堆肥期平均温度显著高于不粉碎和粗粉碎处理 （表2），这结果与徐瑨等^[15]、田智辉等^[16]研究结果相同。粗粉碎处理和不粉碎处理平均温度、到达高温期所需天数、高温期持续天数差异不显著，这可能是因为两处理中孔隙度均较大、试验堆体偏小，堆体散热较快从而掩盖了处理之间的差异。

注：（a）对照、（b）不粉碎、（c）粗粉碎、（d）细粉碎。

2.2.2 添加秸秆和包菜废弃物细碎程度对堆肥 pH、有机质及养分的影响

表3 显示，对照及 3 个处理堆肥 pH 为 6.6～8.5，有机质含量大于 45%、总养分大于 5%，均达到《有机肥料》标准（NY/T525—2021）和《畜禽粪便堆肥技术规范》（NY/T3442—2019），表明包菜废弃物直接堆肥及添加秸秆堆肥均能做成商品有机肥。

堆肥中微生物在降解有机物时会产生有机酸，在堆肥初期累计导致 pH 下降，从而有利于真菌生长及纤维素和木质素降解，随着有机酸进一步被降解，含氮物质（氨基酸、肽、蛋白质）逐步分解， pH 逐渐升高^[17]。本研究中，不粉碎处理 pH 显著高于对照，较对照提高 15.2%，主要是因为添加秸秆提高了物料 C/N，加速了含氮物质的降解。Chen 等^[10] 得到了类似的结果。粗粉碎、细粉碎处理的 pH 显著高于不粉碎处理，表明粉碎有助于含氮物质的降解。粗粉碎和细粉碎处理之间差异不显著，也许是因为在达到一定粉碎程度后，含氮物质降解速度将不再增加。实际上，尽管差异不显著，细粉碎处理中 pH 仍高于粗粉碎处理，表明细粉碎仍促进了含氮物质的降解。

堆肥中有机质的量取决于有机质分解和合成的情况^[6]。不粉碎处理中有机质含量显著高于对照（表3），较对照提高 23.8%，这是因为秸秆中有机质含量高于包菜废弃物，且秸秆较包菜废弃物难分解。Chen 等^[10] 得到类似结果。粗粉碎、细粉碎处理有机质含量显著高于不粉碎处理，表明粉碎有助于腐殖质的形成。粗粉碎和细粉碎之间差异不显著，表明并不是粉碎程度越高越能促进有机质的形成。有机质的降解和腐殖质的合成受温度、氧气、物料比表面积等多种因素控制，只有在一定的条件下，有机质的降解和腐殖质的合成才与粉碎程度成正比^[7]。

与有机质类似，堆肥氮素也是氮素固定和氮素释放平衡的结果，在堆肥过程中氮素的损失往往高于氮素的固定^[18]。不粉碎处理全氮显著低于对照（低 40.0%），这主要是因为包菜废弃物 C/N 较低 （表1），添加秸秆提高 C/N 促进了物料的降解，从而增加了氮素损失，降低了堆肥全氮的含量 （表3），此结果与 Chen 等^[10]结果类似。添加秸秆后堆体 pH 升高（表3），也促进了氨气排放，导致促进氮素损失增加。粗粉碎、细粉碎处理全氮显著低于不粉碎处理，表明粉碎增加了氮素损失，但粗粉碎与细粉碎处理之间差异不显著，表明并不是粉碎程度越高氮素损失越大（表3），因为氮素损失同样受 C/N、pH、通风、温度、湿度等多种因素控制^[7]。

堆肥中磷素和钾素存在形态转化，但不会挥发，相对碳、氮更加稳定^[19]。本试验中，不粉碎处理全磷、全钾的含量显著低于对照（表3），较对照分别降低了 34.4% 和 37.2%，可能是因为秸秆加速了包菜废弃物的降解，导致部分磷素、钾素转化成可溶性态随浸出液排出堆体^[20]。包菜废弃物粉碎程度对堆肥中的全磷、全钾没有显著影响，也许是因为可溶性磷、钾素含量较低。由于添加秸秆显著降低了氮、磷、钾养分的损失，因此，粗粉碎总养分显著低于对照，较对照降低 47.7%。粉碎程度对堆肥总养分没有显著影响。

2.2.3 添加秸秆和包菜废弃物细碎程度对堆肥种子发芽指数和电导率的影响

种子发芽指数指示了堆肥对植物的有害性，当大于 85% 时完全无毒^[21]，我国《有机肥料》标准 （NY/T525—2021） 要求种子发芽指数指数大于 70%。本试验中，除对照略低于 70% 以外，其余处理均超过 70%（表4），表明包菜废弃物堆肥是安全的。不粉碎处理种子发芽指数显著高于对照（表4），表明添加秸秆促进了包菜废弃物堆肥的腐熟。粉碎程度对种子发芽指数没有显著影响。陈云峰等^[22] 将包菜废弃物晾晒切碎至 5 cm 以下，再与秸秆粉堆肥，种子发芽指数在 100% 以上，这表明包菜废弃物不脱水直接堆肥的腐熟度低于脱水后的包菜废弃物堆肥。

电导率反映了堆肥中有机酸盐和无机盐等可溶性盐的含量，当堆肥电导率大于 9 mS/cm 时，将抑制种子发芽^[23]。本试验中，粉碎程度对堆肥电导率没有显著影响，但其处理显著低于对照（表4），可能是因为秸秆较包菜废弃物更难分解，从而降低了有机酸盐的含量。

3 结论

（1）高含水量的包菜废弃物在不脱水情况下，添加辅料难以同时将堆肥物料水分和 C/N 调至最优状态，添加少量秸秆（5%）显著促进了堆肥进程，因此，高湿蔬菜废弃物堆肥时添加少量辅料即可。

（2）包菜废弃物不同细碎程度对堆肥养分、种子发芽指数、电导率并没有显著影响，因此，为节约成本，建议包菜废弃物好氧堆肥时不粉碎。

参考文献