专家分享|陈能场：堆肥产物的应用—让土壤重新焕发生命力

项目组按：

当今固废管理中，古老的堆肥技术仍然是回收再利用有机废弃物（包括厨余和园林绿化垃圾）的主流技术，其产物的主要用途是回归土壤、用于种植，由此闭合支撑着千百年人类文明发展的物质循环。对热爱和从事堆肥实践的伙伴而言，都需要掌握基本的土壤知识，了解堆肥和土壤的关系，学习如何将堆肥产物施用于土壤才有益于土壤健康和植物生长。

为此，社区厨余堆肥平台特地邀请广东省科学院生态环境与土壤研究所、中国科协环境生态领域首席科学传播专家陈能场研究员主笔，为大家撰写“土壤与堆肥”的系列科普文章，在6月陆续推出。本系列的第一篇和第二篇分别为《专家分享|陈能场：健康土壤是农业的核心》和《专家分享|陈能场：堆肥产物的魅力—从易病土壤到抑病土壤》。本文是本系列的第三篇，重点介绍了堆肥产物在土壤中的理化作用效果，解释了堆肥产物能够改良土壤、提高土壤保水保肥等能力的关键。

社区厨余堆肥项目组对推文的编辑得到了陈能场老师的首肯，特此说明。

堆肥产物的应用

—让土壤重新焕发生命力

广东省科学院生态环境与土壤研究所

中国科协环境生态领域首席科学传播专家

陈能场研究员

在《健康土壤培育与实践指南-健康土壤的生态管理》第四版中，著者给出这样一个案例：在2006、2007和2010的干旱年份，西弗吉尼亚州的肉牛农场主Cam Tabb的作物产量超过了这个地区的平均水平。有时，邻居们都想知道Tabb是否享受着某种神奇的小气候，因为他能度过干旱期，且受干旱气候的影响似乎微乎其微。Tabb将自己的丰产归功于他自1970年代初以来一直在实施的免耕做法，以及在他30年来一直在自己的土地上施用马、奶牛和肉牛的粪便制作的堆肥产物。“我的植物更健康，根系更发达，因为我的土壤结构更好，” 他说，“雨水都进到了地里。”

Tabb对在他的农场长期施用堆肥产物和免耕的结果感到满意，土壤变得像海绵一样松软，蚯蚓变得更加丰富，堆肥产物处理过的农田几乎没有径流。

堆肥产物的保水性和缓慢的养分释放特性在生长良好的年份提高了他农场的产量，并在生长不佳的年份缓解了他的运营成本。有一年，他记录到一英亩施了堆肥的玉米产量比同样面积的对照高80蒲式耳（即5380公斤/公顷，或359公斤/亩）。

Tabb的案例充分说明：堆肥之效，久久为功。

堆肥产物的应用—让土壤重新焕发生命力（示意图）

本系列推文第二篇《专家分享|陈能场：堆肥产物的魅力—从易病土壤到抑病土壤》：重点介绍了堆肥产物的生物学特性、其施用为何能提高土壤的抗病性能。堆肥产物中丰富的微生物，能有效改善土壤生态环境。除此之外，堆肥产物还含有丰富的有机质和营养成分，能从多个方面对退化土壤进行改良和修复，让土壤重新焕发生命力。

（堆肥对土壤的生物、化学和物理性质的影响）

一

堆肥产物用于土壤改良

1. 堆肥产物养分全面、肥效持久

除了碳氢氧、植物需要从土壤中吸收14种必须元素以完成其生命周期。相较于化肥，堆肥产物虽然总养分含量不高，但养分种类十分丰富，有助于给植物提供均衡的养分。一般情况下，堆肥产物中有机质:24～42%,氮(N):1.1～2.0%,磷(P2O5):0.30～0.82%,钾(K2O):0.50～2.53%,碳氮比:（C/N)9.7～10.7(堆肥原料和工艺不同，获得的堆肥产物养分也不同，需要以实测为准)。除此之外，堆肥产物中还含有一些生理活性物质如胡敏酸、维生素、生长素、抗生素和有机氮、磷的小分子化合物等，促进植物生长。

堆肥产物养分释放缓慢，肥效持久。因此实际施用过程中，大量使用堆肥产物也不会造成土壤有效养分的大幅度变化，施用量不必过于严格控制。过多施用堆肥产物，一般不会危害作物生长。此外，由于堆肥产物养分释放缓慢，施用堆肥产物后，不仅当季作物增产，一般于若干年后仍可见效，肥效缓慢而持久。

2. 堆肥产物有机质丰富，能大幅度提高土壤有机质和保肥能力

堆肥产物中含有大量有机质。不同的有机质在土壤中起到不同理化作用，能够增加土壤团粒结构和阳离子交换量，改善土壤透气性和吸水能力，从而提高土壤保水、保肥、抗逆及减少水土流失的能力。

不同类型的残留物对土壤有不同的影响（粗线表示更多的物质，虚线表示非常小的百分比）。改编自Oshins和Drinkwater（1999）

新鲜的堆肥产物中，仍含有部分未完全分解活性有机质，这类活性有机质具有较强的土壤团聚作用，能在土壤中形成更多的土壤团聚体。一项研究发现，施用堆肥产物可以增加45%的团聚体的形成。

与新鲜堆肥产物不同的是，完全腐熟的堆肥产物中活性有机质大部分已经被分解，对土壤活性有机质贡献有限，但可以给土壤供给大量的稳定腐殖质。腐殖质的阳离子交换量是次生矿物蒙脱石的数倍，高岭石的数十倍。正是因为堆肥产物腐殖质具有较高的阳离子交换量，堆肥产物的施用在许多方面改善了土壤性能。

堆肥产物因其高阳离子交换量，能有效地提高土壤的缓冲能力。有研究表明，使用石灰和堆肥产物对酸性土壤进行改良，4周后石灰改良土壤再次酸化，而堆肥产物改良后土壤保持中性。

腐殖质的另一大功能是蓄水，腐殖质的吸水能力是本身重量的数倍，1%的土壤有机质蓄水<10000加仑，而3%的土壤有机质56000~84000加仑，相差5.6-8.4倍。有研究对黄土母质的土壤连续施用堆肥产物15年，结果表明，堆肥产物和粪肥改良剂降低了土壤容重、并增加了有机碳浓度，从而提高了表观透气性和气体扩散率，提高了持水能力。

二

堆肥产物可广泛用于土壤修复

环境保护部和国土资源部公布《全国土壤污染状况调查公报》数据显示:我国部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。堆肥产物有污染物吸附和氧化还原的特性，可以应用于不同类型污染土壤的修复与质量提升，包括重金属污染土壤的修复。

· 重金属污染土壤的修复

重金属在土壤中具有不可降解性，很容易进入生物链中，从而危害人类、动物和植物的健康。堆肥产物中的腐殖质可在金属氧化还原过程中充当电子穿梭体，通过表面功能基团与重金属反应形成络合物，从而影响金属离子的浓度与迁移性，降低重金属毒性，达到修复重金属污染的目的。

· 盐渍土壤的修复

随着受污染水源的直接灌溉和化肥制品的过量使用，盐渍化土壤面积不断扩大。过量盐浓度不仅会改变土壤理化性质，而且还会对土壤的结构稳定性和容重产生不利影响，增加黏土的分散性，降低土壤的渗透性，最终影响作物的产量。

堆肥产物富含腐殖酸，可以改善土壤的结构和渗透性，提高盐分淋溶，减少表层蒸发和抑制表层土壤盐分积累，同时还降低了土壤微生物呼吸和分解过程中释放的CO2，改善有机质矿化条件。

· 有机污染物降解修复

堆肥产物中丰富的微生物可降解土壤中存在的部分有机污染物，或将有机污染物转化为毒性较小的物质。

Jingzi Beiyuan, Daniel C, W, Tsang, Nanthi S. Bolan, Kitae Baek, Xiang-Dong Li. 2018.Interactions of food waste compost with metals and metal-chelant complexes during soiremediation,Journal of Cleaner Production. 192:199-206

三

堆肥产物用于防治水土流失

堆肥产物通过改良土壤理化性质，增强土壤团聚能力并促进土壤表面植被生长，从而减少水土流失。一项研究表明，与裸土相比，施用堆肥产物减少了86%的土壤流失，与淤泥栅栏相比，到达附近地表水的沉积物减少了99%，与水力喷播相比，减少了38%（Demars，1998年）。一旦与土壤结合，堆肥产物可以增加高达125%的渗透率（德马斯，1998年）。

Donn S et al. 2014. Improved soil fertility from compost amendment increases root growth and reinforcement of surface soil on slope. Ecological Engineering. 7:458-465

堆肥产物通过以下方式控制侵蚀

增加土壤表面的水分渗透

减少径流和径流中的土壤颗粒迁移

增加植物生长和土壤覆盖

减少土壤颗粒移动

增加土壤的持水能力，从而减少径流

缓冲土壤pH值

通过增加土壤结构减轻土壤板结

当用作过滤护堤时

充当过滤器来减少沉积物进入地表水。

减少化肥、化学品、金属和其他污染物通过雨水径流进入地表水。

可以节省固体废物处置费用、时间和购买侵蚀控制材料的费用。

结语

社区堆肥由于原料和工艺差别较大，获得的堆肥产物品质也具有显著差异，很难实现标准化和均一化。但总的来说，堆肥产物含有多样的营养物质和有机成分，生物活性高，在各种土壤改良和修复、维护方面都能有显著的功效。堆肥产物的施用能够丰富土壤养分，改善土壤结构，促进土壤团粒结构的形成，提高土壤微生物的活性，从而提高土壤保水保肥、缓冲、抗逆、抗病等能力，最终促进植物生长，使土壤重新焕发生命力。