有机肥发酵 有机肥发酵原理！

一.概述

任何合格的有机肥的生产都必须经过堆肥和发酵。

堆肥是在一定条件下，有机物在微生物的作用下不断降解稳定，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作肥料的方法，随着研究的深入和方法的改进，它受到了各国的高度重视，因为它具有良好的生态意义，也给农业生产带来了效益。有许多报道称，使用分解的堆肥制备种子苗床可以抑制土传疾病。

并且经过堆肥的高温阶段，拮抗菌的数量可以达到非常高的水平；在堆肥过程中，在微生物的作用下，各种有机物难以分解，稳定，容易被作物吸收；同时，微生物作用可以在一定范围内降低重金属的毒性作用。

因此，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。

我国大部分有机肥产品只需堆肥发酵15-20天，此类产品只能达到无害化标准。优质有机肥的堆肥发酵过程一般需要45-60天。这是因为植物病原菌、虫卵、杂草种子等有害微生物会在堆肥前期的加热阶段和高温阶段被杀死，但微生物在这个过程中的主要作用是代谢和繁殖，而只产生少量的代谢产物，这些代谢产物不稳定，很难被植物吸收。

微生物对有机质进行腐植酸化处理，产生大量有利于植物生长和吸收的代谢产物，需要45-60天。通过这个过程堆肥可以达到三个目的，一是无害化；其次是腐殖质；第三，大量的微生物代谢产物如各种抗生素、蛋白质等。

为什么堆肥会产生这样的效果？

我们将在下面详细介绍堆肥的原理。

二、有机肥发酵的原理

堆肥过程中有机物的转化

堆肥中的有机质在微生物的作用下发生复杂的转化，可以概括为两个过程:一是有机质的矿化过程，即复杂的有机质分解为简单的物质，最终生成二氧化碳、水和矿质养分；另一种是有机质的腐殖化过程，即有机质分解再合成形成更复杂的特殊有机质——腐殖质。这两个过程同时进行，但方向相反。在不同的条件下，每个过程的强度明显不同。

1.有机物矿化

(1)无氮有机物的分解多糖化合物(淀粉、纤维素、半纤维素)在微生物分泌的水解酶作用下首先水解为单糖。在通风良好的情况下，葡萄糖迅速分解，酒精、醋酸、草酸等中间产物不易积累，最终形成CO2和H2O，同时释放出大量热能。通风不好的话，单糖分解慢，产生的热量少，会积累一些中间产物——有机酸。在极端厌氧微生物条件下，还会产生CH4、H2等还原性物质。

⑵含氮有机物的分解堆肥中的含氮有机物包括蛋白质、氨基酸、生物碱、腐殖质等。除了腐殖质，大部分都很容易分解。如蛋白质在微生物分泌的蛋白酶作用下逐步降解，产生各种氨基酸，然后氨化硝化分别形成铵盐和硝酸盐，植物可以吸收利用。

(3)堆肥中含磷有机化合物的转化，在各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。

(4)含硫有机物的转化堆肥中的含硫有机物在微生物的作用下产生硫化氢。硫化氢容易在不尊重气体的环境中积累，对植物和微生物产生毒性。但在通风良好的情况下，硫化氢在硫细菌的作用下被氧化成硫酸，与堆肥中的碱反应生成硫酸盐，不仅消除了硫化氢的毒性，还成为植物可以吸收的硫营养物。在通风不良的情况下，会发生反硫化，使硫酸变成H2S酸，对植物有害。在堆肥发酵过程中，定期翻堆的措施可以改善堆肥的通气性，消除反硫化。

⑸脂类和芳香族有机化合物如单宁、树脂的转化，结构复杂，分解缓慢，最终产物为CO2和水。木质素是含有植物原料(如树皮、锯末等)的堆肥中特别稳定的有机化合物。).它结构复杂，含有芳香核，以聚合的形式存在于植物组织中，极难分解。在通风良好的条件下，主要通过真菌和放线菌的作用缓慢分解，其芳香核可转变为醌类化合物，是腐殖质再合成的原料之一。当然，这些物质在一定条件下会继续分解。

综上所述，堆肥有机质的矿化可以为作物和微生物提供速效养分，为微生物活动提供能量，为堆肥有机质的腐殖化准备基础原料。当堆肥以好氧微生物活动为主时，有机物迅速矿化，产生更多的二氧化碳、水等营养物质，分解迅速彻底，释放大量热能；当以厌氧微生物为主要活性时，有机物分解速度缓慢，往往不完全，释放的热能较少。除植物养分外，有机酸和CH4、H2S、PH3、H2等还原性物质在尚义积累，达到一定程度时对作物生长不利甚至有害。所以堆肥发酵过程中的翻堆也是为了改变微生物活动的类型，消除有害物质。

2.有机物的增湿过程

关于腐殖质的形成过程有很多说法，大致可以分为两个阶段:第一阶段，有机残留物分解形成构成腐殖质分子的原始物质，如多酚类和含氮有机物质(氨基酸、肽等)。);第二阶段，微生物分泌的多酚氧化酶将多酚氧化成醌，然后醌与氨基酸或肽缩合形成腐殖质单体。由于酚类、醌类、氨基酸类种类繁多，缩合方式不同，形成的腐殖质单体也多种多样。在不同的条件下，这些单体进一步缩合形成不同大小的分子。

(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，富含作物生长所需的营养物质和有机物。然而，城市污泥往往含有汞、铬、镉、铅和砷等重金属。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。虽然有些微生物可以改变重金属在环境中的存在状态，增加化学品的毒性，造成严重的环境问题，或者将重金属浓缩，通过食物链积累。但有些微生物可以直接或间接去除环境中的重金属，有助于改善环境。例如，第一个涉及造成环境污染的重金属——汞，汞的微生物转化包括三个方面:无机汞(Hg2+)的甲基化，无机汞(Hg2+)还原为Hg0，甲基汞等有机汞化合物裂解还原为Hg0。这些能够将无机汞和有机汞转化为元素汞的微生物被称为抗汞微生物。微生物虽然不能降解重金属，但可以通过转化重金属和控制其转化途径来降低毒性。

(3)堆肥发酵过程

堆肥实际上是一种废物稳定化的形式，但它需要特殊的湿度、通风条件和微生物来产生合适的温度。一般认为这个温度高于45℃。保持这个高温可以灭活病原菌，杀死杂草种子。合理堆肥后残留有机质分解率低，相对稳定，易被植物吸收。堆肥后气味可以大大减少。

堆肥过程中涉及许多不同种类的微生物。由于原料和条件的变化，各种微生物的数量不断变化，因此在堆肥过程中没有微生物始终占据主导地位。每个环境都有自己特定的微生物菌群，微生物的多样性使得堆肥即使在外部条件变化时也能避免系统崩溃。

堆肥过程主要依靠微生物的作用，微生物是堆肥发酵的主体。堆肥涉及的微生物来源有两个:一是有机废弃物中的大量微生物；另一种是人工添加的微生物接种剂。在一定条件下，这些菌株对一些有机废弃物有很强的分解能力，具有活性强、繁殖快、有机物分解快的特点，可以加快堆肥反应的进程，缩短堆肥反应的时间。

堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥是有机物在好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嗜热菌。

在堆肥过程中，微生物种群交替变化:低温和中温菌群转化为中温和高温菌群，中温和高温菌群转化为中温和低温菌群。随着堆肥时间的延长，细菌逐渐减少，放线菌逐渐增加，霉菌和酵母菌在堆肥结束时显著减少。

有机堆肥的发酵过程可分为以下四个阶段:

(1)堆肥初期，堆肥中的微生物以中温好氧性为主，最常见的是无芽孢菌、芽孢菌和霉菌。他们开始堆肥的发酵过程，分解容易分解的有机物质(如单糖、淀粉、蛋白质等)。)在有氧条件下剧烈运动，产生大量热量，不断将堆肥温度从20℃左右提高到40℃，这就是所谓的加热阶段，或者说中温阶段。

⑵在高温阶段，随着温度的升高，嗜热微生物逐渐取代嗜温种而发挥主导作用，温度持续上升，一般在几天内达到50℃以上，进入高温阶段。在高温阶段，嗜热放线菌和嗜热真菌成为主要种类。它们分解复杂的有机物质(如纤维素、半纤维素、果胶等)。)在堆肥中强烈积聚热量，堆肥温度上升到60-70℃，甚至高达80℃。那么大多数嗜热微生物也会大量死亡或进入休眠状态(20天以上)，这对加速堆肥的成熟起着重要作用。堆肥不当的堆肥只有短时间的高温，或者根本达不到高温，所以成熟缓慢，半年甚至更长时间也达不到半成熟状态。

⑶冷却阶段，当高温阶段持续一定时间后，大部分纤维素、半纤维素、果胶物质已经分解，留下难以分解的复杂成分(如木质素)和新形成的腐殖质，微生物活性减弱，温度逐渐降低。当温度降至40℃以下时，嗜温微生物再次成为优势种

如果冷却阶段来得早，说明堆肥条件不理想，植物物质分解不充分。此时可以将堆翻过来，将堆好的物料混合均匀，从而产生第二次热量，提高温度，促进堆肥的成熟。

(4)堆肥分解后，体积减小，堆温降至略高于气温。此时应压实堆肥，造成厌氧状态，削弱有机质矿化，有利于肥料的保存。

简而言之，有机堆肥的发酵过程实际上是各种微生物的代谢和繁殖过程。微生物的代谢过程就是有机分解的过程。有机物的分解必然会产生能量，促进堆肥过程，提高温度，使湿基质变干。

许多堆肥基质携带来自人类、动物和植物的病原体，以及令人讨厌的生物，如杂草种子。在堆肥过程中，这些生物的生长可以通过短期持续升温得到有效控制。因此，高温堆肥的主要优点之一是可以灭活人、动物和植物的病原体和种子。

病原体和种子的失活是由于细胞死亡，这在很大程度上是基于酶的热失活。酶的失活在适当的温度下是可逆的，但在高温下是不可逆的。在很小的温度范围内，酶的活性部分会迅速下降。没有酶的作用，细胞会失去功能，然后死亡。只有少数酶能长时间耐高温。因此，微生物对热灭活非常敏感。

研究表明，在一定温度下加热一段时间可以消灭病原体或讨厌的生物。一般在60-70℃(湿热)下加热5-10分钟。能破坏无芽孢菌的活性和芽孢菌的非休眠体。在70℃下加热30分钟，可清除污泥中的病原体。但在较低温度下(50-60℃)，部分病原菌可灭活60天。因此，堆肥过程中需要保持60℃以上的温度一段时间。

堆肥过程中，必要时应翻堆。一般在堆温超过峰值开始降温时进行。翻堆可以使内层和外层分解温度不同的物质均匀再混合。如果湿度不足，可以加入一些水，促进堆肥均匀分解。

在堆肥过程中，各种生物和微生物的死亡、置换和物质转化是同时进行的。以上板块介绍从不同角度简要介绍了堆肥发酵原理。这些反应不可能在几天或十天内完成，这就是为什么即使在各种温度、湿度、湿度、微生物等条件得到很好控制的前提下，堆肥仍然需要经过45-60℃

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