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一、發酵原理概(gai)述

任何一(yi)種合(he)格優質的(de)(de)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)肥(fei)(fei)料的(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)都必(bi)須經過堆(dui)肥(fei)(fei)發酵(jiao)過程。堆(dui)肥(fei)(fei)是(shi)在一(yi)定條件下通過微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)的(de)(de)作(zuo)用(yong)，使有(you)(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)不(bu)斷被降解(jie)和(he)穩定，并(bing)產(chan)出一(yi)種適宜于土地利用(yong)的(de)(de)產(chan)品(pin)的(de)(de)過程。堆(dui)肥(fei)(fei)這(zhe)種古老而(er)簡便的(de)(de)處理有(you)(you)(you)機(ji)(ji)廢棄(qi)物(wu)(wu)和(he)制(zhi)造肥(fei)(fei)料的(de)(de)方法，隨(sui)著研究的(de)(de)深入(ru)和(he)方法的(de)(de)改進，其應(ying)用(yong)很(hen)受(shou)各個國家的(de)(de)重視，因為它有(you)(you)(you)很(hen)好(hao)的(de)(de)生(sheng)(sheng)態(tai)意義，也為農業生(sheng)(sheng)產(chan)帶來(lai)(lai)效益。有(you)(you)(you)許多(duo)報道(dao)指出，用(yong)腐(fu)熟堆(dui)肥(fei)(fei)制(zhi)備種子苗床能抑制(zhi)土傳病害(hai)。并(bing)且在堆(dui)肥(fei)(fei)過程的(de)(de)高溫階段過后(hou)接踵而(er)來(lai)(lai)的(de)(de)拮抗(kang)性細菌(jun)，可(ke)使菌(jun)數達到很(hen)高水平；堆(dui)肥(fei)(fei)過程中各有(you)(you)(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)在微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)作(zuo)用(yong)下，達到不(bu)易(yi)分解(jie)、穩定、作(zuo)物(wu)(wu)易(yi)吸收狀態(tai)；同時(shi)微生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)作(zuo)用(yong)在一(yi)定范圍內減少重金屬毒(du)害(hai)作(zuo)用(yong)。可(ke)見，堆(dui)肥(fei)(fei)是(shi)制(zhi)造生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)有(you)(you)(you)機(ji)(ji)肥(fei)(fei)的(de)(de)簡便而(er)有(you)(you)(you)效的(de)(de)方法，有(you)(you)(you)益于生(sheng)(sheng)態(tai)農業的(de)(de)發展。

我國國內大(da)多數有(you)機(ji)(ji)肥(fei)料產品(pin)只(zhi)堆(dui)肥(fei)發酵15-20天，這(zhe)樣的(de)(de)(de)產品(pin)只(zhi)能達(da)到(dao)無害化(hua)標準(zhun)。而(er)優質的(de)(de)(de)有(you)機(ji)(ji)肥(fei)料堆(dui)肥(fei)發酵過(guo)程(cheng)一般需要(yao)45-60天的(de)(de)(de)時間。這(zhe)是(shi)(shi)因(yin)為在(zai)堆(dui)肥(fei)前期(qi)的(de)(de)(de)升溫(wen)階段(duan)以及高溫(wen)階段(duan)會殺死(si)植物(wu)(wu)(wu)(wu)致病病原菌(jun)、蟲卵、雜草籽等有(you)害微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)，但此過(guo)程(cheng)中(zhong)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)主要(yao)作用(yong)是(shi)(shi)新陳(chen)代謝(xie)(xie)(xie)、繁殖，而(er)只(zhi)產生(sheng)(sheng)很少量的(de)(de)(de)代謝(xie)(xie)(xie)產物(wu)(wu)(wu)(wu)，并且(qie)這(zhe)些(xie)代謝(xie)(xie)(xie)產物(wu)(wu)(wu)(wu)不穩定(ding)也不易被植物(wu)(wu)(wu)(wu)吸收(shou)。到(dao)后(hou)期(qi)的(de)(de)(de)降溫(wen)期(qi)，微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)才會進(jin)行有(you)機(ji)(ji)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)腐(fu)殖質化(hua)，并在(zai)此過(guo)程(cheng)中(zhong)產生(sheng)(sheng)大(da)量有(you)益于(yu)植物(wu)(wu)(wu)(wu)生(sheng)(sheng)長吸收(shou)的(de)(de)(de)代謝(xie)(xie)(xie)產物(wu)(wu)(wu)(wu)，這(zhe)個過(guo)程(cheng)需要(yao)45-60天。經(jing)此過(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)堆(dui)肥(fei)可以達(da)到(dao)三個目的(de)(de)(de)，一是(shi)(shi)無害化(hua)；二是(shi)(shi)腐(fu)殖質化(hua)；三是(shi)(shi)大(da)量微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)(wu)(wu)代謝(xie)(xie)(xie)產物(wu)(wu)(wu)(wu)如(ru)各種抗生(sheng)(sheng)素、蛋白類物(wu)(wu)(wu)(wu)質等。

堆肥(fei)為什么產生這(zhe)樣的效果呢(ni)？下面我們對堆肥(fei)原理進行比較詳盡(jin)的介紹。

二、有機肥發酵(jiao)原(yuan)理(li)

（一）堆肥過(guo)程(cheng)中有機質的轉化

堆肥中(zhong)的(de)(de)(de)(de)有(you)機質在(zai)微生物作用下進(jin)行復(fu)雜的(de)(de)(de)(de)轉化(hua)，這種轉化(hua)可歸納為兩個過(guo)程(cheng)：一(yi)個是有(you)機質的(de)(de)(de)(de)礦(kuang)質化(hua)過(guo)程(cheng)，即把復(fu)雜的(de)(de)(de)(de)有(you)機質分解成為簡單的(de)(de)(de)(de)物質，.后(hou)生成二氧化(hua)碳、水和礦(kuang)質養分等；另(ling)一(yi)個是有(you)機質的(de)(de)(de)(de)腐(fu)殖化(hua)過(guo)程(cheng)，即有(you)機質經分解再合成，生成更復(fu)雜的(de)(de)(de)(de)特(te)殊有(you)機質-腐(fu)殖質。兩個過(guo)程(cheng)是同(tong)(tong)時進(jin)行的(de)(de)(de)(de)，但方(fang)向相反(fan)，在(zai)不(bu)同(tong)(tong)條件下，各自(zi)進(jin)行的(de)(de)(de)(de)強(qiang)度有(you)明顯的(de)(de)(de)(de)差別。

1.有(you)機質(zhi)的礦化作(zuo)用

⑴不(bu)含氮有機物(wu)(wu)的(de)(de)分(fen)解(jie) 多糖化合物(wu)(wu)（淀(dian)粉、纖(xian)維素、半纖(xian)維素）首(shou)先(xian)在(zai)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)分(fen)泌(mi)的(de)(de)水(shui)解(jie)酶的(de)(de)作用下(xia)，水(shui)解(jie)成單糖。葡萄糖在(zai)通(tong)氣(qi)良(liang)好的(de)(de)條件(jian)下(xia)分(fen)解(jie)迅速，酒(jiu)精、醋酸、草(cao)酸等(deng)中間產(chan)物(wu)(wu)不(bu)易積累，.終形(xing)成CO2和H2O，同時放(fang)出大量(liang)熱(re)能。如果通(tong)氣(qi)不(bu)良(liang)，在(zai)嫌氣(qi)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)作用下(xia)，單糖分(fen)解(jie)緩慢，產(chan)生(sheng)熱(re)量(liang)少(shao)，并(bing)積累一(yi)些中間產(chan)物(wu)(wu)-有機酸。在(zai)極嫌氣(qi)微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)條件(jian)下(xia)，還會生(sheng)成CH4、H2等(deng)還原(yuan)態物(wu)(wu)質(zhi)。

⑵含(han)氮有機物的(de)分(fen)解 堆肥中的(de)含(han)氮有機物包括蛋(dan)白質、氨基(ji)酸、生物堿(jian)、腐殖質等。除腐殖質外，大(da)部(bu)分(fen)容(rong)易被(bei)分(fen)解。例如蛋(dan)白質，在微生物分(fen)泌(mi)的(de)蛋(dan)白酶作用下(xia)，逐(zhu)級降解，產生各種氨基(ji)酸，再經(jing)氨化作用、硝(xiao)化作用而分(fen)別(bie)形成(cheng)銨鹽(yan)、硝(xiao)酸鹽(yan)，可以被(bei)植(zhi)物吸收利用。

⑶含磷有機(ji)物的(de)轉化(hua)(hua) 堆肥中的(de)含磷有機(ji)化(hua)(hua)合物，在多種腐(fu)生性微(wei)生物的(de)作用下(xia)，形成(cheng)磷酸，成(cheng)為植物能夠吸收利用的(de)養分(fen)。

⑷含硫(liu)(liu)(liu)有機物的(de)(de)轉(zhuan)化堆(dui)肥中(zhong)含硫(liu)(liu)(liu)有機物，經微生物的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)生成(cheng)硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)。硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)在(zai)嫌氣(qi)環境中(zhong)易積累，對植物和微生物會發(fa)生毒害。但在(zai)通(tong)(tong)(tong)氣(qi)良好的(de)(de)條件下(xia)，硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)在(zai)硫(liu)(liu)(liu)細菌的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下(xia)氧化成(cheng)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)，并和堆(dui)肥中(zhong)的(de)(de)鹽基(ji)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)形成(cheng)硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)鹽，不(bu)(bu)僅消除了硫(liu)(liu)(liu)化氫(qing)(qing)的(de)(de)毒害，并成(cheng)為(wei)植物能吸收的(de)(de)硫(liu)(liu)(liu)素養料。在(zai)通(tong)(tong)(tong)氣(qi)不(bu)(bu)良的(de)(de)情況下(xia)，發(fa)生反硫(liu)(liu)(liu)化作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)，使硫(liu)(liu)(liu)酸(suan)轉(zhuan)變為(wei)H2S散失(shi)，并對植物產生毒害。堆(dui)肥發(fa)酵過程中(zhong)，可以通(tong)(tong)(tong)過定時(shi)翻(fan)倒(dao)措施改(gai)善(shan)堆(dui)肥的(de)(de)通(tong)(tong)(tong)氣(qi)性，就能消除反硫(liu)(liu)(liu)化作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。

⑸脂類及芳香類有機(ji)物(wu)的轉化 單(dan)寧、樹脂等結構復雜(za)，分(fen)(fen)解較慢，其.終產物(wu)也(ye)是CO2和水(shui)；木質(zhi)(zhi)素是含植物(wu)性(xing)原料(liao)（如樹皮、木屑等）堆肥(fei)中(zhong)特(te)別穩定的有機(ji)化合物(wu)，它結構復雜(za)，含芳香核(he)，并以(yi)多(duo)聚形式存(cun)在于植物(wu)組織中(zhong)，極(ji)難分(fen)(fen)解。在通氣良(liang)好的條(tiao)(tiao)件下(xia)(xia)，主要通過(guo)真菌(jun)、放線菌(jun)的作用，緩慢地進行(xing)分(fen)(fen)解，其芳香核(he)可變為醌型化合物(wu)，它是再合成腐殖質(zhi)(zhi)的原料(liao)之(zhi)一(yi)。當然，這(zhe)些物(wu)質(zhi)(zhi)在一(yi)定條(tiao)(tiao)件下(xia)(xia)，還(huan)會繼續被分(fen)(fen)解的。

綜(zong)上所述，堆肥(fei)(fei)有(you)(you)機(ji)質(zhi)(zhi)的(de)礦(kuang)質(zhi)(zhi)化(hua)(hua)，可為(wei)作物(wu)(wu)和微生(sheng)物(wu)(wu)提供速效養(yang)分，為(wei)微生(sheng)物(wu)(wu)活(huo)動(dong)(dong)(dong)(dong)提供能(neng)(neng)源，并為(wei)堆肥(fei)(fei)有(you)(you)機(ji)質(zhi)(zhi)的(de)腐殖化(hua)(hua)準備(bei)基本原料。堆肥(fei)(fei)以好氣性(xing)微生(sheng)物(wu)(wu)活(huo)動(dong)(dong)(dong)(dong)為(wei)主(zhu)時(shi)，有(you)(you)機(ji)質(zhi)(zhi)迅速礦(kuang)化(hua)(hua)生(sheng)成較多的(de)二氧化(hua)(hua)碳、水及其它(ta)養(yang)分物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)，分解(jie)(jie)速度快而徹底(di)，并放出大量熱能(neng)(neng)；以嫌氣性(xing)微生(sheng)物(wu)(wu)活(huo)動(dong)(dong)(dong)(dong)為(wei)主(zhu)時(shi)，有(you)(you)機(ji)質(zhi)(zhi)的(de)分解(jie)(jie)速度慢，且往往不徹底(di)，釋放熱能(neng)(neng)少，其分解(jie)(jie)產物(wu)(wu)除(chu)植(zhi)物(wu)(wu)養(yang)分外，尚易積累有(you)(you)機(ji)酸及CH4、H2S、PH3、H2等還(huan)原性(xing)物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)，當其達到一(yi)定程度時(shi)，則對作物(wu)(wu)生(sheng)長不利甚至有(you)(you)害。因此堆肥(fei)(fei)發酵期間的(de)翻倒也(ye)是為(wei)了轉換微生(sheng)物(wu)(wu)活(huo)動(dong)(dong)(dong)(dong)類型，以消除(chu)有(you)(you)害物(wu)(wu)質(zhi)(zhi)。

2.有機質的腐殖(zhi)化過程(cheng)

關于(yu)腐(fu)(fu)殖質(zhi)的(de)(de)(de)形(xing)成(cheng)(cheng)過程有很(hen)多(duo)種說法，概括(kuo)起來大體可(ke)分為兩(liang)個階(jie)段(duan)：..階(jie)段(duan)，有機(ji)殘體分解形(xing)成(cheng)(cheng)組成(cheng)(cheng)腐(fu)(fu)殖質(zhi)分子的(de)(de)(de)原始材料，如多(duo)元酚、含氮(dan)有機(ji)物（氨(an)基酸、肽等）等；第二(er)階(jie)段(duan)，先由微生(sheng)物分泌的(de)(de)(de)多(duo)酚氧化酶將多(duo)酚氧化成(cheng)(cheng)醌(kun)，然后醌(kun)與氨(an)基酸或(huo)肽縮(suo)合而(er)成(cheng)(cheng)腐(fu)(fu)殖質(zhi)單(dan)體。由于(yu)酚、醌(kun)、氨(an)基酸種類很(hen)多(duo)，相互縮(suo)合的(de)(de)(de)方式(shi)也(ye)不盡(jin)相同，因而(er)形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)腐(fu)(fu)殖質(zhi)單(dan)體也(ye)就(jiu)多(duo)種多(duo)樣。在(zai)不同條件下(xia)，這(zhe)些(xie)單(dan)體又進一步縮(suo)合形(xing)成(cheng)(cheng)大小不等的(de)(de)(de)分子。

（二）堆肥(fei)過程中重金屬的的轉化 

城市污(wu)泥(ni)中(zhong)含(han)有豐富的作(zuo)物(wu)(wu)生(sheng)(sheng)長所需的各種養分及有機(ji)(ji)質，是堆肥發(fa)酵(jiao).佳原材料之一(yi)。但城市污(wu)泥(ni)中(zhong)往(wang)往(wang)含(han)有重金(jin)屬，這(zhe)些(xie)重金(jin)屬一(yi)般指汞(gong)(gong)(gong)(gong)、鉻(ge)、鎘、鉛、砷等。微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)特(te)別是細菌(jun)、真(zhen)菌(jun)在重金(jin)屬的生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)轉化(hua)中(zhong)起(qi)重要作(zuo)用。雖(sui)然有些(xie)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)可以(yi)(yi)改(gai)變重金(jin)屬在環(huan)境中(zhong)的存(cun)在狀態(tai)，使化(hua)學物(wu)(wu)毒性增強而引起(qi)嚴重的環(huan)境問題或濃縮重金(jin)屬，并通過食物(wu)(wu)鏈積累。但也有些(xie)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)可以(yi)(yi)通過直(zhi)接和(he)間接的作(zuo)用去除(chu)環(huan)境中(zhong)重金(jin)屬，有助(zhu)于改(gai)善(shan)環(huan)境。如.早受到關注的造成(cheng)環(huan)境污(wu)染(ran)的重金(jin)屬-汞(gong)(gong)(gong)(gong)，微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)轉化(hua)汞(gong)(gong)(gong)(gong)包括3方面(mian)，無機(ji)(ji)汞(gong)(gong)(gong)(gong)（Hg2+）的甲基(ji)化(hua)、無機(ji)(ji)汞(gong)(gong)(gong)(gong)（Hg2+）還原成(cheng)Hg0，甲基(ji)汞(gong)(gong)(gong)(gong)和(he)其(qi)他(ta)有機(ji)(ji)汞(gong)(gong)(gong)(gong)化(hua)合物(wu)(wu)的裂解并還原成(cheng)Hg0。這(zhe)些(xie)能將無機(ji)(ji)汞(gong)(gong)(gong)(gong)和(he)有機(ji)(ji)汞(gong)(gong)(gong)(gong)轉化(hua)為單質汞(gong)(gong)(gong)(gong)的微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)稱為抗汞(gong)(gong)(gong)(gong)微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)。微(wei)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)雖(sui)然不能降解重金(jin)屬，但通過對重金(jin)屬的轉化(hua)作(zuo)用，控制其(qi)轉化(hua)途徑，可以(yi)(yi)達(da)到減(jian)輕(qing)毒性的作(zuo)用。

（三）堆肥發(fa)酵工藝(yi)

堆肥(fei)實(shi)際(ji)就是廢棄物穩定化(hua)的(de)一(yi)種形式，但它需要特(te)殊的(de)濕度(du)、通氣條件和微生(sheng)物以(yi)產生(sheng)適宜的(de)溫(wen)度(du)。一(yi)般(ban)認為這個溫(wen)度(du)要高于(yu)45℃，保持這種高溫(wen)可(ke)以(yi)使病原菌失活(huo)，并(bing)殺死雜草種子。在合理堆肥(fei)后殘留(liu)的(de)有(you)機物分解(jie)率較(jiao)低、相對穩定并(bing)易(yi)于(yu)被(bei)植物吸收(shou)。堆肥(fei)后臭味可(ke)以(yi)大(da)大(da)降低。

堆(dui)肥過(guo)程(cheng)有(you)許多(duo)不(bu)(bu)同種類的(de)(de)微(wei)生物(wu)參與(yu)。由于原料和條件(jian)的(de)(de)變(bian)化，各種微(wei)生物(wu)的(de)(de)數量也(ye)在(zai)不(bu)(bu)斷發生變(bian)化，所以堆(dui)肥過(guo)程(cheng)中沒有(you)任(ren)何微(wei)生物(wu)始終占(zhan)據主導地位。每一(yi)個環(huan)境都(dou)有(you)其特(te)定的(de)(de)微(wei)生物(wu)菌群，微(wei)生物(wu)的(de)(de)多(duo)樣性使得堆(dui)肥在(zai)外部條件(jian)出現變(bian)化的(de)(de)情(qing)況下仍可避(bi)免系統崩潰。

堆肥(fei)過程主要靠(kao)微(wei)(wei)生物(wu)(wu)的(de)(de)(de)作用(yong)進(jin)行，微(wei)(wei)生物(wu)(wu)是堆肥(fei)發酵的(de)(de)(de)主體。參與(yu)堆肥(fei)的(de)(de)(de)微(wei)(wei)生物(wu)(wu)有(you)兩個(ge)來源：一是有(you)機(ji)廢棄(qi)物(wu)(wu)里(li)面原有(you)的(de)(de)(de)大量微(wei)(wei)生物(wu)(wu)；另一是人工加(jia)入的(de)(de)(de)微(wei)(wei)生物(wu)(wu)接種(zhong)劑(ji)。這(zhe)些(xie)(xie)菌種(zhong)在一定條件下對某些(xie)(xie)有(you)機(ji)廢物(wu)(wu)具(ju)有(you)較強的(de)(de)(de)分解(jie)能力，具(ju)有(you)活性(xing)強、繁殖快、分解(jie)有(you)機(ji)物(wu)(wu)迅速等特點，能加(jia)速堆肥(fei)反應的(de)(de)(de)進(jin)程，縮短堆肥(fei)反應的(de)(de)(de)時間。

堆肥(fei)(fei)一般分(fen)為(wei)好氧(yang)堆肥(fei)(fei)和(he)厭氧(yang)堆肥(fei)(fei)兩種。好氧(yang)堆肥(fei)(fei)是(shi)在(zai)有氧(yang)情況下(xia)的有機物料分(fen)解(jie)(jie)過程(cheng)，其代謝(xie)產物主(zhu)要是(shi)二(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)、水(shui)和(he)熱；厭氧(yang)堆肥(fei)(fei)是(shi)在(zai)無氧(yang)條件下(xia)有機物料的分(fen)解(jie)(jie)過程(cheng)，厭氧(yang)分(fen)解(jie)(jie).后的代謝(xie)產物是(shi)甲烷(wan)、二(er)氧(yang)化碳(tan)(tan)和(he)許多低分(fen)子量(liang)的中間產物，如有機酸(suan)等。

參與堆(dui)肥(fei)過(guo)程的(de)(de)主(zhu)(zhu)要微(wei)生物(wu)種(zhong)類是細(xi)菌(jun)、真菌(jun)以(yi)及放線菌(jun)。這3種(zhong)微(wei)生物(wu)都有(you)中溫菌(jun)和高(gao)溫菌(jun)。堆(dui)肥(fei)過(guo)程中微(wei)生物(wu)的(de)(de)種(zhong)群(qun)隨溫度的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化發(fa)生如下的(de)(de)交替變(bian)(bian)(bian)化：低(di)、中溫菌(jun)群(qun)為(wei)主(zhu)(zhu)轉變(bian)(bian)(bian)為(wei)中高(gao)溫菌(jun)群(qun)為(wei)主(zhu)(zhu)，中高(gao)溫菌(jun)群(qun)為(wei)主(zhu)(zhu)轉化為(wei)中低(di)溫菌(jun)群(qun)。隨著(zhu)堆(dui)肥(fei)時間的(de)(de)延長，細(xi)菌(jun)逐漸(jian)減少(shao)，放線菌(jun)逐漸(jian)增多，霉(mei)菌(jun)和酵母菌(jun)在堆(dui)肥(fei)的(de)(de)末期顯著(zhu)減少(shao)。