园林绿化废弃物的高效发酵堆肥初探

贺有胜

乌鲁木齐市植物园 新疆 乌鲁木齐 830000

多年来，园林绿化在城市环境建设中发挥着巨大作用，同时在养护过程中也产生了大量的绿化废弃物， 如树枝、落叶、草坪剪落物及其它植物残体。在我国绝大多数城市，通常的处理方式是就地焚烧或随生活垃圾一起填埋，这样既浪费资源，又破坏生态环境[1-3]。

目前，发达国家和地区对绿化废弃物的处置和利用途径有三种：1、发酵堆肥2、绿地有机覆盖物 3、废弃物发电。对园林部门来说，一方面，绿化废弃物按普通垃圾焚烧或填埋，既浪费了资源，也加大了环境的污染。另一方面，每年又要花费巨资去购买大量的有机肥和土壤改良剂[4-6]。因此，在上述的处理途径中，利用废弃物发酵去制成有机肥料，就成了园林部门切实可行的处理方式。

但因绿化废弃物存在着自身特性，并不完全适用于传统的堆肥发酵方式，所以很有必要在传统发酵方式的基础上，通过实验摸索出如何利用微生物菌发酵堆肥的新途径[7-8]。鉴于此，在2020年开始对草屑、落叶及木屑这三种原料进行了微生物菌发酵堆肥的实验。在2021年开始探索在堆肥发酵的各生产环节中，如何利用各种市售的机械设备来替代人工操作[1]。

1 传统堆肥发酵方式及存在问题

所谓传统堆肥发酵方式，其实就是数千年来种植业常用的堆肥制作方法，即将收集到的种植业废弃物（如稻草、茎蔓、野草、树木落叶等）以及养殖业的排泄物（如禽畜粪便等）作为堆肥的原料，混合后堆置于露天进行发酵，然后覆盖上破席、稻草、泥土或塑胶布，以避免肥份丧失。为保证堆肥发酵腐熟均匀，每隔1个月需要翻倒一次[9-10]。

这种采取简单混合、人工堆放、自然发酵的方式，也称作“堆沤肥”。但由于废弃物中所含的纤维素、木质素等不易降解成分较多，运用此种方式，则存在着发酵时间长、堆肥效率低，且发酵期间异味重，降解不彻底、养分流失严重等缺陷，严重影响到绿化废弃物堆肥发酵的应用普及[11-12]。因此，去尝试利用微生物菌高效发酵制肥就成了首选方式。

2 高效微生物菌堆肥发酵实验

2.1 原理

高效微生物菌可以将绿化废弃物降解为有机材料。在高效生物因子（各种分解酶、多种微生物活菌）的作用下，经过好氧和厌氧发酵，原料中原先不易降解的粗纤维（纤维素、半纤维素）、木质素、木聚糖长分子链、木质化合物的酯键发生酶解，把高分子碳水化合物转化成植物可吸收利用的低分子碳水化合物，把不易腐烂的有机物质转化为植物可吸收的营养成分，同时产生多种微生物代谢产物，利于植物营养吸收、根部保护和土壤改良[10-11]。

2.2 实验

根据微生物菌发酵的技术原理，分别于2020年7月（夏季）和9月（秋季），对草屑、落叶及木屑三种原料进行了两轮发酵堆肥实验。期间气温分别在25-37℃之间和12-28℃之间。

2.2.1 实验材料及设施

草屑、落叶、木屑三种原料，EM菌原粉、红糖以及适量腐熟羊粪。草屑为我园草坪剪落物，碎屑长度为7-13cm。落叶为秋后园内树木自然落叶后收集，木屑为园内树木枯枝经粉碎机处理，碎屑长度为5-7cm。EM菌粉采用湖北某厂产品，规格为1KG/袋。红糖为市售散装，为微生物发酵繁殖提供营养物质。适量的羊粪调节发酵堆料中的炭氮比。

水泥发酵堆池3座（每种原料各使用1座），半下沉式，尺寸（㎜）3700*2500*1700，地下深度500㎜，容积约为15m3；打药水车1台，容量3m3，用于菌液的稀释及存储；手推喷雾式打药机1台，容量0.3m3，可调节出水雾化状态，用于喷洒发酵菌液。

2.2.2 菌液配制

取EM菌原粉3kg，加红糖4.5kg，水(自来水静置1日以上)300kg，在常温条件下，充分混合均匀后封闭于容器内自然发酵，期间可开盖搅动两次，3-5日后可得到发酵原液。使用前，将原液灌入打药车水罐中，与水按比例1:10稀释后形成发酵菌液备用[2]。

2.2.3 原料与菌液拌和

先在发酵堆池地坪上平铺一层原料，约20cm堆高，均匀撒施少量熟羊粪，将制备好的发酵菌液，利用打药机雾状喷头均匀喷洒在原料上，再盖一层相同堆高的原料，再撒施少量的熟羊粪，再喷洒菌液......依此类推，直至原料与菌液的拌和物堆满整个发酵堆池。喷洒菌液时，需保证喷透喷匀，拌和物适宜含水量在50-60%，实操中判断方法是：用手抓紧拌和物未见有水渗滴，松手能散开即可。

2.2.4 发酵腐熟

当拌和物堆满压实后，用塑料薄膜覆盖密封。为使拌和物发酵时空气流通，保证好气性微生物繁殖快，在堆制发酵7日后，堆体需要翻倒一次。同时，采用雾状喷洒的方式补充一次发酵菌液（仅限此次），用量为初喷时的1/3。以后在夏季每隔7日翻倒1次，在秋季每隔10日翻倒1次，各需翻倒2次即可。

2.2.5 堆放后熟

拌和物在发酵腐熟基本完成后，从堆池中移出，推送至周转堆场进行堆放后熟，最终完成腐熟。腐熟标准为发酵后的物料变成黄褐色或灰褐色，无恶臭味、有较淡氨气味，用手可搓碎[3]。

2.3 结果与结论

2.3.1 腐熟过程的发酵温度及堆体变化

在第一周内，草屑、落叶堆体的中心温度最高为54℃，堆体比初堆时塌陷约至3/4。木屑堆体中心温度最高为49℃，堆体塌陷约至4/5；第二、三周内，草屑、落叶堆体中心温度最高可达65℃，比初堆时塌陷约至2/3。木屑堆体中心温度最高可达60℃，比初堆时塌陷约至3/4；第四周内，草屑、落叶温度最高为41℃，比初堆时塌陷约至1/2，木屑温度最高为37℃，比初堆时塌陷约至2/3；随后阶段，堆体中心温度变化不大，至腐熟基本完成时，草屑、落叶堆体塌陷至1/3，木屑堆体塌陷至1/2。实验结果表明，整个发酵周期明显分为中温→高温→降温三个变化阶段，这为今后的发酵操作提供了科学依据。

2.3.2 发酵成品周期

根据实验结果，微生物菌发酵周期为：草屑、落叶在夏季约为35天，秋季约为48天，木屑在夏季约为45天，秋季约为63天。而传统发酵的周期按经验数据为：草屑、落叶约为8个月，木屑约为1年半；由此可见，与传统发酵方式相比，微生物菌发酵技术可以迅速缩短发酵时间，极大提高堆肥的生产效率，且腐熟化程度更高，有害病虫和杂草种子更少。

3 机械化处理实验

在上述实验过程中，发现各工序的人工操作比重过大，导致生产效率低下，人工成本高，非常不利于今后量产化和工厂化的发展目标。因此，很有必要根据发酵工艺特点，去探索如何在各个发酵环节中实施机械化、流程化操作，并设计出一套科学合理的操作流程[4]。

3.1 工序流程设计

根据微生物菌发酵的技术原理，结合生产实际状况，设计出一整套操作流程，步骤如下：

堆料 → 选料及粉碎加工 → 菌液配制 → 原料和菌液拌和 → 拌料转运 → 发酵腐熟 → 后熟堆放及周转

3.2 机械化处理思路

经过研判，在上述各流程中的许多环节都可以尝试利用机械去替代人工，甚至可以考虑利用市场现售的建筑、农业等行业专用机械去实现，这可以节约研发经费和采购成本。鉴于此，在2021年6月份，开始尝试选用几种市售的机械设备，去实测机械化替代的可行性。

3.3 机械化实验简介

3.3.1 树枝粉碎机

用于粗料粉碎加工流程，为发酵生产提供原料。实验所用粉碎机为某厂产品HT-300，整机尺寸（㎜）2200×1200×1750，32马力柴油机，最大进料直径为150mm。经过实验，该机集切片、粉碎为一体，可粉碎直径为1-15公分的干湿树枝、树叶、树皮、树干等物料，并加工成30-70mm的碎片[5][6]。

3.3.2 搅拌机

用于发酵原料与菌液的拌和工序，为后续的腐熟发酵提供半成品。其中，拌和的均匀程度至关重要，直接会影响到发酵成品的质量高低。经过分析，决定尝试使用建筑用混凝土搅拌机来替代人工拌和。

实验所用搅拌机为某厂产品JZM-350，外形尺寸（㎜）4200×2050×2690，出料容量为350L，生产率13m3/h，搅拌筒转速15r/min。搅拌电机5.5KW，提升电机4.5KW，水泵电机0.55KW。该机为滚筒式混凝土搅拌机，正转搅拌，反转出料[7][8]。

3.3.3 上料转运车

用于发酵拌和物的转运及上料工序。实验所用设备为自制的有机废弃物发酵转运及上料装置，外形尺寸（㎜）2300×1500×2800，上料容量为300L，最大提升高度2700㎜，提升电机5.5kW，旋转电机4.5kW。该装置包括废弃物上料车和上料斗，车上固定连接有第一承载板和第二承载板，第二承载板的顶部固定连接有导轨柱。使用时，将上料斗主体降低至最低处，将拌和物直接输送到上料斗内，并操控上料车至发酵堆池的上料处，升起上料斗至需要的高度，此时控制上料斗主体旋转并将内部的拌和物进行上料处理。

3.3.4 抓草机

主要用于发酵腐熟工序，包括发酵物后期翻倒、腐熟料出仓转移等操作。在最初实验中，这两项工序均为人工操作，费时费力效率低。经过分析，决定尝试使用小型农用抓草机来替代[9]。

实验所用抓草机为山东某厂生产的ZL904型小型农用抓草机，整机尺寸（㎜）4130×1480×1930，额定载重量400kg，额定抓容量0.5m3，卸载高度≤2.0m，发动机功率16.2kW ，最小转向圆半径4000mm。该机采用液压转向，后轮驱动，操作轻便自如，多功能拖拉装载，一机多用。

3.4 结论

经过实测可知，机械设备和人工操作相比，生产效率普遍得到提高，人工缩减显著。其中，原料拌和工序与堆料翻倒工序的生产效率提高约至4倍，人工缩减约至2成。在某些工序，生产质量得到显著提高：如拌和工序中，最初实验采用的是菌液喷雾式人工拌和方式，明显存在着拌和不匀不透、菌液浪费严重的缺陷，在使用搅拌机机械拌和方式后得到彻底克服。又比如翻倒工序，最初实验采用的是人工翻倒方式，不仅费力费时，而且翻倒不彻底，采用机械方式后，缺陷得到完美解决。因此，在微生物高效发酵堆肥生产中，以机械化设备取代人工操作，有着很强的可行性和实用性[10]。

4 生产基地规划简介

计划明年（2023年）在植物园后园建设一处绿化废弃物的发酵堆肥生产基地，规划占地面积约为6.24亩，初步达到满足约60万m2绿地的绿化废弃物处理的需求。形成从原料收集堆放、粉碎发酵、成品储存等相对完备、安全规范、科学有序的配套运行体系。

4.1 原料堆放区

规划面积约为2.27亩，分门别类的整齐堆放以草屑、落叶及木屑为主的绿化废弃物原料。

4.2 粉碎处理区

共配备1-2台粉碎机，用于枯树枝干的粉碎加工。

4.3 菌液拌和区

规划面积约为0.64亩，用于发酵原液的制备、稀释菌液的配制及原料与菌液的拌和等。共规划有3个原液发酵罐、2个菌液稀释池以及2台拌和物搅拌机。

4.4 腐熟发酵区

规划面积约为2.12亩，用于拌和物的腐熟发酵处理。计划配备1台农用抓草机，另外规划10个腐熟发酵池，均为长方形半下沉式混凝土防渗池体，尺寸（㎜）1175×4000，深度500㎜，池间均有宽度为3m的道路相连，便于机械操作与运输。

4.5 堆肥后熟周转区

规划面积约为1.21亩，用于腐熟堆肥的后熟与周转堆放[11][12]。

5 结语

利用园林绿化废弃物进行发酵制肥，可使其得到科学合理地处置和利用，但如何在发酵技术和流程上进行改进与创新，使发酵堆肥在生产上达到优质、高效的量产目标，就成为各地园林部门共同面对的一项课题。在过去的两年间，虽然在高效发酵技术和机械化处理方面取得了初步成效，但还有更多的问题需要在今后的生产实践中得到深化研究，如原料配方的优化，发酵期间水分、空气、温度、酸碱度、碳氮比等因素的控制，更多工序的机械化替代以及操作流程优化等。总之，希望通过上述种种努力，能够为绿化废弃物的高效发酵堆肥技术的应用普及，建设节约型的城市园林绿化做出贡献。