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生态环境安全是国家安全的重要组成部分。近年来，各级生态环境部门坚决贯彻落实党中央、国务院决策部署，以习近平生态文明思想为指导，不断强化生态环境应急处置能力，及时、科学、妥善处置了各类突发环境事件，有力保障了生态环境安全。但是，我国以重化工为主的产业结构、以公路货运为主的运输结构尚未改变；环境事件不确定性强、危害性大，处置要求高、难度大，对环境应急工作提出了很多新的挑战和更高的要求[1-8]。根据2005—2020年《中国环境状况公报》《中国生态环境状况公报》《中国环境统计年报》《中国生态环境统计年报》等公布的数据[9-11]，当前突发环境事件高发频发的态势还没有得到根本遏制，从生态环境部调度处置的环境事件看，水污染事件数量占事件总数约50%，其影响范围广、社会危害大、处置难度高，是环境应急的重点。2005—2020年全国突发环境事件，见图1。
为提高地方政府水污染事件应急处置能力，切实提升“十四五”时期流域突发水污染事件应急准备和响应能力，生态环境部通过总结各类成功处置的水污染事件技术和经验，印发了《流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南》，明确了“找空间、定方案、抓演练”具体实施步骤、方法与成果，并对水库、湿地、坑塘、闸坝、引水式电站、坝式水电站、干枯河道、江心洲型河道、桥梁、临时筑坝点和其他设施等流域11种类型的环境应急空间与设施的使用原则和方法进行了说明。
我国地形多样，气候类型复杂，河流类型众多。各地在推广“南阳实践”过程中，必须要结合地势、气象和水文等实际情况，因地制宜制定“一河一策一图”环境应急响应方案，才能确保流域环境应急空间与设施使用方案能用、管用、好用。本文在实际应急工作的基础上，梳理了突发环境事件应急处置过程中不同类型河流的处置要点，提出不同类型河流主要环境应急空间与设施的使用方案，可为各地“南阳实践”具体实操落地提供参考。
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“南阳实践”，即通过贯彻“以空间换时间”的原则，落实“找空间、定方案、抓演练”3个关键环节，把水污染事件现场临时找“应急池”变为提前规划好污染团与清水隔离的“空间”，为事故现场处置赢得主动[12]。“南阳实践”来源于多起水污染事件的成功处置经验，主要思路是在河南省南阳市淇河污染事件处置中最先提出，并经过多起事件的成功处置经验、实践反复验证。
2018年1月17日河南省南阳市西峡县发生淇河污染事件，事件处置完成后，生态环境部启动了丹江口库区突发环境事件应急预案编制试点工作，会同河南省、湖北省和陕西省生态环境厅，联合南阳市、十堰市和商洛市等生态环境部门，总结淇河污染事件等成功处置经验，开展“南阳实践”试点，形成了《丹江口库区重点河流环境应急“一河一策一图”汇编》等工作成果。
2020年10月，生态环境部召开2020年全国环境应急管理工作暨“南阳实践”总结推进视频会，会议指出，要扎实做好“南阳实践”的推广应用工作，各地要在当前试点工作的基础上，从集中式饮用水水源地河流入手，组织开展“南阳实践”的推广，制定实施重点河流环境应急“一河一策一图”，“十四五”时期实现重点河流全覆盖。
2021年11月2日，《中共中央 国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见》提出，要完成重点河流突发水污染事件“一河一策一图”全覆盖。为指导各地“南阳实践”工作开展，在试点成果基础上，生态环境部印发了《丹江口库区重点河流环境应急“一河一策一图”汇编》《突发水污染事件以空间换时间的应急处置技术方法指导手册》（环办应急函〔2020〕593号）《流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南》（环办应急函〔2021〕179号）等文件，对“南阳实践”工作成果提出了具体要求。
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根据《流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南》（环办应急函〔2021〕179号）等文件，“南阳实践”工作内容主要包括“找空间、定方案、抓演练”3个方面：“找空间”是通过资料收集、影像分析和现场踏勘等梳理河流水文水系、环境敏感目标、环境风险源、环境应急空间与设施等信息；“定方案”关键是明确环境应急空间与设施建设或使用方法、运转方式，以及如何隔离拦截污染团、如何控制清水等问题；“抓演练”即通过分阶段、分层次演练，对方案的可操作性进行检验，包括环境应急空间与设施实际存水量是否准确、污水是否能够引进去、运转方式是否有效，人员队伍、施工材料和设备机械等是否能够保障。
基于已有河流突发环境事件应急处置经验，《流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南》（环办应急函〔2021〕179号）中梳理水库、湿地、坑塘、闸坝、引水式电站、坝式水电站、干枯河道、江心洲型河道、桥梁、临时筑坝点和其他设施等11类常见环境应急空间与设施，并总结其可能的功能和使用方法，见表1。
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按照生态环境部“南阳实践”工作部署，在丹江口库区试点工作基础上，2020年扩大试点范围，生态环境部选择了山东省泗河、广东省滃江和新疆维吾尔自治区巩乃斯河等河流，与有关省、自治区一起开展试点工作，重点推进跨国界、区域性水源区等极敏感河流的试点；河北省、四川省还主动与生态环境部一起分别就潮河、东风渠等开展试点。在省级层面，重点推进区域代表性河流试点，根据《2020年环境应急管理工作要点》，每个省2020年至少要完成一条河流试点。
2021年，“南阳实践”在全国范围内全面推广。根据《关于印发<流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南>的通知》（环办应急函〔2021〕179号）要求2021年各省级生态环境部门组织制定本行政区域“十四五”时期“南阳实践”工作方案，明确河流（河段）清单和实施计划，选择2～3条重点河流（河段）完成“南阳实践”实施工作，各地要用2～3年的时间，完成全部河流（河段）实施工作。
根据《关于印发<流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南>的通知》（环办应急函〔2021〕179号）要求，全国31个省（区、市）积极作为，总体来看，全国“南阳实践”工作开展过程具有以下共性特点。
（1）基本原则：省级统筹，属地负责；因地制宜，分步实施；动态管理，提高实效。
（2）时间计划：“启动推进（2021年）、全面实施（2022—2023年）、深化应用（2024—2025年）”3个阶段。
（3）工作任务：参照《流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南》（环办应急函〔2021〕179号），落实“找空间、定方案、抓演练”3个方面。
而各地“南阳实践”本地化重点体现在环境应急空间与设施使用方案制定上，在《流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南》（环办应急函〔2021〕179号）的基础上，结合地方特点，因地制宜制定具有可操作性的环境应急空间与设施使用方案是各地“南阳实践”推广过程中必然遇到的挑战。因此，为防止各地在“南阳实践”的落实过程中出现流于形式、浮于表面和方案不适用等情形，尤其是当前市场上第三方技术支持单位能力参差不齐，有必要基于《流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南》（环办应急函〔2021〕179号），针对典型河流特点，探讨环境应急空间与设施的使用方案，为各省市方案制定提供参考。
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虽然《流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南》（环办应急函〔2021〕179号）总结了常见的河流环境应急空间与设施，但不同类型河流由于水文条件的不同，所需要的环境应急空间与设施不同，盲目采用筑坝或引流可能增加应急处置成本，且造成污染范围扩大，增加处置水量。因此，在环境应急空间与设施调查和使用方案制定过程中需要考虑河流类型，因地制宜地确定重点调查的环境应急空间与设施及使用方案。
我国河流众多，河流所处区域地势、水文、气象及河流规模等差异较大。根据河流的不同特点，对河流有不同分类。例如，依据河流的平面形态将河流分为游荡、分汊、弯曲和顺直四类[13]；根据补给条件的不同，划分雨水补给、地下水补给等八大类型[14]；依据年平均流量及枯水流量的大小，分为小、中、大和特大河流；依据流速的大小不同[15]，分高速流河流、中速流河流、平速流河流、低速流河流和微速流河流；依据流经的区域不同，分为山区河流和平原河流；依据河流全年是否断流，可分为常流性河流和季节性河流；依据河流受人工干扰程度，分为非天然河流和天然河流。
在突发环境事件应急处置过程中，河流的流量、流速等对应急处置有重要影响。因此，结合突发环境事件应急处置过程重点关注污染物的扩散范围、响应时间、环境应急空间与设施类型及可利用性等，综合考虑河流流量、坡降等多因素，将河流分为山区河流、平原河网、大型河流和人工河道。
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我国是一个多山的国家，高山、高原和丘陵等山区约占陆域国土面积的2/3，山区河流是我国河流的重要组成类型，具有水源丰富、地势高、落差大、水流湍急和水面窄深等显著特点。
根据山区河流地势、水文等特点，山区河流上可供利用的环境应急空间与设施以引水式水电站、坝式水电站等为主。因此，山区河流发生突发水污染事件时，可利用多级水电站引流蓄污。此外，山区河流枯水期、平水期和丰水期流量差异大，在应急处置过程中应根据河流流量，评估污染态势，确定应急处置方案。
2018年河南省南阳市淇河污染事件为典型的山区河流突发水污染事件。2018年1月17日，南阳市淇河发生有机磷污染事件，事发点距丹江约30 km，距丹江口水库约75 km。指挥部采取关闭电站闸坝、筑坝拦蓄和分流稀释等应急处置措施。在上河电站坝下800 m河道狭窄处建设围堰，形成临时应急池。利用河道储存受污染水体，利用电站引水渠引流清水，在上河电站坝下1 000 m处实现清污配比稀释排放。2018年河南省南阳市淇河污染事件应急处置方案，见图2。
此外，山区常见的坝式水电站等水利构筑物还可在突发环境事件应急处置过程中用于药剂的投加，如2012年龙江河镉污染事件[16]。
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平原河流坡降较缓，流速降低，水流挟沙能力减小，河床一般都有不同程度的淤积现象，河床以沙质为主，床质较松软，抗冲击能力低。因此，平原河流上工程建设多为拦河闸、拦河坝等，可利用闸坝调控拦截污染团，降低污染团推移速度。此外，平原河网地势平缓，临时筑坝点易于寻找，也可建立临时坝拦截污染团。但平原河网单纯利用闸坝只能围堵拦截污染团，无法实现清污分流，污染团拦截后，根据污染物超标倍数及污染物性质，可利用闸坝建立投药处置点进行工程削污，或转移处置。因此，平原河网在“找空间、定方案”过程中还需考虑拦截后受污染水体的处置措施及平原河网在闸坝调控时，可能会改变水流流向等问题。
2011年临沂市南涑河水污染应急演练即为典型利用拦河闸、拦河坝成功处置的案例，该演练模拟临沂市中鲁化工发生爆炸事件，造成甲苯泄漏，部分流入南涑河，处置方案如下：关闭上游郭庄闸、小石埠闸和付庄闸，切断上游来水；提升大丁庄橡胶坝，将受污染水体控制在付庄闸与大丁庄橡胶坝之间，并腾出武河湿地部分库容，开启茅湖闸、廖屯闸，进行深度净化。2011年临沂市南涑河水污染应急演练应急处置方案，见图3。
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根据《第一次全国水利普查公报》统计结果，我国流域面积10 000 km2及以上的河流共228条，其中黑龙江36条、辽河13条、海河8条、黄河流域17条、淮河7条、长江流域45条、浙闽诸河7条、珠江12条、西南西北外流区诸河30条、内流区诸河53条[17]。由此可见，我国大江大河也占有一定比例，且大江大河多是沿江沿河群众的重要饮用水水源，同时也是水路交通的重要枢纽，环境风险显著。
《流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南》（环办应急函〔2021〕179号）总结历史突发环境事件成功处置经验，建议临时筑坝点一般要求在河宽<200 m、便于施工筑坝且交通便利，因此，大江大河发生污染事件时很难通过筑坝拦截，且水量大，坑塘等环境应急空间并不适用。故大江大河应以预防及提升应急处置能力为主，一旦发生污染事件，应重点在源头阻断、汇入支流拦截处置、水厂工艺改进等方面开展应急工作，通过“十一五”以来“水专项”相关课题的研究，水厂应急处置技术体系已较为完善[18-21]。
2015年11月甘肃陇星锑污染事件则为典型的大江大河突发环境事件应急处置案例。2015年11月23日，甘肃省陇星锑业有限责任公司尾矿库发生尾砂泄漏，造成下游太石河、西汉水和嘉陵江共300 km以上河段水体锑浓度超标，通过源头断源截污、河道投药消减和水力调控把水体污染的强度和影响区域控制在有限的范围内；通过开辟应急水源、水厂应急净化处理和地下水井适度开采，确保下游人民群众的饮水安全[22]。2015年11月甘肃陇星锑污染事件应急处置方案，见图4。
此外，大型河流还可通过在取水口建设调蓄池等应急保障工程，如镇江市通过在长江征润州取水口设置应急保障工程，大大提高对长江突发污染事故的应对能力[23]。
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地理位置、地形地貌和气象、水文等条件决定了我国降水时空分布不均、水旱灾害频发。为排洪、排涝、输水和航运等单项或综合用途，往往开展人工河道建设。为调节上游水位、控制下泄水流流量，保证对水资源合理优化配置，人工河道上设置有多级节制闸、分水闸等。因此，人工河道发生污染事件时，可通过落闸拦截污染团，降低污染物推移速度，以及利用分水闸进行分流。如2020年四川省彭州市某物流公司“3·14”柴油罐泄漏次生突发环境事件。人民渠管理处在巡河过程发现人民渠污染后，通过调度人民渠慈母山拦河闸、三岔河泄洪闸、石亭江拦河闸和射水河拦河闸，依次采取分流措施，为控制下游水源地石油类浓度发挥重要作用。“3·14”柴油罐泄漏次生突发环境事件应急处置方案，见图5。
总结不同类型河流常见的环境应急处置空间与设施的使用方法与案例，见表2。
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“南阳实践”来自多起事件的成功处置经验，其推广应用有利于厘清水文水系关系、摸清环境风险源、环境敏感目标、环境应急空间与设施底数，提前规划突发环境事件应急处置方案，实现从被动应对到主动防控的重大转变，切实提高环境风险防控和应急处置能力。
但由于我国河流众多，不同地区地势、气候等条件造成河流类型多样，不同河流类型上存在的环境应急空间与设施类型及主要应急功能不同。“十四五”期间“南阳实践”全国推广过程中，在《流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南》（环办应急函〔2021〕179号）的基础上，需要考虑河流类型，根据河流的流量、坡降等因素确定重点调查的环境应急空间与设施。根据河流类型特点，山区河流宜重点利用引水式电站、坝式水电站；平原河网可通过利用已有闸坝或临时筑坝拦截和处置污染团；大型河流的处置在于第一时间切断污染源，同时在汇入支流拦截处置以及在水厂采取应急处置措施；人工河道可利用多级节制闸、分水闸拦截和分流处置污染团。因地制宜地编制流域突发水污染事件应急响应方案。
不同类型河流“南阳实践”应用要点探讨
Discussion on application of “Nanyang Practice” in different types of rivers
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摘要: 我国河流众多，不同地区地势、气候等条件造成河流类型多样，不同河流类型上存在的环境应急空间与设施类型及主要应急功能不同，为促进各地高效、高质推广“南阳实践”，确保流域环境应急空间与设施使用方案能用、管用、好用，在《流域突发水污染事件环境应急“南阳实践”实施技术指南》的基础上，通过梳理不同类型河流在突发环境事件应急处置过程中的特点，探讨不同类型河流主要环境应急空间与设施及其使用要点，为各地“南阳实践”应用过程中找空间、定方案提供参考。Abstract: The different characteristics of topography and climate in different regions result in different types of rivers in China. Correspondingly, there are various environmental emergency spaces, facility types, and emergency functions. To promote the “Nanyang Practice” effectively, efficiently, and usefully, and to ensure the effectiveness of the basin environmental emergency space and the application plan of the facilities, the main environmental emergency space and facilities of different rivers were discussed, as well as their characteristics of different types of rivers in the process of emergency response to environmental emergencies based on “Technical Guidelines for the Implementation of ‘Nanyang Practice’ in Environmental Emergency Response to Water Pollution Accidents in Watersheds”. It aims to provide a reference for the implementation of the “Nanyang Practice” for different regions.
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受控生态生保系统(controlled ecological life support system，CELSS)通过对大气控制、温湿度控制、食物供应、水再循环和废物处理等技术整合，可保障航天员在地外环境中健康生活和有效工作，是未来地外星球基地长期稳定运行的必要保证[1]。CELSS依据地球生态圈的基本原理，在有限的密闭空间内构建了“人-植物-微生物-环境”自循环式闭路生态系统[1]。其中，植物作为关键功能部件，能够为航天员提供新鲜食物和氧气、吸收二氧化碳和净化水质。在CELSS中，通常选择小麦作为主要的粮食作物，不可避免地会产生大量的植物不可食部分，这部分固废的积累不仅会造成占用舱体空间、发酵腐败等安全卫生问题，还会造成大量资源(如水分、碳元素、氮元素、无机盐等)的浪费。如何高效处理并回收利用这类固体废物，维持CELSS中较高的物质循环利用率与闭合度，已成为CELSS中迫切需要解决的问题。
针对CELSS中小麦秸秆等固废资源化处理问题，美国和俄罗斯等国采用焚烧[2]和湿式氧化[3]等物化技术进行处理。物化技术稳定可靠、反应速率快，但存在着对设备要求高、能耗高、对系统瞬时冲击负荷大、产生氮氧化物而限制元素循环等缺点。生化处理技术则具有能耗低、反应过程温和以及能够有效实现各元素再生循环等优势。CHYNOWETH等[4]采用干式厌氧发酵工艺处理水稻秸秆、废纸和狗粮(模拟成员粪便)混合物，运行时间为23 d，有机物降解率达到了81.2%；并提出针对固废的预处理、后处理(沼渣好氧堆肥)和营养液植物栽培等方面的研究应作为未来研究的方向之一。欧洲太空局采用湿式厌氧消化工艺[5]将反应控制在水解酸化阶段而抑制产甲烷阶段，将有机底物转化为VFAs、氨氮和CO2用于后续的藻类系统和硝化系统使用。WHITAKER等[6]研制了固体高温好氧反应器用于处理志愿者产生的废物，包括粪便、厕纸、食物残渣和卫生废水等，操作温度为55~70 ℃，总固体降解率可达到74%。TIKHOMIROV等[7]通过蘑菇(真菌)培养和蚯蚓等腐生动物对植物不可食部分进行好氧堆肥处理，得到了类土壤基质并用于作物栽培。上述生化处理技术虽可一定程度上实现固废的稳定减容和资源回收，但也面临着设备尺寸较大、反应周期较长或仍需后续的好氧发酵等无害化处理的局限。而好氧堆肥技术作为无害化和资源化的处理方式，对碳氮等养分有较好的保全，可将固废转化为腐殖质，施用后能对植物生长起到促进作用，符合CELSS中物质循环再生的要求，因而受到广泛关注和研究。好氧堆肥技术是通过多种微生物的协同作用来完成物料的降解，因此，微生物的配比是影响好氧堆肥过程的关键因素[8]。有研究[9]表明，堆肥中接种微生物菌剂能使堆温快速升高，有效杀灭堆肥物料中的病原菌和杂草种子，显著促进堆肥腐熟，提高堆肥质量。另外，在CELSS内，由于微生物受到严格的控制和防护，其主要来自航天员体表和体内，种类及数量都无法满足堆肥启动要求。因此，添加一定的功能菌剂对于启动堆肥反应、促进堆肥腐熟和缩短堆制周期至关重要。目前，以微生物菌剂接种用于禽畜粪便和市政污泥相关方面的研究较多[9-10]，通常添加秸秆、木屑等物质起到平衡含水率、调节C/N和通气性等作用[11]，市面上也有多种针对这类固废的商业菌剂。然而，针对农业固废小麦秸秆降解处理的商用菌剂并不常见，且对于菌剂接种用于小麦秸秆堆肥降解效果的研究较少。
为实现CELSS中小麦秸秆等固废的资源化处理，提高系统物质闭合度，本研究以小麦秸秆为主要处理对象，添加厨余垃圾作为调整物料C/N比的营养调节剂，选取3种商业菌剂开展小试反应器强制通风好氧堆肥试验，探究接种菌剂对小麦秸秆好氧堆肥一次发酵阶段降解效果的影响；考察堆肥过程中各项参数变化，分析比较3种菌剂对小麦秸秆的处理效果，探讨不同菌剂在小麦秸秆好氧堆肥各个阶段的降解作用，以期为筛选研制高效降解小麦秸秆的微生物菌剂提供理论基础。
1. 材料与方法
1.1 实验原料
小麦秸秆购自江苏某农场，经机械粉碎后选取粒径为0.3~0.5 cm的麦秸待用；厨余垃圾取自某单位食堂，将其中的骨头、卫生纸、塑料袋、玉米棒芯等拣出，用粉碎机将厨余垃圾粉碎至浆糊状。堆肥所用物料的基本性质见表1。
表 1 堆肥原料的理化性质Table 1. Physical and chemical properties of the composting materials堆肥原料 含水率/% 全碳含量/% 全氮含量/% C/N比 小麦秸秆 10.11±0.01 41.54±0.38 0.93±0.03 44.67 厨余垃圾 81.09±0.11 52.64±0.46 3.69±0.08 14.27 | Show Table
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1.2 微生物菌剂
针对小麦秸秆特性，选用3种适用于秸秆腐熟的商业菌剂，代号分别为QD、DH、VT。其中，QD菌剂呈液体状，有效活菌数≥109 CFU·mL−1，主要为乳酸菌、木霉菌和芽孢杆菌等；DH菌剂呈固体粉末状，有效活菌数≥5×108 CFU·g−1，主要为枯草芽孢杆菌、米根霉、毕赤酵母菌和戊糖片球菌等；VT菌剂呈固体粉末状，有效活菌数≥5×108 CFU·g−1，主要为酵母菌、乳酸菌和芽孢杆菌等。
1.3 实验装置
本实验采用的堆肥装置如图1所示，主要由带盖塑料桶(桶有效容积为19 L，桶外壁包裹有2层保温棉，桶顶部放置有温度计，桶底部设置有物料托盘)、温度控制系统和通气系统3部分组成。
1.4 实验方法
有别于陆地生态系统，CELSS内没有自然界广泛分布的细菌、放线菌和真菌等微生物，因此，为启动堆肥反应和促进底物腐熟，接种一定的有益菌群是必须的。本实验主要考察不同菌剂对小麦秸秆堆肥过程中一次发酵阶段的降解处理效果，故未设不加菌剂的对照组实验。
实验共分为3组，分别为QD组、DH组和VT组。每组均用小麦秸秆和厨余垃圾按二者干基质量比为4:1的比例均匀混合，混合物料的C/N比控制在30∶1，并调节混合物料的水分含量在65%。接种菌剂时按物料总重的0.5%添加，即QD菌剂接种100 mL，DH菌剂和VT菌剂各接种52 g。每组混合均匀的物料等分装入3个堆肥桶内，每个堆肥桶内均含物料3.50 kg，每组设置3个重复实验。通风量设置为1 L·min−1，持续通风至堆肥结束，堆肥周期设定为30 d。
堆肥开始后分别于第1、5、9、14、19、24和29 d取样，取样前需翻堆，使物料混合均匀。采样时按照5点采样法的原则分别在堆体的上、中、下层采集鲜样共30 g，混合均匀后置于−20 ℃冰箱保存，用于各项指标的测定。
1.5 分析方法
温度采用温度计测定。将温度计插入物料中间及周围3点20 cm处测定温度，取4点温度的平均值作为最终结果，温度每隔24 h测定1次；含水率采用烘干法[12]测定。
浸提液理化性质测定。将5 g鲜样与蒸馏水按质量比1∶10混合并振荡120 min，然后在10 000 r·min−1下离心5 min，过0.45 μm滤膜后，将滤液用塑料小瓶贮存于4 ℃冰箱待用。pH用便携式pH计测定；电导率(EC)用便携式电导率仪测定；在465 nm(E4)和665 nm(E6)下的波长用紫外分光光度计[13]测定。
VS含量和C/N比分别采用灼烧法和元素分析仪法[13]测定。
2. 结果与讨论
2.1 菌剂处理下物料温度的变化特性
3种菌剂处理下物料的温度变化如图2所示。堆肥前3 d，物料中易降解的有机物如可溶性小分子有机物、多糖和脂类等开始降解，该阶段嗜温菌的活性较强，热量快速累积，温度迅速上升至50 ℃以上。3~10 d为高温期，可溶性的中间产物被继续分解转化，耐高温的放线菌数量增加，物料中有机物如淀粉、蛋白质、半纤维素和纤维素等逐步分解。QD、DH和VT处理下的最高温度分别达到了58.2、54.7和53.7 ℃，高温期分别维持了9、6和6 d。第10天后，堆体温度逐渐下降，嗜温细菌和真菌变得活跃，对残留的较难分解的有机物(如木质素)进行分解，物料表面变得疏松且颜色逐渐变为黑褐色，开始形成了腐殖酸等物质[14]。堆肥过程中分别于第5、9、14、19、24和29天对物料进行翻堆，翻堆后物料重新混合均匀，堆体温度稍有上升[15]。最终3组处理下物料的温度均稳定在31 ℃左右，与伴热带温度(发酵环境温度)趋于一致。
图 2 不同堆肥处理物料温度的变化Figure 2. Changes of temperature with different microbial agents during composting3种菌剂处理下的物料均经历了升温、高温和降温期。在高温期维持时间的长短方面表现为QD>DH>VT，只有QD组堆体的高温期维持时间超过了7 d。在温度峰值的高低方面表现为QD>DH>VT，只有QD组堆体的最高温度超过了55 ℃，满足堆肥无害化的要求[16]。综合3组物料温度的变化情况可知，QD菌剂在堆肥过程中能使堆体温度达到55 ℃以上，在高温期持续时间较长，这说明QD菌剂中的微生物可能更多为嗜温菌和高温菌，在升温和高温期的活性更强，对堆体在前期热量的迅速增长和积累有良好的促进作用。
2.2 菌剂处理下物料含水率的变化特性
3种菌剂处理下物料含水率的变化如图3所示。堆肥物料的含水率过高或过低都会影响堆肥的质量，含水率过高会导致堆体局部厌氧，过低会导致微生物活性下降[14]。由图3可知，3组处理下物料含水率总体上均呈现先上升后下降的变化趋势。在升温-高温期物料温度迅速上升，微生物活动剧烈，物料中的有机物被强烈分解，微生物代谢产水的速率大于水分蒸发的速率，导致物料的含水率上升。QD、DH和VT处理下物料的含水率分别在第9、14和9 d达到了最高值，分别为(75.6±1.14)%、(78.9±0.93)%和(79.5±1.55)%。10 d之后，物料的温度下降，微生物活动逐渐减弱，再加上持续的通气及翻堆，物料中的水分被持续带走，微生物代谢产水的速率小于水分蒸发的速率，物料含水率逐渐降低。最终，3组处理下物料的含水率分别降至(59.73±0.13)%、(56.61±2.19)%和(57.42±0.93)%，而有机肥料腐熟的标准要求堆体含水率低于30%[16]，这说明3组物料均达到了初步腐熟，完成了好氧堆肥的一次发酵阶段。后续仍需要进行二次发酵，即温度维持在中温，使物料进一步稳定，最终达到深度腐熟。
图 3 不同堆肥处理物料含水率的变化Figure 3. Changes of water content with different microbial agents during composting2.3 菌剂处理下物料浸提液理化性质的变化特性
3组处理下物料浸提液理化性质的变化如图4所示。EC可以表征有机废物发酵产品中的可溶性盐含量；pH可以反映堆体所处的酸碱性环境；E4/E6可表征堆肥过程中腐殖酸的缩合度和芳构化程度[17]。由图4(a)和图4(b)可知，堆肥前期EC逐渐上升，这是由于堆体中可被微生物直接利用的物质较多，物料中易降解的物质如糖类、脂肪等被断链降解产生了VFAs和大量的无机盐离子，如
HCO−3 NO−3 NH+4 
图 4 不同堆肥处理物料浸提液理化性质的变化Figure 4. Changes of physicochemical properties of the composting extracts with different microbial agents during composting2.4 菌剂处理下物料VS含量的变化特性
VS含量的变化反映了堆肥过程中物料有机物的降解速度和效率。3组处理下物料的VS含量变化如图5所示。由图5可知，3组处理下物料的VS含量均表现为逐渐降低的趋势，物料的初始VS含量(干基)为90%左右。在升温-高温期时，物料的温度迅速上升，微生物生命活动旺盛，物料中易降解的有机物被大量分解，碳元素主要以CO2的形式被释放，物料的VS含量迅速下降。在降温期时，物料的温度下降，此时物料内的有机物主要为难降解的木质纤维素等，有机物的降解速率变小。最终，QD、DH和VT处理下物料的VS含量分别稳定在(71.96±0.89)%、(65.84±1.19)%和(68.16±0.93)%。
3种菌剂处理下物料VS含量的减少情况如表2所示。3组处理下物料中有机物的降解效率表现为DH>VT>QD；QD、DH和VT处理下物料VS的减少量分别为(18.87±0.89)%、(24.48±1.60)%和(22.08±0.72)%。升温-高温期时，QD、DH和VT处理下物料的VS减少含量分别为(15.04±0.42)%、(10.99±1.28)%和(15.54±0.71)%，分别占VS减少总量的79.7%、45.2%和70.4%。VS含量的减少情况表明，QD和VT处理下物料中有机物的降解主要发生在升温-高温期，而DH处理下物料有机物的降解主要发生在降温期。这是因为，QD和VT菌剂中的乳酸菌和酵母菌等对糖类等物质有较强的利用能力，而DH菌剂中的枯草芽孢杆菌和米根霉能分泌纤维素酶从而对物料中的木质纤维素有着较好的降解作用[21]，这说明3种菌剂对物料中有机物降解效果的差异性与菌剂中微生物的组成配比密不可分。
表 2 堆肥前后VS含量的减少情况Table 2. Reduction of VS content before and after composting% 处理组 初始VS含量 终点VS含量 升温-高温期VS减少量 VS减少总量 QD 90.83±0.18 71.96±0.89 15.04±0.42 18.87±0.89 DH 90.12±0.44 65.84±1.19 10.99±1.28 24.48±1.60 VT 90.24±0.26 68.16±0.93 15.54±0.71 22.08±0.72 | Show TableDownLoad:
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2.5 菌剂处理下物料C/N比的变化特性
C/N比的变化可以反映堆肥过程中物料有机物矿质化和腐殖化的进程[22]。有研究[23]表明，适合微生物生长的物料C/N比范围为25∶1~30∶1。3组处理下物料C/N比的变化如图6所示，可见，3组物料的C/N比均呈现下降的趋势，变化曲线的斜率随堆肥过程的持续而逐渐降低，这与VS含量的变化情况一致。物料的初始C/N比均在30∶1左右，是适宜微生物生长的环境。堆肥前10 d堆体温度上升，微生物迅速生长繁殖。其中，易分解的含C有机物被微生物分解吸收利用，并通过呼吸作用变为CO2等气体排出堆肥系统，因而C含量逐渐变低。N素被微生物利用会以NH3的形式散失，但其下降幅度低于有机物总干物质的下降幅度，故干物质中全N含量会相对增加[22]，总体则表现为C/N比迅速降低。10 d之后，物料的温度降低，微生物生命活动减弱，物料达到初步稳定腐熟，C/N比下降趋势变缓并趋于稳定。3组处理下物料的C/N比均由初始的30∶1降至12∶1以下，分别为11.71±0.16、11.67±0.20和11.45±0.16，终点C/N比与初始C/N比的比值分别为0.39、0.38和0.37，尽管满足堆肥腐熟时终点C/N比与初始C/N比的比值不超过0.5的要求[24]，然而在实际应用中应该参照其他指标，如生物活性和植物毒性等，对堆肥的腐熟程度进行综合评价。
3. 结论
1) QD菌剂可以提高堆肥温度至58.2 ℃，堆体的高温期为9 d，满足堆肥无害化要求；DH菌剂可以促进物料中有机物的降解，降解率可达24.48%；3种菌剂对堆肥中腐殖质的形成和积累均有一定的促进作用。
2) 3组处理下的堆体进入降温期后均开始形成腐殖质，物料达到初步腐熟，即完成了一次发酵。后续仍需要进行二次发酵处理，使堆体达到完全腐熟，即可作为土壤改良剂或有机肥施用。
3)微生物配比不同是导致小麦秸秆好氧堆肥降解效果存在差异的重要因素。后续需分析堆肥过程中的微生物种群，进一步明确功能菌群和功能基因，考察微生物在小麦秸秆堆腐过程中的作用机理。
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图 2 2018年河南省南阳市淇河污染事件应急处置方案
Figure 2. Diagrammatic sketch of emergency programmes for the pollution incident of Qihe River in Nanyang City, Henan Province in 2018
图 3 2011年临沂市南涑河水污染应急演练应急处置方案
Figure 3. Diagrammatic sketch of emergency programmes for the Emergency drill of Nansu River pollution in Linyi City, Shandong Province in 2011
图 4 2015年11月甘肃陇星锑污染事件应急处置方案
Figure 4. Diagrammatic sketch of emergency programmes for Antimony Pollution Event in Gansu Longxing Company in November 2015
图 5 “3·14”柴油罐泄漏次生突发环境事件应急处置方案
Figure 5. Diagrammatic sketch of emergency programmes for "3·14" diesel tank leakage secondary pollution event
表 1 环境应急空间与设施使用方法简介
Table 1. Usage schemes of environmental emergency space and facilities
类型 主要功能 主要方法 水库 调蓄、拦截、处置 1.调度清水，稀释污染团2.事故点下游落闸拦截污染团，降低污染团推移速度，争取应急处置时间3.事故点上游水库落闸拦截清水，减轻下游截污压力4.依托水库拦河坝，建立应急投药处置点，进行工程削污 湿地 截留、处置 1.利用湿地的空间储存污水2.利用湿地的自净能力或建立投药点等，削减污染物 坑塘 截留、处置 1.通过泵抽或者沟渠自流的方式将河道中污染团截留在坑塘内，减轻河道污染负荷2.作为处置点，削减污染物 闸坝 拦截、引流、处置 1.落闸拦截污染团，降低污染团推移速度2.利用闸坝连通的灌渠等引流污水3.利用闸坝建立投药处置点，进行工程削污 引水式电站 分流、引流 1.通过电站引水渠引流蓄污并通过河道分流清水2.在电站坝下筑坝蓄污并通过电站引水渠分流清水 坝式水电站 拦截、处置 1.落闸拦截污染团，降低污染团推移速度2.利用闸坝建立投药处置点，进行工程削污 干枯河道 分流、处置 1.利用干枯河道分流清水，实现清污分离2.利用干枯河道引流污水，并适时在河道交汇处筑坝，临时储存、处置污水 江心洲型河道 分流、处置 1.事故点位置的江心洲型河道，可在江心洲上下两端建坝，构建堰塞湖，隔离污水，分流清水2.在堰塞湖进行处置，削减污染物浓度 桥梁 处置 1.利用跨河桥梁建立处置点，削减污染物 临时筑坝点 拦截、处置 1.拦截污染团，降低污染团推移速度2.建立投药处置点，进行工程削污 其他设施 处置 1.环境应急物资库保障物资、装备供应
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表 2 不同类型河流典型环境应急空间与设施及使用方法
Table 2. Typical environmental emergency space and facilities and usage schemes for different types of rivers
河流类型 典型环境应急空间与设施 主要功能 应用技术要点 应用案例 山区河流 引水式水电站 分流、引流 1.利用引水渠引流蓄污并通过河道分流清水2.在电站坝下筑坝蓄污并通过电站引水渠分流清水 2018年河南省南阳市淇河污染事件2019年丹江口水库安全保障区跨市联动环境应急演练 坝式水电站 拦截、处置 1.落闸拦截污染团，降低污染团推移速度2.利用闸坝建立投药处置点，进行工程削污 2012年龙江镉污染事件 平原河网 闸坝 拦截、引流、处置 1.落闸拦截污染团，降低污染团推移速度2.利用闸坝连通的灌渠等引流污水3.利用闸坝建立投药处置点，进行工程削污 2011年临沂市南涑河水污染应急演练 大型河流 闸坝 拦截、引流、处置 1.落闸拦截污染团，降低污染团推移速度2.利用闸坝建立投药处置点，进行工程削污 2021年嘉陵江“1·20”甘陕川交界断面铊浓度异常事件 水源应急保障工程 拦截、分流、引流、处置 1.拦截污染团，阻止污染团污染取水口2.建立投药处置点，削减污染物浓度 镇江长江征润州取水口应急保障工程 人工河道 闸坝 拦截、分流、处置 1.落闸拦截污染团，降低污染物推移速度2.通过分水闸分流污染物 2020年四川省彭州市旺驰物流有限公司“3•14”柴油罐泄漏次生突发环境事件
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