為什么需要發(fā)酵

腐熟是有機(jī)肥料分解過程的一個階段。在這個階段，有機(jī)物已經(jīng)變到不能辨認(rèn)它原來的形態(tài)，成為一團(tuán)黑色松軟的物質(zhì)，有時(shí)有臭味，在原重量上失去原來的三分之二（一般3噸有機(jī)肥原料可以腐熟1噸有機(jī)肥），在碳氮比率上變得較小。有機(jī)肥料施用前要強(qiáng)調(diào)腐熟，是因?yàn)闆]有腐熟的有機(jī)肥料中，所含的養(yǎng)分形態(tài)絕大部分是遲效態(tài)的，作物不能直接吸收利用。不經(jīng)腐熟的有機(jī)肥施入土壤中，不僅肥效差，而且還會滋生雜草和傳播病菌和蟲卵。因此，有機(jī)肥料腐熟的目的是為了釋放養(yǎng)分提高肥效，同時(shí)避免肥料在土壤中腐熟時(shí)產(chǎn)生某些對作物不利的影響，特別是產(chǎn)生的高溫，容易“燒苗”。

原理腐熟的有機(jī)肥一般需要兩個階段，即第一次高溫堆肥腐熟發(fā)酵階段和第二次陳化階段。不穩(wěn)定的有機(jī)物通過腐熟過程，通過微生物作用下，轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的腐殖質(zhì)。其溫度變化可以界定是否腐熟。

第二階段：溫度初見降低，氧氣吸收率降低，臭味完全消失。相對于第一次堆肥腐熟來說，不能沒有第二次堆肥，因?yàn)槎味逊士梢越到怆y降解的有機(jī)物，嗜溫微生物菌落重新建立，從而有助于有機(jī)肥腐熟、減少植物毒性物質(zhì)和抑制病原菌。

第一階段：通過配比原料基質(zhì)，肥堆高氧吸收，產(chǎn)生高溫，可降解揮發(fā)性固體大量減少，臭味逐漸降低，肥堆顏色逐漸變化，需保持良好的曝氣和水分控制。

溫度升高階段：有機(jī)肥腐熟溫度上升到45℃，主要以放線菌、真菌和細(xì)菌為主，主要分解糖類和淀粉。甚至有源生物動物和動物參與。高溫階段：腐熟溫度達(dá)到45℃以上，嗜溫微生物被抑制，嗜熱主導(dǎo)。可溶解的有機(jī)物繼續(xù)被氧化分解，復(fù)雜的有機(jī)物（纖維素、半纖維素、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素）也開始被分解。50℃左右（嗜熱真菌和放線菌）；60℃左右（嗜熱細(xì)菌和放線菌）；70℃左右（大多微生物已經(jīng)不能適應(yīng)）。最佳腐熟溫度為55℃，這是因?yàn)榇蠖辔⑸镌谠摐囟茸罨钴S，最易分解有機(jī)物，病菌、蟲卵、雜草種子大多數(shù)會被殺死。降溫降低階段：嗜溫微生物又開始大量繁殖，占據(jù)優(yōu)勢，對殘余難分解的有機(jī)物作進(jìn)一步分解。此時(shí)微生物活性下降，堆肥腐熟需氧量降低，溫度下降，肥堆逐漸趨于穩(wěn)定。

分類

2、厭氧發(fā)酵：在缺氧或無氧條件下,主要利用厭氧微生物進(jìn)行的堆肥化過程。最終產(chǎn)物除腐殖質(zhì)類有機(jī)物、二氧化碳和甲烷外，還有氨、硫化氫和其他有機(jī)酸等還原性物質(zhì)。工藝簡單、不需進(jìn)行通風(fēng),但反應(yīng)速率緩慢，堆肥化周期較長。

1、好氧發(fā)酵：在人工控制和一定碳氮比例（C/N）、水分、溫度和通風(fēng)的情況下，通過微生物將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的腐殖質(zhì)的過程，這類堆肥無臭無蠅，反而有淡淡的泥土味。

任何一種合格優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料的生產(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(jī)物不斷被降解和穩(wěn)定，并產(chǎn)出一種適宜于土地利用的產(chǎn)品的過程。堆肥這種古老而簡便的處理有機(jī)廢棄物和制造肥料的方法，隨著研究的深入和方法的改進(jìn)，其應(yīng)用很受各個國家的重視，因?yàn)樗泻芎玫纳鷳B(tài)意義，也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來效益。有許多報(bào)道指出，用腐熟堆肥制備種子苗床能抑制土傳病害。并且在堆肥過程的高溫階段過后接踵而來的拮抗性細(xì)菌，可使菌數(shù)達(dá)到很高水平；堆肥過程中各有機(jī)物在微生物作用下，達(dá)到不易分解、穩(wěn)定、作物易吸收狀態(tài)；同時(shí)微生物作用在一定范圍內(nèi)減少重金屬毒害作用。可見，堆肥是制造生物有機(jī)肥的簡便而有效的方法，有益于生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

我國國內(nèi)大多數(shù)有機(jī)肥料產(chǎn)品只堆肥發(fā)酵15-20天，這樣的產(chǎn)品只能達(dá)到無害化標(biāo)準(zhǔn)。而優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥料堆肥發(fā)酵過程一般需要45-60天的時(shí)間。這是因?yàn)樵诙逊是捌诘纳郎仉A段以及高溫階段會殺死植物致病病原菌、蟲卵、雜草籽等有害微生物，但此過程中微生物的主要作用是新陳代謝、繁殖，而只產(chǎn)生很少量的代謝產(chǎn)物，并且這些代謝產(chǎn)物不穩(wěn)定也不易被植物吸收。到后期的降溫期，微生物才會進(jìn)行有機(jī)物的腐殖質(zhì)化，并在此過程中產(chǎn)生大量有益于植物生長吸收的代謝產(chǎn)物，這個過程需要45-60天。經(jīng)此過程的堆肥可以達(dá)到三個目的，一是無害化；二是腐殖質(zhì)化；三是大量微生物代謝產(chǎn)物如各種抗生素、蛋白類物質(zhì)等。堆肥為什么產(chǎn)生這樣的效果呢？下面我們對堆肥原理進(jìn)行比較詳盡的介紹。

一、有機(jī)肥發(fā)酵原理

1、堆肥過程中有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化

堆肥中的有機(jī)質(zhì)在微生物作用下進(jìn)行復(fù)雜的轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化可歸納為兩個過程：一個是有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化過程，即把復(fù)雜的有機(jī)質(zhì)分解成為簡單的物質(zhì)，最后生成二氧化碳、水和礦質(zhì)養(yǎng)分等；另一個是有機(jī)質(zhì)的腐殖化過程，即有機(jī)質(zhì)經(jīng)分解再合成，生成更復(fù)雜的特殊有機(jī)質(zhì)-腐殖質(zhì)。兩個過程是同時(shí)進(jìn)行的，但方向相反，在不同條件下，各自進(jìn)行的強(qiáng)度有明顯的差別。

2、有機(jī)質(zhì)的礦化作用

（1）不含氮有機(jī)物的分解多糖化合物（淀粉、纖維素、半纖維素）首先在微生物分泌的水解酶的作用下，水解成單糖。葡萄糖在通氣良好的條件下分解迅速，酒精、醋酸、草酸等中間產(chǎn)物不易積累，最終形成CO2和H2O，同時(shí)放出大量熱能。如果通氣不良，在嫌氣微生物作用下，單糖分解緩慢，產(chǎn)生熱量少，并積累一些中間產(chǎn)物-有機(jī)酸。在極嫌氣微生物條件下，還會生成CH4、H2等還原態(tài)物質(zhì)。

（2）含氮有機(jī)物的分解堆肥中的含氮有機(jī)物包括蛋白質(zhì)、氨基酸、生物堿、腐殖質(zhì)等。除腐殖質(zhì)外，大部分容易被分解。例如蛋白質(zhì)，在微生物分泌的蛋白酶作用下，逐級降解，產(chǎn)生各種氨基酸，再經(jīng)氨化作用、硝化作用而分別形成銨鹽、硝酸鹽，可以被植物吸收利用。

（3）含磷有機(jī)物的轉(zhuǎn)化堆肥中的含磷有機(jī)化合物，在多種腐生性微生物的作用下，形成磷酸，成為植物能夠吸收利用的養(yǎng)分。

（4）含硫有機(jī)物的轉(zhuǎn)化堆肥中含硫有機(jī)物，經(jīng)微生物的作用生成硫化氫。硫化氫在嫌氣環(huán)境中易積累，對植物和微生物會發(fā)生毒害。但在通氣良好的條件下，硫化氫在硫細(xì)菌的作用下氧化成硫酸，并和堆肥中的鹽基作用形成硫酸鹽，不僅消除了硫化氫的毒害，并成為植物能吸收的硫素養(yǎng)料。在通氣不良的情況下，發(fā)生反硫化作用，使硫酸轉(zhuǎn)變?yōu)镠2S散失，并對植物產(chǎn)生毒害。堆肥發(fā)酵過程中，可以通過定時(shí)翻倒措施改善堆肥的通氣性，就能消除反硫化作用。

（5）脂類及芳香類有機(jī)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)素是含植物性原料（如樹皮、木屑等）堆肥中特別穩(wěn)定的有機(jī)化合物，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，含芳香核，并以多聚形式存在于植物組織中，極難分解。在通氣良好的條件下，主要通過真菌、放線菌的作用，緩慢地進(jìn)行分解，其芳香核可變?yōu)轷突衔铮窃俸铣筛迟|(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)被分解的。

綜上所述，堆肥有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化，可為作物和微生物提供速效養(yǎng)分，為微生物活動提供能源，并為堆肥有機(jī)質(zhì)的腐殖化準(zhǔn)備基本原料。堆肥以好氣性微生物活動為主時(shí)，有機(jī)質(zhì)迅速礦化生成較多的二氧化碳、水及其它養(yǎng)分物質(zhì)，分解速度快而徹底，并放出大量熱能；以嫌氣性微生物活動為主時(shí)，有機(jī)質(zhì)的分解速度慢，且往往不徹底，釋放熱能少，其分解產(chǎn)物除植物養(yǎng)分外，尚易積累有機(jī)酸及CH4、H2S、PH3、H2等還原性物質(zhì)，當(dāng)其達(dá)到一定程度時(shí)，則對作物生長不利甚至有害。因此堆肥發(fā)酵期間的翻倒也是為了轉(zhuǎn)換微生物活動類型，以消除有害物質(zhì)。

3、有機(jī)質(zhì)的腐殖化過程

關(guān)于腐殖質(zhì)的形成過程有很多種說法，概括起來大體可分為兩個階段：第一階段，有機(jī)殘?bào)w分解形成組成腐殖質(zhì)分子的原始材料，如多元酚、含氮有機(jī)物（氨基酸、肽等）等；第二階段，先由微生物分泌的多酚氧化酶將多酚氧化成醌，然后醌與氨基酸或肽縮合而成腐殖質(zhì)單體。由于酚、醌、氨基酸種類很多，相互縮合的方式也不盡相同，因而形成的腐殖質(zhì)單體也就多種多樣。在不同條件下，這些單體又進(jìn)一步縮合形成大小不等的分子。

二、堆肥發(fā)酵工藝

堆肥實(shí)際就是廢棄物穩(wěn)定化的一種形式，但它需要特殊的濕度、通氣條件和微生物以產(chǎn)生適宜的溫度。一般認(rèn)為這個溫度要高于45，保持這種高溫可以使病原菌失活，并殺死雜草種子。在合理堆肥后殘留的有機(jī)物分解率較低、相對穩(wěn)定并易于被植物吸收。堆肥后臭味可以大大降低。堆肥過程有許多不同種類的微生物參與。由于原料和條件的變化，各種微生物的數(shù)量也在不斷發(fā)生變化，所以堆肥過程中沒有任何微生物始終占據(jù)主導(dǎo)地位。每一個環(huán)境都有其特定的微生物菌群，微生物的多樣性使得堆肥在外部條件出現(xiàn)變化的情況下仍可避免系統(tǒng)崩潰。

堆肥過程主要靠微生物的作用進(jìn)行，微生物是堆肥發(fā)酵的主體。參與堆肥的微生物有兩個來源：一是有機(jī)廢棄物里面原有的大量微生物；另一是人工加入的微生物接種劑。這些菌種在一定條件下對某些有機(jī)廢物具有較強(qiáng)的分解能力，具有活性強(qiáng)、繁殖快、分解有機(jī)物迅速等特點(diǎn)，能加速堆肥反應(yīng)的進(jìn)程，縮短堆肥反應(yīng)的時(shí)間。

堆肥一般分為好氧堆肥和厭氧堆肥兩種。好氧堆肥是在有氧情況下的有機(jī)物料分解過程，其代謝產(chǎn)物主要是二氧化碳、水和熱；厭氧堆肥是在無氧條件下有機(jī)物料的分解過程，厭氧分解最后的代謝產(chǎn)物是甲烷、二氧化碳和許多低分子量的中間產(chǎn)物，如有機(jī)酸等。參與堆肥過程的主要微生物種類是細(xì)菌、真菌以及放線菌。這3種微生物都有中溫菌和高溫菌。堆肥過程中微生物的種群隨溫度的變化發(fā)生如下的交替變化：低、中溫菌群為主轉(zhuǎn)變?yōu)橹懈邷鼐簽橹鳎懈邷鼐簽橹鬓D(zhuǎn)化為中低溫菌群。隨著堆肥時(shí)間的延長，細(xì)菌逐漸減少，放線菌逐漸增多，霉菌和酵母菌在堆肥的末期顯著減少。

三、有機(jī)堆肥的發(fā)酵過程簡單可分為以下4各階段

1、發(fā)熱階段堆肥制作初期，堆肥中的微生物以中溫、好氣性的種類為主，最常見的是無芽孢細(xì)菌、芽孢細(xì)菌和霉菌。它們啟動堆肥的發(fā)酵過程，在好氣性條件下旺盛分解易分解有機(jī)物質(zhì)（如簡單糖類、淀粉、蛋白質(zhì)等），產(chǎn)生大量的熱，不斷提高堆肥溫度，從20左右上升至40，稱為發(fā)熱階段，或中溫階段。

2、高溫階段隨著溫度的提高，好熱性的微生物逐漸取代中溫性的種類而起主導(dǎo)作用，溫度持續(xù)上升，一般在幾天之內(nèi)即達(dá)50以上，進(jìn)入高溫階段。在高溫階段，好熱放線菌和好熱真菌成為主要種類。它們對堆肥中復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)（如纖維素、半纖維素、果膠物質(zhì)等）進(jìn)行強(qiáng)烈分解，熱量積累，堆肥溫度上升至60-70，甚至可高達(dá)80。隨即大多數(shù)好熱性微生物也大量死亡或進(jìn)入休眠狀態(tài)（20d以上），這對加快堆肥的腐熟有很重要的作用。堆肥不當(dāng)?shù)亩逊剩挥泻芏痰母邷仄冢蛘吒具_(dá)不到高溫，因而腐熟很慢，在半年或者更長時(shí)期內(nèi)還達(dá)不到半腐熟狀態(tài)。

3、降溫階段當(dāng)高溫階段持續(xù)一定時(shí)間后，纖維素、半纖維素、果膠物質(zhì)大部分已被分解，剩下很難分解的復(fù)雜成分（如木質(zhì)素）和新形成的腐殖質(zhì)，微生物的活動減弱，溫度逐漸下降。當(dāng)溫度下降到40以下時(shí)，中溫性微生物又成為優(yōu)勢種類。如果降溫階段來的早，表明堆制條件不夠理想，植物性物質(zhì)分解不充分。這時(shí)可以翻堆，將堆積材料拌勻，使之產(chǎn)生第二次發(fā)熱、升溫，以促進(jìn)堆肥的腐熟。

4、腐熟保肥階段堆肥腐熟后，體積縮小，堆溫下降至稍高于氣溫，這時(shí)應(yīng)將堆肥壓緊，造成厭氣狀態(tài)，使有機(jī)質(zhì)礦化作用減弱，以利于保肥。簡而言之，有機(jī)堆肥的發(fā)酵過程實(shí)際上就是各種微生物新陳代謝、繁殖的過程。微生物的新陳代謝過程即有機(jī)物分解的過程。有機(jī)物分解必然會產(chǎn)生能量，這些能量推動了堆肥化進(jìn)程，使溫度升高，同時(shí)還可干燥濕基質(zhì)。許多堆肥用的基質(zhì)攜帶人類、動植物的病原體，以及令人討厭的生物如雜草種子。在堆肥過程中，通過短時(shí)間的持續(xù)升溫，可以有效地控制這些生物的生長。

因此，高溫堆肥的一個主要優(yōu)勢就是能夠使人和動植物病原體以及種子失活。病原體以及種子失活是由于其細(xì)胞死亡，而細(xì)胞的死亡很大程度上基于酶的熱失活。在適宜的溫度下，酶的失活是可逆的，但在高溫下是不可逆的。在一個很小的溫度范圍內(nèi)酶的活性部分將迅速降低。如沒有酶的作用，細(xì)胞就會失去功能，然后死亡。只有少數(shù)幾種酶能夠經(jīng)受住長時(shí)間的高溫。因此，微生物對熱失活非常敏感。

研究表明，在一定溫度下加熱一段時(shí)間可以破壞病原體或者是令人討厭的生物體。通常在60-70（濕熱）的溫度下，加熱5-10min。可以破壞非芽孢細(xì)菌和芽孢細(xì)菌的非休眠體的活性。利用加熱滅菌，在70條件下加熱30min可以消滅污泥中的病原體。但在較低溫度下（50-60），一些病原菌的滅活則可長達(dá)60d。因此堆肥過程中保持60以上溫度一段時(shí)間是必須的。堆肥制作過程中，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行翻堆。一般在堆溫越過高峰開始降溫時(shí)進(jìn)行，翻堆可以使內(nèi)層外層分解溫度不同的物質(zhì)重新混合均勻。如濕度不足可補(bǔ)加一些水，促進(jìn)堆肥均勻腐熟。堆肥過程中的各種生物、微生物的死亡、更替及物質(zhì)形態(tài)轉(zhuǎn)化都是同時(shí)進(jìn)行的，上述分塊介紹是從不同角度對堆肥發(fā)酵原理進(jìn)行了簡單介紹，無論是從熱力學(xué)、生物學(xué)還是物質(zhì)轉(zhuǎn)化角度，這些反應(yīng)都不是幾天或十幾天這么短時(shí)間能夠完成的，這也是為什么即使各種溫度、濕度、水分、微生物等條件都控制的很好的前提下，堆肥仍要經(jīng)歷45-60天時(shí)間的原因。

標(biāo)簽：有機(jī)肥優(yōu)質(zhì)出來