园林废弃物堆肥化研究及应用分析研究 化学工程与工艺专业

1、中文摘要生态城市建设步伐的加快，使得园林废弃物的产量剧增，禁止使用填埋、焚烧方法对其进行处理已是大势所趋。研究表明，园林废弃物堆肥处理是实现其循环再利用的主要途径。本研究首先开展了 EM 菌与园林废弃物的混合堆肥试验，通过研究堆肥过程中有机碳物质的动态变化，分析各试验因素对园林废弃物堆肥过程、腐熟程度的影响，在获得最佳堆肥参数的同时，也为只使用园林废弃物、不添加其他辅料进行堆肥的可行性提供参考，从而降低混料成本。研究表明，添加复合菌剂，调整合理的 C/N 和翻推次数，可以有效降解木质素、纤维素等较难降解的物质，促进腐殖质的生成，提高腐熟程度，且 4%投菌量、2:1 草木体积比（C/N=30）、

2、1 d 一翻堆的堆肥条件下，园林废弃物的总有机碳、木质素、纤维素的降解率分别为 18.66%、 43.56%、50.96%，腐殖质含量可增加 13.92%。从研发高效微生物菌剂方向着手，本研究以枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌、绿色木霉、黄孢原毛平革菌作为试验菌种，与园林废弃物进行混合发酵，通过分析 4 种主要的木质素、纤维素酶活性变化及木质素、纤维素、半纤维素的降解率，研究不同配比下的复合菌对园林废弃物降解的影响。研究表明，当枯草芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌和黄孢原毛平革菌在 2:2:1 的配比下进行混合发酵时， 对园林废弃物中纤维素和木质素的降解效果突出，降解率分别可达 37.36%和80.95%。从

3、园林废弃物堆肥产品应用及盐碱土改良的角度，本研究将园林废弃物堆肥产品、膨润土和聚马来酸酐作为土壤改良基质，设计正交试验，研究三种土壤改良基质对盐碱土改良的影响。研究表明，将园林废弃物堆肥产品作为土壤改良基质，可改善土壤结构，增加土壤孔隙度，提高土壤的渗透性，高效保肥， 并在园林废弃物堆肥产品与土壤的体积比 1:3、膨润土加入量为 30 g/kg 的条件下，土壤脱盐率可达到 96.88%，土壤有机质、速效氮、有效磷、速效钾的含量分别增加 100.58%、78.75%、112.17%、7.10%。为了探究园林废弃物堆肥产品作为苗圃基质的可行性及其对植物生长的影响，设计盆栽试验，通过对多指标进行综合

4、评价，结果表明，当分别加入 30 g/kg的钙基膨润土和液态渣、园林废弃物堆肥产品与土壤以 1:3 的体积比混合时， 可有效促进植物的生长。关键词：园林废弃物；堆肥；混合发酵；降解；土壤改良基质；资源化利用ABSTRACTWith the accelerating pace of the ecological city construction, the garden waste output is on the increase. The forbidden of using landfill or incineration method to dispose garden waste is

5、 the general trend of development. The results show that the garden waste composting is the main way to achieve its recycling. Firstly, this study carried out a test on the garden waste composting with Effective Microorganisms. It researched the dynamic change process of organic carbon substances in

6、 composting and analyzed the effects of every factor on the composting process and compost maturity of garden waste. It won the best compost parameters, at the same time, it also provided a reference for the feasibility of composting with using single garden waste without other accessories to reduce

7、 the mixing costs. The results showed that adjustment of the bacterial reagent, C/N ratio and turning frequency benefited the degradation of decomposes such as lignin and cellulose, promoted the acceleration of maturity，and improved the compost quality. Under the composting conditions of 4% addition

8、 of bacterial reagent, 2:1 vegetation volume ratio(C/N=30) and one day turns mow once, the degradation rate of total organic carbon, lignin and cellulose was18.66%, 43.56% and 50.96%, the humus content could be increased by 13.92%.From efficient microbial agents direction, Bacillus Subtilis, Bacillu

9、s Polymyxa, Trichoderrna Viride, Phanerochaete Chrysosporium as the experiment bacterium mixed with garden waste in the mixed fermentation. The activity change of four major enzymes of lignocelluloses and woodiness cellulose degradation rate was analyzed to research their influence of garden waste d

10、egradation. The results showed that when the ratio of Bacillus Subtilis, Bacillus Polymyxa and Phanerochaete Chrysosporium was 2:2:1 in mixed fermentation, the degradation of cellulose and lignin in garden waste was prominent, the degradation rate could reach 37.36% and 80.95%.From the angle of the

11、application of garden waste composting products and the improvement of saline soil, the garden waste composting products, bentonite clay, hydrolytic polymaleic anhydride as the soil improvement matrix, a compost test with an orthogonal experimental design was conducted in order to research the effec

12、ts of the three soil improvement matrixes on coastal reclaimed soil desalting. The results showed that it could improve soil structure, increase soil porosity, improve soil permeability, protect fertilizer efficiently when the garden waste composting products as soil improvement matrix. Under the co

13、ndition of the garden waste composting products and soil volume ratio to 1:3, bentonite addition amount to 30 g/kg, the soildesalting rate could reach 96.88%, and soil organic matter, available nitrogen, effective phosphorus, available potassium increased 100.58%, 78.75%, 112.17%,7.10% respectively.

14、In order to explore the feasibility of garden waste composting products as nursery matrix and its influence on the plant growth, a pot experiment was designed. Through the comprehensive evaluation indexes, the results showed that it could effectively promote the growth of plants when added 30 g/kg c

15、alcium-based bentonite and liquid slag, and garden waste composting products mixed with soil by 1:3 volume ration.Key words: garden waste; composting; mixed fermentation; degradation; soil improvement matrix; resource utilization目录 HYPERLINK l _TOC_250031 第一章绪论1 HYPERLINK l _TOC_250030 研究目的及意义1 HYPE

16、RLINK l _TOC_250029 国内外园林废弃物堆肥化再利用现状2国外利用现状2国内利用现状3 HYPERLINK l _TOC_250028 园林废弃物堆肥处理概述5堆肥原理5园林废弃物堆肥的影响因素6堆肥腐熟度评价指标9 HYPERLINK l _TOC_250027 园林废弃物堆肥的研究进展及存在问题9 HYPERLINK l _TOC_250026 研究内容与技术路线13研究内容13技术路线13第二章 EM 菌与园林废弃物的混合堆肥试验15 HYPERLINK l _TOC_250025 试验材料15 HYPERLINK l _TOC_250024 试验设计15 HYPERLI

17、NK l _TOC_250023 测定方法与数据处理16 HYPERLINK l _TOC_250022 结果与分析16堆肥参数对堆体温度的影响16堆肥参数对堆体总有机碳降解率的影响17堆肥参数对堆体木质素、纤维素、半纤维素降解率的影响19堆肥参数对堆体腐殖化指标的影响20 HYPERLINK l _TOC_250021 2.5小结24 HYPERLINK l _TOC_250020 第三章自制复合菌与园林废弃物的混合堆肥试验26 HYPERLINK l _TOC_250019 不同菌种混合发酵对园林废弃物降解的影响27试验材料27试验设计27测定方法、主要仪器与数据处理28结果与分析303.

18、1.5小结35 HYPERLINK l _TOC_250018 菌种间不同配比的混合发酵对园林废弃物降解的影响36试验材料36试验设计36测定方法与数据处理37结果与分析373.2.5小结38 HYPERLINK l _TOC_250017 第四章园林废弃物堆肥产品对盐碱土改良的试验研究39 HYPERLINK l _TOC_250016 试验材料39 HYPERLINK l _TOC_250015 试验设计39 HYPERLINK l _TOC_250014 测定方法、主要仪器与数据处理40 HYPERLINK l _TOC_250013 结果与分析41对盐碱土湿润峰迁移的影响41对土壤 p

19、H 值、含盐量的影响42对土壤养分含量的影响44对淋出液矿化度的影响49 HYPERLINK l _TOC_250012 4.5小结52 HYPERLINK l _TOC_250011 第五章园林废弃物堆肥产品制作苗圃基质的试验研究54 HYPERLINK l _TOC_250010 试验材料54 HYPERLINK l _TOC_250009 试验设计54 HYPERLINK l _TOC_250008 测定方法与数据处理55 HYPERLINK l _TOC_250007 结果与分析55各处理对高羊茅干物质生物量分配的影响55各处理对高羊茅形态指标的综合评价56 HYPERLINK l _

20、TOC_250006 5.5小结57第六章结论与建议58 HYPERLINK l _TOC_250005 6.1结论58 HYPERLINK l _TOC_250004 6.2创新点60 HYPERLINK l _TOC_250003 6.3建议60 HYPERLINK l _TOC_250002 参考文献62园林废弃物堆肥化研究及应用第一章绪论研究目的及意义绿化是城市环境建设的关键步骤，我国城市绿化建设的快速发展，使得自然条件下或养护过程中产生的树枝修剪物、树木、草坪草和枯枝败叶等园林废弃物的产生量也在与日俱增。以天津市开发区为例，通过对 2011 年天津泰达园林建设有限公司园林绿化情况进行

21、调研，得知天津市开发区东区内现有绿地面积为 1 197 万平方米，每年绿化养护产生的废弃物约为 1.93 万吨，其中修剪树枝 0.77 万吨，草屑、枯枝败叶等 1.16 万吨，平均日排放量 64 吨。这些数量巨大的园林废弃物实际上是一种可循环利用的有机碳资源，因为园林废弃物的主要化学组成元素为碳元素，多糖、蛋白质、纤维素、木质素等是其主要组成成分1。但由于经济、技术和认知水平的局限性，长期以来，国内对这些资源并没有进行良好的开发、利用，其大部分进入环卫系统随生活垃圾填埋或焚烧， 不仅增加垃圾处理的压力、造成环境的污染，也带来资源的浪费2-3，因而园林废弃物的处理与处置便朝着资源化利用的方向发展

22、4。根据国内外发展经验5-8，将园林废弃物进行生物堆肥处理是实现其资源化利用的重要途径。通过园林废弃物堆肥，园林有机碳物质被分解，转化为腐殖质9，最终的堆肥产品符合相应的标准后便可以进行再利用，视其产品内有机质含量的高低及堆肥产品颗粒大小，可作为土壤改良基质或有机肥，可起到维持土壤温度、保持土壤水分、提高土壤肥力、改善土壤物理结构及有效减缓腐蚀、抑制杂草生长和病原体滋生的作用10；经深加工处理后可用作栽培基质； 其粒径较大的处理物可作为土壤表层覆盖物，可起到保水、保温、防尘等作用。园林废弃物堆肥不仅能解决其处理与处置问题，同时堆肥产品作为有机肥用于土壤中，也能降低城市绿地维护成本，实现园林废弃

23、物的“自产自销”，还可作为腐殖土供农作物的生长，提高农业产量，从而维持了自然界的良性循环并带动循环经济发展11,12。但目前，国内园林废弃物的循环利用还处在初级阶段，处理的技术水平还不成熟，从而使园林废弃物产品的质量得不到保证13，再加上园林废弃物中含有较难降解的木质素、纤维素等，大大限制了其再利用的价值，因此研究园林有机碳物质的快速降解及腐熟是其循环再利用技术的关键。国内外园林废弃物堆肥化再利用现状国外利用现状美国。早在 20 世纪 80 年代，美国各州就设立环境法，禁止使用填埋或焚烧的方法处理园林废弃物，并要求政府部门必须收购并使用符合质量标准的园林废弃物堆肥产品。1994 年美国环境保护

24、署专门颁布了园林废弃物和城市固体废弃物堆肥的 EPA530-R-94-003 法则，对园林废弃物收集、处置、应用等环节都有严格的规定5，比如为了缩短堆肥周期，对影响堆肥过程的水分含量、碳氮比、酸碱度、搅拌等各参数进行了优化，堆肥结束后至少用一个月的时间利用中温菌完成最终的腐熟过程，再根据堆肥产品的最终用途有选择性的进行后加工处理，并对产物进行检测以满足不同用途下的产品质量标准4。2000 年、2009 年美国园林废弃物量分别为 3 053 万吨和 3 320 万吨 ，其中实现堆肥处理的园林废弃物分别为 1 580 万吨和 1 990 万吨6。堆肥化处理的成本较其他处理方式相对较低。如华盛顿西雅

25、图拉里(Larry) 市，园林废弃物的堆肥化处理可实现每年约节省 41 000 美元14；圣地亚哥环境服务部门每吨 22 美元的园林废弃物堆肥处理费用低于每吨 42 美元的垃圾填埋费用15，类似的还包括伯克利市和帕罗奥多市，园林废弃物堆肥处理的费用分别为每吨 26 美元和每吨 18 美元，均远低于填埋的费用16,17。日本。20 世纪 90 年代初日本提出了再生资源利用促进法，要求对城市废弃物(包含园林绿化废弃物)进行分类、减量处理，在科研上投入 80 余亿日元进行行业推广和技术研发，同时聘请专家对从事该行业的技术人员进行指导帮助。经过二十多年的发展，日本已经形成了较为完善的废弃物处理体系和先

26、进的技术。例如 2000 年 8 月日本 JORA 组织成立(有机物利用协会，由日本企业界自发组成)，该组织以建立健全有机废弃物处理标准，推动产业拓展为目标，现在日本己经成为最有影响力的非官方行业组织之一18。在日本，树木通常经过粉碎后再堆肥，而树皮直接堆肥，堆肥后用作肥料， 并鼓励以家庭为单位进行小型堆肥19。日本在微生物菌剂方面研究较成熟，如酵素菌和 EM 菌，接种菌剂的加入能显著提高降解速率和促进堆肥腐熟，在国内外种植业、环保等方面取得一定成效，如以畜禽粪、作物秸秆为原料生产 EM 有机肥，可提高有机蔬菜的产量20。2010 年末，上海市园林科学研究所土壤研究部对日本关东地区的绿化植物废

27、弃物处置场进行考察，发现其堆肥工艺中高于欧美国家的原料粉碎程度、添加的高效菌种均有利于堆肥的快速腐熟，并且绿化植物废弃物与餐厨垃圾、污泥等的混合堆肥使得产品系列多元化7。其他国家。德国 1996 年颁布了循环经济与废弃物管理法，规范了园林废弃物的处理过程。通过制定 Kassel 计划，将庭园枯枝、落叶、花草等垃圾，厨房残余等有机废弃物放入生物降解塑料袋，再装入收集桶内进行处理试验8。1996 年英国政府通过收取有机废弃物入厂税对园林废弃物进入填埋场现象进行整顿，以此增加填埋法处理园林废弃物的费用，从而带动其他处理方法的发展，减轻填埋场处理压力，推动园林废弃物资源化处理并在财政上给予支持21。英

28、国肯辛顿镇和切尔西皇室自治区、布雷克诺克郡政府，政府发放用于收集园林绿化废弃物的袋子或收集箱，并在规定的时间收回废弃物进行集中处理，居民则需缴纳一定数额的年费17。意大利的布鲁塞尔较早对绿地有机废弃物进行混合堆肥处理，15 个大型露天堆肥场和 4 个安置场的规模可以处理 21 万多吨的园林绿化废弃物，并由非盈利组织进行质量监控和销售22。2010 年新西兰规定禁止采用焚烧和填埋方式处理园林绿化废弃物，必须对园林绿化废弃物进行资源化利用18。综上所述，国外发达国家一方面通过园林废弃物堆肥化的技术攻关，如添加高效菌剂、严格控制原料粉碎粒度及堆肥参数等实现园林废弃物的快速腐熟， 另一方面则是通过立法

29、及政府的支持使得园林废弃物资源化利用的工作顺利进行。而堆肥产品多加工为有机肥料应用于环保及种植业方面。国内利用现状北京。北京市从 2006 年开始针对园林废弃物堆肥再利用展开研究18。2007 年北京市城八区中朝阳区绿地率最高为 43.98%，宣武区绿地率最低为19.10%，园林绿化废弃物总产量约为 236 万吨，但经过处理的园林绿化废弃物仅有 1.28 万吨23，面对恶劣的环境压力，北京市出台了北京市园林绿化废弃物资源化发展规划23，对从事园林废弃物消纳工作的企业给予资金补贴。2009 年北京市对园林废弃物的资源化利用进行技术攻关，2010 年北京市出台了北京市园林绿化废弃物资源化利用及林业

30、生物质能源产业“十二五”发展规划， 推动园林废弃物的资源化利用。目前，北京市朝阳区、西城区、丰台区、顺义区均建立了园林植物废弃物专业处理场。2005 年在西城区建立首条土壤基质生产线东坝苗圃土壤基质加工厂，占地 2 500 平方米，主要消纳公园、街道的枯枝落叶等，处理规模为0.2 万吨/年18，拥有大型微生物转化设备，利用园林废弃物生产土壤改良基质。2006 年在香山公园内部建立了香山绿化废弃物处理基地，占地 280 平方米，属于自产自销处理模式8，可实现二次粉碎，使粉碎粒径在 3 cm 以内18，处理量为 1.0 万吨/年。2007 年朝阳区建立了国内第一家规模化园林绿化废弃物消纳基地，占地

31、 25 亩23，主要消纳行道树木、草坪草等园林废弃物，处理能力为 1.5 万吨/年18，对园林废弃物的利用形式包括有机基质、有机肥和园林覆盖物9。丰台区也建立了处理规模为 0.8 万吨/年的植物垃圾处理厂，占地 5 000 平方米18，主要致力于生产草坪肥和家庭小包装花肥，2009 年产品进入市场8，此外， 还致力于有机肥、基质肥的加工研发。北京市泛洋园艺有限公司在世纪坛、复兴门桥区进行了绿化废弃物作为有机覆盖物的示范工作24。上海。2007 年上海市静安区在松江建立了园林废弃物处置中试基地， 初步解决了该区产生的园林废弃物的资源化利用，构建了园林废弃物从收集到生产、再利用的循环链25。在其典

32、范作用影响下，至 2009 年，上海市 18 个区中已经有 10 个区建立了专门的园林废弃物处置场。上海土壤有机质含量少、质地偏碱性、粘度大，不适宜种植绿化，绿化部门都是靠购买周边省市的山泥进行绿化工作，不仅费用高，开采也会造成生态环境的破坏，园林废弃物经过粉碎和堆肥处理后，制成覆盖基质或营养土26，可解决园林废弃物处理及土壤改良两大问题8,19，如松江区“落叶化土”中试车间，1 立方米园林废弃物经过 40 d 的堆肥、降解成为 0.6 立方米富含氮、磷、钾等成分的营养土。另外，上海市制定了绿化植物废弃物处置技术规范地方标准27，指出政府要对园林废弃物循环利用工作给予支持和补贴，并鼓励企业家投

33、资参与园林废弃物的回收利用，将园林废弃物处理的公益性质转变为市场的经济行为25。深圳。深圳市园林废弃物产量为每天 677 吨28，据预测，其产生量至 2015 年将达到每天 1 038 吨，2020 年将达到每天 1 261 吨29，巨大产量的园林废弃物资源化处理与利用问题受到关注。因此，1998 年深圳市城市绿化管理处建立了树枝粉碎场，粉碎场目前处理深圳市罗浮等三个区的绿化树枝落叶， 约占整个深圳市总量的 70%。2010 年，深圳市铁汉生态环境股份有限公司也开始利用深圳市内园林植物废弃物进行堆肥发酵，并进一步加工成生物有机肥30。广州。2005 年，华南植物园内建成了广州市首个枯枝落叶堆肥

34、厂， 占地 5 000 亩，在中科院广州能源研究所和华南农业大学的专利技术的指导下， 通过高温好氧堆肥处理技术，将枯枝落叶降解，最终制成有机肥，用于草坪、花卉与苗木生产。占地 47.55 亩的广州市首家绿色环保处理中心也投入运作， 通过微生物菌剂的添加和近 30 d 的腐熟，就可以将枯枝落叶制成高效环保肥料， 平均每月可生产 200 多立方米的高效环保肥料。此外，将枯枝落叶加工成基质土壤的园林基质厂也将建成投产8，其处理量能够达到园林废弃物产生量的40%以上，并将产品广泛运用于屋顶绿化、行道路栽植、高速公路边坡绿化等方面，效果显著18。相较而言，我国园林废弃物的堆肥化研究起步较晚，园林废弃物处

35、理技术与发达国家相比仍然存在很大差距。2007 年中华人民共和国建设部 215 号关于建设节约型城市园林绿化的意见中指出“鼓励通过堆肥、发展生物质燃料、有机营养基质和深加工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”24，为园林废弃物处置和循环利用奠定一定的基础。国内发展较快的城市主要是通过设定地方标准等及政府资金补贴实现园林废弃物的堆肥化， 堆肥产品主要作为土壤改良基质、有机肥及园林覆盖物，推动园林废弃物的资源化利用，但尚存在技术环节未成熟、缺乏商品化程序、产品质量良莠不齐、相关法律法规不完善等问题，因此我国应借鉴发达国家成熟的工艺技术和管理规范等。园林废弃物堆肥处理概述园林废

36、弃物的堆肥处理，是指以自然条件下或养护过程中产生的草坪草屑、树枝、树叶等废弃物为原料，或者添加一定配比的其他辅料，在适合的条件下利用微生物降解有机物质，经过一定时间的好氧发酵，将有机可腐物转化成有机营养物或腐殖质8，得到最终腐熟的堆肥产品。园林废弃物进行堆肥处理是可行的，主要是因为：园林废弃物含有大量可降解的有机碳物质，包括少数如可溶性糖、有机酸、淀粉等易降解的物质以及较难降解的纤维素、半纤维素和木质素，可降解率占到固体比例的 66%；园林废弃物本身不含有重金属等有害物质，其堆肥处理对环境影响小，堆肥产品应用到土壤中对土地风险小、市场价值高；园林废弃物可以单独收集，无需与其他城市固体废物进行分

37、类， 易于集中管理；园林废弃物来源丰富，堆肥产出稳定，可实现废弃物的自产自销、循环利用1,8。堆肥原理堆肥化是指在人工控制的条件下，利用自然界广泛存在的细菌、放线菌、真菌等微生物或人工商业菌株，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程31。因此，堆肥化是一种生物法堆肥过程，可用下述反应式表达32：222有机废物 O 微生物 稳定的有机残渣 CO H O 能量堆肥化技术有很多种8，高温好氧堆肥是园林废弃物实现无害化的一个主要途径，一般要经过升温、高温、降温等阶段，而高温阶段可以最大限度地降低病菌、虫卵等有害物的影响33,34。高温堆肥的本质就是在通气条件下，群落结构演替非

38、常迅速的多个微生物群体共同作用而实现的动态过程，在该过程中， 每一个微生物群体都有在相对短的时间内适合自身生长繁殖的环境条件，并且对某一种或某一类特定的有机物质的起分解作用35。升温阶段堆肥初始阶段，中温、需氧型微生物较活跃，分解堆肥中可溶性有机物， 在其分解过程中化学能会变成热能，使温度不断上升。此阶段中的微生物有细菌、真菌和放线菌，不同微生物发挥各自的分解有机物的能力，其中细菌主要针对水溶性单糖类，分解纤维素和半纤维素的优势菌则是放线菌和真菌36。高温阶段当温度达到 45以上就是堆肥的高温阶段，嗜热菌开始代替受到抑制甚至死亡的嗜热菌，堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物被继续分解，且纤维素、

39、半纤维素等复杂有机物也开始被分解。不同温度下，存活的微生物种类不同（见表 1-1），当温度上升到 70以上时，嗜温菌死亡、嗜热菌也进入毁灭期。因此，一般采用翻堆的形式进行控温，以防止温度过高造成氧和水分的缺失或微生物大量死亡。降温阶段当易分解和部分难分解的有机物质消耗尽后，难分解有机物的分解速度减慢，微生物不能从周围环境中获得足够的能量，便开始代谢自身细胞内的营养物质以维持生命，最终微生物会逐渐死亡、活性降低、数量减少，导致温度下降，最终降到常温。此时嗜温菌对难分解有机物进行进一步分解，使腐殖质含量增多并趋于稳定，堆体进入腐熟阶段，堆肥过程逐渐完成。表 1-1 堆肥温度与微生物生长关系37温度

40、/温度对微生物生长的影响嗜温菌嗜热菌常温38激发态不适用3845抑制状态可开始生长4555毁灭态激发态5560不适用(菌群萎退)抑制状态(轻微)6070抑制状态(明显)70毁灭期园林废弃物堆肥的影响因素园林废弃物的复杂组成结构针对堆肥过程，由于园林废弃物与其他固体有机废弃物之间存在着差异性， 因此其复杂的组成结构成为了影响堆肥的一个重要因素。园林废弃物的主要成分是木质素、纤维素，其中主要结构形式是纤维素，约占 40%；半纤维素约占 20%30%；木质素约占 20%30%38。纤维素是由 -D-葡萄糖单链构成的大分子直链多聚物，大约含 200010000 个葡萄糖单体38。作为植物支持结构，纤维

41、素纤丝结构由两部分组成，其一是按一定晶格规律紧致有序排列的结晶区，即高度有序区，其二是杂乱聚集的无定形区，即少序区38。结晶结构使纤维素聚合物显示出刚性和高度水不溶性38， 再加上木质素和半纤维素会夹杂在植物纤维的某一空间中，使得化学试剂或生物酶难以与纤维素表面进行接触、并发挥作用，从而导致纤维素资源不易被利用37。自然界中，有一些微生物可通过分泌纤维素酶，实现对纤维素的分解， 但在自然条件下，其降解速度极缓慢38。半纤维素由戊糖（木糖、阿拉伯糖）、己糖（甘露糖、葡萄糖、半乳糖）和糖酸组成，是呈高度分枝状的异质多糖38，无晶体结构，比较容易被水解成单糖39。木质素是由苯丙烷单元通过醚键和碳碳键

42、连接而成的聚酚类三维网状高分子化合物38。由于溶解性差，分子结构复杂并且极不规则，且对酶的水解作用呈抗性，是目前公认的微生物难降解的芳香族化合物之一40。细胞壁中，木质素通过物理或化学方法作用于纤维素纤维之间，起到粘结和加固的作用，增加木材的机械强度和抵抗微生物侵蚀的能力，使木化植物直立挺拔和不易腐朽39。高等植物细胞壁的维管组织中，半纤维素与木质素通过共价键连接，纤维素与半纤维素交联并被木质素包裹，形成一个高度有序的紧凑的晶体结构40， 再通过分子内和分子间的氢键形成一个高度有序的致密的复合物木质素、纤维素结构41。尽管许多微生物可以通过分泌特殊的酶，缓慢分解单独存在的纤维素和木质素，但由于

43、在细胞壁中纤维素受到木质素的保护，严重阻碍了木质素、纤维素的降解42。堆肥化参数由于微生物对生存环境有严格的要求，因此在堆肥过程中为微生物的生命活动创造良好的条件，是实现园林废弃物快速降解并完全腐熟的关键，即堆肥过程中各物理参数的控制是影响堆肥的又一重要因素。物料粒径适宜的物料粒径对于堆肥的影响至关重要，因为分解都是从物料表面开始的。在相同的体积或者质量下，小颗粒比大颗粒有更大的比表面积43，能与微生物、空气和水分充分接触，从而降解快，但颗粒过小会使供氧状况变弱，影响堆肥速度。一般园林废弃物的物料粒径宜控制在 0.52 cm 之间7,22。含水率水分对于堆肥过程的影响作用主要体现在：溶解有机物

44、以供微生物代谢、蒸发带走热量以控制温度等。含水率低于 40%时，微生物的活性降低36，当低于 10%15%时就不能满足微生物生长的需要，降解速率降低甚至停止37,38；含水率过高使物料间透气性差，易导致厌氧，减慢降解速率，同时也会带走更多热量，不易保温，使堆体无法进入高温阶段，堆肥效果差。一般起始含水率宜控制在 50%60%3,36。初始 C/NC/N 是影响堆肥的重要因素，主要作用体现在提供微生物代谢所需的营养物质，其中碳元素被微生物消耗，转化为二氧化碳和腐殖质类物质13，而氮元素则用来合成细胞原生质，或以氨气的形式散失，或转化为硝酸盐和亚硝酸盐13。C/N 过低（低于 20:1）36微生物

45、生长所需能量来源受限，氮过量并以氨气的形式释放造成氮素损失；C/N 过高（高于 40:1）36，即氮源受限，会导致形成更多的有机酸，使 pH 值偏低44，限制微生物的生长，分解速度减慢45，同时也会使堆肥产品的 C/N 值高，施于土壤后，会夺取土壤中的氮，而影响植物生长13。由于微生物合成一份蛋白质大约需要 30 份碳38，因此一般初始 C/N 控制在(2030):146。温度由于温度对微生物生长和繁殖过程起着决定性的作用，因此温度成为判断堆肥过程是否正常的最直接最敏感的指标47。一般控制堆肥温度在 4565 之间13。温度过低不能满足园林垃圾无害化的要求，并会延长堆肥时间；温度高于 65会抑

46、制部分有益微生物生长，使形成的孢子呈不活跃状态而减慢分解速度37，可采用通风或翻堆的方式实现降温。当堆体温度上升到 55，并保持3 d 以上（或 50以上保持 57 d），堆料中所含的病原菌和寄生虫卵就可以被完全杀灭，从而满足堆肥卫生指标和腐熟的要求48。一般要求环境温度不低于0，最好在 5以上22。pH 值pH 值也可以作为堆肥过程进行是否正常的一项评估指标，一般堆肥开始阶段，在酸性细菌的作用13下，会生产有机酸，pH 值可下降到 4.55.036；而后利用酸性物质的细菌开始生长、繁殖13，同时伴有氨气的挥发，使 pH 上升， 最终堆肥产品 pH 值基本呈中性36。越接近中性堆肥过程的效率越

47、高4。氧气含量对于高温好氧堆肥而言，氧气除了起到辅助微生物生长和繁殖的作用外， 还可起到调节温度、带走多余水分和热量的作用。一般堆肥中氧气的体积分数适宜控制在 5%15%43。如果氧气含量过低（低于 5%），会造成厌氧环境，不利于好氧微生物的生存，使降解速度减慢；而氧气含量过高（高于 15%），则会影响堆体升温，以至于病原菌、虫卵等不能被全部杀灭，不利于堆肥过程的进行。控制堆肥过程中氧气含量的方式主要有为翻堆和强制鼓风47。堆肥腐熟度评价指标若堆肥产品没有完全腐熟，将其施用到土壤中后，危害主要体现在：微生物会继续分解有机物，而消耗土壤中的氧气，最终造成植物根系缺氧；未腐熟的堆肥产品一般C/N

48、高，施于土壤后微生物便与植物竞争土壤中的氮元素；微生物分解有机物时会产生如乙酸和酚类化合物等有机酸，也不利于植物的生长。因此对堆肥产品进行腐熟度评价是其应用的前提。堆肥腐熟度通常由物理、化学和生物指标等指标进行表征。物理指标也称为表观指标，包括温度、气味、颜色等，是对腐熟程度较直接的一种评价方法。通常堆肥结束后温度接近室温、异味消失、堆料颜色呈黑色或黑褐色，表征堆肥过程接近完成。由于物理指标受主观因素影响，因此相比而言，化学指标更加客观、更为常用。目前，较常用的化学指标主要包括 C/N、腐殖化指数、有机质含量变化指标等。其中腐殖质（HS）、胡敏酸（HA）、富里酸（FA）、腐殖化指数（HI）等腐

49、殖化参数作为评价腐熟度的重要指标。由于堆肥原料之间的差异性，导致表征腐熟程度的各化学指标的数值也不相同。由于堆肥产品最终应用于土壤中，其对植物生长的影响作用至关重要，因此种子发芽指数成为堆肥腐熟度评价的典型生物指标。目前，对堆肥腐熟度的评价是将物理、化学和生物指标结合起来，对多个指标进行测定，并通过综合评价才能对堆肥腐熟度做出全面的分析。园林废弃物堆肥的研究进展及存在问题园林废弃物堆肥过程中存在的问题主要是堆肥周期长、堆肥产品品质差等， 为了实现园林废弃物的快速腐熟并获得品质较优的堆肥产品以利于后期的再利用，更多学者通过单一的化学、物理、生物方法或综合方法进行了园林废弃物堆肥的研究。总结下来，

50、主要是从以下几个方面来实现园林废弃物的快速腐熟。添加化学腐熟剂由于堆肥进程和堆肥产品的品质受木质素、纤维素复杂结构的影响，因此， 采用物理或化学方法对其结构首先进行破坏再完成堆肥的腐熟便成为了一些学者的研究方向。2011 年广州市园科绿化有限公司申请了一项名为“一种利用化学腐熟剂加快园林废弃物堆肥腐熟的方法”的发明专利49，此发明专利是通过将园林废弃物经过化学腐熟剂预处理后，木质纤维素的管壁溶胀、膨化疏松， 木质素和纤维素之间的化学键被部分打破，木质纤维素结晶区的晶格构造遭到破坏，加速了园林废弃物堆肥腐熟进程49。研究表明，与未经化学腐熟剂处理相比，小叶榕枝条经 1%用量的氢氧化钠处理 24

51、h 后，其木质素、纤维素含量分别降低 2.77%、5.07%49；小叶榕枝条经 6%用量的木质素磺酸钠处理 24 h 后， 其木质素、纤维素含量分别降低 11.48%、7.71%，表明此两种化学腐熟剂对园林废弃物中木质素有脱出的效果49。园林废弃物与其他物质混合堆肥园林废弃物主要成分是较难降解的木质素、纤维素类物质，与其他物质混合进行堆肥，不仅能在初期为微生物提供充足的有机物质，还可起到调节起始C/N、堆体孔隙度、提供外接菌源等作用。孙向阳等的研究结果表明，糠醛渣中含易分解的小分子有机物及农作物所需的 N、P、K 和微量元素，可为堆肥初期微生物提供大量分解利用的有机物质50；竹酢液含有丰富的有

52、机酸，可影响微生物生长代谢的酸碱环境51；炭化物比表面积大、吸附能力强、带负电荷多， 可影响 pH 值及 EC 值并改善微生物生长代谢环境47；园林废弃物堆肥处理中添加糠醛渣、竹酢液、炭化物都可提高园林废弃物堆腐速率，改善堆肥产品的品质，并实现糠醛渣和园林废弃物的零排放和无害化47,50,51。魏元帅等研究发现， 在 C/N 较低的草屑堆肥中引入高 C/N 的辅料锯末以调节 C/N 到 25 并加入复合菌，堆体的温度上升快，堆肥效果好，一般 2 周左右即可完成堆肥过程52。江定钦等以污泥、菇渣、园林废弃物为原料进行堆肥，结果表明，当蘑菇渣含量较高时处理效果好，是因为蘑菇渣中的微生物对园林废弃物

53、的降解起了主要作用53。添加高效微生物菌剂针对园林废弃物所含的难降解的木质素、纤维素，更多学者逐渐深入研究木质素、纤维素降解菌。堆肥化是在多种微生物的共同作用下实现的。首先，堆肥中细菌数量最多， 因为细菌的比表面积大，可溶性物质能被快速地吸收到细胞中54。细菌所具有的 CMC 酶活性，如微晶纤维素类的具有晶体结构的纤维素能够完全被降解55。细菌能在一定程度上使木质素结构发生改性，成为水可溶的聚合产物，极少矿化木质素产生 CO254，至于细菌是否是通过酶催化反应实现木质素的降解仍存在争议，但已肯定木质素降解酶在细菌降解木质素过程中的催化作用，但有关产生酶的种类和能力还存在着许多争议，这方面的研究

54、有待继续54。链霉菌（Streptomyces）、节杆菌（Arthrobacter）、小单孢菌（Micromonospora）和诺卡氏菌（Nocardia）等放线菌是公认降解木质素能力较强的细菌54，但由于放线菌较真菌的繁殖速度慢，在养分等环境较适合的情况下，放线菌反而在微生物竞争中处于劣势地位，因此其降解木质素纤维素的能力要低于真菌54。但在恶劣环境下，放线菌可形成芽抱，能耐高温且在较大的 pH 值范围内可生存，放线菌不仅可以穿透木质素、纤维素，并且可增加其水溶性，实现对木质素、纤维素等难降解物质的降解，因此放线菌在堆肥高温期和堆肥后期对木质素、纤维素的降解占据一定的优势地位38,54。放线

55、菌很少利用纤维素，但它们能容易地利用半纤维素54。报道的能够分解纤维素的放线菌主要有纤维素诺卡氏菌(Nocardia cellulans)、灰黄链霉菌(Streptomyces griseofavus)等链霉菌属的菌株以及高温放线菌(Thermoactinomyces)、高温单胞菌(Thermomonospora)等39。真菌降解木质素、纤维素的研究起步早，相比细菌、放线菌而言要成熟些， 最早可追述到上世纪 40 年代。真菌是降解木质素的关键菌，只有真菌能把木质素彻底降解为 CO2 和水54。真菌降解木质素主要发生在次级代谢阶段，依靠木质素降解酶如木素过氧化酶(LiP)，锰过氧化酶(MnP)和

56、漆酶(Lac)等的催化作用将木质素等有机物氧化成许多不同的自由基，产生具有化学不稳定性的木质素自由活性中间体，然后发生一系列自发的降解反应，实现对木质素的生物降解38,54。高温真菌降解纤维素、半纤维素和木质素的能力最为突出38，通过菌丝作用可破坏木质素、纤维素结构，且菌丝可分泌作用于木质素、纤维素的胞外酶，导致木质素与纤维素的解聚和溶解54。研究表明，产 CMC 酶能力较强的真菌为木霉菌属中的里氏木霉、康氏木霉和绿色木霉39。降解木质素的真菌主要分为三类：白腐菌、褐腐菌和软腐菌。由于黄孢厚毛平革菌具有生长迅速、木质素降解程度高、有性循环快等优点，其已成为公认的降解木质素的模式菌54。使用单一

57、的细菌、放线菌、真菌等微生物对园林废弃物进行降解堆肥，其堆肥周期长、腐熟程度差，因此添加高效微生物菌剂成为国内外学者研究的热点之一，主要有两种思路，其一是从堆肥中直接筛选出高效优势菌种，其二是人为将模式菌种进行组合并混合培养，再用到堆肥中。如解放后，前东北农科所从堆肥或马粪中分离出好热性纤维素分解菌，称为札札菌，将其富集培养，制成菌剂，施到堆肥中可加速堆肥的腐熟38。崔宗军等56筛选出能快速降解滤纸并可保持稳定 pH 的高效的纤维素复合菌。邱向阳等通过秸秆堆肥，筛选出高效组合菌剂，其可在3 d 内快速启动滤纸条降解38。刘悦秋等57对 4 种中温真菌、4 种中温细菌、1 种中温放线菌和 1 种

58、高温细菌、2 种高温放线菌进行了微生物菌剂对生活垃圾堆肥影响的研究。Singh 等58 以园林废弃物为原料，接种由侧耳属、哈兹木霉和圆褐固氮菌属的菌株组合而成复合菌进行堆肥试验，研究表明此接种菌剂可以有效改善堆肥的品质，对木质素、纤维素和半纤维素的降解效果显著。2003 年清华大学的王洪涛等申请了一项名为“木质纤维素类固体废物堆肥化促腐合菌剂”的专利，此专利适用的堆肥原料是农业固体废弃物和园林废弃物，其中所提及的复合菌剂 1#适用于堆肥高温期，复合菌剂 2#适用于堆肥二次发酵的降温期，加入复合菌剂可加速木质纤维素的降解和转化，缩短堆肥时间，促进腐熟，提高堆肥产品质量达 30% 以上59。如今，

59、较成熟的高效微生物菌剂如日本的 EM 菌、国内研发的 VT 菌、有机废弃物菌曲51等，其中 EM 菌由光合菌、乳酸菌、酵母菌、发酵丝状菌、放线菌等功能各异的 80 多种微生物组成20，VT 菌中富含纤维素分解菌、固氮微生物等菌株60，酵素菌是由细菌、真菌和放线菌 3 类微生物的 24 种益菌组成38。在堆肥过程中接种互不拮抗、相互协同、功能各异的复合菌种，可产生如激素、抗生素等多种特效代谢产物，使得堆肥成品肥效高61。研究表明，添加微生物菌剂有利于堆体初期升温，且高温持续时间长56，能加速有机质和总腐殖酸的分解，加快堆体腐熟62,63，增加堆肥中的养分含量63，提高堆肥品质。优化堆肥各控制参数

60、由于堆肥各物理参数的选择对堆肥过程有着重要作用，因此，针对不同的堆肥原料，一些学者从优化堆肥各控制参数出发展开研究。如由于园林废弃物普遍具有较高的 C/N 比：树皮木屑 C/N 比约为 200750:1，植物残体类 C/N 比约在 100150:1，草末 C/N 比为 4060:122，所以可以通过其自身之间相互混合或与其他物料混合进而调配成适宜的 C/N 进行堆肥。陈伟玲62、郑卫聪64等研究了调节 C/N 和添加复合菌剂对园林废弃物堆肥的影响，结果表明，调节 C/N 有利于加快堆体腐熟，并在调节 C/N 和添加菌剂的作用下效果更好。陈祥等65以园林废弃物为原料进行堆肥，选出了基于种子发芽指