關(guān)鍵詞：餐廚廢棄物； 餐廚瀝出液； 腐殖酸肥料； 黃瓜； 土壤環(huán)境

中圖分類號：S476 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-8151（2023）03-0093-09

在我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展且高度重視生態(tài)環(huán)境保護(hù)的背景下，如何妥善處置產(chǎn)量日益增加的餐廚廢棄物是眾多學(xué)者所面臨的一項重要課題。將餐廚廢棄物進(jìn)行資源化利用向來被認(rèn)為是緩解其所帶來的環(huán)境問題的最佳方式之一［1］。在眾多資源化利用方式中，餐廚廢棄物的堆肥化處理進(jìn)而還田的方式已被證實能夠在一定程度上實現(xiàn)作物產(chǎn)量的提升和土壤質(zhì)量的改善［2-3］，但上述研究僅針對于餐廚廢棄物的固態(tài)物質(zhì)提出了相應(yīng)的資源化利用辦法。在餐廚廢棄物的實際處置過程中會伴生大量的液體，包括收集轉(zhuǎn)運及堆肥預(yù)處理過程中產(chǎn)生的餐廚瀝出液和餐廚廢棄物堆肥過程中產(chǎn)生的餐廚沼液［4］。相對于餐廚堆肥，餐廚瀝出液和餐廚沼液中往往存在著更多的可溶性鹽分如NaCl等，但二者仍有本質(zhì)上的區(qū)別。從產(chǎn)生體量方面來看，餐廚瀝出液的產(chǎn)生主要源于餐廚廢棄物的堆肥預(yù)處理階段，即使用大量清水對餐廚廢棄物進(jìn)行沖洗以稀釋其中的鹽分和油脂，所以其產(chǎn)生體量遠(yuǎn)超在堆肥過程中產(chǎn)生的餐廚沼液。從養(yǎng)分含量方面來看，餐廚沼液中所包含大量營養(yǎng)元素含量明顯高于未經(jīng)過堆肥發(fā)酵處理的餐廚瀝出液［5-6］。因此相對而言，產(chǎn)生量大且養(yǎng)分含量低的餐廚瀝出液更加難以進(jìn)行直接的資源化利用。

類似于餐廚瀝出液難以進(jìn)行直接資源化利用的污水并不鮮見，如我國東北地區(qū)普遍存在的腌制酸菜所產(chǎn)生的廢水，其中同樣包含著大量的鹽分［7］。對于此類污水，化學(xué)工藝處理是當(dāng)前相關(guān)企業(yè)所采取的主要方式［8-10］，但采取該方式所需的成本過于高昂，容易對中小企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)壓力。如何尋找一種經(jīng)濟(jì)高效的處理方式來緩解產(chǎn)量日益龐大的餐廚瀝出液對生態(tài)環(huán)境的威脅是當(dāng)前學(xué)界需要重點解決的問題?；诒菊n題組前期在餐廚廢棄物資源化利用方面的探索進(jìn)展［11-12］，本研究采用添加大量元素、腐殖酸和其他相關(guān)工藝將餐廚瀝出液配制形成一種液體肥，利用室內(nèi)盆栽的方式從黃瓜幼苗生長、土壤環(huán)境和土壤病原微生物等3 個方向考察餐廚瀝出液資源化利用的可行性，旨在為餐廚廢棄物及其伴生產(chǎn)物的科學(xué)合理處置提供新的解決思路。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試餐廚液體肥由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)有機(jī)循環(huán)研究院（蘇州）生物轉(zhuǎn)化研究室提供，其肥料主體所需的餐廚瀝出液取自環(huán)太湖城鄉(xiāng)有機(jī)廢棄物處理利用示范中心。供試盆栽土壤采集自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)有機(jī)循環(huán)研究院（蘇州）蔬菜試驗基地，土壤pH值為7. 09，EC 值為695. 82 μS·cm^-1，有機(jī)質(zhì)含量117. 28 g·kg^-1，堿解氮255. 32 mg·kg^-1，有效磷29. 83 mg·kg^-1，速效鉀162. 19 mg·kg^-1。供試黃瓜品種為申青一號。

1. 2 試驗方法

采用室內(nèi)盆栽灌根的方式進(jìn)行試驗。常規(guī)市售同類型水溶肥的推薦使用倍數(shù)通常為500～1600 倍，但為了更加明確餐廚液體肥對植物生長和土壤環(huán)境的影響，本研究共設(shè)置8 個處理，分別為清水（CK）、稀釋25 倍（T1）、稀釋50 倍（T2）、稀釋100 倍（T3）、稀釋200 倍（T4）、稀釋400 倍（T5）、稀釋800 倍（T6）和稀釋1600 倍（T7）。

1. 2. 1 餐廚液體肥的制備

利用本課題組自主研制的餐廚瀝出液高溫厭氧資源化處理系統(tǒng)進(jìn)行餐廚液體肥的配制［13］。餐廚瀝出液經(jīng)三相分離后在TABR 厭氧發(fā)酵罐中進(jìn)行厭氧反應(yīng)，得到的發(fā)酵液進(jìn)入出水收集池后再進(jìn)入液體肥生產(chǎn)系統(tǒng)，按照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《NY1106-2010 含腐殖酸水溶肥料》［14］中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行液體肥的制備，該液體肥中腐殖酸含量為32 g·L^-1，大量元素含量（N+P₂O₅+K₂O）為300 g·L^-1，pH 值為8. 3，稀釋20 倍后的EC 值為7. 63 mS·cm^-1，均符合相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。餐廚瀝出液及其發(fā)酵液的水質(zhì)指標(biāo)詳見表1。

1. 2. 2 育苗與移栽

挑選大小飽滿一致的籽粒，于2022 年11 月10日進(jìn)行育苗，育苗基質(zhì)的配方為餐廚堆肥∶珍珠巖∶泥炭∶蛭石=10%∶10%∶40%∶40%（體積比）。置于人工氣候室中以25 ℃、80% 濕度的環(huán)境條件培養(yǎng)15 d 后（2022 年11 月24 日），選取長勢大小一致的幼苗在花盆中（9 cm×10 cm×12 cm）進(jìn)行移栽，每盆裝土1 kg。移栽后每盆澆灌定根水200 mL，緩苗3 d 后（2022 年11 月26 日）進(jìn)行液體肥灌根處理。

1. 2. 3 液體肥灌根

參考上述試驗處理設(shè)計對黃瓜幼苗進(jìn)行灌根，每盆統(tǒng)一澆灌200 mL，每處理進(jìn)行3 次重復(fù)，每重復(fù)1 盆。試驗期間共進(jìn)行3 次灌根處理，每次處理間隔7 d。

1. 2. 4 植株生長指標(biāo)測定

于第3 次灌根后7 d 進(jìn)行植株生長指標(biāo)的測定。記錄植株葉片數(shù)和側(cè)枝數(shù)，利用直尺測定植株的株高，通過游標(biāo)卡尺測定植株的莖粗。以長寬系數(shù)法計算植株葉面積，采用SPAD 葉綠素含量測定儀記錄植株葉綠素含量。葉面積及葉綠素含量均通過植株倒三葉進(jìn)行測定。利用根系掃描儀測定植株總根系長度和總根面積。分別測定植株地上部和地下部鮮重，通過烘干法測定相應(yīng)干重。

1. 2. 5 土壤理化性質(zhì)及養(yǎng)分含量的測定

參考鮑士旦［15］方法測定土壤樣品的pH、EC、全氮含量、堿解氮含量、有效磷含量、速效鉀含量、有機(jī)碳含量及有機(jī)質(zhì)含量；采用火焰光度法［16］測定土壤樣品中的鈉離子含量。

1. 2. 6 鐮刀菌屬熒光定量分析

以黃瓜幼苗根系所附著的根際土壤為分析樣本，使用CTAB 法提取樣本基因組DNA，用作qPCR模板。采用40 μL Tris-HCl 緩沖液（pH 8. 0）洗脫DNA，置于?20 ℃環(huán)境中保存待測。利用鐮刀菌特異性引物ITS-Fu-f 和ITS-Fu-r 進(jìn)行實時qPCR 分析，擴(kuò)增方案參考Meng 等［17］。

1. 3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2019 軟件對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，通過DPS 18. 1 軟件運用單因素方差分析（ANOVA）中的Duncan 新復(fù)極差法對數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性差異分析，圖片繪制以O(shè)rigin pro 2021 軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2. 1 餐廚液體肥對黃瓜植株生長的影響

餐廚液體肥的施用對黃瓜植株具有十分顯著的促生作用（圖2）。從黃瓜植株的各項生長指標(biāo)來看（圖3、圖4），不同施用濃度對黃瓜植株的促生效果存在較大的差異。在黃瓜植株的地上部生長指標(biāo)方面，施用稀釋25 倍（T1）的餐廚液體肥相對于清水對照（CK）能夠顯著的提升黃瓜植株的株高、葉面積、葉綠素含量、葉片數(shù)和地上部生物量，但在莖粗和側(cè)枝數(shù)方面并未表現(xiàn)出顯著的變化。當(dāng)餐廚液體肥的稀釋濃度為50 倍時（T2），黃瓜植株的莖粗、葉面積、葉片數(shù)和地上部生物量相對于T1 表現(xiàn)出了顯著的上升，但在株高和葉綠素含量方面卻并未呈現(xiàn)出顯著的變化。同時，T2 下的黃瓜植株首先出現(xiàn)了生長側(cè)枝的現(xiàn)象。當(dāng)稀釋濃度為100 倍時（T3），多項黃瓜生長指標(biāo)達(dá)到最大值，包括莖粗、葉面積、地上部鮮重和地上部干重等，相對于CK 分別提升了46. 15%、354. 41%、357. 72% 和177. 44%。而在葉綠素含量方面，T3同樣保持高位，同T1 和T2 之間并不存在顯著差異。隨著稀釋濃度的上升，黃瓜植株的株高也呈上升態(tài)勢，直至稀釋濃度為400 倍（T5）。莖粗則在T3 后呈現(xiàn)下降趨勢，至稀釋1600 倍時（T7）已接近于CK。T3 之后，黃瓜植株的葉面積、葉綠素含量、葉片數(shù)、側(cè)枝數(shù)和地上部生物量等指標(biāo)均呈現(xiàn)下降的現(xiàn)象，但均顯著優(yōu)于CK，說明餐廚液體肥在一定范圍的稀釋倍數(shù)施用情況下能夠?qū)S瓜植株的地上部生長產(chǎn)生明顯的促生效果。

在黃瓜植株的地下部生長指標(biāo)方面，則顯示出了高濃度的餐廚液體肥對黃瓜植株的毒害作用（圖4），主要表現(xiàn)在T1 的根長、根面積和地下部生物量相對于CK 均出現(xiàn)了顯著的下降。當(dāng)餐廚液體肥的稀釋濃度擴(kuò)大時，地下部生長狀況得到了相應(yīng)的改善?？傮w而言，隨著稀釋濃度的增加至400 倍時（T4），黃瓜植株的地下部生長指標(biāo)相對于CK 均呈現(xiàn)出了一定的上升，隨后有所下降。T4時，黃瓜植株的根長、地下部鮮重和地下部干重均達(dá)到了最大值，相對于CK 分別提升了31. 69%、33. 73% 和84. 68%。至T7 時，黃瓜植株的根長、根面積和地下部生物量等指標(biāo)已和CK 無顯著差異。

2. 2 餐廚液體肥對土壤理化性質(zhì)的影響

利用餐廚瀝出液進(jìn)行液體肥制備施用的過程中最為關(guān)鍵的考慮因素便是其對土壤環(huán)境的影響。由表2 可以看出，隨著餐廚液體肥的施用，土壤的理化性質(zhì)出現(xiàn)了明顯的變化。在pH 值方面，施用餐廚液體肥均導(dǎo)致了土壤pH 值出現(xiàn)了不同程度的下降，這同施用一般化學(xué)肥料產(chǎn)生的情況類似，且土壤pH 值的下降程度與餐廚液體肥的稀釋倍數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，T3、T4 和T5 分別在黃瓜植株的地上部和地下部生長表現(xiàn)出了較好的促生效果，而該兩項處理分別導(dǎo)致土壤pH 值相對于CK下降了6. 74%、4. 71% 和3. 09%。在EC 值方面，以T5 處理為拐點，T5 之前的土壤EC 值均呈現(xiàn)下降的趨勢，且除T1 外，其余處理的EC 值均顯著低于CK（Plt;0. 05）。T5 之后，土壤EC 值則呈現(xiàn)了一定程度的上升，但仍顯著低于CK。在土壤有機(jī)碳方面，餐廚液體肥的施用在T4 前并未實現(xiàn)相對于CK 的土壤有機(jī)碳顯著提升。而在T4 及其之后的處理，土壤有機(jī)碳含量相對于CK 表現(xiàn)出了顯著的增加。分析其原因在于餐廚液體肥的適量施用增進(jìn)了黃瓜植株地下部的生長狀況，而餐廚液體肥自身所包含的有機(jī)物質(zhì)含量較低，并不能直接導(dǎo)致因外界肥料投入而產(chǎn)生土壤有機(jī)碳含量的上升。在土壤鈉離子含量方面，由于餐廚瀝出液自身含有較高的鹽分，因此較高濃度餐廚液體肥的施用（T1～T4）均導(dǎo)致土壤鈉離子含量出現(xiàn)了顯著的上升現(xiàn)象，至T5 后則與CK 土壤中的鈉離子含量基本相同。

2. 3 餐廚液體肥對土壤養(yǎng)分含量的影響

餐廚液體肥的施用對土壤的養(yǎng)分含量同樣產(chǎn)生了相應(yīng)的影響（表3），總體表現(xiàn)均為隨著餐廚液體肥稀釋濃度的增加而降低了土壤養(yǎng)分含量的增幅。除速效鉀含量外，施肥處理的其余養(yǎng)分含量相對于CK 均得到了顯著的提升。對于植株生長狀況較好的T3、T4 和T5，土壤全氮含量相對于CK 分別提升了46. 44%、36. 22% 和26. 93%；土壤堿解氮含量相對于CK 分別提升了13. 94%、11. 47% 和11. 41%；土壤速效鉀含量相對于CK分別提升了8. 78%、3. 46% 和3. 46%；土壤有效磷含量相對于CK 分別提升了212. 53%、86. 98% 和80. 23%。

2. 4 不同處理土壤中鐮刀菌屬微生物的熒光定量分析

鐮刀菌屬的微生物在合適的環(huán)境條件下極易引發(fā)黃瓜枯萎病等多種地下病害，本研究利用餐廚液體肥對黃瓜植株進(jìn)行灌根，并未出現(xiàn)植株發(fā)病現(xiàn)象。通過對鐮刀菌屬的熒光定量分析（圖5），發(fā)現(xiàn)施肥處理單位土壤中鐮刀菌屬的拷貝數(shù)均相對于CK 表現(xiàn)出了顯著的下降，但各施肥處理之間并未出現(xiàn)顯著差異?？梢娛┯貌蛷N液體肥對于黃瓜地下病害不會產(chǎn)生誘發(fā)作用，同時可能發(fā)揮一定的抑病效果。

3 討論

餐廚廢棄物的科學(xué)處置向來是環(huán)境科學(xué)中的重點研究問題，對于餐廚廢棄物的固態(tài)物質(zhì)目前已經(jīng)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中形成了較為完善的資源化利用系統(tǒng)［18-20］，但伴隨著餐廚廢棄物整個處置過程中產(chǎn)生的大量廢液即本文中所述的餐廚瀝出液，則尚無較為合理的資源化利用方式。究其原因在于餐廚瀝出液本身可供植物利用的養(yǎng)分含量較少，而其他不利于作物生長和土壤安全的鹽分又相對較多［21］。通過濃縮的方式雖然可以在一定程度上豐富單位體積內(nèi)餐廚瀝出液的養(yǎng)分含量，但也存在著相應(yīng)的鹽分含量上升的問題。因此當(dāng)前關(guān)于餐廚瀝出液在農(nóng)田生產(chǎn)過程中，尤其是旱田的應(yīng)用研究寥寥無幾。將餐廚瀝出液以厭氧發(fā)酵的形式可以制備成沼液［22］，但其養(yǎng)分含量等指標(biāo)和經(jīng)由餐廚廢棄物堆肥過程中所產(chǎn)生的沼液存在極大的差異，不可混為一談。為此，經(jīng)過專家討論本研究引入“原生餐廚沼液”和“次生餐廚沼液”的概念?！?原生餐廚沼液”可用來指代經(jīng)由餐廚廢棄物堆肥過程中所產(chǎn)生的沼液，“ 次生餐廚沼液”代表餐廚瀝出液經(jīng)厭氧發(fā)酵而形成的沼液。針對于產(chǎn)量日益龐大的餐廚瀝出液，本研究選擇將次生餐廚沼液在不進(jìn)行濃縮的情況下按照《NY1106-2010 含腐殖酸水溶肥料》中的相關(guān)規(guī)定配制形成一種新型液體肥，進(jìn)而開展其對作物生長和土壤環(huán)境的影響研究。

在供試作物選擇方面，本研究選擇黃瓜作為研究對象，這是因為黃瓜對于餐廚液體肥中的鹽分相對于其他作物更加敏感，在生長指標(biāo)上能夠更好的反映出是否受到了相應(yīng)的鹽脅迫。在筆者之前的研究中發(fā)現(xiàn)，次生餐廚沼液在稀釋50 倍及以上的情況下不會對黃瓜的生長造成抑制，其各項生長指標(biāo)包括葉部病害的發(fā)生均和清水對照處理無顯著差異，這也同時說明次生餐廚沼液由于其養(yǎng)分含量較低，并不能有效實現(xiàn)對黃瓜植株的促生作用。本研究中，餐廚液體肥則在一定的稀釋濃度范圍內(nèi)表現(xiàn)出了優(yōu)異的促生效果，尤其在稀釋200～800 倍進(jìn)行施用時，黃瓜植株的地上部和地下部生長指標(biāo)相對于清水對照大多呈現(xiàn)了不同程度的提升。而當(dāng)今市售的含腐殖酸水溶肥料其推薦的施用稀釋倍數(shù)大多在500 倍至1600 倍之間，可見利用餐廚瀝出液厭氧發(fā)酵后所形成的次生餐廚沼液進(jìn)行液體肥的配制存在很大的可行性。

另一方面，土壤安全是餐廚廢棄物相關(guān)資源化利用產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中投入使用的最為重要的考慮因素［23］。當(dāng)前已有多位學(xué)者研究證明餐廚堆肥在水稻生產(chǎn)過程中可以發(fā)揮提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)和改良土壤質(zhì)量的作用［2，12，24］，但在旱田作物方面至今尚未見到相關(guān)報道。分析其原因在于水稻生長過程中往往伴隨大量的水體，能夠?qū)⒉蛷N堆肥中不利于水稻生長的鹽分、油脂等進(jìn)行大量的稀釋。這一原因也為餐廚液體肥的應(yīng)用打開了新的思路，即通過高倍數(shù)的稀釋施用來實現(xiàn)在保證作物汲取足夠養(yǎng)分的同時又不為餐廚液體肥中鹽分所脅迫。本研究也相應(yīng)的證明了在滿足黃瓜植株生長的稀釋倍數(shù)下，土壤中的鈉離子含量并未相對于對照處理出現(xiàn)顯著的上升，且在500 倍的稀釋施用條件下出現(xiàn)了土壤中鈉離子含量下降的現(xiàn)象，土壤EC 值更是表現(xiàn)為所有施肥處理均低于對照處理，同時土壤中的全氮等養(yǎng)分含量也出現(xiàn)了不同程度的提升。此外，由于當(dāng)前關(guān)于餐廚瀝出液在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究尚不完善，為避免出現(xiàn)因灌根施肥而發(fā)生地下病害等問題，本研究測定了試驗終期土壤中鐮刀菌屬微生物的拷貝數(shù)，并未發(fā)現(xiàn)因施用餐廚液體肥而出現(xiàn)病原菌滋生的現(xiàn)象。不過因出于對土壤安全的考慮，本研究并未貿(mào)然進(jìn)行田間試驗，也因此未能獲得施用餐廚液體肥對黃瓜最終產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。同時，本研究利用室內(nèi)盆栽的方式僅能模擬測定單季施用餐廚液體肥對土壤環(huán)境的影響，長期連續(xù)施用餐廚液體肥是否會對土壤造成鹽漬化等危害仍待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本研究將餐廚瀝出液進(jìn)行資源化利用形成餐廚液體肥并將其在黃瓜植株的生長過程中進(jìn)行施用，從幼苗生長、土壤環(huán)境和病原微生物等3 個方面進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明利用餐廚瀝出液進(jìn)行餐廚液體肥的配制并合理施用能夠明顯的促進(jìn)黃瓜生長并保障土壤的安全。