世界土壤日|改良城市土壤,社区堆肥大有作为

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雪华说:迄今为止,城市土壤污染和贫瘠化问题尚未引起普遍关注和足够重视。社区堆肥的主要优势是就地将有机废弃物转化为可用的有机质,其堆肥产物正好就地用于改良城市土壤,培育园林花草植物,满足新兴的城市农庄需求。此文初步阐述城市土壤的特点及存在的主要问题、堆肥产物的品质和特征、堆肥产物如何应用于园林植物的种植和维护,希望对大家合理施用堆肥产物有所助益,同时激发居民和社区尝试社区堆肥的积极性。

改革开放以来,中国经济飞速发展,城镇化率迅速提升,越来越多的人口涌入城市,人们的生活方式发生了巨大变化,土地的用途也因此改变。
截至2019年,我国城镇化率已经达到60.6%,预计到2040年将会超过70%。2000年城市常驻人口约为4.8亿,2019年增加到8.5亿,平均每年约2000万人进城。除了大量老旧房屋拆迁新建、城市边缘的农业用地或闲置用地开发,许多位于城区的污染企业也不得不从市中心迁出,以满足房地产和城市建设对市区土地的饥渴需求。
随着城市化的加速进行,居民为了生产生活的需要,在自然环境的基础上,建造了大量建筑物、交通、通讯、供排水、医疗、文化、体育等城市设施。城市生态系统的生命组分与环境组分随之发生很大变化,需要从城市外生态系统(如农村)输入大量物质和能量以维持城市生态系统的正常运转。城市产生的各种有机物(如厨余、城市污水、园林废弃物等),或通过人工环境保护措施(城市环卫)加以处理,或直接输出到城市系统之外。
图 城市土壤以填充土和混合土为主 (图片来源:网络)  

城市土壤污染和贫瘠问题严重

我们都知道“土壤来源于岩石”。但与自然土壤不同,城市土壤大多来自客土,不依赖于母质或岩床,缺乏来源于无机矿物风化释放的营养,并不具备自然土壤的物理化学属性。与此同时,受高密度人口和强烈人类活动的长期影响,城市土壤原有的生物活动已被改变,污染物、水泥、石块等随着人类活动产物也进入了土壤。

图 自然土壤剖面分层明显(图片来源:网络)

表:自然土壤剖面分层

来源:参考《城市土壤生态功能与有机废弃物循环利用》、《土壤学》等资料

众所皆知,自然植物群落中的土壤一般不需施肥,植物凋落、动植物残体等自然覆盖在土壤微生物的作用下,分解形成养分重新回归土壤,实现自肥。龚自珍在《己亥杂诗》写道“落红不是无情物,化作春泥更护花”即是对自然界植物自肥能力的形象描绘。

图 健康土壤具备的最佳物理、化学和生物特性

(翻译自EsH M V and Magdoff F. 2009. Building Soils for Better Crops[M]

图 自然土壤落叶自肥

(图片来源:网络)

一方面城市中,土壤养分在不断流失。基于景观、养护、安全等考虑,园林植物需要不定期修剪,随季节变更也会产生枯枝落叶等废弃物,都需要每天及时清扫并送往焚烧场或填埋场处置。这种方式人为割裂了城市土壤自肥的生态循环系统,土壤中用于植物生长的养分无法再次回到土壤,导致城市土壤愈来愈贫瘠;同时,大量的园林绿化废弃物也给城市环卫运输和终端处理处置系统带来巨大压力。

另一方面,城市土壤遭受的污染日益严重。工业废气、废液、废渣未能达标排放,居民生活污水未经处理或不实行雨污分流而直接排放,各类垃圾不分类直接乱堆乱丢,机动车产生各类污染物,这些物质中积累大量重金属元素、有毒有机化合物及放射性物质,经过雨水冲洗和淋溶后进入水中,再通过地表径流进入土壤造成污染,导致土壤酸化、盐碱化,损害土壤的理化性质。

简言之,城市土壤生态系统的养分循环呈单向性,养分元素的吸收主要来源于降雨、废物和极少量生物残体,而输出主要以植物吸收、淋溶流失和氧化、挥发或植物带走的方式,自身保留的养分极其有限。

图 常见城市土壤问题

(参考《城市土壤特点及其改良措施》、《土壤肥料学通论》等文献资料绘制而成)

我们社区堆肥应用方面主要涉及的社区土壤属于一种城市土壤,一般以填充土或混合土为主。由于人们的生活和工作主大多集中在社区里,相较于自然土壤的农业生产功能,社区土壤主要具备以下环境和生态功能:

  • 提供社区植物生长所需的载体和养分;
  • 在雨季和旱季,消减洪峰和增湿保湿;
  • 转化、过滤污染物,具有酸碱缓冲性能;
  • 土壤微生物的栖息地,促进城市生态系统的能量流动和物质循环;
  • 为社区居民提供环境优美的公共活动空间。

社区堆肥让土壤重新焕发生机

图 落叶堆肥

(图片来源:社区厨余堆肥项目组拍摄于北京)

为缓解城市土壤污染和贫瘠问题,通过社区堆肥的方式将有机质和营养物质回归土壤是一条有效的技术路径。在垃圾分类的基础上,将社区常见的易腐有机垃圾(如居民厨余、园林/绿化垃圾等)通过人工控制的生物降解过程转化为可利用的有机质,生成的堆肥产物就近、就地用于社区绿地,将有机物质和营养物质保留下来并在本地社区中循环,实现变废为宝和有机物质的闭合循环。
社区堆肥不仅能够减少垃圾运输量和距离,减少车辆废气排放,节约能源,减轻城市垃圾终端处理的压力,大大提高居民环保意识,还能用堆肥产物代替化肥用于社区土壤改良、城市绿化,使得城市土壤重新焕发生机。

在“2024年9月CCCP社区厨余堆肥平台——堆肥产物品质检测分析报告”中(具体内容见报告分享|社区堆肥产物品质检测分析说明与答疑),对来自16个社区堆肥主体的的17个堆肥产物样品进行了检测分析,发现社区厨余堆肥产物具有安全度高、有机质含量丰富、微生物活性高、能显著促进植物生长的特点
  • 安全度高:堆肥流程规范且未收到额外污染的社区厨余堆肥产物具有重金属含量少、病原体活性低的特点。
  • 有机质含量丰富,具有一定营养成分:厨余堆肥产物具有丰富的有机质,远高于一般国家标准要求;同时,还含有一定量的营养成分,可以培肥土壤,为植物生长提供营养。
  • 发芽指数高,显著促进植物生长:一半以上的社区厨余堆肥产物的种子发芽指数大于100%,即厨余堆肥产物相较于清水种子萌发更加旺盛。


社区堆肥让城市土壤焕发生机与活力

实践中,施用堆肥产物可显著增加土壤微生物数量,特别是固氮菌、氨化菌、硝化菌等有益微生物。微生物活动可有效促进有机质的矿化、营养元素的累积、腐殖质的合成,从而提高土壤的吸收、缓冲和抗逆性能。
堆肥产物富含多种微生物,其代谢活动散发一定量的生物热,可以增加地温;微生物活动也可使土壤空松,增加土壤孔隙度,由此提高土壤通气性、排水性和保水性。
微生物与植物密切相关,堆肥产物所含微生物能给植物提供可利用的养分,以此促进植物根际的生长,形成植物激素或抗体物质,降解土壤中的有毒成分,增强植物抵御病害、高温、洪涝和干旱能力。
除此之外,堆肥产物含有的多种无机元素能促进植物正常生长发育。各种有机养分(如氨基酸、糖类等)既可以被植物直接吸收,也可作为植物蛋白质、碳水化合物等的合成材料,还可作为植物生长的有机氮源和磷源。
总的来说,合理施用腐熟稳定的堆肥产物能够改善土壤结构,促进土壤团粒结构形成,丰富土壤养分,提高土壤微生物活性。同时,有机质、团粒结构和微生物互相作用,能够进一步提高土壤质量,减轻病虫草害,减少除草剂施用量,防止土壤退化,实现养地的功能。

表:施用堆肥产物对土壤性质可能产生的影响

图 土壤团粒结构-有机质-微生物之间的关系

(参考《土壤肥料学通论》等文献资料绘制而成)

与农业土壤不同,城市绿地土壤需要养育多种植物生长,许多植物层次的根之间存在严重的养分竞争,会导致某一元素缺乏,如小草对园林绿化树的竞争会降低树可利用的氮量。

堆肥产物是园林植物最好的肥份来源,可以当基肥、追肥、甚至培养土使用,也可帮助植物做护根覆盖,减少水分流失。不同的园林植物、同一园林植物的不同生长发育阶段,对营养元素的需求都不同,对应的堆肥产物施用量和施用方式均不相同。可参照以下施用方法:

  • 基肥:在播种或定植前,将缓释性肥料翻耕埋入地内。堆肥产物可以1:31:5的比例混合土壤后使用,成为提供植物生长初期所需养分的基肥。
  • 追肥在植物生长期间,作为补充和调节植物营养而施用。堆肥产物营养全面丰富,可用松散的撒布方式施于土表。
  • 护根覆盖为避免植物受冷热冲击、防止水分快速蒸发与土壤流失,可在植物附近的土面覆盖一定厚度(5-10厘米)的堆肥产物。在堆肥产物初步实现护根覆盖的效果之后,还能随雨水或浇灌水均匀流入土中,到达植物根部,在分解过程中缓缓释放肥份补充植物生长所需。
与化肥相比,堆肥产物肥效慢。而化肥虽然肥效快,存在养分单一、污染环境的缺点。在实际应用中,也可根据需求配合施用,结合松土、除草、灌溉等土壤管理措施,可以使得堆肥产物本身具有的改良土壤、培肥地力等作用进一步提高。比如,堆肥产物C/N较高而且产物的检测结果显示含氮量低,可与氮肥配合施用,避免出现土壤氮饥饿现象。

昆山花园使用堆肥产物作为覆盖物   来源:社区厨余堆肥项目组拍摄于昆山

图 堆肥产物用于城市建渣土地块改良效果

(社区厨余堆肥项目组在南京溧水进行改良)

迄今为止,城市土壤污染和贫瘠化问题尚未引起普遍关注和足够重视。社区堆肥的主要优势是就地将有机废弃物资源化处理,社区有机废弃物依照“食品(产品)有机残渣堆肥化处理堆肥产土壤营养的资源化路径,实现变废为宝和有机物质的闭合循环。

目前,我国社区堆肥仍处于实践摸索阶段,踏着垃圾分类的春风,只要我们找到适合中国社区厨余堆肥的模式,对堆肥过程规范管理,社区堆肥无疑将为维持城市土壤健康、花园城市建设乃至无废城市建设添砖加瓦。


主要参考文献:

  • 方海兰.城市土壤生态功能与有机废弃物循环利用[M].上海科学技术出版社, 2014.

  • 沈其荣.土壤肥料学通论[M]. 高等教育出版社, 2001.

  • 张蕊,刘鸿,石娜.城市土壤特点及其改良措施[J].现代农业科技, 2010(06): 302+315.

  • EsHMV, Magdoff F. Building Soils for Better Crops[M]. 2009.

  • 赵天涛,梅娟.赵由才. 固体废物堆肥原理与技术(第二版)[M].化学工业出版社, 2017.






关于我们

2018年起,南京大学(溧水) 生态环境研究院与万科公益基金会共同发起了两期“社区厨余堆肥试点项目”。到2023年11月,两期试点项目以及衍生出来的合作伙伴已经在全国14省22市的60余个社区开展厨余堆肥,初步摸索出社区厨余堆肥作为废弃物在地资源化利用的中国路径。

与此同时,合作双方共同发起的“社区厨余堆肥平台”也已凝聚了部分社区厨余堆肥实践者。本期项目将通过支持伙伴开展社区厨余堆肥实践的方式,结合案例经验总结、效益评估、数字平台技术支持等方式进一步提炼社区厨余堆肥的中国模式,扩大政策影响力和国际影响力,贡献于社区可持续发展及气候变化适应。

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