一、概述

任何合格、優(yōu)質(zhì)的有機肥的生產(chǎn)都必須經(jīng)過堆肥發(fā)酵過程。堆肥是在一定條件下，通過微生物的作用，使有機質(zhì)不斷降解、穩(wěn)定，并生成適合土地利用的產(chǎn)品的過程。

堆肥是一種古老而簡便的處理有機廢棄物和制作肥料的方法。隨著研究的深入和方法的完善，它的應(yīng)用已受到各國的高度重視，因為它具有良好的生態(tài)意義，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了益處。有許多報道說，利用成熟的堆肥制備苗床，可以抑制土傳病害。另外，堆肥過程經(jīng)過高溫階段后，隨之而來的拮抗細(xì)菌可使細(xì)菌數(shù)量達(dá)到很高的水平；在堆肥過程中，有機質(zhì)在微生物的作用下不易分解、穩(wěn)定，易于被作物吸收利用；同時，微生物的作用在一定范圍內(nèi)降低了重金屬的毒害作用?？梢?，堆肥是一種簡單而有效的制作生物有機肥的方法，有利于生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

有機肥原料運輸

堆肥為何會產(chǎn)生這樣的效果呢？下面我們就來詳細(xì)的介紹一下堆肥的原理。

2、有機肥發(fā)酵原理

1. 堆肥過程中有機物的轉(zhuǎn)化

堆肥中的有機質(zhì)在微生物的作用下發(fā)生復(fù)雜的轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化可歸納為兩個過程：一是有機質(zhì)的礦化過程，將復(fù)雜的有機質(zhì)分解成簡單的物質(zhì)，最終生成二氧化碳、水和礦物質(zhì)營養(yǎng)物質(zhì)；二是有機質(zhì)的腐殖化過程，將有機質(zhì)分解、合成，生成更為復(fù)雜的特殊有機質(zhì)——腐殖質(zhì)。兩個過程同時進行，但方向相反。在不同條件下，各過程的強度有明顯差異。

1. 有機質(zhì)礦化

（1）無氮有機物的分解多糖化合物（淀粉、纖維素、半纖維素）在微生物分泌的水解酶作用下，首先水解成單糖。葡萄糖在通風(fēng)良好的情況下分解很快，中間產(chǎn)物如酒精、乙酸、草酸等不易積累，最后生成CO2和H2O，同時釋放出大??量的熱能。若通風(fēng)不良，在厭氧微生物作用下，單糖分解較慢，產(chǎn)熱量較少，并積累一些中間產(chǎn)物——有機酸。在極端厭氧的微生物條件下，還會生成CH4、H2等還原性物質(zhì)。

（2）含氮有機物的分解堆肥中的含氮有機物包括蛋白質(zhì)、氨基酸、生物堿、腐殖質(zhì)等，除腐殖質(zhì)外，大部分都易于分解，如蛋白質(zhì)在微生物分泌的蛋白酶作用下，逐步降解生成各種氨基酸，再經(jīng)氨化、硝化作用分別生成銨鹽和硝酸鹽，可被植物吸收利用。

（3）含磷有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化：堆肥中的含磷有機物在多種腐生微生物的作用下，形成磷酸，成為可被植物吸收利用的營養(yǎng)物質(zhì)。

⑷含硫有機物的轉(zhuǎn)化堆肥中的含硫有機物在微生物的作用下生成硫化氫。硫化氫在厭氧環(huán)境中易積累，對植物和微生物有毒性。但在通風(fēng)良好的條件下，硫化氫被硫細(xì)菌氧化成硫酸并與堆肥中的鹽基發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸鹽，不僅消除了硫化氫的毒性而且成為可被植物吸收的硫營養(yǎng)物。在通風(fēng)不良的條件下，會發(fā)生逆硫化，導(dǎo)致硫酸轉(zhuǎn)化為H2S而逸散，對植物有毒性。在堆肥發(fā)酵過程中，可通過定期翻堆措施，改善堆肥的通氣性，從而消除逆硫化。

⑸脂類和芳香族有機物的轉(zhuǎn)化單寧、樹脂等結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分解較慢，其最終產(chǎn)物也是CO2和水；木質(zhì)素是含有植物原料（如樹皮、鋸末等）的堆肥中特別穩(wěn)定的有機化合物。它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含有芳香核，在植物組織中以聚合物形式存在，極難分解。在通風(fēng)良好的條件下，它主要通過真菌和放線菌的作用而緩慢分解，其芳香核可轉(zhuǎn)化為醌類化合物，而醌類化合物是重新合成腐殖質(zhì)的原料之一。當(dāng)然，這些物質(zhì)在一定條件下還會繼續(xù)分解。

綜上所述，堆肥有機質(zhì)的礦化，可以為作物和微生物提供速效養(yǎng)分，為微生物活動提供能量，為堆肥有機質(zhì)的腐殖化準(zhǔn)備基本原料。當(dāng)堆肥以好氧微生物活動為主時，有機質(zhì)迅速礦化生成較多的二氧化碳、水等養(yǎng)分，分解迅速徹底，釋放出大量的熱能；當(dāng)堆肥以厭氧微生物活動為主時，有機質(zhì)分解緩慢，且往往不完全，釋放的熱能較少，其分解產(chǎn)物除含有植物養(yǎng)分外，還容易積累有機酸和還原性物質(zhì)如CH4、H2S、PH3、H2等，當(dāng)它們達(dá)到一定程度時，對作物生長是不利甚至有害的。因此，在發(fā)酵過程中翻堆也是為了改變微生物活動類型，消除有害物質(zhì)。

有機肥發(fā)酵現(xiàn)場

2.有機質(zhì)的腐殖化過程

關(guān)于腐殖質(zhì)的形成過程，目前有許多不同的看法，一般可分為兩個階段：第一階段，有機殘渣分解形成組成腐殖質(zhì)分子的原始物質(zhì)，如多酚、含氮有機物（氨基酸、多肽等）；第二階段，微生物分泌的多酚氧化酶首先將多酚氧化成醌，醌再與氨基酸或多肽縮合形成腐殖質(zhì)單體。由于酚、醌、氨基酸的種類很多，相互縮合的方式也不同，因此形成的腐殖質(zhì)單體也是多種多樣的。在不同條件下，這些單體進一步縮合，形成大小不一的分子。（二）堆肥過程中重金屬的轉(zhuǎn)化

城市污泥中含有農(nóng)作物生長所需的多種營養(yǎng)成分和有機質(zhì)，是堆肥發(fā)酵的最佳原料之一。但城市污泥中往往含有重金屬，重金屬一般指汞、鉻、鎘、鉛、砷等。微生物特別是細(xì)菌和真菌在重金屬的生物轉(zhuǎn)化過程中起著重要作用。雖然有些微生物可以改變環(huán)境中重金屬的存在狀態(tài)，增加化學(xué)物質(zhì)的毒性而造成嚴(yán)重的環(huán)境問題或使重金屬濃縮，并通過食物鏈進行積累。但有些微生物可以通過直接或間接作用去除環(huán)境中的重金屬，有助于改善環(huán)境。 例如，汞，這種最早引起人們關(guān)注的造成環(huán)境污染的重金屬，微生物對汞的轉(zhuǎn)化包括無機汞（Hg2+）的甲基化、無機汞（Hg2+）還原為Hg0、甲基汞和其他有機汞化合物的裂解還原為Hg0三個方面。這些能將無機汞和有機汞轉(zhuǎn)化為單質(zhì)汞的微生物被稱為抗汞微生物。微生物雖然不能降解重金屬，但可以通過轉(zhuǎn)化重金屬、控制其轉(zhuǎn)化途徑來降低毒性。

3. 堆肥發(fā)酵過程

堆肥其實是垃圾穩(wěn)定化的一種形式，但需要特殊的濕度、通風(fēng)條件和微生物才能產(chǎn)生合適的溫度。一般認(rèn)為這個溫度應(yīng)該高于45℃。保持這個高溫可以滅活病原體，殺死雜草種子。經(jīng)過合理的堆肥，殘留的有機物分解速度低，比較穩(wěn)定，容易被植物吸收。堆肥后臭味可以大大減少。

參與堆肥過程的微生物種類繁多，由于原料和條件的變化，各種微生物的數(shù)量也在不斷變化，因此沒有一種微生物總是在堆肥過程中占據(jù)主導(dǎo)地位。每種環(huán)境都有自己特定的微生物菌群，微生物的多樣性使堆肥系統(tǒng)避免在外界條件變化時系統(tǒng)崩潰。

堆肥過程主要是靠微生物的作用進行的，微生物是堆肥發(fā)酵的主體。參與堆肥的微生物來源有兩種：一是有機廢棄物中原有的大量微生物；二是人工添加的微生物接種劑。這些菌種在一定條件下對某些有機廢棄物有較強的分解能力，具有活性強、繁殖快、分解有機物快等特點，可以加速堆肥反應(yīng)的進程，縮短堆肥反應(yīng)的時間。

堆肥一般分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種。好氧堆肥是有機物在有氧條件下的分解過程，其代謝產(chǎn)物主要為二氧化碳、水和熱量；厭氧堆肥是有機物在有氧條件下的分解過程，厭氧分解的最終代謝產(chǎn)物為甲烷、二氧化碳及許多低分子量的中間體，如有機酸等。

參與堆肥過程的微生物主要有細(xì)菌、真菌和放線菌，這三類微生物都有中溫菌株和嗜熱菌株。

堆肥過程中微生物種群隨溫度的變化為：中低溫菌群轉(zhuǎn)變?yōu)橹懈邷鼐?，中高溫菌群轉(zhuǎn)變?yōu)橹械蜏鼐骸ｋS著堆肥時間的增加，細(xì)菌逐漸減少，放線菌逐漸增加，堆肥末期霉菌和酵母菌明顯減少。

有機肥發(fā)酵后

有機堆肥的發(fā)酵過程可簡單分為以下4個階段：

（1）升溫階段。在堆肥初期，堆肥中的微生物主要為中溫、好氧菌種，其中最常見的有無芽孢菌、產(chǎn)芽孢菌和霉菌。它們啟動堆肥的發(fā)酵過程，在有氧條件下劇烈分解易分解的有機物（如單糖、淀粉、蛋白質(zhì)等），產(chǎn)生大量的熱量，使堆肥溫度不斷由20℃左右升至40℃左右，這階段稱為升溫階段，或稱中溫階段。

（2）高溫階段隨著溫度的升高，嗜熱微生物逐漸取代中溫種群而起主導(dǎo)作用。溫度繼續(xù)升高，一般在數(shù)天內(nèi)就達(dá)到50℃以上，進入高溫階段。在高溫階段，嗜熱放線菌和嗜熱真菌成為主要種群。它們強烈分解堆肥中的復(fù)雜有機質(zhì)（如纖維素、半纖維素、果膠等），熱量不斷積累，堆肥溫度上升到60℃左右，對加速堆肥的腐熟起重要作用。堆肥處理不當(dāng)?shù)亩逊手挥休^短的高溫期，或根本達(dá)不到高溫，因此腐熟非常緩慢，半年或更長時間內(nèi)不能達(dá)到半腐熟狀態(tài)。

（3）降溫階段當(dāng)高溫階段持續(xù)一定時間后，纖維素、半纖維素和果膠類物質(zhì)大部分已分解，剩下難分解的復(fù)雜成分（如木質(zhì)素）和新形成的腐殖質(zhì)。微生物活動減弱，溫度逐漸下降。當(dāng)溫度降到40℃以下時，中溫微生物又成為優(yōu)勢種群。

如果降溫階段來得早，說明堆肥條件還不理想，植物物質(zhì)還未完全分解，此時可進行翻堆、攪拌，以產(chǎn)生二次加熱升溫，促進堆肥的腐熟。

（4）堆肥保肥階段：堆肥成熟后，體積收縮，堆溫降至略高于空氣溫度，此時堆肥要壓實，造成厭氧狀態(tài)，使有機質(zhì)的礦化作用減弱，利于肥料的保存。

總之，有機堆肥的發(fā)酵過程，其實就是各種微生物的代謝、繁殖過程，微生物的代謝過程就是有機物的分解過程，有機物的分解必然會產(chǎn)生能量，促進堆肥過程，提高溫度，也可以使?jié)窕|(zhì)干燥。

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