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美国堆肥状况:它是什么、为什么、在哪里和如何堆肥

发布时间:2020/04/21 有机堆肥 研究中心 浏览次数:149

 

翻译:绿康有机肥研究室

 

前瞻提要

 

有机堆肥的好处目前在全世界已得到充分证明。有机堆肥是一种有价值的土壤改良剂。它增加了土壤所需的有机物和土壤碳固定,改善了植物的生长,节约了水,减少了对化学农药和化肥的依赖,并帮助防止了养分流失和土壤侵蚀。堆肥还可以减少原本可能在垃圾掩埋场或垃圾焚化炉中处置的物料量,并通过回收来重新利用这些物料。因此,在美国,推进堆肥和堆肥的使用是创造就业机会,保护流域,减少气候影响,改善土壤生命力以及建设有弹性的地方经济的关键可持续性战略。

有了所有这些好处,为什么我们不堆肥呢?我们如何产生和使用更多的堆肥来固定土壤中的碳并改善土壤结构和肥力?堆肥从哪里来?哪种系统最有效?应该推广什么类型?堆肥扩展面临哪些威胁?有什么限制?推进堆肥需要哪些基础设施和政策?我们如何实现这些?

为了回答这些问题,绿康有机肥研究室调阅了大量美国文献资料(包括美国华盛顿大学)。该报告解释了什么是堆肥及其重要性。该报告解释了堆肥是什么以及为什么堆肥是重要的;总结了模型数据、技术和系统。最后就如何在中国堆肥提出了建议。

本文重点介绍了美国堆肥的现状,特别是关于堆肥和堆肥使用创造就业机会的新数据、国家基础设施和项目的最新信息以及推进堆肥的关键政策。

 

为什么要堆肥?

 

对于土壤

改良土壤和保护流域是为什么我们需要更多堆肥的两个关键驱动因素。世界三分之一的耕地惊人的速度流失(水土流失¹)。在美国,有超过9900万英亩的土地(占所有耕地的28%)正在以超过土壤耐受性的速度侵蚀,这意味着土壤无法维持长期生产力,并且新土壤无法充分替代失去的土壤。侵蚀降低了土壤储存水和支持植物生长的能力。用堆肥改良土壤可改善土壤质量和结构,增加保水能力,减少化学肥料的使用,并减少环境污染。

 

水土流失¹:是指由于自然或人为因素的影响、雨水不能就地消纳、顺势下流、冲刷土壤,造成水分和土壤同时流失的现象。主要原因是地面坡度大、土地利用不当、地面植被遭破坏、耕作技术不合理、土质松散、滥伐森林、过度放牧等。水土流失的危害主要表现在:土壤耕作层被侵蚀、破坏,使土地肥力日趋衰竭;淤塞河流、渠道、水库,降低水利工程效益,甚至导致水旱灾害发生,严重影响工农业生产;水土流失对山区农业生产及下游河道带来严重威胁。

 

对于就业

像其它循环经济一样,堆肥为农村提供了直接的发展机会。无论是投资还是生产销售,堆肥比其它废弃物处理方案(如垃圾填埋和焚化)都能提供更多工作。但是与线性处理方案不同,堆肥最终是制造企业,可以为多个行业提供增值产品,在这些行业中,有机物处置的每个阶段都能够提供就业。除了堆肥设施中的直接工作外,堆肥的使用还为新的绿色企业和更多工作提供了支持。堆肥的大多数市场往往是区域性的,而不仅仅是在本地销售。在本地采取的每个步骤都意味着更多的工作,更多的供应和服务业务支出。

15年前,ILSR对堆肥所维持的工作进行了广泛的研究。以每吨为单位,研究发现堆肥能够提供的工作量是垃圾掩埋场或焚化炉处置的四倍。2013年,ILSR评估了马里兰州当前和堆肥潜在相关工作。这项研究表明:在马里兰州堆肥,以减少废物数量,创造就业机会和保护海湾环境,还发现:

 

  • 按吨数计算,马里兰州的堆肥已经比该州的三座垃圾焚化炉更多的处置能力,总处置能力几乎是焚化炉的两倍。
  • 按吨数计算,马里兰州的堆肥工人的数量是垃圾填埋场的两倍,是该州垃圾焚化炉的四倍。
  • 按美元投资计算,马里兰州的堆肥设施每投资1000万美元,提供的工作量是垃圾掩埋场的2倍,是焚化炉的工作量的17倍。
  • 堆肥和堆肥产品创造了全新行业,创造了更多的就业机会。
  • 每年在使用10000吨的堆肥可以维持一项新业务。这些企业每年每使用10000吨堆肥,就可以维持18个全职同等工作岗位。

 

表1:列出了13家公司的就业数据,这些公司横跨马里兰州和加利福尼亚州,专门将堆肥用于绿色基础设施(家庭园艺、私人花园、街道绿化等)。这13家公司总共雇用了70名工人,每年使用大约38000吨堆肥。换句话说,他们每年每使用10000吨堆肥维持18个岗位。

表2:比较了与马里兰州的处理方案,堆肥创造更多就业效益。如果考虑利用堆肥维持的潜在就业机会,堆肥将维持比填埋多5倍的就业机会(按吨计算),比焚烧多9倍的就业机会。

表3:根据ILSR在马里兰州的研究,在中,小型和大型设施的混合堆肥中,每100万吨有机材料将有近1400个新的全职工作可能得到支持,工资从2300万美元到5700万美元不等。 相反,当这些有机材料在马里兰州的垃圾填埋场和焚化炉中处理时,仅能提供120至220个工作。

 

堆肥创造就业数据

堆肥创造的就业效益

 

堆肥创造的就业效益

 

国家快照

 

美国的堆肥情况如何?简而言之,市、县政府以及越来越多的普通民众认识到,为了实现废物回收利用目标及处理成本,将园林废弃物和食品废料从处置中转移出来的重要性。然而,虽然回收庭院垃圾的工作已经很完善,但食物残渣的堆肥基础设施却落后了。

BioCycle使用的数据收集方法在附带的侧栏中进行了说明。在美国为本研究确定的4914个堆肥作业中,约有71%的作业是仅用于堆肥的庭院修剪(根据44个州的报告)。

总数划分如下(表4)

 

  • 园林废弃物:3453
  • 食品废弃物:347
  • 各种有机物混合:87
  • 未分类固体废物:11
  • 生物固体废物:238
  • 大型堆肥场:337
  • 农业堆肥:400
  • 其它堆肥:41

 

图1显示了按类型划分的细分。食品废弃物回收正在缓慢增长。超过180个社区已经建立了居民食品废弃物计划,而十年前只有少数几个。不计其数的超市、学校、餐馆和其他企业和机构也将他们的食物残渣分类,用于堆肥。但目前的基础设施仍然不足。

美国的堆肥情况如何

美国的堆肥情况如何

 

在美国44个做出回应的州中,有33个提供了数量-总计19,431,687吨有机物被用于堆肥(表5)。有机废物流主要包括园林废弃物,食物残渣,生物固体和一些农业废弃物。在报告的各州中,加利福尼亚州的堆肥吨位最高,2012年为590万吨;佛罗里达州第二高(150万吨),其次是爱荷华州(130万吨),华盛顿州(120万吨)和纽约(100万吨)。

 

美国的堆肥情况如何

 

(表5):提供了三种能力范围:<5000吨/年;5000至<20000吨/年;以及>20000吨/年。31个州对这一要求的细目作出了答复:在这31个州的3285个堆肥设施(2354个)中,72%的堆肥设施年处理量少于5000吨。在5000至20000吨的范围内有713个设施。只有218个设施的堆肥量超过20000吨。对这项调查作出回应的州包括人口稠密的州,如加利福尼亚州、佛罗里达州、马萨诸塞州、新泽西州、纽约州、俄亥俄州、弗吉尼亚州和华盛顿州。

如表5所示,31个州中的27个州也报告了2012年用于堆肥的有机物总量。总共,这27个州转移了1632.1万吨有机物到3166个设施进行堆肥(总共3285个减去四个州没有提供转移到堆肥的有机物总量的119个设施)。平均每年5155吨。这个太小了。为了在美国实现更高水平的堆肥,需要更多的处理能力。

 

国家支持堆肥的计划

 

除了美国农业部/自然资源保护局通过其EQIP计划为堆肥设备和一些基础设施的农场堆肥场提供的一些赠款外,堆肥设施没有拨款或贷款计划。大约25年前,根据当时新的分编条例,关闭了不合格的垃圾填埋场,各州逐步开始积极建立堆肥基础设施,特别是园林废弃物堆肥设施。这是20多个州对园林废弃物采取某种处置禁令的时间框架(大多在1988年至1996年之间)。州立法机关通过了回收目标计划,州固体废物管理机构建立了赠款和教育计划,并雇佣员工为这些计划提供服务和技术援助。

时至今日,情况大不相同。建造堆肥和循环利用基础设施的努力持续了多年,但后来开始减弱-尤其是当大型的、符合分编条例的垃圾填埋场取代了当地的垃圾填埋场时。垃圾等废弃物开始通过铁路和卡车长途跋涉,这种情况在今天仍然存在。美国并不缺乏垃圾填埋场,尽管一些州,如马萨诸塞州,正在耗尽。

如表6所示,要求各州对下列类别提供是/否答复(即,如果有这些方案的话):捐赠;贷款;技术援助;转移任务;处置禁令;外联和教育;以及操作员培训课程。报告的39个州中只有14个州有赠款计划,只有7个州有贷款计划。大多数在提交报告的州中(39个州中的34个)提供技术援助。只有9个州有转移授权,39个州中有18个州表示其州有处置禁令。31个州有外展和教育计划,15个州提供操作员培训课程。

 

美国的堆肥情况如何

 

由于美国对更多有机物处理能力的迫切需求,这种通过赠款和贷款来扩大规模和购买堆肥设备方式令人担忧。此外,许多州还削减了专门从事堆肥的全职员工的人数,州有机物回收专家通常被任命其他职位或与堆肥和有机物管理无关的管理职务。俄亥俄州环境保护局和加利福尼亚州资源回收利用部(CalRecycle)是这一趋势的两个例外。马萨诸塞州正准备在2014年秋季实施其商业有机物处理禁令,该州已将大部分用于堆肥的技术援助外包出去,因此没有增加机构一级的工作人员。

 

园林废弃物和食物垃圾

 

在国家层面,制定了鼓励或要求转移源头分离有机物的政策。许多年前,超过20个州颁布了禁止在垃圾填埋场处理园林废物的禁令。最近,一些州已经制定了食品垃圾处理禁令。禁止将垃圾转移到堆肥方面的效果如何?一般来说,人们普遍认为,国家禁令减少了流向垃圾填埋场的数量,特别是更严格的禁令。但是,垃圾处理禁令肯定不是推动堆肥的唯一机制。在有机物转化为堆肥的前五个州中,只有爱荷华州禁止在垃圾填埋场处理园林垃圾。加州的废物转移目标在建立当地的有机物转移计划方面是有效的,包括园林修剪和食物垃圾。

一个创造更多的食品废料堆肥基础设施的机会是利用现有的堆肥设施。然而,美国3453个堆肥设施中,有许多设施没有配备人员或设备来满足接收食物垃圾的要求。其中许多是市政所有,预算和人员有限,无法改变经营方式来处理食物垃圾。因此,至少在可预见的未来,人们的期望是,任何对分离食物残渣的堆肥能力的显著扩展都将由私营堆肥设施完成。一些州积极主动地修改了其堆肥管理结构,以简化对希望开始处理食物垃圾的现有堆肥设施的许可。例如,俄亥俄州几年前修订了堆肥规则,以帮助这一转变。

 

如何在美国发展堆肥

 

美国各州都可以增加对园林废弃物、食物残渣和其他有机原料的回收。许多人正在积极这样做。近20个州已经或正在修订其堆肥设施许可条例。美国各州可增加堆肥的使用,并通过采购政策和规定,鼓励生产高质量堆肥。我们还可以更好地将堆肥的收益货币化,例如它在土壤中固碳的能力,以激励该行业。

新的规则和政策是堆肥发展的非常有效的手段。美国堆肥现状概述了一系列地方和州政策,这些政策可用于进一步堆肥生产。还需要财务建模,为投资者提供有效的数据。无论设施规模如何,培训都是成功堆肥的关键。资助美国州立大学的堆肥科学,工程和发展计划,以提高该行业的专业水平,并培养一批运营和提升堆肥设施的大学生。

政策机遇

克服缺乏基础设施和有机原料运输障碍。目前许多现行政策对分散和多样化堆肥基础设施好处缺少的是充分认识。

堆肥可以在很多不同场景中:别墅,街区,社区,校园以及在城市,郊区和农村。有很多方法可以实现这一目标。大型集中设施可以服务于广阔的地理区域,并从处置设施中转化大量有机物。而在社区附近范围就地堆肥有许多其他好处:改善当地土壤、增加当地工作机会、绿化环境、加强粮食安全和减少食物浪费、减少卡车运输垃圾、增加当地劳动力的堆肥技术和技能,并在下一代中得到加强。当堆肥是小规为基础,社区参与和教育可以蓬勃发展。

ILSR建议制定堆肥战略,优先促进家庭自制堆肥、小型农场、社区堆肥,其次是机构系统(特别是学校),然后发展剩余有机物的商业能力。如果农民接受过培训,能够通过一些法律法规,就有可能开始堆肥。扩大社区堆肥将减少市政府收集和处理垃圾的成本,并将有价值的有机物质保留在附近的土壤中。

在州一级,一些关键政策包括确立最低回收目标、采用最高和最佳使用等级、对处理设施实施每吨附加费、暂停建造新的垃圾焚烧炉、禁止将园林垃圾或其它有机垃圾运输到垃圾填埋场和焚烧炉。当然其他重要类别包括国家堆肥基础设施发展政策、国家堆肥使用鼓励政策和全州经济激励政策。

奥斯汀市也许在官方承认将堆肥基础设施的分散的好处方面是独一无二的。奥斯汀资源回收部(以前是固体废物服务部门)认识到,除了实现零废物目标外,堆肥还保证了粮食可持续生产。因此,该市采用了一种最高和最佳理念,收集城市居民食物残渣,以指导其规划(奥斯汀市,2011年)。

国家土壤政策

尽管有许多的驱动因素,但在广泛实施堆肥方面仍存在一些障碍。尽管目的是好的,但如果处理费用仍然便宜,建造新的垃圾焚化炉(打着提供可再生能源的幌子),市场上仍然存在持久性除草剂,这将导致堆肥最终将受到限制,并且没有通过政策来支持发展足够的基础设施(小型和大型以及介于两者之间的一切)。

缺乏强有力的联邦政策的情况下,地方和州政府可以制定具体的食品废弃物回收目标,并将其堆肥目标与土壤健康、土壤碳固定¹、流域保护、气候保护、废物减少目标和地方经济发展联系起来。

也许没有什么比振兴促进国家土壤政策运动对促进堆肥更重要的了。1975年,生物环的创始人杰里·戈尔茨坦提出,国家腐殖质计划至关重要:“当我们进入200周年(1976年)之际,让我们向我们的政治家和政策制定者建议,我们应该在庆祝活动中加入誓言,用各种有机废物建立国家的土壤腐殖质含量。或许我们甚至可以让1976年的候选人在他们的总统纲领中加入一个不朽的纲领。”

现在,更应该让国家土壤肥力计划的竞选活动重新开始。英国采取了“土壤战略”,这可能是美国效仿的一个模式。堆肥被认为是提高土壤有机质水平、减少肥料需求和减少垃圾填埋压力的重要方法(DEFRA,2009)。

现在是时候采取一项国家土壤战略,将健康土壤的作用制度化——通过添加有机物(如堆肥)来实现——作为一种工具来管理气候变化的恶劣影响以及固碳。美国有数百万英亩被边缘化的土地,缺乏有机物。每年只要在超过土壤耐受力水平的9900万英亩耕地上施用半英寸(1英寸为2.54厘米)的堆肥,就需要大约30亿吨的堆肥。我们没有足够的堆肥来满足这种需要,不应浪费那些有机废弃物。

 

土壤碳固定¹:现代土壤学已经能从团聚体尺度深入研究土壤固碳与生物活性的土壤机制,这将全面地揭示土壤固碳对于生态系统过程、功能及服务的影响特质,进而为可持续土壤固碳和农田有机质提升,为固碳减排与农田生产力提升及土壤环境服务改善协同发展提供科学依据和管理的政策依据。

土壤有机质是土壤的最关键属性,是土壤质量的核心。

而以土壤有机质形式存在的(有机)碳是岩石风化形成土壤的关键物质,在土壤结构形成与保持、土壤养分循环及土壤生物多样性养育中发挥着核心作用,是人类社会可持续发展的关键自然资源,更是可持续农业的关键基础。因此,土壤有机质(碳)研究一直是土壤学的核心领域。

土壤有机质既是土壤结构的关键物质,又是土壤生物活动的关键能量来源。

土壤有机质积累、固定及其与微生物利用与功能的关系,以及这种关系在土壤的微域分布特点和生态关系特征,是认识土壤功能及生态系统服务的重要基础,也是认识土壤形成和发育中功能活性演进的基础问题 。因此,认识土壤有机质—微生物—土壤功能活性的关系,成为当前应对全球气候变化和提升土壤健康和安全的重大土壤学前沿。

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