【研究進展】

◎陳 科 實習記者 李詔宇

對樹葉、草屑、樹木等植物自然凋落或人工修剪產生的園林垃圾，傳統處理方式是焚燒和填埋。但這種方式不僅會排放溫室氣體、造成二次污染，同時也是一種資源浪費。

以好氧發酵爲核心的人工腐殖化技術正成爲一種有效的資源回收方案。近日，中國科學院成都生物研究所生物質能源項目組李東研究員團隊在國際期刊《工業作物和產品》中，展示了一項園林垃圾人工腐殖化領域的最新研究成果，研究篩選高效的中溫木質素降解菌、高溫木質素降解菌等，將其用於園林垃圾的生物強化定向腐殖。該項技術如何強化園林垃圾的定向腐殖，又能帶來哪些生態和經濟效益？研究團隊針對這些問題進行了解讀。

定向腐殖降低礦化反應

“傳統的園林垃圾處理方式是焚燒和填埋。焚燒會產生二氧化碳、二噁英等溫室氣體和污染物；填埋不僅會佔用大量的土地資源，其產生的滲濾液和填埋氣，也會造成嚴重的水體和大氣污染。”李東說，爲緩解上述問題，人工腐殖化技術正逐步應用於園林垃圾的處理過程。“好氧發酵生物堆肥”是一種常用的人工腐殖化技術，但由於園林垃圾中木質纖維素含量較高，不利於微生物分解利用，因此該技術存在腐殖週期長、腐殖化程度低等問題。

研究團隊成員陳意超說，傳統的人工腐殖化技術有腐殖化和礦化兩種作用。其中，腐殖化作用是將園林垃圾變成腐植酸，而腐植酸可增加土壤碳庫，起到改良土壤的效果。但礦化作用則是將園林垃圾變成二氧化碳、氨氣等溫室氣體，可能會造成一定程度上的環境污染。因此人工腐殖化的主要目標就在於減少礦化，增加腐殖化。

針對這一目標，李東團隊提出了園林垃圾定向人工腐殖化生物強化的解決方案。團隊成員鄧放介紹，生物強化技術是指通過向傳統的生物處理系統中引入具有特定功能的微生物，提高有效微生物的濃度，增強對難降解有機物的降解能力，多應用於有毒、有害、難降解污染物的治理。團隊成員利用生物強化技術，通過添加木質纖維素降解真菌，提供更多的腐植酸前體物來促進定向腐殖化，有效提高了堆肥產品中的腐植酸和氮含量，同時降低了腐殖化過程的碳氮損失和溫室氣體排放，減少礦化作用。

李東解釋說，目前該技術主要通過兩個方面強化園林垃圾的定向腐殖。一方面是通過促進多酚、還原糖、氨基酸等腐植酸前體物的生成強化定向腐殖；另一方面是通過微生物的氨同化作用，將礦化過程中產生的氨同化成氨基酸，氨基酸再參與到腐植酸的合成。腐植酸是一種相對穩定、不易被再次分解成二氧化碳的材料。

實現園林垃圾“極限利用”

“園林垃圾的礦化過程中，在產生二氧化碳、氨氣的同時還會釋放熱量。這些熱量不被利用就成了一種資源浪費。因此，目前我們提出了一個物質能量‘極限利用’的理論——一種專門針對定向腐殖化的理論。”李東舉例解釋，假設有100份園林垃圾的有機質，“極限利用”就是要讓其中的90份腐殖化，只有10份用來礦化，“而我們目前的技術只能做到60%左右的腐殖化”。

未來，李東團隊還將從多方面實現“極限利用”，包括通過實驗及理論計算，推算出物質能量“極限利用”比例；從生物技術和動態供氧技術着手，研究實現“極限利用”的方法；通過設備、儀器實現連鎖反饋控制，在工程上讓腐殖化趨向於極限。

“其中最核心的是氧的控制，因爲腐殖化和礦化都是在有氧條件下進行，氧氣多，礦化就嚴重一些。所以我們的關鍵點就在於怎樣精準控制氧，讓氧趨近於剛剛夠腐殖化。這是未來需要從技術上解決的問題。”李東說。

目前，該研究團隊已推出多項基於人工腐殖化生物強化技術的應用成果。如將園林垃圾按照粗細進行篩分，將枯枝落葉等小塊垃圾打成粉末，將粗樹幹、樹枝等大塊垃圾進行切塊。兩者同時進行腐殖化後，前者可做成有機肥，後者可通過着色做成有機覆蓋片，這種有機覆蓋片不僅可以抑制粉塵、保水保溫，其彩色的外觀還具有景觀作用，可用於公園城市建設。

李東表示，未來園林垃圾定向腐殖化技術可帶來生態、經濟的綜合收益。在生態方面，其不僅能減少傳統填埋或焚燒導致的水、土、氣污染，還可替代化肥使用並實現土壤的碳庫封存。在經濟方面，其製成的有機肥、有機覆蓋片可作爲商品進行銷售，未來還可以帶來土壤碳匯收益。