我国蔬菜废弃物资源化利用技术分析及展望

蔬菜废弃物是指蔬菜生产、采收、储藏、销售、加工过程中废弃的无商业价值的根、茎、叶、腐烂的果实和尾菜。 2008年至2018年，我国蔬菜年产量呈逐年增长趋势（）。据估计，废弃物量占蔬菜总量的30%[]。 2018年，我国蔬菜废弃物总量高达2.45亿吨。由于蔬菜废弃物具有水分高、易腐烂、经济价值低等特点，常被当作垃圾堆积在田边或路边。在堆积和腐烂过程中，会滋生蚊蝇，传播细菌，产生的渗出液会随雨水流入水体，造成污染。

图1 2008年至2018年我国蔬菜年产量变化 2008年至2018年中国年总产量

近年来，蔬菜废弃物堆积造成的环境问题日益突出。我国科技工作者针对蔬菜废弃物无害化处理和资源化开展了一系列工作。陈林等[]根据废弃物厌氧发酵易酸化的特点，选择CH4/CO2作为发酵系统酸化不稳定的预警指标。杨帆等[]以新鲜番茄苗为原料，证明蚯蚓辅助堆肥系统可以减少堆肥过程中的氮素损失和温室气体排放。但不同蔬菜废弃物资源化利用模式的运行体系报道有待进一步梳理。。同时，随着时间的推移，新的蔬菜废弃物利用方法不断被报道，有必要重新评估不同资源利用模式的特点和限制因素。

因此，本文结合国内外研究报道，对蔬菜废弃物的来源和特点进行了全面分析，并对蔬菜废弃物的好氧堆肥、“菜-饲料-肥”种植养殖相结合、“菜-饲料-肥”种植养殖结合等方面进行了综述。探讨了还田还田、“菜-沼-肥”能源利用、“菜-菌-肥”综合利用等多种资源利用模式的技术特点和适用性。探讨了我国蔬菜废弃物资源化利用的瓶颈问题。及发展方向，为蔬菜废弃物资源化利用提供参考。

1 蔬菜废弃物的来源及特征

蔬菜废弃物产生地主要集中在蔬菜生产区、蔬菜配送中心和蔬菜加工厂。蔬菜产区废弃物主要产生于修剪、病虫害防治和收获过程中。以辣椒为例，辣椒坐果和采收阶段无食用价值的叶、茎干物质占总干物质的42%～60%。蔬菜配送中心的废弃物主要是批发或农贸市场中运输困难、质量差、滞销、腐烂的蔬菜。以日均蔬菜交易量500吨的聊城市永安农产品批发市场为例，测算蔬菜加工、包装、运输消费阶段的损失率分别为2%和8%[]日产生蔬菜垃圾10~50t。蔬菜加工厂的废弃物主要产生于蔬菜进入市场前的加工、餐饮业以及家庭消费前的加工过程中产生的废物，如家庭蔬菜储存过程中造成的蔬菜外观变质、腐败变质等。

与其他有机废弃物相比，蔬菜废弃物具有水分高、储存期短、难运输、易腐烂等特点，北方地区生产高峰期多在高温季节。腐烂的蔬菜废弃物为病害微生物的繁殖和传播提供了条件。同时，蔬菜废弃物营养成分（可消化蛋白质、纤维素、半纤维素、矿物质等）含量较高，具有较高的资源化利用潜力。以聊城市为例，2016年该市蔬菜总产量突破1702万吨。按1吨蔬菜废弃物发电237千瓦时计算[]。聊城市每年产生的蔬菜垃圾可发电7.11×109千瓦时，相当于120万吨普通标准煤。因此，蔬菜废弃物不仅是环境污染的重要来源，也是巨大的可再生资源。

2 不同蔬菜废弃物资源化利用模式

蔬菜废弃物不适合长途运输、经济价值低、易腐烂。地下填埋或地面自然消化是目前最主要的处理方法。填埋法虽然操作简单、省时省力，但仅解决了蔬菜废弃物带来的表面环境问题。长此以往，会造成地下水、土壤和空气污染等问题，同时还会产生大量生物质。浪费资源。

2.1 蔬菜废弃物好氧堆肥模型

好氧堆肥处理模式是微生物在有氧条件下降解蔬菜废弃物，将大分子物质转化为易于生物降解的小分子物质的过程。所得肥料可用于农业生产，实现肥料的充分利用（）。杨艳等[]证明磷酸钙可以减少生菜废弃物堆肥过程中的氮素损失，促进分解。蔬菜废弃物堆肥产品施用于农田可以改善土壤理化性质，促进作物生长，提高作物品质。孔涛等[]证明，白菜废弃物堆肥可以促进大白菜产量，提高可溶性糖和可溶性蛋白质的含量。李健等人的研究成果。 []表明蔬菜废弃物堆肥显着降低了土壤pH值，增加了土壤有机质和碱解氮含量。北京农业机械实验鉴定推广站结合蔬菜废弃物和畜禽粪便好氧堆肥。已在北京市顺义区、房山区、怀柔区等蔬菜产区推广应用，效果良好[]。

图2 蔬菜废弃物好氧堆肥处理模式示意图2

好氧堆肥虽然可以将蔬菜废弃物中的有机物转化为腐殖质，处理步骤简单，适合各种蔬菜废弃物的资源化利用，但蔬菜废弃物的含水量较高，堆肥过程中需要添加膨胀填料。水分含量增加了堆肥的成本[]。此外，好氧发酵过程中的菌种鉴定、堆肥技术及机理研究尚不完善。细化好氧堆肥工艺关键影响因素参数值，开展配套设备研发，实现堆肥过程和堆肥效果的控制。质量预测是蔬菜废弃物好氧堆肥及其推广应用面临的重要问题。

2.2“菜-喂-肥”一体化种养模式

“菜-饲料-肥”一体化种植养殖模式是指将蔬菜废弃物转化为肉、奶等产品，为牲畜提供粗饲料，实现增值；将牲畜排出的粪便发酵堆肥还田，实现种植业和养殖业的有机结合（）。张吉等人以高山小白菜废弃物为原料，添加麸皮进行固体混合菌共发酵，研制出优质蛋白饲料。 Das等人利用废弃的胡萝卜、西葫芦苗、番茄秸秆等配制饲料喂给公牛。他们发现，公牛的消化率、生长性能和健康状况与饲喂普通饲料的公牛没有显着差异。兰州农业科技研究推广中心利用青贮饲料技术，将菜花废弃物制成青贮饲料喂奶牛。在兰州市榆中县定远镇的应用示范取得了良好的效果[]。

图3 废弃物的“废弃物--”模式

“蔬菜-饲料-肥料”种植养殖组合模式可以实现蔬菜废弃物的高值化和资源化，但用作饲料的蔬菜废弃物要求清洁度高，不得含有有害物质。实际生产中，菜农倾倒的垃圾大多混有塑料挂绳、农药包装袋等杂物。此外，用携带病虫害的粪便直接饲喂畜禽可能危害动物健康，限制了“菜-饲料-肥”一体化种养模式的应用和推广。

2.3“菜-虫-饲料-肥”一体化种植养殖模式

针对“菜-饲-肥”一体化种植养殖模式的局限性，“菜-饲-施肥”一体化种植养殖模式利用蔬菜废弃物作为食腐生物（蚯蚓、黄粉虫、粪甲虫、黑水兵）苍蝇）。和蝇蛆等）食物来源，转化为畜禽养殖的高蛋白饲料；畜禽粪便等堆肥后用于农业生产（）。以蚯蚓为例，50条蚯蚓可在4周内将6.5公斤蔬菜废弃物转化为腐殖质，生物降解率为75.0%[]。蚯蚓粪是蚯蚓消化蔬菜废物产生的均匀颗粒，可以增加土壤肥力并改善土壤结构。此外，蚯蚓堆肥中的细菌、真菌等微生物可以产生赤霉素、细胞分裂素等，促进作物生长。

图4 废物的“废物---”模式，用作废物

我国自20世纪70年代起就开始利用食碎屑生物来处理有机废物。其中，北京市海淀区上庄乡蚯蚓废弃物处理项目取得了一定成效，为利用蚯蚓处理各类蔬菜废弃物以及蚯蚓产品的综合利用提供了机遇。基础。但总体来说，利用蚯蚓等食腐生物处理蔬菜废弃物在我国还不太普及。此外，食腐生物处理蔬菜废弃物并不能完全消除病原菌、重金属等有害物质，而只是降低其功效或被吸收积累在体内。利用食腐生物处理蔬菜废弃物及其产品的效果该漏洞的安全性有待进一步验证。

2.4“菜-炭-肥”还田及土壤改良模式

“菜-炭-肥”还田及土壤改良模式，在限氧或厌氧条件下，通过热裂解技术将蔬菜废弃物转化为生物质炭，应用于农业生产，实现蔬菜废弃物的充分资源化利用。模型（）。以辣椒秸秆为例，根据热裂解温度（300~650℃）的变化，生物质成炭率可达23.8%~44.6%。生物炭碳含量高且稳定，可显着减少土壤中CO2、CH4等温室气体的排放。它是应对全球气候变化增汇减排的有效手段。生物炭可直接还田或制备成碳基肥料施入农田，可提高土壤肥力，实现作物高产优质[-]。因此，将蔬菜废弃物制备成生物炭，不仅实现了资源化利用，还减少了温室气体排放，是蔬菜废弃物利用的新途径。

图5 废弃物的“废弃物--”模式

寿光市华源秸秆利用有限公司采用高温炭化技术，将茄子、辣椒、西红柿等蔬菜废弃物转化为生物质炭。 2015年处理总量达到2万吨，有效解决了秸秆废弃物无害化处理问题[ ]。然而，利用蔬菜废弃物制备生物质炭，要求原料木质化程度高，水分含量低于10%[]。新鲜蔬菜秸秆含水量在50%~60%之间，采用燃煤加热方式进行干燥。烘干成本高，传统烘干占地大，且蔬菜生产季节性强，废弃物易腐烂，在蔬菜生产旺季很难找到足够的闲置土地进行加工。

2.5 “蔬菜-沼气-肥料”能源生态模式

“蔬菜-沼肥”能源生态模式利用蔬菜废弃物通过厌氧发酵生产沼气能源，同时将产生的沼渣、沼液用于农业生产（）。它具有高效率和清洁能源潜力。回收的优点。蔬菜废弃物营养丰富，水分含量高，总固体含量低（10%左右），无需添加氮源即可通过厌氧发酵生产沼气[]。刘荣厚等人以废弃的白菜叶为发酵原料，采用自行设计的小型沼气发酵装置，证明蔬菜废弃物产生的沼气中甲烷含量最高达到42.81%。 2018年，云南省嵩明县废弃果蔬大型生物天然气项目投产。该项目每年可处理果蔬废弃物39.6万吨，年产生物天然气565万立方米，有效解决当地蔬菜废弃物处理问题。

图6 废弃物的“废弃物--”模式

但在实际生产中，叶类蔬菜废弃物中纤维素含量较低，厌氧消化时水解速度过快，抑制了产甲烷菌的活性，破坏了产甲烷阶段的反应[]。木质素含量超标的茄果废弃物，会因有机物的高聚合状态而抑制微生物的分解，降低厌氧发酵的水解速率，延缓沼气产率[]，限制“蔬菜-沼肥”能源生态模式。推广应用。同时，蔬菜废弃物发酵沼气生产工艺对设备[]有着严格的要求，高效反应器的开发和应用成为其能源利用的关键。

2.6“菜-菌-肥”基质利用模式

“菜-菌-肥”基质利用模式是蔬菜废弃物发酵成食用菌栽培基质，食用菌采收后的废菌棒（渣）热裂解或堆肥后返回的多级循环。到农田。利用技术()。食用菌种植消耗大量蔬菜废弃物。种植蘑菇一季可消耗约20倍的蔬菜废弃物[]。赵秀芳等人以蒜秆为主要材料进行了蘑菇栽培实验。生物转化率可达98%，可减少生产过程中的细菌污染。另外，菌棒（渣）经菌体分解后，有效氮、有效磷含量显着增加，增强了其资源化利用潜力。研究表明，施用平菇渣有机肥显着提高了番茄可溶性糖、可溶性固形物和维生素C的含量，降低了硝酸盐含量[]。

图7 废弃物“waste--”模式示意图

蔬菜废弃物经过处理后，有潜力作为生产食用菌的原料。然而，不同来源的蔬菜废弃物的物理和化学性质差异很大。同时，病虫害防治措施导致蔬菜废弃物中存在农药残留风险[]。它是作为食用菌栽培原料而生产的。该产品的安全性还有待评估。此外，利用蔬菜废弃物种植食用菌的配方和技术标准尚未统一。现有研究还处于探索阶段，距离大规模推广应用还很远。

2.7 其他资源利用模型

蔬菜废弃物富含有机质和氮、磷、钾等营养物质。将其粉碎，经过生物分解、发酵等过程，可制成营养土或育苗基质。有效成分的提取也是蔬菜废弃物资源化利用的新途径。等人[]以番茄皮渣为原料提取活性多糖，并通过抗氧化活性分析证明了所得多糖的生物学特性。然而，它受到提取率和废物含量的影响。受有效成分含量影响，该利用方法对技术水平和提取工艺要求较高，应用不广泛。此外，蔬菜废弃物原位好氧发酵可有效解决冬季温室CO2缺乏问题，使蔬菜生物量显着增加115%~322%[]。此外，等人。 []利用农贸市场的胡萝卜、西红柿、柠檬等废品代替合成培养基培养极端微生物，取得了良好的效果。

3.资源利用瓶颈问题及发展方向

蔬菜废弃物资源化利用模式多种多样，但其自身特点限制了利用规模（）。一是蔬菜废弃物产生季节变化明显。以聊城市为例，2016年蔬菜总产量超过1702万吨，其中5-8月旺季总产量接近1000万吨，废弃物总量接近300万吨。蔬菜废弃物的大规模处理需要原料持续稳定的供应。废弃物易腐烂、难以长期储存的特点，一方面增加了蔬菜生产旺季废弃物处理的压力。另一方面，淡季蔬菜废弃物原料供应不足。这将导致生产限制或暂停，导致设备和场地被废弃。二是蔬菜废弃物分布相对集中，但收集、储存、运输和分拣问题仍是制约其资源化利用的一大难题。目前，蔬菜垃圾多堆放、倾倒在道路两旁，增加了收集、储运难度和利用成本。蔬菜废弃物的大规模加工需要对其进行聚集，聚集过程会增加运输成本，增加生产主体的经济负担。三是蔬菜废弃物经济价值低，分类费时费力。部分群众垃圾分类意识淡薄，导致蔬菜垃圾分类水平较低。生产有机肥料和饲料的企业要求蔬菜废弃物不得混有杂质。但实际堆放的蔬菜垃圾中往往混有塑料吊绳、地膜、铁丝、农药包装袋等，垃圾处理机构将垃圾收集起来并进行初步分拣和均化处理，增加了企业的分拣成本。四是成熟且经济可行的蔬菜废弃物资源化利用模式推广实践不足。自然消化或路边填埋等传统处理方法仍然普遍存在。各级政府很难通过市场化运作、社会化服务模式来实现蔬菜垃圾处理。废弃物处理的持续运行，这些都是蔬菜废弃物资源化利用中亟待解决的瓶颈。

图8 蔬菜废弃物资源化利用瓶颈问题及发展策略示意图 8 废弃物资源化利用

蔬菜废弃物除部分受病虫害的组织外，基本无毒。然而，病虫害防治过程中农药的不合理使用，增加了废弃物中农药残留的风险[]。蔬菜废弃物中的农药残留如果在资源化利用过程中不能完全分解，就会随着物质循环进入人体或其他生态系统。但目前我国蔬菜废弃物检测与利用的风险评估环节仍然薄弱。蔬菜废弃物能否直接用于饲料生产或堆肥的安全评价体系有待完善[]。应加强评价方法和快速检测方法研究，加强废物源头管理。

近年来，我国在蔬菜废弃物资源化利用方面开展了大量研究。一些利用模式已经产生并大规模推广，但不同利用模式的发展方向不同。蔬菜废弃物好氧堆肥模式操作简单，技术相对成熟，适合大规模处理各类蔬菜废弃物。然而，堆肥产品的质量与堆肥过程中添加的细菌类型密切相关。有必要开展好氧堆肥细菌的鉴定，堆肥机理和工艺开发应是未来研究的重点。 “菜-饲料-肥”、“菜-虫-饲料-肥”种养一体化模式，可实现蔬菜废弃物还田，提高蔬菜废弃物的资源利用效率和经济效益。但由于饲料属于准公共产品，蔬菜废弃物的特点对原料安全性要求较高，需要加强蔬菜废弃物及其产品的安全检测和利用风险评估。 “菜-炭-肥”还田改土模式将生物质炭化并以稳定的碳形式固定，形成生物质炭产品。但蔬菜废弃物含水量高，导致碳化预处理阶段能耗较高。未来研究应重点关注低成本炭化工艺及设备的研发。此外，“蔬菜-沼气-肥料”能源生态模式可以很好地解决能源的可持续性，但蔬菜废弃物的选择和生产工艺还需进一步探索。

因此，有必要创新蔬菜废弃物资源化利用模式，解决现有资源化利用方式投资大、难以可持续运行的问题，探索和推广规模化、无害化、全量化的资源化利用模式。蔬菜废弃物综合利用。未来蔬菜废弃物利用的重要方向。同时，以蔬菜废弃物就地消纳、能源回收、综合利用为主线，通过政府支持、市场运作、社会参与、分步实施，构建有效的蔬菜废弃物资源化利用治理体系。分步实施，并将通过试点形成可复制、可推广、可持续的蔬菜废弃物资源化利用模式和机制，将是我国蔬菜产业未来发展的重要课题。