随着全球水产养殖产业的快速发展，每年都会产生大量海藻、牡蛎壳等废弃物。这些废弃物通常被堆放在垃圾填埋场和近海滩涂或直接丢弃到海洋中，对土壤、自然水域及海洋生态系统带来严重的环境影响。为促进水产养殖的可持续发展，中国科学院烟台海岸带研究所冯大伟研究小组在海藻、牡蛎壳等废弃物资源化利用及其土壤改良技术上取得突破性进展。通过有机-无机共堆肥策略、堆肥过程精细化调控与复合材料应用等措施，大大提升了废弃物资源化利用效率，为生态环境保护与可持续农业发展开辟了一条新路径。相关成果发表在Waste Management、Environmental Technology & Innovation、Chemosphere等重要期刊。

针对海藻和玉米淀粉渣堆肥体系，引入了生物炭、磷酸盐和MgO等添加剂，旨在优化堆肥过程中的有机质分解、氮素转换及腐殖化水平。研究证明，生物炭、磷酸盐和MgO提高了嗜热期氧气利用率和纤维素酶活性，增强了蛋白质溶解转化以及纤维素的降解效率。平行因子分析揭示，高缓冲力条件下，有机质降解与腐殖化显著加强，较对照组可提升28.6%-33.8%；HA/FA比率增长高达37.1%-49.6%。特别是，富含高缓冲性的配方，促进了NO₃^--N以及NH₄⁺-N的形成，创造了利于氮素保留的理想微环境，氮含量提升了约4.80%。研究进一步确认，处理样本均保持甚至强化了海藻的植物刺激作用，发芽指数超过101%。

图1 添加剂对海藻堆肥的影响

以鸡粪和玉米秸秆为基础，研究团队探索了牡蛎壳粉掺入的最佳比例，评估其对酸性土壤改良及油菜栽培性能的影响。结果表明，添加40%牡蛎壳粉时，堆肥效果最佳，既减少了氮素流失又提高了有机质降解与腐殖质积累（胡敏酸含量增加86.1%）。同时，堆肥过程可以激活钙元素，添加20%牡蛎壳粉的钙活化效率最高（37.5%）。盆栽试验证实，牡蛎壳堆肥产物能有效缓解酸性土壤问题，促进油菜增产。相较于单一堆肥或堆肥后混合牡蛎壳粉，加入牡蛎壳的堆肥明显上调了土壤pH值、有机碳和交换态Ca、Mg浓度，证实了有机-无机共堆肥策略在牡蛎壳资源化利用上的可行性和高效性，为鸡粪、玉米秸秆及牡蛎壳等废弃物综合管理提供科学依据。

图2 堆肥装置示意图及重要实验成果展示

针对海藻和糖渣共堆肥过程研究，探讨了添加5%生物炭（T1）、10%生物炭（T2）和10%牡蛎壳粉（T3）对关键理化性质、产品质量和微生物群落动态的影响。结果表明，所有处理都保留了海藻的植物刺激效应，并促进了海藻酸盐的降解。T1和T2有机质降解效率分别较对照提升31.2%和26.4%。EEM光谱分析揭示，T1和T2腐殖质比例分别增加434%和423%，显著高于对照组（289%）。尤其是10%生物炭处理改善了海藻酸盐的降解和种子发芽指数，推测是海藻中存在生物刺激素和Cobetia属细菌丰度增加所致。微生物宏基因组分析指出，T2和T3显著提高了细菌群落的多样性和丰富度。值得注意的是，牡蛎壳粉虽未能大幅提升腐殖化程度，却有效减少了废弃物的量（OM损失为43.57%，远超CK的35.34%），在维持堆肥质量的同时实现了废弃物减量化。

图3 三维荧光光谱 (a-e) 及区域积分体积百分比相对于原样的变化 (f)

以上研究得到了国家自然科学基金、山东省泰山产业领军人才、烟台市科技发展计划等项目资助。

论文链接：

Cui,Y.,Zeng,Y.,Hu,H.,Zhang,Y.,Wang,D.,Feng,D. 2024. Biochar,phosphate,and magnesium oxide in seaweed and cornstarch dregs co-composting: Enhancing organic matter degradation,humification,and nitrogen retention. Waste Manage.,187,207-217. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.wasman.2024.07.024

Feng,D.,Cui,Y.,Zeng,Y.,Wang,D.,Zhang,H.,Zhang,Y.,Song,W. 2024. Enhancing compost quality through biochar and oyster shell amendments in the co-composting of seaweed and sugar residue. Chemosphere,366,143500. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2024.143500

Zhang,Y.,Wu,J.,Yuan,J.,Chen,Q.,Wang,D.,Cui,Y.,Xie,M.,Li,H.,Feng,D. 2024. Nitrogen fixation and calcium activation of oyster shell during composting and its performance on acidic soil amendment. Environmental Technology & Innovation,36,103792. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.eti.2024.103792