园林绿化垃圾堆肥化处理的优化策略研究

Study on the optimization strategies for green waste composting treatment

摘要

为探究园林绿化垃圾堆肥促腐减排的优化策略，以中国学术期刊网络出版总库（CNKI）和Web of Science核心合集数据库为研究基础，对园林绿化垃圾堆肥的相关文献进行梳理和总结，探讨了园林绿化垃圾的时空特征、理化特性及其堆肥技术面临的挑战，并从园林绿化垃圾的预处理方法、堆肥物料营养结构调控、堆肥菌群功能调控及堆肥工程工艺参数优化等方面，综述了园林绿化垃圾堆肥增效促腐与提质减排的优化策略。结果表明：园林绿化垃圾堆肥时，应根据原料特性、操作成本和堆肥应用场景等因素选用合适的预处理手段或物料调配策略，接种特定功能微生物并优化微生物菌剂接种手段，合理选用堆肥工程工艺技术，以加快堆肥腐殖化进程，减少恶臭气体排放。为今后园林绿化垃圾高温好氧堆肥技术的创新提出了研发攻关方向，以期加快园林绿化垃圾快速降解技术的提升，为我国城市园林绿化垃圾处理和资源化利用试点建设提供支撑。

Abstract

Composting is one of the important ways to promote the construction of the technical system of harmless treatment and recycling of urban green waste. In order to explore the optimization strategies for promoting decay and reducing emission of green waste composting， based on CNKI and Web of Science Core Database， the literature related to green waste composting was sorted and summarized. The spatial and temporal characteristics， physical and chemical properties of green waste and the challenges of composting technology were discussed. Meanwhile， from the aspects of pretreatment method of green waste， nutrient structure of compost materials， regulation of bacterial community function and optimization of compost engineering parameters， the optimization strategies of green waste composting were summarized. The results showed that： Suitable pretreatment methods or material allocation strategies should be selected according to multiple factors such as raw material characteristics， operating cost and composting application scenarios. It is necessary to inoculate specific functional microorganisms and optimize microbial inoculant methods with reasonable selections of composting engineering technology to promote compost humification process and reduce odor gas emission. In order to accelerate the rapid degradation technology of green waste， and provide support for the pilot construction of urban green waste treatment and resource utilization， the research direction of high temperature aerobic composting technology for green waste is proposed in the end.

Graphical abstract

关键词

园林绿化垃圾 / 堆肥 / 优化策略 / 微生物 / 物料调配

Key words

green waste / composting / optimization strategies / microorganism / material recombination

随着我国城市化进程持续推进，园林绿化事业随之快速发展，2021年城市园林绿地面积达到347.98万hm²，城市建成区绿化覆盖率为42.42%^［1］。城市园林绿化垃圾年均产率为1.0~1.5 kg/m²，据此估算，2021年其产生总量为2 492.5万~4 413.75万t^［2］。据报道，目前我国城市园林绿化垃圾的资源化率普遍低于30%^［3］。为此，国家住房和城乡建设部办公厅于2022年11月7日发布了《关于开展城市园林绿化垃圾处理和资源化利用试点工作的通知》（建办城函［2022］367号），该文件明确对园林绿化垃圾进行了定义，即指自然凋落产生的植物残体，以及人工管理过程中产生的绿化修剪物，主要包括树皮、树枝、树叶、草屑和花卉等园林材料；并明确提出开展城市园林绿化垃圾处理和资源化利用试点的决策，探索建立城市园林绿化垃圾处理和资源化利用体系，切实改善城市生态和人居环境^［4］。

园林绿化垃圾的传统处理处置方法为填埋或焚烧，因传统处理易造成渗滤液、恶臭等二次污染问题，因此，欧美发达国家于20世纪80年代推行禁止园林绿化垃圾焚烧和填埋的政策。美国主推园林绿化垃圾堆肥化，处理率已达60%以上；英国、日本等国家也分别通过制定严格的法律法规，大力发展堆肥相关的机械制造，并结合机械化生产的理念建立堆肥工厂等方式推进园林绿化垃圾资源化处理的进程^［5-7］。我国园林绿化垃圾的资源化利用及相关研究起步较晚，建设部于2007年出台了《关于建设节约型城市园林绿化的意见》（建城［2007］215号），提出通过堆肥等方式处理修剪的树枝，减少占用垃圾填埋库容，实现循环利用的意见^［8］。

堆肥技术是一种简便可靠的回收处理和利用园林绿化垃圾的途径，兼具良好的经济环境效益^［9］。其技术原理是在人工控制条件下，利用多种微生物的协同代谢作用，将有机固废中可生物降解的不稳定组分转化为稳定腐殖质的生物化学过程^［10］。园林绿化垃圾富含营养物质、木质素、纤维素和半纤维素等，有机部分降解难度较大，堆肥周期长^［6］。同时，由于其具有组成成分复杂、分布范围广泛、易受季节影响、运输管理成本高、再生能力优越和利用方式多样等特点^［4］，若处理处置不当，会造成火灾和环境污染等问题，在堆肥过程中也会排放大量的污染气体^［11］。已有研究探索了园林绿化垃圾堆肥化处理的优化策略与途径，可通过堆肥物料预处理、添加外源调理剂、优化堆肥工艺等方面来提升园林绿化垃圾堆肥的效率和产物品质，改善堆肥中的臭气污染问题^［12］。

目前已有研究侧重于园林绿化垃圾堆肥的技术攻坚，对园林绿化垃圾堆肥促腐减排的相关方法策略和工艺技术缺乏系统性的梳理。因此，为进一步探究园林绿化垃圾堆肥的促腐减排优化策略，本研究拟以中国学术期刊网络出版总库（CNKI）和Web of Science核心合集为研究对象，梳理总结园林绿化垃圾及园林绿化垃圾堆肥相关文献，探究园林绿化垃圾的产生及其特点、堆肥面临的挑战，重点从园林物料预处理、堆肥物料营养结构调控、堆肥菌群功能调控和堆肥工程工艺优化4个方面展开综述。以期从促进物料快速腐熟、减排污染气体和提升堆肥品质等方面，为园林绿化垃圾快速好氧生物转化工艺构建和技术升级提供指导，促进我国城市园林绿化垃圾处理和资源化利用体系建设提供支撑，推动“无废城市”和“双碳”发展目标落实，对全面贯彻生态文明和美丽中国发展战略具有重要意义。

1　园林绿化垃圾的产生与特点

园林绿化垃圾的产生具有季节性、周期性等特点。不同季节产生的种类不同，北方秋季的园林绿化垃圾产生数量最多，春夏适中，冬季最少。且秋季园林绿化垃圾以落叶为主，春夏时节则以草屑最多，冬季草屑产生量少^［13］。另外，园林绿化垃圾的产生也具有一定的空间性，即存在经纬度和场景性的差异，如南北方的地域差异，以及社区、公园和道路等的场景差异。园林绿化垃圾具有量大面广的特征，产生相对分散，收集难度大，运输成本高，就地处理利用技术缺乏^［14］。

园林绿化垃圾中约65%为修剪草，其他为乔木、灌木、绿篱等产生的凋落及养护废弃物^［15］。研究资料显示，园林绿化垃圾中包括有机酸、醇、糖和木质纤维素等物质，其中有机酸的含量为29.0%~56.2%、醇类为10.0%~25.8%、糖类为13.7%~16.1%，木质纤维素含量可高达75%（木质素为10%~30%；纤维素为30%~40%；半纤维素为20%~30%）^［16-17］。园林绿化垃圾中木质纤维素的结构关系及各组分的组成单元如图1所示。可见：木质素是一种具有极强刚性的酚聚合物，主要由松柏醇、芥子醇、对-香豆醇3种结构单元构成，其内部的苯丙烷官能团之间通过3种键型（碳碳键、醚键和酯键）连接成三维网状结构，致使其性质稳定，难以降解^［18-19］。纤维素是由微纤丝构成的长链聚合物，包括高度有序的晶体结构和无序的无定形区域两部分，其内部纤维的微观结构主要借助范德华力、氢键和共价键的作用连接^［20］。纤维素是支撑植物细胞壁的主要骨架，被半纤维素和木质素通过物理结构和化学作用包裹在木质纤维素复合物的内层，被破坏的难度较大。半纤维素是木质纤维素结构中最易降解的部分，通常由不同类型的2种或2种以上单糖组成，主要包括五碳糖和六碳糖^{［18，21］}。园林绿化垃圾属于富碳物质，有机碳含量为46.8%~76.1%，木本类园林的有机碳含量高于草本类约20%，且C/N的差异大^{［17，22］}；其氮、磷、钾等营养元素的含量偏低，其中全氮含量为0.40%~1.18%，全磷为0.11%~0.59%，全钾为0.61%~1.71%^［2］。

园林绿化垃圾包括草本和木本2类。草屑和落叶虽类别不同，但性质相近，均富含糖类和纤维素，木质素含量较少，而树枝中木质素和纤维素含量较高。从木质素的含量来看，木本的含量较高为20%~35%，而草本为15%~25%^［21］。不同类园林的木质素结构单元也存在差异，其中针叶类由愈创木基丙烷单元构成，阔叶类由愈创木基丙烷和紫丁香基丙烷2个单元构成，草本类则是由愈创木基丙烷、紫丁香基丙烷和对羟基苯丙烷3个单元组成^［23］。园林绿化垃圾的组分差异也较大，在含水量方面，新鲜树叶和修剪草的含水量可高达90%，落叶的含水量偏低，约为6%~60%，干草的含水量可低至10%左右，树枝中含水量也较低；在C/N方面，新鲜草屑的C/N为10.0~18.0，而枯枝则为56.5^［22］。再者，同种园林绿化垃圾的组成结构也略有不同。以树枝为例，软木中木质素、纤维素、半纤维素分别为28%、41%、24%，硬木中则分别为20%、39%、35%，而废弃的树枝中纤维素、木质素的含量大约为40%、25%^［24-25］。

2　园林绿化垃圾堆肥面临的挑战

与发达国家相比，我国城市园林绿化垃圾处理利用的相关能力建设严重滞后，科技储备严重不足。进入21世纪以来，我国虽然不断加大园林绿化垃圾处理利用相关领域的资源投入，但仍处于初级起步阶段。目前园林绿化垃圾尚未纳入《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》^［26］的管理范畴，许多城市也未设置专门的处理场所，以北京、深圳为例，其对园林绿化垃圾的处理成效和资源化利用率均低于30%^［27-30］。

园林绿化垃圾是优质的堆肥原料，借助堆肥技术可实现其减量化、无害化、资源化，获得优质的有机肥料，用于城市绿地的土壤改良和化肥替代；与填埋相比，堆肥处理可增加每吨85元的经济效益；与焚烧相比，其可减排230 kg/t的CO₂^{［22，31-32］}。但堆肥技术也面临着园林绿化垃圾种类繁杂、时空变异大和堆肥发酵周期长等重大挑战。现有堆肥技术主要聚焦于多元物料协同发酵，缺乏适用于单一园林绿化垃圾的快速堆肥技术；通常单一原料的营养结构较差，会影响功能微生物菌群的正常生长代谢，这也会增加其自发单独腐熟的难度^［22］；园林绿化垃圾难免掺杂携带一些抗生素、病原菌、重金属、塑料制品等风险污染物，其堆肥产物也存在不确定的环境风险^［33］；另外，若园林绿化垃圾堆肥过程管理不善，会排放大量的温室气体和恶臭气体，威胁环境安全和人类健康，并加剧全球变暖趋势。综上，园林绿化垃圾堆肥具有较强的资源化利用潜力，但在促腐增效、绿色低碳和减排提质等方面也面临着诸多挑战。

3　园林绿化垃圾预处理

针对园林绿化垃圾等木质纤维素生物质废弃物难降解的特点，堆肥前可采用预处理来调控，主要包括物理法、化学法、生物化学法和物理化学法等^［33-36］，详见表1。通过对堆肥原料的预处理，可以改善物料的理化性质，破坏园林绿化垃圾中木质纤维素之间的稳定结构，促进半纤维素的部分水解及纤维素的表面氧化，从而提高物料的可生物降解性。

3.1　物理法

破坏园林绿化垃圾中木质纤维素结构的物理法主要包括机械操作（如切割、粉碎、研磨、挤压）、微波预处理、超声预处理等方式^［34］。通过物理法可增加木质纤维素的表面积和孔隙度，从而促进微生物的附着以及有机物自身的酶解^［35］。稻草经热压缩水处理后，可使产物中葡萄糖和木糖的产率提高到70.3%和88.6%^［37］。Yoo等^［38］研究发现大豆壳经挤压预处理可促进其中纤维素的转化，使大豆壳的酶解葡萄糖产率提高132.2%，但该法容易产生发酵抑制剂。在运用机械手段操作时，还会添加一些添加剂如酸、碱、有机溶剂和矿物，对设备具有一定的腐蚀作用，也增加了操作成本^［36］。Qu等^［39］将小麦秸秆磨碎成不同粒径（<1.00 mm、<0.50 mm和超细粉末）后用NaOH溶液对其进行浸泡处理，其中超细粉末可使弱碱处理物料中的半纤维素和木质素降解率达到93.76%和86.14%。物理法虽操作简单，但能耗较大，且处理效果不佳。

3.2　化学法

常用的化学法主要包括酸热预处理、碱预处理、氧化预处理等方式，以破坏木质素和半纤维素等的稳定结构，增大废弃物的比表面积和功能酶的可及性。Nair等^［40］研究发现，经100 ℃稀硫酸和磷酸预处理的麦麸在酶水解后，葡萄糖产率可达到82%~94%。与生物法相比，经碱法处理的餐厨垃圾的厌氧消化产气量降低了17.8%，且该法可避免“酸化”现象出现^［41］。Yoo等^［38］指出，与挤压预处理等物理法相比，酸热预处理和碱预处理的效果也具有一定的局限性。酸碱预处理的作用条件比较激烈，且后续需要调节pH，容易产生抑制性副产物，不利于堆肥发酵^{［40，42］}。氧化法对处理设备具有腐蚀性，且耗能较大，但其中的芬顿法通过高度破坏性的羟基自由基氧化攻击木质纤维素的顽固结构，进而提高功能酶对纤维素和半纤维素的降解，具有环境友好，作用条件温和等优势^［43］。Wu等^［43］发现，稻草经芬顿预处理后进行堆肥，促进了有机物的快速降解转化，使有机质和碳纤维分别下降16.46%和37.27%。综上，化学预处理的方法所受限制因素众多，普适化程度不高。

3.3　生物化学法

生物化学法主要包括微生物预处理、酶解预处理等^［33］。目前已经发现的用于微生物预处理的功能菌株能够产生一些分解木质素和纤维素的酶，如木质素过氧化氢酶、多酚氧化酶、漆酶等^［44］。稻草经嗜热真菌预处理后，木质素的降解活性显著增加，稻草酶水解后的糖化率可提高54%以上^［45］。同样，Hermosilla等^［46］研究了白腐真菌和褐腐真菌对小麦秸秆预处理的接种方式，与未经接种的对照处理相比，连续接种的方式可使葡萄糖产量提高43.6%，比单次接种处理的产量高140%~150%。酶解预处理主要是运用辅助性的酶如木聚糖酶或木质素降解酶促进木质纤维素的降解^［35］。Lou等^［47］利用木聚糖酶和漆酶制备的固定化酶来预处理玉米秸秆，使玉米秸秆表面结构变得疏松，木质素和半纤维素部分降解。但对于工业环节来说，生物预处理的速度过于缓慢，时效性差，且需要严格控制微生物的生长环境，一般将生物化学法作为预处理的第一步，与其他预处理方式联合使用。

3.4　物理化学法

物理化学法主要包括蒸汽爆破预处理、水热预处理等。蒸汽爆破预处理利用蒸汽的冲击力量破坏木质纤维素的结构，包括高压水解和减压2个阶段，能耗较低，但是存在容易生成发酵抑制剂、木质素-碳水化合物基质降解不彻底等问题^{［34，48］}。Zhou等^［48］运用蒸汽爆破预处理的方法处理玉米秸秆，当预处理条件为200 ℃/120 s时，纤维素和半纤维素的降解率高达53.46%和49.54%，比对照增加了13.72%和16.79%。水热预处理是在高温和高压同时存在的条件下，使水保持液态，借助水合氢离子促进木质纤维素降解的过程。水热预处理可打破木质纤维素的屏障，有助于半纤维素解聚，并借助空间位阻效应增强纤维素的可及性，相较其他方法而言，产生的抑制性副产物较少^{［39，49］}。Nakhshiniev等^［50］发现，稻草经水热预处理（180 ℃，1.0 MPa）后，可加速堆肥进程，缩短堆肥腐熟周期。小麦秸秆在160 ℃及90 min的水热预处理条件下，木质纤维素的降解效果最好^［51］。还有学者研究了玉米秸秆在两阶段水热预处理中的最佳反应条件，经两阶段预处理和72 h酶解后，葡萄糖产率高达89.55%，总糖的产量可增加7.80%^［52］。综上，不同物理化学预处理法之间存在较大差异，对于木质纤维素的降解效果有待进一步提升。

4　园林绿化垃圾堆肥物料营养结构调控

由于园林绿化垃圾富含木质纤维素类物质且营养结构较为单一，单独堆肥的降解难度大。堆肥时通过添加不同功能的调理剂、与其他物料协同发酵等措施，优化堆肥物料的营养结构，缩短堆肥周期，提高堆肥腐殖化进程。

4.1　添加调理剂

堆肥过程中添加的调理剂主要为营养丰富的有机或无机类材料，以调控堆体物料的营养结构、pH等，满足微生物生长需要，包括营养型调理剂、多孔型调理剂、酸碱调理剂等^［53］。不同外源调理剂对堆肥过程的影响，详见表2。目前在堆肥处理中常用的是营养型调理剂。

营养型调理剂可以为堆肥微生物提供所需的碳源和氮源，以加速其繁殖和生长，从而促进园林绿化垃圾中木质纤维素的降解转化，还可以改善园林绿化垃圾中磷素营养不足的特点，此类调理剂主要有葡萄糖、蔗糖、红糖、尿素、过磷酸钙等^［54］。Li等^［53］发现在园林绿化垃圾中添加10%生物炭、20%豆渣、15%茶渣时，可使纤维素和半纤维素的降解率分别提高24.19%和25.19%。Zhang等^［55-56］将咖啡渣与牛粪添加到园林绿化垃圾堆肥中，使木质素、纤维素、半纤维素的降解效率分别提高了36.07%、56.86%、40.35%，将堆肥腐熟周期缩短至21 d；还发现同时添加25%的甜菜渣和10%的废纸也能加速园林绿化垃圾中木质纤维素的高效降解，可将堆肥腐熟周期缩短至20 d以内。Wang等^［57］发现在园林绿化垃圾堆肥中添加蛋壳渣，能提高脱氢酶、蛋白酶、纤维素酶和木质素过氧化物酶等的活性，木质纤维素被蛋壳渣中的亲水性物质吸附后，更易被酶分解，并获得了更高的HA/FA比率；蛋壳渣和稻壳均可以有效促进堆肥腐熟^［58］。

多孔型调理剂具有比表面积较大，且疏松多孔的特点，可在堆体内构筑良好的通气路径，增加堆体物料与微生物的接触几率，从而加大对营养物质、水分的吸附和木质纤维素的降解，主要有生物炭、麦饭石、膨润土、天然沸石等^［54］。Wang等^［59］发现在堆肥中添加生物炭和沸石可显著提高堆肥产物的种子发芽率，促进有机质的腐殖化，减少氮素的损失，与对照相比，可使氨气减排63.40%。酸碱调理剂主要用来调节堆肥原料的pH，有醋酸钠、竹酢液、木酢液、青贮料等。Zhang等^［60］将废石灰作为园林绿化垃圾和中草药残渣堆肥的添加剂，发现HA/FA比率从1.32增加到2.49，半纤维素、纤维素降解率分别提高了45%、41%。与上述3种调理剂相比，表面活性剂在堆肥中的应用主要为实验室规模的研究，包括鼠李糖脂、烷基糖苷等。

综上，在园林绿化垃圾堆肥实践中应秉承以废治废的理念，通过选择合适的调理剂，推动城市社区、公园等园林绿化垃圾产生场景的就地堆肥处理，加快腐熟，提升堆肥产品质量，实现源头资源化减量。在堆肥中直接添加调理剂的措施操作简单，促腐效果明显。但是，调理剂的选择需要结合材料特性、作用效果、成本费用和堆肥实际情景等多因素进行分析。

4.2　多元物料协同发酵

4.2.1　与厨余垃圾协同堆肥

城市社区在产生园林绿化垃圾的同时也会产生大量的厨余垃圾。园林绿化垃圾属于富碳可堆肥原料，C/N相对较高；厨余垃圾属于高含水且低C/N的富氮可堆肥原料。将园林绿化垃圾与厨余垃圾协同堆肥发酵，既可实现二者的营养结构互补，又可促进社区有机废弃物的就地资源化利用，以及城市垃圾的源头减量。由于在城市社区中产生的废弃物不会立即被处理掉，为此Oviedo-Ocaña等^［65］模拟现实场景，在环境温度下将园林绿化垃圾在1个开放空间中储存2周，将加工过的厨余垃圾在有盖容器内储存1 d，未加工过的厨余垃圾储存3 d；将园林绿化垃圾与加工过、未加工过的厨余垃圾按不同比例混合，与不添加厨余垃圾的对照相比，添加厨余垃圾可使堆肥周期明显缩短至少10 d，当三者质量比例为5∶3∶2时，堆体高温期持续时间可延长4 d以上。Neugebauer等^［66］研究发现，在园林绿化垃圾中投加40%~50%的厨余垃圾，可以获得最高的累积温度和最低的氨排放量。将园林绿化垃圾与厨余垃圾按照91.4%和8.6%的比例进行堆肥发酵，可使NH₃的排放量明显降低^［67］。因此，厨余垃圾和园林绿化垃圾属于同源有机固废，二者协同处理既可解决主辅料碳氮营养结构不匹配的难题，又可减排污染气体，获得优质的堆肥产品，促进就地有机循环链的建设。

4.2.2　与畜禽粪便协同堆肥

与园林绿化垃圾相比，畜禽粪便的含氮量和含水量均较高，将二者协同堆肥，恰好能够实现2种物料营养结构的优缺点互补。研究表明，园林绿化垃圾与牛粪进行混合堆肥可延长高温期持时间，与单独堆肥相比，使堆体峰值温度提高8 ℃^［68］。在此基础上，Zhang等^［55］开展了园林绿化垃圾和“牛粪+咖啡渣”的联合堆肥研究，当添加20%的牛粪和45%的咖啡渣时，高温期持续时间长达16 d，所得堆肥产品的无害化程度和品质最佳。Santos等^［69］研究了园林绿化垃圾与猪粪混合堆肥的效果，与其他处理相比，该处理的堆体温度较高，且CO₂的排放量减少了约14%。Chen等^［70］将鸡粪、猪粪和羊粪作为园林绿化垃圾堆肥处理的氮源调理剂，发现氮素损失减少19%~25%，促进有机质的腐殖化。畜禽粪便堆肥过程会排放大量的恶臭气体，需要大量的结构和碳源调理剂，因此可将城市公园、社区等场所产生的园林绿化垃圾运用于畜禽粪便的环境污染治理工程。

4.2.3　与城市污泥协同堆肥

污泥是与鸡粪的性质相近的一种富含微生物的生物固体，具有含水量高、低C/N的特点，且易携带病原菌。将其作为辅料与园林绿化垃圾共堆肥，有助于有机物快速腐殖化和污泥中重金属的钝化，可获得用于园林绿化的土壤改良剂^［71］。有学者运用模糊综合评价法和灰色聚类法，研究了园林绿化垃圾添加量对污泥堆肥肥效的影响，发现随着添加量的增加，堆肥的土壤养分综合指数逐渐提高，甚至可高达165.14%；园林绿化垃圾添加量为40%时，堆肥产物的种子发芽指数高达91.3%，且堆体升温快，高温期长，能够加速堆肥腐熟^［72-73］。胡自航等^［74］研究也表明，二者的堆肥产物能够提高土壤的微生物活性和酶指数，改善土壤肥力质量。Si等^［75］发现，施用二者质量比为1∶1的堆肥产物可改善桑树的根冠比，增加土壤总生物量33.5%，促进桑树对营养元素的吸收和生长，降低重金属有效性。但乔永等^［76］的研究发现，施用园林绿化垃圾与市政污泥共堆肥的产物会抑制桑树种子的萌发，这种抑制作用随着污泥所占比例减少而降低；污泥所占比例为25%的混合堆肥可提高桑树幼苗地下生物量约77%。园林绿化垃圾和市政污泥具有同源性，可以互为主辅料，二者协同处理可实现优势互补。但园林绿化垃圾的季节性和空间性特质，与污泥的恰好相反，所以堆肥实践中应提前做好场地规划和运输协调等工作，避免二者出现时空错位现象。

5　园林绿化垃圾堆肥菌群功能调控

堆肥过程是微生物驱动的生化过程，其代谢活动直接影响物质分解和转化的速率，且促进有机质、木质纤维素类物质的降解是实现堆肥快速腐熟的关键^［77］。堆肥微生物接种剂及其功能群落演替是当前的研究热点，接种微生物菌剂可加速堆肥发酵进程。目前，堆肥中已有的与木质纤维素类物质降解转化相关的功能微生物，见表3。

在实际应用方面，园林绿化垃圾中降解木质纤维素的微生物主要以真菌（白腐真菌、褐腐真菌和软腐真菌）为主。白腐菌通过分泌无色胞外氧化酶破坏木质素，而对纤维素的作用较小，最终使木头腐烂变为苍白海绵状^［78］。褐腐菌在降解初期对纤维素进行弥漫性的攻击，对木质素的降解作用较小。软腐菌大部分为子囊菌和半知菌，通常只能分解纤维素^［79］；研究表明，部分软腐菌也能够产生木质素降解酶，但是降解效能较差，所需降解时间较长^［80］。白腐菌中的黄孢原毛平革菌具有繁殖能力强的特点，可以分泌多种过氧化物酶将木质素矿质化为CO₂和H₂O，是目前已知的可高效降解木质素的关键功能菌^［78］。Gong等^［81］在园林绿化垃圾堆肥的第0天和第14 天分别接种了白腐真菌云芝和黄孢原毛平革菌，发现2次接种菌剂可明显缩短堆肥腐熟时间，使木质素的降解效率分别提高了7.1%、8.2%，纤维素的降解效率分别提高了10.6%、13.6%。与云芝相比，黄孢原毛平革菌处理的堆肥周期缩短了2 d。与不接种菌剂相比，在稻草堆肥中接种黄孢原毛平革菌和长枝木霉，使木质素、纤维素和半纤维素的降解率分别提高6.45%、7.86%和8.87%，腐殖质和腐殖酸的含量也分别提高15.5%和23.6%^［82］。Oviedo-Ocaña等^［83］将芽孢杆菌和拟杆菌接种到堆肥混合物料中，与不接种相比，菌剂的接种使堆肥周期缩短10 d。综上，微生物通过分泌各种功能酶，加速对有机质的降解；且与单一菌剂相比，多种微生物之间的协同作用更能提升木质纤维素的降解率。

6　园林绿化垃圾堆肥工程工艺优化

基于园林绿化垃圾堆肥腐熟周期长，NH₃、H₂S等恶臭气体排放等问题，通过调控堆肥过程工艺参数、外源菌剂接种方法、控制堆肥温度等措施，优化园林绿化垃圾堆肥的促腐控臭路径。

6.1　堆肥控臭工艺

堆肥过程容易排放氨气、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚等恶臭气体，且持续时间较长，其中排放量最大的是NH₃和H₂S，对全球变化和人类健康带来负面影响^［92-93］。堆肥中NH₃和H₂S的产生与转化过程如图2所示。NH₃排放主要发生在堆肥高温期，且高温期越长，NH₃挥发量越大。木质纤维素降解的关键期也在堆肥高温期，通过延长高温期可以促进其降解，缩短堆肥周期。这就使得延长高温期的同时实现臭气减排成为全球关注的焦点^［94］。

目前研究主要聚焦于堆肥物料水分、堆体结构和通风方式，以及翻堆频率等工艺参数的调控对园林堆肥恶臭气体的减排作用，有研究关注外源物理、化学和生物添加剂对恶臭气体的控制。Zhang等^［95］和Xu等^［96］对堆肥过程曝气强度进行了优化研究。Zhang等^［95］发现0.2 L/（kg·min）曝气强度下减排臭气效果最佳，在低曝气强度0.1 L/（kg·min）下会造成堆体局部厌氧，加剧VSCs的排放，减排NH₃；Xu等^［96］发现在高曝气强度0.48 L/（kg·min）下能够减排19.0%的H₂S，同时还能促进腐殖质前体的大量生成。

堆肥中菌剂接种的生物处理手段也可以影响堆肥中的臭气排放情况，很多微生物如硫氧化细菌、氨同化细菌、厌氧粪臭素等均具有良好的除臭效果^［97］。Xu等^［98］对菌剂接种方式展开研究，在园林绿化垃圾和厨余垃圾堆肥中采用菌剂多级接种的方式，将嗜淀粉乳杆菌、嗜热芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌分别在堆肥的第0、2、14天接种，与不接种和单级接种菌剂相比，多级接种延长堆肥高温期，使NH₃的累积排放量分别减少176.5和138.9 g，有效改善堆肥高温期延长后的NH₃排放问题。Sun等^［99］对菌剂接种的次数展开研究，在樟树废弃物堆肥中分别接种嗜热淀粉芽胞杆菌1和2次，分别使NH₃减排37.6%和24.1%。此外，薛晶晶等^［100］采用熟料回流的间接生物处理手段减缓臭气排放，将10%的腐熟堆肥以混合或覆盖的方式添加到厨余垃圾中，混合处理使得温室气体总量减排69.2%，NH₃、CH₄和N₂O分别减少58.0%、44.8%和73.6%。

综上，通过调控堆肥工艺参数、优化菌剂接种方法均可以改善堆肥中的臭气排放问题。但是堆肥物料的不确定性和复杂性会使工艺参数优化结果相左，需要根据实际情况具体问题具体分析；且目前通过工艺参数调节的方式以实现园林堆肥臭气减排的研究较少，外源微生物菌剂的生物强化作用及其对恶臭气体的协同减排表现出明显的优势。

6.2　堆肥促腐工艺

6.2.1　堆肥过程管理

目前国内外均普遍采用传统堆肥的方式，整个堆肥过程包括升温期、高温期、降温期和腐熟期4个基本时期。双阶段堆肥则是划分为初级堆肥（PC）阶段和次级堆肥（SC）阶段，其中初级堆肥阶段到达降温期后，直接进入次级堆肥阶段，重新经历堆肥的4个时期，最终完成双阶段堆肥。堆肥过程中经历2次高温期，温度达到2个峰值（50~60 ℃），整个过程中延长的高温阶段可以缩短堆肥发酵进程，提高最终产品的质量^［56］。其中初级堆肥阶段仅包括传统堆肥的前3个时期，而次级堆肥阶段具备堆肥的4个时期。Zhang等^［101］在园林绿化垃圾堆肥中运用双阶段堆肥的方式，PC阶段中易降解的有机物质在微生物的作用下得以分解，由于存在一部分未被降解或降解起来较为困难的有机物，SC阶段温度再次升高，且高温期的时间要普遍比PC长^［57］。经过双阶段堆肥的2次高温处理，有机物质降解速度加快，与传统堆肥相比，堆肥周期可缩短至20 d。但是有学者认为，传统堆肥与双阶段堆肥效果的差异并不显著。Oviedo-Ocaña等^［102］将园林绿化垃圾与厨余垃圾的传统堆肥与双阶段堆肥进行了对比，发现传统堆肥在升温期和高温期的有机物降解率更高，并且在这2个阶段中高温持续时间更长，木质素含量较低，但双阶段堆肥产物的N、P等营养成分含量较高。因此，仍需要对堆肥中的更多理化指标与特征进行分析对比，以探索最优解。

6.2.2　堆体温度调控

堆肥中的高温阶段是有机物质充分降解，微生物活动强烈的时期，堆肥过程中2/3的木质素在高温期得以降解^［102］。通过延长高温阶段的持续时间、提升高温期温度等方式来强化高温期的堆肥效果，可以有效的促进堆肥进程。传统堆肥工艺温度一般维持在50~70 ℃，存在堆肥周期长、物料腐殖化水平低等问题，而全程高温好氧堆肥、超高温堆肥技术等技术的开发能够有效改善这些问题。

全程高温堆肥技术是指在外加热源的条件下使堆肥温度保持在50 ℃以上。石文军等^［103］发现园林绿化垃圾与厨余垃圾在全程高温堆肥处理中的微生物活性较高，在第16天时即能达到腐熟状态，与传统堆肥相比，堆肥周期明显缩短12 d。另外有学者在餐厨垃圾中接种耐高温菌剂进行全程高温堆肥，发现菌剂接种显著提高耐高温木质纤维素降解菌的多样性，而嗜中温木质纤维素降解菌的多样性并未受到抑制，多种微生物的协同作用促进木质纤维素的更快降解^［104］。因此，全程高温堆肥提高了堆肥效率，但也增加了堆肥成本，同时对于微生物的生存条件具有一定的筛选作用。超高温堆肥技术可以在没有外加热源的情况下，通过极端嗜热微生物代谢分解有机物释放的热量产生极端高温，使高温期温度达到80 ℃以上^［105］。黄殿男等^［106］在厨余垃圾堆肥中采用超高温堆肥工艺，发现堆肥周期缩短到13 d，GI达到98%。同样有研究在蔬菜废弃物堆肥中运用超高温堆肥工艺，发现当调节堆肥物料容重为0.35 kg/L且易生物降解有机物质含量为45%时，堆肥温度可以达到70 ℃以上^［107］。超高温堆肥技术可以使堆肥温度高达80 ℃以上并持续5~7 d，有效促进物质的降解，但是也存在温室气体控制困难、堆肥固氮困难等问题，不适用于含氮量较高的厨余垃圾的处理。

在园林绿化垃圾堆肥中，大部分木质纤维素降解菌难以在50 ℃以上的高温下生存，超高温堆肥容易抑制部分嗜中温微生物的活性，因此适用于园林绿化垃圾堆肥的温度优化策略有待进一步探索。

7　结束语

园林绿化垃圾的无害化处理与资源化利用攸关国家“双碳”战略和“无废城市”的发展目标。堆肥化是世界各国推动城市园林绿化垃圾资源化处理和减量化、无害化处置的重要途径，尽管国内外科技人员开展了其堆肥的研究及工程应用实践，但我国园林绿化垃圾堆肥产业技术及装备起步较晚，尚处于初级阶段。仍存在以下问题亟待解决：

1）园林绿化垃圾的营养特性会随时空变异而发生变化，其不确定性难以满足好氧菌群功能的稳定降解转化需求，因此堆肥处理时需根据原料的特性选用合适的预处理手段或物料调配策略；

2）通过添加外源调理剂或辅料等营养结构调控手段，可有效促进木质纤维素的降解和堆肥腐熟，但“物料-微生物-环境”的相互作用与响应机制有待揭示；

3）堆肥中接种微生物菌剂可促进园林绿化垃圾的快速腐解稳定，增加与有机物降解转化相关功能酶的活性，减少恶臭气体的排放。但堆体内外源微生物与土著微生物的关系（共生、竞争或拮抗）需进一步明确，如何使外源微生物发挥其功能并保持菌群优势值得进一步深入探究；

4）通过管理堆肥过程和运用堆肥工艺参数调控策略可以实现园林绿化垃圾的促腐减排，提高无害化程度，但仍需结合园林绿化垃圾堆肥的特性进一步优化。

总之，赋能城市绿色发展和环境治理决策，亟需推动堆肥处理优化策略的科技创新，加快城市园林绿化垃圾低成本快速堆肥的技术体系建设，助力我国生态文明建设和生物循环经济发展。

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基金资助

北京市设施蔬菜创新团队项目(BAIC01-2023)

中国农业大学教授工作站(20210505)