我国蔬菜废弃物利用研究进展

摘    要：蔬菜产业是我国种植业中仅次于粮食的第二大产业，是乡村振兴的重要支柱产业，在保障人们生活必需品的同时产生了大量废弃物。概述了当前我国蔬菜生产及分布情况、蔬菜废弃物资源量及理化特性，从原位还田、好氧发酵、饲料利用、厌氧发酵4个方面阐述蔬菜废弃物的利用技术研究进展，分析当前限制蔬菜废弃物处理利用产业发展的关键问题，提出构建全国蔬菜废弃物资源台账、提高技术装备经济性、开展绿色低碳循环试点示范、构建处理利用长效机制等对策建议，以期为提高蔬菜废弃物的转化利用率、减少环境污染提供参考。

关键词：蔬菜；废弃物；处理利用

中图分类号：S63 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2024）03-001-08

Advances on utilization of vegetable waste in China

LUO Juan， ZHAO Lixin， YU Jiadong， YAO Zonglu， HUO Lili， ZHANG Peizhen

（Key Laboratory of Low-carbon Green Agriculture in North China， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China）

Abstract： Vegetable industry was an important pillar industry for rural revitalization， and it now has become the second largest industry of plantation in China， only behind crop. It generated a large amount of vegetable waste while ensuring people's daily necessities. A brief analysis was conducted on the current production and distribution of vegetable in China， as well as the amount and physicochemical characteristics of vegetable waste. The research progress of four main resource utilization technologies of vegetable waste were reviewed， which including returning to the field， composting， feed utilization and anaerobic digestion. The key problems restricting the resource utilization of vegetable waste were summarized. Development suggestions were proposed， including construction of a national vegetable waste resource ledger， improvement of the utilization technology and equipment， carrying out green and low carbon cycle pilot projects and demonstrations， and building a long-term mechanism for resource utilization. The article aims to provide reference for reducing environmental pollution and resource waste， improving the conversion and utilization efficiency， and reducing environmental pollution.

Key words： Vegetable; Waste; Treatment and utilization

我国是世界上最大的蔬菜生产国，蔬菜是我国仅次于粮食的第二大作物。近年来蔬菜产业快速发展，播种面积和总产量持续增加，占世界总产量的50%以上[1]。蔬菜生产在为人们提供重要“菜篮子”农产品的同时，也产生了大量废弃物，且随着蔬菜产量持续增加和居民对蔬菜品质要求的不断提高，废弃物数量也在急剧增加。当前我国蔬菜废弃物的年产生量已超过3.6亿t[2]，由于受经济、技术水平以及蔬菜废弃物高含水率特性等条件限制，大量蔬菜废弃物处理不当、随意堆放导致腐烂发臭、蚊蝇滋生和病菌传播，在产生大量臭气的同时，伴随含有氮、磷、钾等矿质元素的污水横流，使农村的人文居住环境变差。以黄淮海地区为例，蔬菜废弃物产生量为1 618.08万t，其中总氮量、总磷量分别为41.80万、11.18万t，如果全部进入水体，其排放量分别相当于整个流域农业污染物总氮、总磷排放的20.3%和46.2%[3]。

农业废弃物是放错了地方的资源，如果处理得当能够产生可观的价值。蔬菜废弃物含有丰富的有机质和氮、磷、钾等营养元素，可采用直接还田、堆肥、生产沼气、制作饲料等加以处理利用[4]，其中，直接还田或堆肥后还田可代替部分化肥[5-6]，有效提高土壤有机质含量，改良土壤结构，促进土壤有益微生物繁殖，在综合改善土壤水、肥、气、热等方面具有良好的生态效益；通过厌氧发酵可转化为挥发性脂肪酸、甲烷等高价值产品和有机肥料[7-8]，还可以直接饲喂动物或加工为饲料。近年来，随着国家大力推进农业绿色低碳发展和全面乡村振兴，对蔬菜废弃物的利用也更加重视。因此，笔者在分析近年来我国蔬菜生产现状的基础上，初步测算了蔬菜废弃物资源量，总结探讨了现阶段不同蔬菜废弃物资源利用技术的研究进展情况，分析了存在的主要问题并提出了相关对策建议，以期为推进蔬菜尾菜处理与高效利用、减少农业面源污染和助力我国农业高质量发展提供参考和支撑。

1 我国蔬菜废弃物资源现状

1.1 我国蔬菜生产及分布情况

根据国家统计数据[9]，近10年我国蔬菜播种面积和产量稳步增加（图1），其中自2016年以来全国蔬菜播种面积保持在2000万 hm2以上，蔬菜产量稳定在7亿t以上。2021年蔬菜播种面积达到2198万 hm2，较2012年增加了18.92%；蔬菜总产量达到7.75亿t，较2012年增加了25.84%。从地域来看，我国蔬菜种植主要分布在华东、华中、华南和西南等地区，并已形成蔬菜集中产地。2021年，河南、广西、贵州、山东、四川、江苏、广东、湖南等8个省份的播种面积最大，均在139万hm2以上；其次是湖北和云南，面积均约130万hm2。从各省份产量来看，山东省蔬菜产量多年来一直稳居全国第一，2021年产量达到8 801.08万t，占全国总产量的11.35%，每年生产十几大类150多种蔬菜，在保障“菜篮子”稳定供应中起着举足轻重的作用；其次是河南、江苏、河北与四川，年蔬菜产量均在5000万t以上；蔬菜产量排名前10的省份合计产量占全国蔬菜总产量的67.49%。

1.2 蔬菜废弃物资源量及理化特性

蔬菜废弃物是指蔬菜采收过程中产生的无商品价值的植株残体和废弃果实，其中植株残体主要包括根、茎、叶等，废弃果实主要包括因虫咬、腐烂等而无法销售或利用的果实。利用废弃物产生系数对污染源进行普查，不仅能够科学判断废弃物的产生量，还可以对不同条件下的环境污染能力进行评估，已经被各国广泛使用[10]。参考我国农作物秸秆资源量测算采用的草谷比法，笔者使用产生系数来测算蔬菜废弃物资源量，通过文献研究和实地取样测定[11]，得出不同种类蔬菜废弃物的产生系数、可收集系数、含水率等关键参数。

由表1可以看出，不同蔬菜废弃物收获时的含水率均较高，一般都在80%以上，但其产生和收集情况有明显差异，产生系数在0.9%～10.7%之间，可收集系数在0.22～0.93之间，且由于品种、种植方式等不同，同一类蔬菜废弃物的产生量数据也不稳定，波动范围较大。总的来看，叶菜类蔬菜（含白菜类、甘蓝类、绿叶菜类）废弃物产生系数相对较高、可收集系数更低，表明其废弃物的产生量更大、收集难度更高，尤其是绿叶菜类；葱蒜类、瓜果类蔬菜废弃物的产生系数相对较低。基于我国不同种类蔬菜的产量进行初步测算，得出2021年全国蔬菜废弃物产生量（鲜质量）约为4.39亿t，可收集量约为3.27亿t。其中，叶菜类废弃物产生量和可收集量最大，分别约为2.49亿和1.67亿t，占全国总量的50%以上；茄果类废弃物产生量约0.73亿t，占比16.68%；根茎类、瓜果类蔬菜废弃物的产生量分别约为0.39亿、0.35亿t，占比分别为8.80%和8.07%；葱蒜类、菜豆类、其他蔬菜废弃物的产生量和可收集量均较少。

通过查阅文献[12-17]及实地采样测定，总结出叶菜类、根茎类、茄果类、瓜果类等常见蔬菜废弃物的理化特性，如表2所示。蔬菜废弃物的挥发性固体（VS）含量占总固体的75%以上，说明具有良好的可生化降解性。总氮（TN）含量为1.96%～5.39%，总磷（TP）含量为0.35%～1.82%，总钾（TK）含量为0.80%～5.42%，说明蔬菜废弃物中的N、P、K等营养元素含量较为丰富，具有较高的肥料化利用价值。碳氮比（C/N）总体偏低，在6.70～20.35之间，表明大多蔬菜废弃物不适宜直接进行厌氧发酵或好氧堆肥[18-19]。木质纤维素含量较高，其中纤维素、半纤维素含量占比相对更高，分别为9.03%～35.60%和5.38%～18.35%，木质素含量较低，占比为1.38%～7.30%，因此，与木质素含量更高的农作物秸秆相比，蔬菜废弃物的可降解性更强。此外，叶菜类蔬菜废弃物的木质纤维素含量要明显低于茄果类等其他3类蔬菜废弃物。

2 蔬菜废弃物利用技术研究进展

我国蔬菜废弃物产量巨大，虽然其中含有较多营养物质，但由于含水率高、碳氮比低、结构性差、易腐烂变质等，无害化处理与资源利用的难度较大，未及时有效处理导致的环境污染问题十分突出，近年来成为社会各界关注的热点。针对秸秆、畜禽粪污等农业废弃物，我国已研发形成一批相对成熟的利用技术并实现了规模化应用，但针对蔬菜废弃物处理的研究起步较晚，经过近年的研究探索，初步形成了原位还田、好氧堆肥、饲料利用、厌氧发酵等多种蔬菜废弃物处理利用技术，不同技术比较如表3所示。其中，原位还田技术适用于所有蔬菜废弃物，尤其是叶菜类、根茎类；操作简单，可提升土壤有机质含量和肥力，但操作不当易发生连作障碍，增加病虫害风险，且木质纤维素含量高的蔬菜废弃物还田后腐解较为困难。好氧堆肥技术适用于大多数蔬菜废弃物，可杀灭病虫害，产品稳定、养分均衡，但由于原料含水率高，需要添加辅料，进而增加成本，目前工艺还不完善，控制较为复杂，处理不当易产生臭气。饲料化利用技术适用于瓜类秸秆、白菜茎秆、油菜秆等蔬菜废弃物，具有营养损失少、转化率高、便于长期保存等优点，但尾菜残留的病虫害、农药等可能对动物产生不良影响，处理不当可能出现亚硝酸盐中毒、霉菌毒素污染等问题。厌氧发酵技术适用于大多数蔬菜废弃物，尤其是含水率相对较低的瓜果类、茄果类等，可产生清洁能源与有机肥料，但工艺复杂、操作要求高；受原料特性影响，易发生酸抑制；沼渣沼液消纳难度大。总体而言，这些技术在处理方式、适用场景、经济性等方面差异较大，尽管各种技术工艺和配套装备水平都在不断提升，但由于蔬菜废弃物含水率高、易腐烂、经济价值低、离田利用成本高，以及农民认知水平低和意愿不强烈等影响，大多技术在国内尚未实现大规模推广应用[20]。

2.1 原位还田技术

蔬菜废弃物原位还田技术是将蔬菜废弃物就地粉碎，通过旋耕、深耕等方式回到农田土壤中，经过微生物分解向土壤供应有机质和氮、磷、钾等养分。原位还田可以减少离田利用所需的收集、运输及贮存等相关成本[21]，通过改善土壤理化性状能够有效促进作物产量和品质提高。蔬菜废弃物C/N低，与农作物秸秆相比更适宜于直接还田[17]，其中叶菜类、根茎类蔬菜废弃物在7～20 d可实现完全降解。吴凤芝等[22]研究表明，黄瓜秸秆原位还田可显著促进番茄生长和土壤环境改善，番茄产量提高20.7%，土壤有机碳、全氮含量和土壤酶活性得到明显提升。刘本生等[23]在西蓝花连作区开展蔬菜废弃物原位还田，发现还田量70%并喷施消毒剂的效果最优，可使西蓝花增产13.42%。孙小妹等[24]探究了番茄秸秆原位还田对下茬番茄长势和产量的影响，结果表明番茄秸秆原位还田提高了单株坐果数并优化了土壤特性，且原位还田配施腐解菌剂的效果更好，土壤有机质含量提高26.9%，单株果数提高25.1%。总的来看，我国蔬菜废弃物直接还田占处理利用总量的70%以上[25]，国外蔬菜废弃物原位还田也较为常见，在家庭农场或庭院种植的蔬菜，大多在收获后将蔬菜废弃物直接翻埋入土并喷洒一定量的生物农药，以减少土传病害；规模化农场的蔬菜废弃物还田则更为科学，如丹麦等国家的农场采用精准还田和农田综合养分管理技术[26]，根据土地承载力来科学测算蔬菜废弃物的合理还田量。