不同蔬菜种类的产废比例及性状分析

随着蔬菜产业的快速发展,我国蔬菜的播种面积和总产量持续增长,2012年蔬菜播种面积达2 035.3万hm2、总产量7.02亿t,比2002年的1 735.3万hm2、5.28亿t分别增加了17%和33%[1]。根据蔬菜本身特性,在生长管理、收获、储存、销售等过程中都产生了大量无商品价值的植株残株和废弃果实[2],由于蔬菜种植面积和产量的增加,蔬菜在正常管理过程中掐尖、打叶产生的废弃物和收获时遗留田间的残株、废果等废弃物也随之增加。另外,为实现净菜进城,在上市前的加工处理增加了蔬菜废物的产生,以及销售过程中丢弃的质量不佳的蔬菜产品也在不断增加。据统计,蔬菜废弃物的产量从2002年的1.51亿t增加到2012年的2亿t,增加了32%。2005年我国蔬菜藤蔓及残余物秸秆总量占到农作物秸秆总量的9.09%[3],占城市垃圾总量的20%~50%[4]。蔬菜废物具有含水量高、易降解、富含养分等特点,在堆放或填埋等过程中短时间内即产生臭气和大量的渗滤液,这些传统粗放式的处置方法不但会引发严重的环境污染[5],而且造成资源的浪费,亟需资源化处理。但是目前由于缺乏对蔬菜废弃物的产废情况和基本特性等参数的系统研究,导致蔬菜废弃物的产业化利用存在很大的困难。

以往研究中,产废系数都是以蔬菜这一大类来进行估算。估算方法不同,导致研究结果之间存在很大的差异。如毕于运等[3]参照薯类、甜菜等农副产品比例给定蔬菜藤蔓及残余物(干质量)与蔬菜产量(鲜质量)比例为10%;而兰州市2006年通过调查,蔬菜在产地的废物总量占蔬菜总产量的比例约3.4%[6]。不同类别蔬菜的产废系数差异很大[7],叶菜类、瓜果类、根茎类的产废情况不能统一以蔬菜类进行估算。另外对于不同蔬菜废物的理化性状从来没有人做过专门的研究,只是在蔬菜配方施肥或者蔬菜废物堆肥等研究中给出过某一种或几种蔬菜的养分含量,由于受到施肥的影响,文献中数据也不能代表当前蔬菜的养分水平,这严重制约着蔬菜废物的后续处理和利用,从而影响都市生态农业的发展。因此,本文通过文献整理和实地调查,估算叶菜类、瓜果类、根茎类3大类蔬菜的产废系数,通过实地取样和实验室分析,测定不同蔬菜废物的理化指标,建立不同种类蔬菜废物的理化性状数据库,为蔬菜废物资源化利用提供理论依据和科学支撑。 1 材料与方法 1.1 调查范围与方法

本文选择了都市现代化农业的代表－北京市为调查区域,针对蔬菜废弃物的两大产地展开调查,即蔬菜生产基地和大型蔬菜交易市场。据资料显示,大兴、通州、顺义、平谷、昌平和房山的蔬菜产量占到了北京市总产量的90%以上[8],故本次蔬菜生产情况调查的主要区域为这6个区(县)。北京是典型的销地市场,批发市场来自北京本地的蔬菜比例少至10%,故选择调研合适的批发市场是至关重要的。产地蔬菜全部直接供应给北京市一级批发市场,再转销到二级批发市场或消费者手中,所以北京市一级批发市场可以涵盖整个北京批发市场的蔬菜废物情况,故选择北京新发地、顺义石门、城北回龙观等8大农产品批发市场作为调研区域[9]。

不论在产地还是市场,调查对象都只是针对北京市大量流通的叶菜、瓜果和根茎3大类蔬菜。在生产基地,叶菜类废弃物有茎、叶和根,瓜果类废弃物为藤蔓和残次果,根茎类废弃物包括地上部秸秆和质量不佳的根。在批发市场,蔬菜废弃物只包括坏掉的可食部分,即烂叶、烂果和次根。"草谷法"是目前国内比较认可的统计秸秆量的方法,本次调查中选取3大类蔬菜的典型蔬菜品种为调查对象,即时记录蔬菜总产量(鲜重)、种植密度,然后随机抽取10株蔬菜,带回实验室烘干后记录单株秸秆干重。根据蔬菜不同地区、种类、茬口、收获时间等差异,本次每种蔬菜调查点不少于3个地区、2个茬口,包含26种蔬菜废物,共采样39批次,样本数161个。所取废弃物叶菜类包括芹菜、空心菜、芥菜、油菜、茴香、生菜、苦苣、香菜、圆白菜、白菜、紫甘蓝的废茎叶;瓜果类包括黄瓜、南瓜、苦瓜、丝瓜、冬瓜、西葫芦、瓠子、番茄、尖椒、茄子、青椒的秸秆和残次果;根茎类包括胡萝卜、白萝卜、山药、土豆的秸秆和次根。 1.2 分析方法

根据各种蔬菜的不同特性,采集足量的样品,置于冰盒中保存,带回实验室后立即进行预处理,以供后续产废系数和理化性状的分析。草谷比为单株秸秆干重×种植密度/总产量,将记录数据和文献调查数据代入上述公式,得到不同蔬菜种类的产废系数。理化性质指标:含水量采用烘干法测定;有机质含量用重铬酸钾容量法-外加热法测定;总氮用半微量蒸馏法和扩散法测定;总磷用钒钼黄吸光光度法测定;总钾用火焰光度法测定;pH值和EC值采用浸提法测定。 1.3 数据处理

采用定量分析法,利用Excel软件对实验室测定的数据进行整理分析。 2 结果与讨论 2.1 蔬菜产废系数的分析

蔬菜产废系数的确定是蔬菜废弃物总量估算准确与否的关键。本文产废系数指产地蔬菜的产废系数,它是根据草谷比公式计算得到的,所利用的数据综合了文献和实地调查的数据,主要包括单株秸秆干重、种植密度、总产量[10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23]。叶菜类调查了结球甘蓝、紫甘蓝和花椰菜,它们每公顷的平均产量为617 t,种植密度55.4万株·hm-2,单株秸秆干重为0.11 kg,由此计算叶菜类产废系数为9.7%,其中结球甘蓝产废系数9.4%、紫甘蓝产废系数16.5%、花椰菜产废系数3.2%。瓜果类蔬菜包括黄瓜、南瓜、番茄、辣椒、茄子、西葫芦和菜豆,它们每公顷的总产量为30~112.5 t,种植密度1.35万~12万株·hm-2,单株秸秆干重0.016~0.312 kg,根据瓜果类各蔬菜的调查数据,可知黄瓜、南瓜、番茄、辣椒、茄子、西葫芦和菜豆产废系数依次为2.5%、0.9%、2.2%、1.5%、3.2%、9%、7.6%,故瓜果类蔬菜的产废系数平均值为3.8%。根茎类萝卜每公顷总产量60 t,种植密度为3.3万株·hm-2,单株秸秆干重0.029 kg,产废系数为4.2%。根茎类马铃薯每公顷的总产量16 t,种植密度为1.2万株·hm-2,单株秸秆干重0.07 kg,产废系数为5.2%。故根茎类蔬菜的产废系数为4.7%。

3大类蔬菜中,叶菜类蔬菜的产废系数分别是瓜果类、根茎类的3.4倍和2.75倍。蔬菜的产废系数在3.8%~9.7%之间,与主要农作物的秸秆系数90%~120%相比,蔬菜产废系数具有数值小但不稳定的特点[3],在人们日益要求高质量生活的今天,蔬菜的产废系数势必也呈增长趋势。据北京市农业局统计,2011年3大类蔬菜的种植面积为71 663 hm2,占主要蔬菜生产总面积的84%以上,其中叶菜类占44%、瓜果类占35.3%、根茎类占5.2%,按照北京市统计年鉴中蔬菜单产量44.4 t·hm-2计算,叶菜类、瓜果类、根茎类蔬菜产生的废弃物总量分别为13.6万、4.3万、0.78万t,总产量达18.68万t,由此不难看出,蔬菜秸秆的产量是不容忽视的。 2.2 不同类别蔬菜废弃物的理化性质 2.2.1 叶菜类

叶菜类废弃物的含水率高达96.2%,平均93.2%(表 1)。有机质含量除茴香低至127 g·kg-1以外,其余叶菜废弃物的有机质含量相对集中,在476~774 g·kg-1之间;总氮含量在17.8~53.9 g·kg-1之间,平均值为30.5 g·kg-1。C/N比在4.1~15.7之间,低于堆肥适宜的C/N比20~30,作为堆肥原料时需添加碳源合理调节C/N比,加速堆肥腐熟。另外总磷、总钾的含量丰富,可与常用的天然有机肥相当。pH值在4.3~7.3之间,呈酸性或弱碱性;电导率在7.9~12.3 mS·cm-1之间,与畜禽粪便50~150 mS·cm-1相比要小的多,但仍可能造成堆肥产品后续应用的困扰。

瓜果类废弃物的含水率低于叶菜类,在84.7%~95.1%之间(表 2)。有机质含量高,变化范围为555~775 g·kg-1,其中青椒、茄子、辣椒、南瓜、番茄、黄瓜、丝瓜的有机质均在700 g·kg-1以上。总氮、总磷、总钾含量丰富,其中总氮含量在23.7~45.2 g·kg-1之间。C/N比在10.9~17.9范围内,也低于堆肥适宜的C/N比20~30,作为堆肥原料需添加碳源物质合理调节C/N比。pH值在4.53~8.5之间,呈酸性或弱碱性。电导率高达5~11.3 mS·cm-1,可能为堆肥产品后续应用造成一定的困扰。

根茎类废物的含水率在80.3%~94.1%范围内(表 3)。有机质含量在602~745 g·kg-1之间,平均661 g·kg-1。总氮含量相对最低,变化范围为8.6~14.9 g·kg-1。因此根茎类废物C/N比最高,在23.8~56.2范围内,其中胡萝卜和白萝卜废物的C/N比在20~30之间,适宜作为堆肥原料;而山药和土豆废物作为堆肥原料使用时需添加氮源合理调节C/N比。另外总磷、总钾含量丰富。pH值在5.3~7.4之间,呈酸性或弱碱性。电导率变化范围为5.9~11.8 mS·cm-1,同样在后续使用它的堆肥产品时要严格控制该指标。

3大类蔬菜废弃物的共同点包括含水量高、有机质含量高、养分含量高、EC值高和pH值低,但不同类别蔬菜废物的理化性质之间存在着很大的差异(表 4)。含水量以叶菜类废弃物最高,其次是瓜果类、根茎类,分别为93.2%、89.5%、89.4%。有机质含量以瓜果类最高,其次是根茎类、叶菜类。瓜果类和叶菜类的总氮含量相近,分别为30.9 g·kg-1和30.5 g·kg-1,高于根茎类12.4 g·kg-1。故C/N比以根茎类最高,达34.6,其次是瓜果类、叶菜类,分别为13.8、11.5。根茎类C/N比高于20~30,调节堆肥原料中的碳氮比时需合理添加氮源,对于叶菜类和瓜果类废物作为堆肥原料时,则需添加适宜碳源来调节C/N比。总磷和总钾含量均以瓜果类废弃物最高,其次是叶菜类、根茎类,但叶菜类和根茎类的总钾含量很相近。

(1)叶菜类、瓜果类、根茎类的产废系数分别是9.7%、4.7%、3.8%,与主要农作物的秸秆系数相比,数值虽小但不够稳定,产生废物总量巨大。

(2)以叶菜、瓜果和根茎3大类蔬菜废弃物测定的理化性质具有高含水量、高有机质、高养分含量、高EC值、弱酸性的特点。但在不同类别蔬菜废物的理化性质之间存在着很大的差异,尤其以总氮含量和C/N比差异大。瓜果类和叶菜类的总氮含量相近,分别为30.9、30.5 g·kg-1,明显高于根茎类12.4 g·kg-1。而C/N比以根茎类最高,达34.6,其次是瓜果类、叶菜类,分别为13.8、11.5。