双碳背景下园林绿化废弃物资源化利用研究进展

摘要  全国每年产生7 000万～10 000万t园林绿化废弃物，数量巨大，并呈现逐年增长趋势。在“双碳”战略背景下，为实现城市绿色低碳可持续发展，需要对园林绿化废弃物进行科学处置利用，实现其减量化、无害化和资源化利用，“变废为宝”，缓解城市有机固体废弃物的处置压力。系统总结和探讨了覆盖物化、堆肥化、养料化、材料化、固体燃料化、生物燃气化、热解多联产、景观化等绿色资源化利用研究进展，并对今后的发展趋势进行了展望，以期为加快实现园林绿化废弃物绿色低碳利用提供参考。

关键词  园林绿化废弃物；碳达峰、碳中和；绿色低碳；资源特性；资源化利用

中图分类号  X705  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）09-0001-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.09.001

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Progress on Resource Utilization of Garden Waste Under the Background of Dual Carbon

LIU Xue-lei1，2， REN Xue-yong1，2， SONG Shu-guang2，3 et al

（1.College of Materials Science and Technology， Beijing Forestry University/National Forestry Grassland Wood Material Recycling Engineering Technology Research Center， Beijing 100083;2.Green Waste Disposal and Utilization of Beijing Landscaping Expert Workstation， Beijing 100054;3.Beijing Jicheng Shanshui Investment Management Corporation， Beijing 100054）

Abstract  China generates 70-100 million tons of garden waste per year， with an enormous amount and shows a trend of expanding year by year. Under the background of the “double carbon” strategy， in order to achieve green and low-carbon development of the city， it is necessary to scientific disposal and utilize garden waste， to achieve its reduction， harmlessness and resourcefulness， to “turn waste into treasure”， and to alleviate the pressure of urban organic solid waste disposal. This paper summarizes and discusses the research progress of greening resource utilization such as mulching， composting， nutrient conversion， materialization， solid fuel conversion， bio-gasification， pyrolysis multi-coupling and landscaping， and provides an outlook on the future development trend. It is expected to provide reference for accelerating the realization of green and low-carbon resource utilization of garden waste.

Key words  Garden waste;Carbon emissions peak;Carbon neutrality;Green and low-carbon;Resource feature;Resource utilization

基金项目  河北省中央财政林草科技推广项目（冀TG〔2022〕004）；国家林草科普项目（2023133307）。

作者简介  刘学磊（1998—），男，山东德州人，硕士研究生，研究方向：木质材料热解循环利用。

*通信作者，副教授，博士，硕士生导师，从事林木生物质能源与新材料研究。

收稿日期  2023-07-04

随着生态文明和美丽中国建设的不断推进，我国城镇绿化面积逐渐增加，由此产生了大量的园林绿化废弃物。园林绿化废弃物（简称“绿废”）是指绿化植物在生长过程中自然凋落或人为修剪后所产生的植物残体，包括常见的枯枝、落叶、花败、草屑、乔灌木修剪的枝桠材等，全国每年产生7 000万～10 000万t园林绿化废弃物，数量巨大，已经成为继城市生活垃圾之后的第二大城市固体废弃物。2021年，《Nature》发文指出全球枯木每年释放10.90亿t碳，相当于化石燃料排放的1.15倍，且枯木的分解速率随着温度的升高还在加快［1］。当前，对绿废传统的处理方式主要是焚烧与填埋，在资源浪费的同时也产生沉重的环境负担。

2020年，我国提出了3060“碳达峰，碳中和”行动计划，据统计，全国超90%的碳排放量来自城市，城市园林工程建设除了满足日常的美化环境外，也应该聚焦绿化植物的碳汇作用［2］，以此达到缓解城市碳排放的压力，这对绿化过程中产生的园林绿化废弃物循环利用提出了更高的要求。同时园林绿化废弃物作为清洁可再生的资源，也为我国绿色清洁能源发展转型带来机遇。

园林绿化废弃物资源化利用有助于维持城市森林生态系统的碳平衡，将废弃物中的碳封存至城市园林体系，同时还可以为社会提供有机肥料、固体燃料等生态产品，促进资源循环利用和生态文明社会建设。该研究从绿废的种类与资源特性出发，重点探讨资源化利用方式的新进展，并对未来的发展趋势进行展望和建议，以期为实现高效利用、助力碳中和提供科学参考和有益借鉴。

1  绿废资源特性

我国地域辽阔、绿化植物种类多样，随之产生的园林绿化废弃物也多种多样，应用领域广阔。整体而言，绿废具有资源丰富、数量巨大、季节性强［3］以及利用潜力大等特点。与其他城市固体废弃物（如生活垃圾）相比，绿废属于木质纤维素类生物质，原料相对清洁且可再生［4］，元素构成、化学成分和工业组成十分丰富，易于实现资源化利用、生产多种生态环境产品（图1）。

2  绿废资源化利用研究进展

目前，常见的园林绿化废弃物利用方式包括覆盖物化、肥料化、养料化、材料化、能源化和景观化等，涉及的技术包括复合成型、堆肥发酵、固化成型以及热解转化等，可以生产覆盖物、有机肥、固体燃料以及生物炭等产品。

2.1  覆盖物化利用

制备有机覆盖物是近年快速发展和应用起来的绿废利用技术。将树皮、树枝、树叶以及木片等原料制成的碎末、条状、片状的本色或彩色的产品，作为覆盖物铺设于土壤表面。从结构上看，有机覆盖物通常包括散状和定型两类，前者指直接将经过粉碎、阻燃处理的绿废作为覆盖物散状铺装使用，后者指将粉碎后的园林废弃物进行胶结成型（包括预制成型和现场成型2种方式）后再铺装成型使用。制备有机覆盖物时，园林绿化废弃物通常需要经过高温、阻燃等安全处理，还要进行环保染色处理，赋予其装饰与美化环境效果。覆盖物的使用可起到控温保湿、提高土壤肥力的作用，达到作物产量的目的［5］，同时对于抑制城市扬尘具有积极作用，常被用来修复城市森林土壤。刘倩云等［6］以热解油脲醛树脂胶黏剂，去粘接以园林绿化废弃物为原料制成的覆盖垫，其中热解油和覆盖垫的原料来源于园林绿化废弃物，2种技术的结合有效利用原料中的碳元素，使之尽可能回归土壤，为土壤提供养料。

2.2  堆肥化利用

园林绿化废弃物富含有机质，适合进行堆肥处理制备有机肥料或基质。在适宜的理化状态下，绿废原料中有机物通过微生物的作用可以转化为供植物吸收的物质，主要包括有机肥、基质与土壤改良剂等产品。有机肥料在使用过程中不仅可以为植物的生长提供养料，而且可以改善土壤的理化性质、促进微生物的生长繁殖。余韵等［7］研究发现，土壤中添加10%的有机废弃物堆肥可以有效地促进楸树的增高增粗，提高植株的总生物量以及总叶绿素含量，有助于种植出高质量的树木。有机基质可替代无机基质用于植物栽培，尤其是在空间紧张的条件下，园林废弃物堆肥不仅可制成轻型基质用于屋顶绿化，而且还可以替代泥炭、缓解泥炭等不可再生资源紧张的现状。绿废制备的土壤改良剂可以起到改善土壤结构、优化土壤环境以及提高土壤活性的作用［8］。木质类绿废富含“三大素”，腐熟时间长，经常需要通过添加高效微生物菌种来降低时间成本，其中蚯蚓堆肥也是一种处理手段，不仅可以实现园林绿化废弃物的稳定处理，而且可以加快堆肥进程，获得稳定、高效的有机肥［9］。

园林绿化废弃物在堆肥过程中会产生二氧化碳、氨气、甲烷等副产物气体［10］，如果控制不好会造成恶臭气体排放。有研究发现，添加了绿废的厨余垃圾在堆肥时，可抑制相关微生物（产生温室气体）的丰富度，从而减少温室气体的排放［11］。Li等［12］发现，使用机器学习算法对于预测堆肥过程中产生的CO2具有很大的潜力，绿废发酵产生的甲烷气体，其温室效应是CO2的20多倍，有必要对于堆肥发酵中的CH4与CO2进行回收，制备成气体碳肥进行利用。绿废在堆肥过程中也存在设备成本较高、原料与成品占地面积大、肥效释放缓慢、受限于天气与温度等问题［13］，如何实现绿废堆肥处理过程的绿色低碳和快速高效是今后需要着重解决的问题。

2.3  养料化利用

新鲜的树叶、青草中富含营养物质，例如粗纤维、粗蛋白、粗脂肪各类微量元素等，可以为多种家禽、鸟类的生长发育提供营养，成为动物的饲料来源之一。以园林绿化废弃物作为原料生产饲料通常要经过发酵、干燥、水泡、打浆、青贮与盐浸等步骤［14］，其中刺槐、桑、榆、松与桐树，墨西哥玉米草、红三叶、大针茅等种类的树叶或青草是制备饲料的优质原料。一般在春、秋季收集饲料原料，用来制成青料（含水率在60%以上）、干料（干燥后），前者常选择当地应季的新鲜植物为主，一般夏季保质期3个月、冬季保质期6个月，后者对原料的收集季节要求不高，保质时间可高达两年。对于家畜而言，干料的营养全面均衡，可以满足家禽的生长需求；而青料容易消化吸收、适口性好，但单位重量的蛋白质、能量均较低，一般作为补充料，搭配其他主料使用。

绿废中因富含有机质可作为食用菌的养料来源用作栽培基质。刘连成等［15］以意杨木屑和棉籽壳为碳源基质用于栽培香菇，研究发现52.00%的意杨木屑和24.00%的棉籽壳搭配时，香菇菌丝产量最高，生物学效率高达89.94%。杨迪等［16］以各类生物质为原料在林下栽培大球盖菇，研究发现林下种植可以有效利用秸秆、木屑以及杂草等废弃资源，为社会提供多样的食用菌产品。

2.4  材料化利用

园林绿化废弃物可以与有机或无机材料进行复合，生产绿色生态材料制品，比如与塑料、高分子等复合生产木塑复合材料、人造板材等家具建材产品，与无机胶凝材料复合生产植物纤维混凝土与填料［17］等建筑交通材料。园林绿化废弃物与聚丙烯、高密度聚乙烯等热塑性塑料混合后经挤压、注塑、压制可制成用途广泛的木塑产品。经破碎等处理后的绿废添加到混凝土中可制成生态混凝土（也称植材砼），应用于海绵城市的街道路面、河岸护坡等方面。崔恒香等［18］研究发现，生态混凝土具有良好的保水、透水性能，能更好地实现对雨水的蓄积与缓排。Fang等［19］利用枯叶制备了活性多功能材料，在太阳能水蒸发、光催化制氢和光催化降解纤维素等方面显示了优良性能，同时作为一种生物塑料还展现出了高机械强度、耐高温和可生物降解的特点。