对树叶、草屑、树木等植物自然凋落或人工修剪产生的园林垃圾，传统处理方式是焚烧和填埋。但这种方式不仅会排放温室气体、造成二次污染，同时也是一种资源浪费。

以好氧发酵为核心的人工腐殖化技术正成为一种有效的资源回收方案。近日，中国科学院成都生物研究所生物质能源项目组李东研究员团队在国际期刊《工业作物和产品》中，展示了一项园林垃圾人工腐殖化领域的最新研究成果，研究筛选高效的中温木质素降解菌、高温木质素降解菌等，将其用于园林垃圾的生物强化定向腐殖。该项技术如何强化园林垃圾的定向腐殖，又能带来哪些生态和经济效益？研究团队针对这些问题进行了解读。

土壤腐殖物质的形成

土壤腐殖物质的形成过程称为腐殖化作用。腐殖化作用是一系列极端复杂过程的总称，其中主要的是由微生物为主导的生物过程和生物化学过程，还有一些纯化学反应。近年的研究虽提供了一些新论据，但整个作用过程现在均非定论。目前，一般认为土壤腐殖化可分为3个阶段：①植物残体分解产生简单的有机化合物；②通过微生物对这些有机化合物的代谢作用及反复的循环，增殖微生物细胞；③通过微生物合成的多酚和酿或来自植物的类木质素，聚合形成高分子化合物，即腐殖物质。

关于腐殖物质的形成，归纳起来有4条途径。

土壤腐殖物质形成过程中的转化途径

图中的途径①是假定腐殖物质通过还原糖形成的，糖和氨基酸经非酶性聚合作用形成棕色的含氮聚合物，即腐殖物质。

途径②和途径③构成了现在比较盛行的多元酚理论，即在腐殖物质形成过程中有多元酚和配的参与，它们可直接来自木质素（途径③）,也可以是微生物的合成产物（途径②）。在途径③中，木质素经微生物作用后分解释放出酚乙醛和酸，再在多酚氧化酶的作用下氧化生成配，随后配与含氮化合物反应聚合形成大分子腐殖物质。途径②中多酚化合物来自非木质素的碳源，例如微生物可以利用纤维素合成多元酚化合物，其他过程与途径③类似。

途径④是SelmanWaksman的经典理论，即木质素-蛋白质理论。该理论认为，植物残体中的木质素是腐殖物质形成的主要来源，木质素在微生物的作用下，经过一系列脱甲氧基和氧化过程形成类木质素，类木质素是腐殖物质形成的基本结构单元，与微生物合成产生的氨基化合物反应后形成腐殖物质。

在解释腐殖物质的形成途径时，尽管多元酚理论为多数人所接受，然而4条途径都可能在各种土壤中存在，但各自所占的比重不同。例如木质素途径在排水不良的土壤中可能比较重要，而多元酚途径在某些森林土壤中可能是主要的。即使在同一种土壤中，腐殖物质的形成过程也可以有不同的机制。

去年5月份，国内首批人造腐殖质试验产品在烟台欣瑞德新材料科技发展有限公司成功下线，将填补绿色有机肥市场空白。这是烟台黄渤海新区（烟台开发区）开展精准招引、助力乡村振兴的有益尝试。

最近，腐殖利用又有了新进展。

定向腐殖降低矿化反应

“传统的园林垃圾处理方式是焚烧和填埋。焚烧会产生二氧化碳、二噁英等温室气体和污染物；填埋不仅会占用大量的土地资源，其产生的渗滤液和填埋气，也会造成严重的水体和大气污染。”李东说，为缓解上述问题，人工腐殖化技术正逐步应用于园林垃圾的处理过程。“好氧发酵生物堆肥”是一种常用的人工腐殖化技术，但由于园林垃圾中木质纤维素含量较高，不利于微生物分解利用，因此该技术存在腐殖周期长、腐殖化程度低等问题。

研究团队成员陈意超说，传统的人工腐殖化技术有腐殖化和矿化两种作用。其中，腐殖化作用是将园林垃圾变成腐植酸，而腐植酸可增加土壤碳库，起到改良土壤的效果。但矿化作用则是将园林垃圾变成二氧化碳、氨气等温室气体，可能会造成一定程度上的环境污染。因此人工腐殖化的主要目标就在于减少矿化，增加腐殖化。

针对这一目标，李东团队提出了园林垃圾定向人工腐殖化生物强化的解决方案。团队成员邓放介绍，生物强化技术是指通过向传统的生物处理系统中引入具有特定功能的微生物，提高有效微生物的浓度，增强对难降解有机物的降解能力，多应用于有毒、有害、难降解污染物的治理。团队成员利用生物强化技术，通过添加木质纤维素降解真菌，提供更多的腐植酸前体物来促进定向腐殖化，有效提高了堆肥产品中的腐植酸和氮含量，同时降低了腐殖化过程的碳氮损失和温室气体排放，减少矿化作用。

李东解释说，目前该技术主要通过两个方面强化园林垃圾的定向腐殖。一方面是通过促进多酚、还原糖、氨基酸等腐植酸前体物的生成强化定向腐殖；另一方面是通过微生物的氨同化作用，将矿化过程中产生的氨同化成氨基酸，氨基酸再参与到腐植酸的合成。腐植酸是一种相对稳定、不易被再次分解成二氧化碳的材料。

实现园林垃圾“极限利用”

“园林垃圾的矿化过程中，在产生二氧化碳、氨气的同时还会释放热量。这些热量不被利用就成了一种资源浪费。因此，目前我们提出了一个物质能量‘极限利用’的理论——一种专门针对定向腐殖化的理论。”李东举例解释，假设有100份园林垃圾的有机质，“极限利用”就是要让其中的90份腐殖化，只有10份用来矿化，“而我们目前的技术只能做到60%左右的腐殖化”。

未来，李东团队还将从多方面实现“极限利用”，包括通过实验及理论计算，推算出物质能量“极限利用”比例；从生物技术和动态供氧技术着手，研究实现“极限利用”的方法；通过设备、仪器实现连锁反馈控制，在工程上让腐殖化趋向于极限。

“其中最核心的是氧的控制，因为腐殖化和矿化都是在有氧条件下进行，氧气多，矿化就严重一些。所以我们的关键点就在于怎样精准控制氧，让氧趋近于刚刚够腐殖化。这是未来需要从技术上解决的问题。”李东说。

目前，该研究团队已推出多项基于人工腐殖化生物强化技术的应用成果。如将园林垃圾按照粗细进行筛分，将枯枝落叶等小块垃圾打成粉末，将粗树干、树枝等大块垃圾进行切块。两者同时进行腐殖化后，前者可做成有机肥，后者可通过着色做成有机覆盖片，这种有机覆盖片不仅可以抑制粉尘、保水保温，其彩色的外观还具有景观作用，可用于公园城市建设。

李东表示，未来园林垃圾定向腐殖化技术可带来生态、经济的综合收益。在生态方面，其不仅能减少传统填埋或焚烧导致的水、土、气污染，还可替代化肥使用并实现土壤的碳库封存。在经济方面，其制成的有机肥、有机覆盖片可作为商品进行销售，未来还可以带来土壤碳汇收益。