一、概述
任何一種合格的優質有機堆肥的生產都必須經過堆肥發酵過程。堆肥是在一定條件下，通過微生物對有機物進行降解和穩定處理，生產出適合土地利用的產品的過程。
堆肥是一種古老而簡單的處理有機廢物和製造肥料的方法，因其生態意義而受到許多國家的重視，也為農業生產帶來好處。據報導，可以通過使用分解的堆肥作為苗床來控制土壤傳播的疾病。堆肥過程的高溫階段後，拮抗菌的數量可以達到很高的水平，不易分解，穩定，易被作物吸收。同時，微生物的作用可以在一定範圍內降低重金屬的毒性。由此可見，堆肥是生產生物有機肥的一種簡單有效的方法，有利於生態農業的發展。
為什麼堆肥會這樣工作？下面對堆肥的原理做更詳細的說明：
2、有機堆肥發酵原理
2.1 堆肥過程中有機物的轉化
堆肥中有機物在微生物作用下的轉化可概括為兩個過程：一是有機物礦化，即復雜有機物分解為簡單物質，二是有機物腐殖化過程，即有機物分解合成產生更複雜的特殊有機物——腐殖質。這兩個過程同時進行，但方向相反。在不同的條件下，每個過程的強度是不同的。
2.1.1 有機質礦化
- 分解無氮有機物
多醣化合物（澱粉、纖維素、半纖維素）首先被微生物分泌的水解酶水解成單醣。酒精、乙酸、草酸等中間產物不易積累，最終形成CO2和H2O，並放出大量熱能。如果通風不好，在微生物的作用下，單醣會緩慢分解，產生的熱量少，並積累一些中間產物——有機酸。在微生物排斥氣體的條件下，可產生CH4、H2等還原性物質。
- 從含氮有機物分解
堆肥中的含氮有機物包括蛋白質、氨基酸、生物鹼、鷹嘴豆泥等。除腐殖質外，大部分易分解。例如，蛋白質在微生物分泌的一種蛋白酶的作用下，逐步降解，產生各種氨基酸，再經氨化作用和硝化作用分別形成銨鹽和硝酸鹽，可供植物吸收利用。
- 堆肥中含磷有機化合物的轉化
在多種腐生微生物的作用下，形成磷酸，成為植物可以吸收利用的養分。
- 含硫有機物轉化
堆肥中的含硫有機物，通過微生物的作用產生硫化氫。硫化氫在厭惡氣體的環境中容易積聚，對植物和微生物有毒害作用。但在通風良好的條件下，硫化氫在硫細菌的作用下被氧化成硫酸，與堆肥的鹼反應生成硫酸鹽，既消除了硫化氫的毒性，又成為植物可以吸收的硫養分。在通風不良的情況下，發生硫酸鹽化，使H2S流失，使植物中毒。在堆肥發酵過程中，定期翻動堆肥可以提高堆肥的通氣性，從而消除反硫化現象。
- 脂質和芳香族有機化合物的轉化
如單寧和樹脂，成分複雜，分解緩慢，最終產物也是二氧化碳和水 木質素是堆肥中含有植物材料（如樹皮、木屑等）的穩定有機化合物。結構複雜，有芳香核，極難分解。在通風良好的條件下，芳香核在真菌和放線菌的作用下可轉化為醌類化合物，是再合成腐殖質的原料之一。當然，這些物質在一定條件下會不斷分解。
綜上所述，堆肥有機物礦化可為農作物和微生物提供速效養分，為微生物活動提供能量，為堆肥有機物腐殖化準備基礎物質。當堆肥以好氧微生物為主時，有機物迅速礦化產生更多的二氧化碳、水和其他營養物質，分解迅速徹底，並釋放大量熱能有機物分解緩慢且往往不完全，釋放的熱量少熱能，分解產物除植物養分外，易積累有機酸和CH₄、H₂S、PH₃、H₂等還原性物質。因此，發酵過程中堆肥的傾倒也旨在改變微生物活動的類型以消除有害物質。
2.1.2 有機質的腐殖化
關於腐殖質的形成有多種學說，大致可分為兩個階段：第一階段，有機殘渣分解形成構成腐殖質分子的原料，第二階段，多酚被氧化成醌由微生物分泌的多酚氧化酶作用，醌與氨基酸或肽縮合形成腐殖質單體。由於酚、奎寧、氨基酸種類繁多，相互縮合的方式也不盡相同，因此腐殖質單體的形成也多種多樣。在不同條件下，這些單體進一步縮合形成不同大小的分子。
2.2 堆肥過程中重金屬的轉化
城市污泥是堆肥和發酵的最佳原料之一，因為它含有豐富的營養物質和農作物生長所需的有機物質。但市政污泥中往往含有重金屬，這些重金屬一般是指汞、鉻、鎘、鉛、砷等。微生物，尤其是細菌和真菌，在重金屬的生物轉化中起著重要作用。儘管一些微生物可以改變環境中重金屬的存在，使化學物質毒性更大並導致嚴重的環境問題，或者濃縮重金屬，並通過食物鏈積累。但是一些微生物可以通過直接和間接的作用從環境中去除重金屬，從而幫助改善環境。微生物對HG的轉化包括三個方面，即無機汞（Hg2+）甲基化、無機汞（Hg2+）還原為HG0、分解以及甲基汞和其他有機汞化合物還原為HG0。這些能夠將無機和有機汞轉化為單質汞的微生物稱為耐汞微生物。微生物雖然不能降解重金屬，但可以通過控制其轉化途徑來降低重金屬的毒性。
2.3 堆肥發酵過程
堆肥是廢物穩定化的一種形式，但它需要特殊的濕度、通風條件和微生物才能產生合適的溫度。溫度被認為高於 45 °C（約 113 華氏度），保持足夠高的溫度以滅活病原體並殺死雜草種子。合理堆肥後殘留有機物分解率低，比較穩定，容易被植物吸收。堆肥後氣味可大大減少。
堆肥過程涉及許多不同類型的微生物。由於原料和條件的變化，各種微生物的數量也在不斷變化，所以沒有微生物始終在堆肥過程中占主導地位。每個環境都有其特定的微生物群落，微生物多樣性使堆肥即使在外部條件發生變化時也能避免系統崩潰。
堆肥過程主要由微生物進行，微生物是堆肥發酵的主體。參與堆肥的微生物有兩個來源：有機廢物中已經存在的大量微生物，以及人工微生物接種物。在一定條件下，這些菌種對某些有機廢棄物有很強的分解能力，具有活性強、繁殖快、分解有機物快的特點，可以加快堆肥過程，縮短堆肥反應時間。
堆肥一般分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種。好氧堆肥是有機物質在有氧條件下的分解過程，其代謝產物主要是二氧化碳、水和熱量；厭氧堆肥是有機物質在厭氧條件下的分解過程，厭氧分解的最終代謝產物是甲烷、二氧化碳和許多低分子量中間體，如有機酸。
參與堆肥過程的主要微生物種類是細菌、真菌和放線菌。這三種微生物都有嗜溫菌和超嗜溫菌。
在堆肥過程中，微生物種群交替變化如下：低溫和中溫微生物群落向中高溫微生物群落轉變，中高溫微生物群落向中低溫微生物群落轉變。隨著堆肥時間的延長，細菌逐漸減少，放線菌逐漸增多，堆肥結束時黴菌和酵母菌明顯減少。
有機堆肥的發酵過程可以簡單分為四個階段：
2.3.1 升溫階段
堆肥初期，堆肥中的微生物主要是溫度適中、氣氛良好，最常見的有非孢子菌、孢子菌和黴菌。它們啟動堆肥的發酵過程，在良好的氣氛條件下，劇烈分解有機物（如單醣、澱粉、蛋白質等），產生大量熱量，不斷提高堆肥的溫度，從約20℃（約68華氏度）至40℃（約104華氏度）稱為發熱期，或中溫期。
2.3.2 高溫時
溫暖的微生物逐漸取代溫暖的物種，溫度繼續上升，通常在幾天內超過 50°C（約 122 華氏度），進入高溫階段。在高溫階段，好熱放線菌和好熱真菌成為主要菌種。它們分解堆肥中復雜的有機物，如纖維素、半纖維素、果膠等。熱量積聚，堆肥溫度升至 60 °C（約 140 華氏度），這對於加快堆肥過程非常重要。堆肥堆肥不當，只有很短的高溫期，或沒有高溫，因此成熟很慢，在半年或更長時間是不半成熟的狀態。
2.3.3 冷卻階段
在高溫階段經過一定時間後，大部分纖維素、半纖維素和果膠物質被分解，留下難以分解的複雜成分（如木質素）和新形成的腐殖質，微生物的活性降低溫度逐漸降低。當溫度降至 40 °C（約 104 華氏度）以下時，嗜溫微生物成為優勢種
如果冷卻階段來得早，堆肥條件不理想，植物材料分解不充分。此時可翻堆，一次堆料攪拌，使其產生二次加熱，加熱，促進堆肥。
2.3.4 成熟保肥期
堆肥後體積減小，堆肥溫度下降到略高於空氣溫度，此時應將堆肥壓緊，使堆肥處於厭氧狀態，削弱有機質礦化作用，以保持肥力。
總之，有機堆肥的發酵過程就是微生物代謝和繁殖的過程。微生物代謝的過程就是有機物分解的過程。有機物的分解產生能量，驅動堆肥過程，提高溫度，並乾燥潮濕的基質。
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發佈時間：Apr-11-2022