一、概述
任何一种合格的优质有机堆肥的生产都必须经过堆肥发酵过程。堆肥是在一定条件下，通过微生物对有机物进行降解和稳定处理，生产出适合土地利用的产品的过程。
堆肥是一种古老而简单的处理有机废物和制造肥料的方法，因其生态意义而受到许多国家的重视，也为农业生产带来好处。据报道，可以通过使用分解的堆肥作为苗床来控制土壤传播的疾病。堆肥过程的高温阶段后，拮抗菌的数量可以达到很高的水平，不易分解，稳定，易被作物吸收。同时，微生物的作用可以在一定范围内降低重金属的毒性。由此可见，堆肥是生产生物有机肥的一种简单有效的方法，有利于生态农业的发展。
为什么堆肥会这样工作？下面对堆肥的原理做更详细的说明：
2、有机堆肥发酵原理
2.1 堆肥过程中有机物的转化
堆肥中有机物在微生物作用下的转化可概括为两个过程：一是有机物矿化，即复杂有机物分解为简单物质，二是有机物腐殖化过程，即有机物分解合成产生更复杂的特殊有机物——腐殖质。这两个过程同时进行，但方向相反。在不同的条件下，每个过程的强度是不同的。
2.1.1 有机质矿化
- 分解无氮有机物
多糖化合物（淀粉、纤维素、半纤维素）首先被微生物分泌的水解酶水解成单糖。酒精、乙酸、草酸等中间产物不易积累，最终形成CO2和H2O，并放出大量热能。如果通风不好，在微生物的作用下，单糖分解缓慢，产生的热量少，并积累一些中间产物——有机酸。在微生物排斥气体的条件下，可产生CH4、H2等还原性物质。
- 从含氮有机物分解
堆肥中的含氮有机物包括蛋白质、氨基酸、生物碱、鹰嘴豆泥等。除腐殖质外，大部分易分解。例如，蛋白质在微生物分泌的一种蛋白酶的作用下，逐步降解，产生各种氨基酸，再经氨化作用和硝化作用分别形成铵盐和硝酸盐，可供植物吸收利用。
- 堆肥中含磷有机化合物的转化
在多种腐生微生物的作用下，形成磷酸，成为植物可以吸收利用的养分。
- 含硫有机物转化
堆肥中的含硫有机物，通过微生物的作用产生硫化氢。硫化氢在厌恶气体的环境中容易积聚，对植物和微生物有毒害作用。但在通风良好的条件下，硫化氢在硫细菌的作用下被氧化成硫酸，与堆肥的碱反应生成硫酸盐，既消除了硫化氢的毒性，又成为植物可以吸收的硫养分。在通风不良的情况下，发生硫酸盐化，使H2S流失，使植物中毒。在堆肥发酵过程中，定期翻动堆肥可以提高堆肥的通气性，从而消除反硫化现象。
- 脂质和芳香族有机化合物的转化
如单宁和树脂，成分复杂，分解缓慢，最终产物也是二氧化碳和水 木质素是堆肥中含有植物材料（如树皮、木屑等）的稳定有机化合物。结构复杂，有芳香核，极难分解。在通风良好的条件下，芳香核在真菌和放线菌的作用下可转化为醌类化合物，是再合成腐殖质的原料之一。当然，这些物质在一定条件下会不断分解。
综上所述，堆肥有机物矿化可为农作物和微生物提供速效养分，为微生物活动提供能量，为堆肥有机物腐殖化准备基础物质。当堆肥以好氧微生物为主时，有机物迅速矿化产生更多的二氧化碳、水和其他营养物质，分解迅速彻底，并释放大量热能有机物分解缓慢且往往不完全，释放的热量少热能，分解产物除植物养分外，易积累有机酸和CH₄、H₂S、PH₃、H₂等还原性物质。因此，发酵过程中堆肥的倾倒也旨在改变微生物活动的类型以消除有害物质。
2.1.2 有机质的腐殖化
关于腐殖质的形成有多种学说，大致可分为两个阶段：第一阶段，有机残渣分解形成构成腐殖质分子的原料，第二阶段，多酚被氧化成醌由微生物分泌的多酚氧化酶作用，醌与氨基酸或肽缩合形成腐殖质单体。由于酚、奎宁、氨基酸种类繁多，相互缩合的方式也不尽相同，因此腐殖质单体的形成也多种多样。在不同条件下，这些单体进一步缩合形成不同大小的分子。
2.2 堆肥过程中重金属的转化
城市污泥是堆肥和发酵的最佳原料之一，因为它含有丰富的农作物生长所需的养分和有机质。但市政污泥中往往含有重金属，这些重金属一般是指汞、铬、镉、铅、砷等。微生物，尤其是细菌和真菌，在重金属的生物转化中起着重要作用。尽管一些微生物可以改变环境中重金属的存在，使化学物质毒性更大并引起严重的环境问题，或者浓缩重金属，并通过食物链积累。但是一些微生物可以通过直接和间接的作用从环境中去除重金属，从而帮助改善环境。微生物对HG的转化包括三个方面，即无机汞（Hg2+）甲基化、无机汞（Hg2+）还原为HG0、分解以及甲基汞和其他有机汞化合物还原为HG0。这些能够将无机和有机汞转化为单质汞的微生物称为耐汞微生物。微生物虽然不能降解重金属，但可以通过控制其转化途径来降低重金属的毒性。
2.3 堆肥发酵过程
堆肥是废物稳定化的一种形式，但它需要特殊的湿度、通风条件和微生物才能产生合适的温度。温度被认为高于 45 °C（约 113 华氏度），保持足够高的温度以灭活病原体并杀死杂草种子。合理堆肥后残留有机物分解率低，比较稳定，容易被植物吸收。堆肥后气味可大大减少。
堆肥过程涉及许多不同类型的微生物。由于原料和条件的变化，各种微生物的数量也在不断变化，所以没有微生物始终在堆肥过程中占主导地位。每个环境都有其特定的微生物群落，微生物多样性使堆肥即使在外部条件发生变化时也能避免系统崩溃。
堆肥过程主要由微生物进行，微生物是堆肥发酵的主体。参与堆肥的微生物有两个来源：有机废物中已经存在的大量微生物，以及人工微生物接种物。在一定条件下，这些菌种对某些有机废弃物有很强的分解能力，具有活性强、繁殖快、分解有机物快的特点，可以加快堆肥过程，缩短堆肥反应时间。
堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥两种。好氧堆肥是有机物质在有氧条件下的分解过程，其代谢产物主要是二氧化碳、水和热量；厌氧堆肥是有机物质在厌氧条件下的分解过程，厌氧分解的最终代谢产物是甲烷、二氧化碳和许多低分子量中间体，如有机酸。
参与堆肥过程的主要微生物种类是细菌、真菌和放线菌。这三种微生物都有嗜温菌和超嗜热菌。
在堆肥过程中，微生物种群交替变化如下：低温和中温微生物群落向中高温微生物群落转变，中高温微生物群落向中低温微生物群落转变。随着堆肥时间的延长，细菌逐渐减少，放线菌逐渐增多，堆肥结束时霉菌和酵母菌明显减少。
有机堆肥的发酵过程可以简单分为四个阶段：
2.3.1 升温阶段
堆肥初期，堆肥中的微生物主要是温度适中、气氛良好，最常见的有非孢子菌、孢子菌和霉菌。它们启动堆肥的发酵过程，在良好的气氛条件下，剧烈分解有机物（如单糖、淀粉、蛋白质等），产生大量热量，不断提高堆肥的温度，从约20℃（约68华氏度）至40℃（约104华氏度）称为发热期，或中温期。
2.3.2 高温时
温暖的微生物逐渐取代温暖的物种，温度继续上升，通常在几天内超过 50°C（约 122 华氏度），进入高温阶段。在高温阶段，好热放线菌和好热真菌成为主要菌种。它们分解堆肥中复杂的有机物，如纤维素、半纤维素、果胶等。热量积聚，堆肥温度升至 60 °C（约 140 华氏度），这对于加快堆肥过程非常重要。堆肥堆肥不当，只有很短的高温期，或没有高温，因此成熟很慢，在半年或更长时间是不半成熟的状态。
2.3.3 冷却阶段
在高温阶段经过一定时间后，大部分纤维素、半纤维素和果胶物质被分解，留下难以分解的复杂成分（如木质素）和新形成的腐殖质，微生物的活性降低温度逐渐降低。当温度降至 40 °C（约 104 华氏度）以下时，嗜温微生物成为优势种
如果冷却阶段来得早，堆肥条件不理想，植物材料分解不充分。此时可翻堆，一次堆料搅拌，使其产生二次加热，加热，促进堆肥。
2.3.4 成熟保肥期
堆肥后体积减小，堆肥温度下降到略高于空气温度，此时应将堆肥压紧，造成厌氧状态，削弱有机质矿化作用，以保持肥力。
总之，有机堆肥的发酵过程就是微生物代谢和繁殖的过程。微生物代谢的过程就是有机物分解的过程。有机物的分解产生能量，驱动堆肥过程，提高温度，并干燥潮湿的基质。
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发布时间：Apr-11-2022